【文章內(nèi)容簡介】 來看，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的事故占有較大的比例。正確合理的高壓容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是使其安全使用的基本要求，同時(shí)對降低高壓容器的成本也有一定的影響。還有焊接工藝性的設(shè)計(jì)，高壓容器發(fā)生事故很多的時(shí)候是在焊縫的位置。 6 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法 具備的條件 老師的指導(dǎo)，過去所學(xué)到的理論知識(shí)，搜集到的資料，計(jì)算機(jī)，圖書館，網(wǎng)絡(luò)資 第 X 頁（共 41 頁） 源等。以前所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)、所用的課本、搜集到的資料、老師提供的參考資料等， 還有圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源。 解決辦法 在圖 書館查閱焊接設(shè)計(jì)的、設(shè)計(jì)手冊和雜志等相關(guān)書籍，閱讀國內(nèi)外關(guān)于高壓容器的設(shè)計(jì)與制造的書籍，借助網(wǎng)絡(luò)資源，在學(xué)校圖書館網(wǎng)站和一些焊接論壇上查閱下載必要的資料，認(rèn)真閱讀，多與同學(xué)討論，并在老師的指導(dǎo)下，認(rèn)真思考、歸納總結(jié)，逐步解決在設(shè)計(jì)過程中遇到的理論性困難問題，及時(shí)補(bǔ)充學(xué)習(xí)所需要的各方面的知識(shí)。熟練畫圖軟件知識(shí)，經(jīng)常向老師請教，多與同學(xué)交流學(xué)習(xí)，多跑圖書館，多上機(jī)查資料。 7 工作的主要階段、進(jìn)程與時(shí)間安排 工作的主要階段、進(jìn)度： 根據(jù)設(shè)計(jì)題目查閱相關(guān)資料，以了解設(shè)計(jì)過程、計(jì)算方法以及注意事項(xiàng)。 規(guī)劃總體 設(shè)計(jì)方案，與進(jìn)行確定。 根據(jù)設(shè)計(jì)方案，對各零件選擇材料，初步計(jì)算出高壓容器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，對主要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 根據(jù)計(jì)算所得結(jié)論以高壓容器工藝要求加以完善處理。 繪制裝配草圖以及零件草圖。 繪制裝配圖以及零件圖。 做畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)，復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)過程準(zhǔn)備答辯。 時(shí)間安排： 2020 年 11 月 8 日～ 12 日：領(lǐng)取任務(wù)書，查閱相關(guān)資料 2020 年 11 月 12 日～ 18 日：閱讀并翻譯與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的外文資料 2020 年 11 月 12 日～ 28 日：撰寫開題報(bào)告 XI 2020 年 11 月 28 日～ 30 日：設(shè)計(jì)計(jì)算，繪草圖， 寫設(shè)計(jì)說明書草稿。 2020 年 12 月 1 日～ 10 日：初步完成設(shè)計(jì)說明書主體部分 2020 年 12 月 10 日～ 30 日：圖紙繪制 2020 年 1 月 1 日～ 5 日：資料檢查 2020 年 2 月 20 日～ 4 月 15 日：修訂設(shè)計(jì)說明書 2020 年 4 月 16 日～ 4 月 30 日：修改并完善設(shè)計(jì)圖（總裝配圖、零件工作圖） 2020 年 5 月 7 日～ 5 月 20 日：撰寫并打印設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師審查意見 第 XII 頁（共 41頁） 中外文摘要 32Mpa 高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析 學(xué) 生 ： xxxxxxx 指導(dǎo)老師 ： xxxxxxx [摘要 ] 本文介紹了高壓容器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并對 高壓容器的結(jié)構(gòu)作了簡單的介紹。 接著對 深冷高壓容器的材料選擇 進(jìn)行了詳細(xì)的分析 , 該高壓容器主要包括內(nèi)、外容器的筒體、封頭及其各自結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 還對容器所用附件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并運(yùn)用 Auto CAD 軟件繪制了容器裝配圖。在進(jìn)行附件設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)件，并針對最大應(yīng)力分布區(qū)域，運(yùn)用開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)對開孔接管處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。從 對高壓容器強(qiáng)度與安全特性分析 驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性，最后 對 高壓深冷容 器的制造、檢驗(yàn)和焊接加工性進(jìn)行分析 [關(guān)鍵詞 ] 深冷 高壓容器 容器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 開孔補(bǔ)強(qiáng) 安全特性分析 焊接加工性 第 0 頁（共 41 頁） The design of copious cooling flat strip winding high pressure vessel structure Student: xxxxxxx Guide teacher:Jxxxxxxx [Abstract] This Passage introduces the current research status of high pressure vessel at home and abroad and the development trend, and the high pressure vessel structure were simply introduced. Then the high pressure vessel cryogenic materials selection are analyzed in detail, and the high pressure vessel mainly includes the inside and outside of the cylinder .and their respective head of the design of the structure, but also to designing the accessories which the vessel use, protracting how to set up the vessel by Auto CAD software. When design these accessories aim at the area where the biggest stress distribution to do Reinforcement design. From analyzing the strength and security features of the high pressure vessel to prove the structure design is feasible. At the end of to analyze the high pressure copious cooling making、 inspection and seal machining. [Keyword]： Copious cooling high pressure vessel the structural design of container reinforcement of openings security feature analyzing seal machining 選題背景 第 1頁（共 41頁） 前言 1833 年法國巴黎大學(xué)教授 Lame 和 Clapeyron 得出了厚壁圓簡平衡公式和應(yīng)力分布公式，提出了 在圓簡內(nèi)施加壓力時(shí)其內(nèi)部的應(yīng)力分布，從而為高壓容器的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 1888 年法國學(xué)者 Lrchatlirt 首先提出利用壓力這個(gè)因素來促進(jìn)氫氮的反應(yīng)及提高氨產(chǎn)量的著名原理及設(shè)想。