选煤厂各类桶体的设计及计算_徐英芳.pdf
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1、选煤厂各类桶体的设计及计算徐英芳,周 霞,周 雪,耿 浩(北京国华科技集团有限公司,北京)摘 要:参考 压力容器 的标准对选煤厂各类桶体壁厚的计算方法进行了梳理,为选煤厂各类桶体在前期设计阶段提供了计算的理论依据,结合设计经验,总结常用结构的加强原则。为提高计算准确性和计算效率,利用 模块核验桶体壁厚、底座厚度及加强筋数量和位置等,对提高设备可靠性和安全性,保证稳定运行具有重要意义。关键词:常压容器;壁厚;无力矩理论;应力计算;有限元法中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(.,):“”,.,.,:;收稿日期:.作者简介:徐英芳(),女,河北唐山人,年毕业于安徽理工大学工业设计专业,工学学士
2、,北京国华科技集团有限公司工程师。引用格式:徐英芳,周 霞,周 雪,耿 浩 选煤厂各类桶体的设计及计算 煤炭加工与综合利用,():选煤厂的非标件可概括分为设备支架吊架、操作检修平台、溜槽和漏斗、桶体类、安全防护支架及管道等。其中桶体类非标件主要包括合格介质桶、磁选尾矿桶、煤泥水桶、压滤机入料桶、循环水桶、清水桶等,具有数量多、容积大等特点,在非标件中占比较大。从结构上来看,主要以圆筒型、圆筒锥型为主。其设计任务书一般由工艺人员提供,机械设计工程师根据设计任务书计算桶体厚度、设计支座和地脚、设置加强筋等。选煤厂各类桶体的设计也是选煤厂设计的重要环节,关系选煤厂建厂的投资成本及生产运营的安全。近年
3、来,随着选煤厂建设的大型化、正规化、国际化,国外施工单位往往要求设计单位提供设计计算书,因此笔者对选煤厂各种桶体的设计及计算方法进行了梳理和总结。设计条件设计条件是机械设计人员开展设计工作的依据,一般由工艺人员给出,包括物料种类及密度、工作温度、设计压力、制作材料、设计寿命、基本尺寸形状、主要操作及工况等,有时也需提供必要的简图。机械设计人员需掌握桶体的设计要求才能开展设计工作,不同的国家和地区对设计标准的要求也存在差异,在设计时须特别注意对相关文件及资料的查询。桶体壁厚的设计及计算壁厚一般是根据设备承受的内外载荷,依照煤炭加工与综合利用 .,相关标准提供的公式进行计算后再加上腐蚀裕量和负偏差
4、并圆整后所得出的。在无特殊情况下,选煤厂中各类桶体的设计压力均为零,即不承受气压而只承受液体静压力,因此桶体壁厚可参考 压力容器 的标准进行设计。值得注意的是,此标准中计算压力与设计压力概念完全不同,是指在相应的设计温度下,用以确定容器各部位或元件计算厚度的压力,其值为设计压力与容器各部位或元件所承受的液柱静压力之和。.圆筒型桶体壁厚的计算选煤厂中圆筒型桶体可看成是受液体静压的薄壁圆筒形敞口壳体,其结构示意见图。简化其模型为受内压和(或)液柱静压力作用下的圆筒形回转壳体,依据无力矩理论,即为简化其计算可假定壁板很薄,只考虑拉(压)应力,不考虑弯曲应力进行强度计算。图 受液体静压的薄壁圆筒形壳体
