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BCD15

BCD1.5型仓式气力输送泵

设计计算书

计算郑乾四

校核

审定

批准

浙江省电力设备总厂

一.设计计算标准:

GB150-1998《钢制压力容器》国家标准.

二.设计主要参数

压力容器名称上引式流态化仓泵

压力容器类别Ⅰ类

容积V1.5m3

设计压力P0.9MPa

设计温度t0℃＜t≤150℃

介质空气

焊缝系数Φ0.85

本体材质Q235-A

接管材质20

腐蚀裕度C22mm

最高工作压力Pt0.85MPa

输送物料散料或粒料

本体材质许用

应力[σ]t113MPa

接管材质许用

应力[σ]t130MPa

三.本体设计计算

㈠椭圆封头计算

1.椭圆封头计算符号:

Di封头内直径,mm;

Hi封头曲面深度,mm;

[σ]t设计温度下封头材料的许用应力,MPa;

Φ焊接接头系数;

本节计算选用Φ=0.85（全焊透双面焊接头,局部无损检测）

K椭圆形封头形状系数,K=1（标准椭圆封头）;

P计算压力,MPa;

δn名义厚度,mm;

δ计算厚度,mm;

δe有效厚度,mm;

[Pw]最大允许工作压力,MPa;

2.泵体椭圆封头计算

2.1基本参数

选用标准椭圆封头:

封头内直径DIΦ1200

曲边高度300mm

直边高度40mm

材质Q235-A

材料许用应力[σ]t113MPa

2.2壁厚计算:

δ=P*Di/（2*[σ]t*Φ-0.5*P）------（7-1）

=0.9*1200/（2*113*0.85-0.5*0.9）

=5.64mm

预设名义壁厚δn=12mm

2.3封头许用应力计算:

[Pw]=2*[σ]t*Φ*δe/（k*Di+0.5*δe）------（7-3）

式中:

δe=δn-C=12-2.8=9.2mm

[Pw]=2*113*0.85*9.2/（1*1200+0.5*9.2）

=1.47Mpa

∵[Pw]>P∴安全

3.气室椭圆封头计算

3.1基本参数

选用标准椭圆封头:

封头内直径DiΦ500

曲边高度125mm

直边高度25mm

材质Q235-A

材料许用应力[σ]t113MPa

3.2壁厚计算

δ=P*Di/（2[σ]t*Φ-0.5P）--------（7-1）

=0.9*500/（2*113*0.85-0.5*0.9）

=2.35mm

预设名义壁厚δn=6mm

封头许用应力计算:

[Pw]=2[σ]t*Φ*δe/（K*Di+0.5*δe）--（7-3）

式中:

δe=δn-C=6-2.8=3.2mm

[Pw]=2*113*0.85*3.2/（500+0.5*3.2）

=1.23MPa

∵[Pw]>P∴安全

㈡锥形封头设计:

1.锥形封头计算符号

Dc锥壳计算内直径,mm

Di锥壳大端内直径,mm

Dis锥壳小端内直径,mm

P计算压力,MPa;

δn名义厚度,mm;

δ计算厚度,mm;

δe有效厚度,mm;

Φ焊接接头系数;选用Φ=0.85

[σ]t设计温度下封头材料的许用应

力,MPa;

α锥壳半顶角,（。

C）;

2.基本参数

选用60°无折边锥形封头

材质Q235-A

许用应力[σ]t113Mpa

锥壳计算内直径Φ1200

锥壳大端内直径Φ1200

锥壳小端内直径Φ500

锥壳半顶角30。

C

3.封头壁厚计算

δ=P*Dc/（2[σ]t*Φ-P）*（1/cosα）-----（7-7）

=0.9*1200/（2*113*0.85-0.9）*（1/cos30°）

=6.22mm

4.封头大端壁厚:

δr=Q*P*Di/（2*[σ]t*Φ-P）------（7-8）

式中:

Q----应力增值系数,由图7-12查取,得Q=1.18

δr=1.18*0.9*1200/（2*113*0.85-0.9）

=6.67mm

5.封头小端壁厚:

δr=Q*P*Dis/（2*[σ]t*Φ-P）------（7-9）

式中:

Q----应力增值系数,由图7-14查取,得Q=2.25

δr=2.25*0.9*500/（2*113*0.85-0.9）

=5.30mm

6.确定锥体封头壁厚:

按上述计算结果取其最大值δr=6.67mm

预设名义壁厚δn=10mm

㈢筒体计算:

1.筒体计算符号:

DI圆筒内直径,mm;

[σ]t设计温度下封头材料的许用应力,MPa;

Φ焊接接头系数;取Φ=0.85；

P计算压力,MPa;

δn名义厚度,mm;

δ计算厚度,mm;

δe有效厚度,mm;

[Pw]最大允许工作压力,MPa;

2.筒体基本参数

圆筒内直径Di=1000mm

材质Q235-A

材料许用应力[σ]t113MPa

3.壁厚计算:

当P≤0.4*[σ]t*Φ时

δ=P*Di/（2*[σ]t*Φ-P）---------（5-1）

=0.9*1200/（2*113*0.85-0.9）

=5.65mm

按锥体大端计算:

δr=Q*P*Di/（2*[σ]t*Φ-P）-----（7-8）

=6.67mm

取上述二值之最大值δr=6.67mm

设计厚度=6.67+2.8=9.47mm

预设筒体名义厚度δn=12mm

4.应力计算:

σt=P*（Di+δe）/（2*δe）≤[σ]t*Φ----（5-2）

式中:

δe=δn-C=12-2.8=9.2mm

[σ]t*Φ=113*0.85=96.05MPa

σt=P*（Di+δe）/（2*δe）

=0.9*（1200+9.2）/（2*9.2）=59.1MPa

∵[σ]t*Φ≥σt∴安全

㈣泵体短节计算

1.泵体短节计算符号:

Di短节内直径,mm;

[σ]t设计温度下封头材料的许用应力,MPa;

Φ焊接接头系数;取Φ=0.85；

P计算压力,MPa;

δn名义厚度,mm;

δ计算厚度,mm;

δe有效厚度,mm;

[Pw]最大允许工作压力,MPa;

2.短节基本参数

短节内直径Di=500mm

材质Q235-A

材料许用应力[σ]t113MPa

3.壁厚计算:

当P≤0.4*[σ]t*Φ时

δ=P*Di/（2*[σ]t*Φ-P）---------（5-1）

=0.9*500/（2*113*0.85-0.9）

=2.35mm

按锥体小端计算:

δr=Q*P*Di/（2*[σ]t*Φ-P）----（7-8）

=5.30mm

取上述二值之最大值δr=5.30mm

设计厚度=5.30+2.8=8.1mm

预设短节名义厚度δn=10mm

4.应力计算:

σt=P*（Di+δe）/（2*δe）≤[σ]t*Φ----（5-2）

式中:

δe=δn-C=10-2.8=7.2mm

[σ]t*Φ=113*0.85=96.05MPa

σt=P*（Di+δe）/（2*δe）

=0.9*（500+7.2）/（2*7.2）=31.7MPa

∵[σ]t*Φ≥σt∴安全

5.短节最小长度

L≥SQR（Di*δr）=SQR（500*5.3）=51.5mm

本设计取L=90mm

㈤筒体开孔补强计算

1.计算符号

d开孔直径,mm;

di接管内直径,mm;

Di筒体内直径,mm;

fr强度削弱系数,等于设计温度下接管材料与壳体

材料许用应力之比值，当该比值大于1.时,fr=1

[σ]t设计温度下封头材料的许用应力,Mpa;

Φ焊接接头系数,取Φ=0.85;

p计算压力,MPa;

δn筒体开孔处名义厚度,mm;

δnt接管名义厚度,mm;

δ筒体开孔处计算厚度,mm;

δe筒体开孔处有效厚度,mm;

δet接管有效厚度,mm;

δt接管计算厚度,mm;

2.基本参数

人孔门形式垂直吊盖人孔Φ480x10

参见JB582-79标准

材质Q235-A

材料许用应力[σ]t113MPa

3.计算参数

δn=12mm

δnt=10mm

C2（接管）=C1+C2=0.8+2=2.8mm

C=C1+C2=0.8+2=2.8mm

d0=480mm

di=d0-2*δnt=480-2*10=460mm

d=d0-2*δnt+2*C=480-2*10+2*2.8=465.6mm

δ=P*Di/（2*[σ]t*Φ-P）-----------（5-1）

=0.9*1200/（2*113*0.85-0.9）=5.65mm

δe=δn–C=12-2.8=9.2mm

δt=P*di/（2[σt]*Φ-P）-------------（5-1）

=0.9*460/（2*113*0.85-0.9）=2.17mm

δet=δnt–C2（接管）=10-2.8=7.2mm

4.筒体开孔补强:

4.1.圆筒开孔所需补强面积:

A=d*δ+2*δ*（δnt-C）*（1-fr）----------（8-1）

=465.6*5.65

=2630.64mm2

4.2.有效补强范围

4.2.1.有效宽度B按式（8-7）计算，取二者中较大值:

B=2*d=2*465.6=931.2mm-----（8-7）

B=d+2*δn+2*δnt=465.6+2*12+2*10=509.6mm

取二者较大值B=931.2mm

4.2.2.有效高度

4.2.2.1.外侧高度

h1=SQR（d*δnt）------------（8-8）

=SQR（465.6*10）=68.2mm

h1=接管实际外伸高度=155mm

取二者较小值h1=68.2mm

4.2.2.2.内侧高度

h2=SQR（d*δnt）------------（8-9）

=SQR（465.6*10）=68.2mm

h2=接管实际内伸高度=30mm

取二者较小值h2=30mm

4.3.有效补强面积

4.3.1.壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积:

A1=（B-d）*（δe-δ）-2*δet*（δe-δ）*（1-fr）--------（8-11）

=（931.2-465.6）*（9.2-5.65）

=1652.88mm2

4.3.2.接管有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积:

A2=2*h1*（δet-δt）*fr+2*h2*（δet-C2）*fr----

------（8-12）

=2*68.2*（7.2-2.17）*1+2*30*（7.2-2.8）

=950.092mm2

4.3.3.补强区内的焊缝金属截面积（见图8-1）

A3=2*1/2e2=36mm2

其中e=6mm（焊缝高度）

4.3.4.可作为补强的截面积

Ae=A1+A2+A3-----------（8-10）

=1652.88+950.092+36

=2638.972mm2

∵A＜Ae∴不需另行补强

（六）椭圆封头开孔补强计算

1.计算符号

d开孔直径,mm;

di接管内直径,mm;

Di壳体内直径,mm;

fr强度削弱系数,等于设计温度下接管材料与壳体

材料许用应力之比值，当该比值大于1.0时,fr=1

[σ]t设计温度下封头材料的许用应力,Mpa;

Φ焊接接头系数,取Φ=0.85;

P计算压力,MPa;

δn壳体开孔处名义厚度,mm;

δnt接管名义厚度,mm;

δ壳体开孔处计算厚度,mm;

δe壳体开孔处有效厚度,mm;

δet接管有效厚度,mm;

δt接管计算厚度,mm;

2.根据GB150-1998开孔位于以封头中心为中心的80%封头内直径范围内,δ按式（8-2）计算:

δ=P*K1*Di/（2*[σ]t*Φ-0.5P）-------（8-2）

式中：

k1椭圆形长短轴比值决定的系数，由表7-2查得；

a.泵体椭圆封头

（1）基本参数

选用标准椭圆封头:

封头内直径DiΦ1200

材质Q235-A

材料许用应力[σ]t113Mpa

（2）计算参数

δ=P*K1*Di/（2*[σ]t*Φ-0.5P）--------（8-2）

=0.9*0.9*1200/（2*113*0.85-0.5*0.9）

=5.07mm

式中:

k1椭圆形长短轴比值决定的系数，由表7-2查得，k1=0.9。

δn=12mm

C=C1+C2=0.8+2=2.8mm

δe=δn-C=12-2.8=9.2mm

b.气室椭圆封头

（1）基本参数

选用标准椭圆封头:

封头内直径DiΦ500

材质Q235-A

材料许用应力[σ]t113MPa

（2）计算参数

δ=P*K1*Di/（2*[σ]t*Φ-0.5P）--------（8-2）

=0.9*0.9*500/（2*113*0.85-0.5*0.9）

=2.11mm

式中：

k1椭圆形长短轴比值决定的系数，由表7-2查得k1=0.9。

δn=6mm

C=C1+C2=0.6+2=2.6mm

δe=δn-C=6-2.6=3.4mm

3.接管开孔补强计算

3.1.