5、示意图 例如煤泥水搅拌桶,认为筒体为二向应力状态,且各受力面应力均匀分布,因液体重量由支承传递给基础,筒壁不受轴向作用力,即轴向应力,根据无力矩理论平衡方程式:()可得,环向应力,由第一强度理论,筒体内较大的环向应力不应高于材料的许用应力,在实际设计中,还需考虑焊接对材料的影响,即:()()可得壁厚计算式:()式中:为轴向应力(即经向),;为环向应力(即纬向),;为第一曲率半径(经向),;为第二曲率半径(纬向),圆筒形容器,;为圆筒的平均直径,即中径,;为计算压力,可按 计(计算结果转化为,为工作时桶内介质液体最大高度),;为圆筒的内径,;为圆筒计算厚度,;为钢板的许用应力,按表 选取,;为焊
6、接系数,按表 选取。表 选煤厂常用钢板许用应力钢号钢材标准使用状态厚度 常温强度指标 在下列温度()下的许用应力值 碳素钢钢板 热轧.热轧.高合金钢钢板 固溶 固化或稳定化 考虑介质腐蚀等因素的影响,筒体设计厚度还需在计算厚度的基础上加上壁厚附加量,壁厚附加量指钢板或钢管的负偏差及腐蚀裕量,即设计厚度计算式为:()式中:为设计厚度,;为钢板或钢管 年第 期徐英芳,等:选煤厂各类桶体的设计及计算的负偏差(按钢材相应标准选取,常用钢板厚度负偏差见表。当钢材的厚度负偏差.时,负偏差可忽略不计),;为腐蚀裕量,为弥补容器由于腐蚀、机械磨损而导致厚度减薄的附加量,根据容器所处环境条件对筒体的腐蚀速率及设
7、计寿命来确定(除不锈钢外,一般不宜小于),一般可按下式选取:()式中:为腐蚀速度,;为设计寿命,。表 焊接接头系数 双面焊或相当于双面焊的全熔透对接接头无损检测局部无损检测不做无损检测单面焊的对接接头,且沿其根部全长具有紧贴基本金属的垫板无损检测局部无损检测不做无损检测单面焊无垫板对接接头局部无损检测不做无损检测.表 常用钢板厚度负偏差钢板标准 钢板厚度全部厚度.负偏差.由于筒体内的物料不同,设计者可根据实际情况或经验确定腐蚀裕量。碳素钢的腐蚀裕量可参考表。将设计厚度取圆整后,得到名义厚度,也就是最终标注在图样上的厚度。考虑筒体刚性,确保在制造、吊装、运输过程中不变形,对于碳素钢、低合金筒体,
8、当计算名义厚度 时,按 选取;对于高合金筒体,当计算名义厚度 时,按 选取。表 碳素钢的腐蚀裕量腐蚀程度不腐蚀轻微腐蚀腐蚀重腐蚀腐蚀速度().腐蚀裕量.筒锥型桶体壁厚的计算选煤厂中筒锥型桶体十分常见,一般上端呈圆筒形,下端为圆锥形,筒底呈锥形便于沉淀,例如国华科技研发成功的尾煤泥水两段浓缩两段回收工艺中用于浓缩的设备浓缩机,一段浓缩主要功能是分级和浓缩,尽量减少溢流中.粒级含量,将底流浓度调整至合适浓度范围,满足一段回收设备对入料的粒度、浓度要求。二段添加絮凝剂(凝聚剂)使煤泥水(尾煤泥水)深度澄清复用,同时将底流浓度浓缩至 以上,满足二段回收设备对入料浓度的要求,其结构见图 中()所示;图
9、中()所示锥形筒体连接两段不同直径的圆筒,例如循环水桶,可将检修孔或入料管设置在锥段小端直筒处。一般情况下,锥形筒段的制造较方便,但受压稍大时,其大小端通常需要局部加强。其壁厚图 受液体静压的筒锥型桶体示意图的计算可参考.压力容器锥形封头的设计标准,根据无力矩理论基础,计算式为:()式中:为锥壳计算内直径(当锥壳由同一个半锥角的几个不同厚度的锥壳段组成时,式中 煤炭加工与综合利用 年第 期分别为各锥壳段大端内直径,对于图 中的两种结构,),;为半锥角;其余符号释义同式()。结合前文,考虑介质腐蚀等因素的影响,筒锥型桶体设计厚度,圆筒段的壁厚计算可参考前文.中内容。桶体的结构设计前文所述的无力矩
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