3.1.1.基本参数

接管所在位置泵体椭圆封头

接管用途进料口接管

材质20＃钢

材料许用应力[σ]t130Mpa

接管规格Φ325*8

3.1.2.参数计算

C2（接管）=C1+C2=8x15%+2=3.2mm

di=d0-2*δnt=325-2*8=309mm

d=d0-2*δnt+2*C

=325-2*8+2*2.8=314.6mm

δt=P*di/（2*[σ]t*Φ-P）-----------（5-1）

=0.9*309/（2*130*1-0.9）=1.07mm

δet=δnt–C2（接管）=8-3.2=4.8mm

3.1.3.椭圆形封头开孔削弱所需的补强面积

A=d*δ+2*δ*（δet-C）*（1-fr）-------（8-1）

=314.6*5.07

=1595.022mm2

3.1.4.有效补强范围

a.有效宽度

B=2*d=2*314.6=629.2mm--------（8-7）

B=d+2*δn+2*nt=314.6+2*12+2*8=354.6mm

取二者较大值B=629.2mm

b.有效高度

外侧高度

h1=SQR（d*δnt）-------（8-8）

=SQR（314.6*8）=50.2mm

h1=接管实际外伸高度=100mm

取二者较小值h1=50.2mm

内侧高度

h2=SQR（d*δnt）------（8-9）

=SQR（314.6*8）=50.2mm

h2=接管实际内伸高度=27.8mm

取二者较小值h2=27.8mm

3.1.5.补强面积

在有效补强范围内，可作为补强的截面积按式（8-10）计算：

Ae=A1+A2+A3-------（8-10）

式中:

Ae------补强面积，mm2

A1------壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余金属

面积（按式8-11），mm2

A1=（B-d）*（δe-δ）-2*δet*（δe-δ）*（1-fr）-----

-----（8-11）

=（629.2-314.6）*（9.2-5.07）=1299.298mm2

A2------接管有效厚度减去计算厚度之外的多余金属

面积（按式8-12），mm2

A2=2*h1*（δet-δt）*fr+2*h2*（δet-C2）*fr----------（8-12）

=2*50.2*（4.8-1.07）*1+2*27.8*（4.8-3.2）

=463.452mm2

A3------焊缝金属截面积（见图8-1），mm2

A3=2*1/2e2=36mm2

式中e=6mm（焊缝高度）

∴Ae=A1+A2+A3=1299.298+463.452+36=1798.75mm2

∵A＜Ae∴不需另行补强

3.2.

3.2.1.基本参数

接管所在位置泵体椭圆封头

接管用途输料口接管

材质20＃钢

材料许用应力[σ]t130MPa

接管规格Φ219*9

3.2.2.参数计算

C2（接管）=C1+C2=9x15%+2=3.35mm

di=d0-2*δnt=219-2*9=201mm

d=d0-2*δnt+2*C

=219-2*9+2*2.8=206.6mm

δt=P*di/（2*[σ]t*Φ-P）--------（5-1）

=0.9*201/（2*130*1-0.9）=0.7mm

δet=δnt–C2（接管）=9-3.35=5.65mm

3.2.3.椭圆形封头开孔削弱所需的补强面积

A=d*δ+2*δ*（δet-C）*（1-fr）----（8-1）

=206.6*5.07

=1047.462mm2

3.2.4.有效补强范围

a.有效宽度

B=2*d=2*206.6=413.2mm----（8-7）

B=d+2*δn+2*δnt=206.6+2*12+2*9=248.6mm

取二者较大值B=413.2mm

b.有效高度:

外侧高度

h1=SQR（d*δnt）-----------（8-8）

=SQR（206.6*9）=43.1mm

h1=接管实际外伸高度=221mm

取二者较小值h1=43.1mm

内侧高度

h2=SQR（d*δnt）-----------（8-9）

=SQR（206.6*9）=43.1mm

h2=接管实际内伸高度=10.6mm

取二者较小值h2=10.6mm

3.2.5.补强面积

在有效补强范围内，可作为补强的截面积按式（8-10）计算：

Ae=A1+A2+A3-------（8-10）

式中:

Ae------补强面积，mm2

A1------壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积（按式8-11），mm2

A1=（B-d）*（δe-δ）-2*δet*（δe-δ）*（1-fr）----------（8-11）

=（413.2-206.6）*（9.2-5.07）=853.258mm2

A2------接管有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积（按式8-12），mm2

A2=2*h1*（δet-δt）*fr+2*h2*（δet-C2）*fr-----------（8-12）

=2*43.1*（5.65-0.7）*1+2*10.6*（5.65-3.35）

=475.45mm2

A3------焊缝金属截面积（见图8-1），mm2

A3=2*1/2e2=36mm2

式中e=6mm（焊缝高度）

∴Ae=A1+A2+A3=853.258+475.45+36=1364.708mm2

∵A＜Ae∴不需另行补强

3.3.

3.3.1.基本参数

接管所在位置泵体椭圆封头

接管用途排气口接管

材质20＃钢

材料许用应力[σ]t130MPa

接管规格Φ89*6

3.3.2.参数计算

C2（接管）=C1+C2=6x15%+2=2.9mm

di=d0-2*δnt=89-2*6=77mm

d=d0-2*δnt+2*C

=89-2*6+2*2.8=82.6mm

δt=P*di/（2*[σ]t*Φ-P）----------（5-1）

=0.9*77/（2*130*1-0.9）=0.27mm

δet=δnt–C2（接管）=6-2.9=3.1mm

3.3.3.椭圆形封头开孔削弱所需的补强面积

A=d*δ+2*δ*（δet-C）*（1-fr）------（8-1）

=82.6*5.07

=418.782mm2

3.3.4.有效补强范围

a.有效宽度

B=2*d=2*82.6=165.2mm------（8-7）

B=d+2*δn+2*δnt=82.6+2*12+2*6=118.6mm

取二者较大值B=165.2mm

b.有效高度:

外侧高度

h1=SQR（d*δnt）------------（8-8）

=SQR（82.6*6）=22.3mm

h1=接管实际外伸高度=118.9mm

取二者较小值h1=22.3mm

内侧高度

h2=SQR（d*δnt）------------（8-9）

=SQR（82.6*6）=22.3mm

h2=接管实际内伸高度=11mm

取二者较小值h2=11mm

3.3.5.补强面积

在有效补强范围内，可作为补强的截面积按式（8-10）计算：

Ae=A1+A2+A3-------（8-10）

式中:

Ae------补强面积，mm2

A1------壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余金属

面积（按式8-11），mm2

A1=（B-d）*（δe-δ）-2*δet*（δe-δ）*（1-fr）-----

-----（8-11）

=（165.2-82.6）*（9.2-5.07）=341.138mm2

A2------接管有效厚度减去计算厚度之外的多余金属

面积（按式8-12），mm2

A2=2*h1*（δet-δt）*fr+2*h2*（δet-C2）*fr----（8-12）

=2*22.3*（3.1-0.27）*1+2*11*（3.1-2.9）

=130.618mm2

A3------焊缝金属截面积（见图8-1），mm2

A3=2*1/2e2=36mm2

式中e=6mm（焊缝高度）

∴Ae=A1+A2+A3=341.138+130.618+36=507.756mm2

∵A＜Ae∴不需另行补强

3.4.

3.4.1.基本参数

接管所在位置泵体椭圆封头

接管用途料位计接管

材质20＃钢

材料许用应力[σ]t130MPa

接管规格Φ73*9

3.4.2.参数计算

C2（接管）=C1+C2=9x15%+2=3.35mm

di=d0-2*δnt=73-2*9=55mm

d=d0-2*δnt+2*C

=73-2*9+2*2.8=60.6mm

δt=P*di/（2*[σ]t*Φ-P）-----------（5-1）

=0.9*55/（2*130*1-0.9）=0.19mm

δet=δnt–C2（接管）=9-3.35=5.65mm

3.4.3.椭圆形封头开孔削弱所需的补强面积

A=d*δ+2*δ*（δet-C）*（1-fr）-------（8-1）

=60.6*5.07

=307.242mm2

3.4.4.有效补强范围

a.有效宽度

B=2*d=2*60.6=121.2mm-------（8-7）

B=d+2*δn+2*δnt