繼而德國化學(xué)家 Haber 等繼續(xù)進(jìn)行了這方面的研究，并從設(shè)備上解決了問題。并于 1910 年建立了一個(gè)中間工廠，第一次在 20MPa 操作壓力下得到氨的工業(yè)產(chǎn)品。幾乎在同一時(shí)代，煤炭的液化亦采用了高壓設(shè)備。 隨著近代化工工業(yè)的迅速發(fā)展，高壓容器獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。如合成氨工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 15 60MPa。合成甲醇工業(yè)中的高壓設(shè)備 壓力為 15 30MPa。合成尿素工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 20 MPa 。石油加氮工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 8 70MPa。乙烯氣體在超過 100MPa 的超高壓條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)等，都是利用高壓條件手化學(xué)平衡向有利于合成產(chǎn)品的方向進(jìn)行這一原理，它可以提高化學(xué)反應(yīng)速度，并大大減小了反應(yīng)設(shè)備的容積。從各方面的技術(shù)應(yīng)用中表明，高壓容器在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用必不可少 .而且是得到迅速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域。 低溫技術(shù)在宇航等工業(yè)上的開發(fā)和應(yīng)用 ， 需要一些深冷低溫高壓貯液設(shè)備和單元操作設(shè)備 ， 如液氫、液氧高壓容器 ， 其使用壓力已高達(dá) 40MPa， 容積亦趨大型化而且 ， 低溫容器所貯存的往往是易燃易爆和極易揮發(fā)的介質(zhì) ， 因此 ， 對低溫容器結(jié)構(gòu)的使用安全技術(shù)和制造技術(shù)的要求亦不斷增加 ， 其矛盾越發(fā)突出。如要設(shè)計(jì)一臺(tái) 10m3的液氫容器 ， 內(nèi)容器材料應(yīng)選奧氏體不銹鋼 ,當(dāng)筒體內(nèi)徑為 1500 mm 時(shí) ， 要求設(shè)計(jì)壁厚達(dá) 250 mm 以上 ， 要采用如此厚的不銹鋼板卷焊技術(shù)來制造 ， 不僅制造困難 ， 造價(jià)昂貴 ,其使用安全性亦不足。 目前在工礦企業(yè)使用的壓力容器中，低溫壓力容器占有一定的比重。因該容器工作溫度較低，容器材料的脆性相應(yīng)增大，即使在工作壓力較低的情況下，也極易造成低應(yīng)力脆斷，使 容器遭到不同程度的破壞。因此，這種破壞是一種很難預(yù)測而危害性又很大的破壞。通過近幾年壓力容器發(fā)生的事故來看，工作壓力較低的低溫容器占有一定的比例這主要是由于容器的工作壓力較低不易引起人們的注意造成的。隨著科學(xué)的進(jìn)步，目前國內(nèi)外對低溫容器的低應(yīng)力脆斷都在進(jìn)行深入的研究，并取得了很大的32MPa高壓容器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析 第 2 頁（共 41 頁） 進(jìn)展。 32MPa 高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析 1 選題背景 研究目的和意義 在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，隨著石化工業(yè)的迅速發(fā)展 , 高溫、高壓容器得到越來越廣泛的應(yīng)用，這類容器要承受較高的壓力、溫度和介質(zhì)的腐蝕 , 操作條件比 較苛刻，在高壓容器應(yīng)用的同時(shí)也暴露出更多的安全隱患。高壓容器設(shè)計(jì)時(shí)的材料選擇、強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)的合理性等要求都比較高。壓力容器因其承受各種靜、動(dòng)載荷或交變載荷，還有附加的機(jī)械或溫度載荷；其次，大多數(shù)容器容納壓縮氣體或飽和液體，若容器破裂，導(dǎo)致介質(zhì)突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來的破壞能量極大，加上壓力容器極大多數(shù)系焊接制造，容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，一旦檢驗(yàn)、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂，容器內(nèi)易爆、易燃、有毒的介質(zhì)將向外泄漏，勢必造成極具災(zāi)難性的后果。因此，對壓力容器要求很高的安全可靠性。 在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，對高壓 容器進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的和意義就是：保證高壓容器的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)計(jì)、制造及使用過程中都以安全為核心問題，在選用經(jīng)濟(jì)可靠的材料、經(jīng)濟(jì)的制造方法、低的操作和維護(hù)費(fèi)用、長周期的安全運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，更要使高壓容器有足夠的強(qiáng)度、剛度 (或穩(wěn)定性 )、可靠的密封性能和一定的使用壽命等的安全性，即在充分保證足夠安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)。在化學(xué)工業(yè)中使用的高壓容器，其操作隨工藝過程而異。情況比較復(fù)雜。它不僅承受高壓 .而且具有高溫 (如加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度高達(dá) 500 ℃ )和低溫 (如液氮洗工藝的溫度低至196 ℃ )，同時(shí)還往往伴有介質(zhì) (如氫、氮、一氧化碳與尿素等 )的強(qiáng)烈腐蝕。所以對高壓容器的設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)應(yīng)十分重視。另外，由于壓力容器大型化的發(fā)展趨勢，容器的直徑、壁厚、質(zhì)量越來越大。容器的使用條件日益苛刻。因此在設(shè)計(jì)高壓容器時(shí) .必須從操作條件出發(fā)，對安全、選材、制造、檢駿等各方面進(jìn)行全面綜合的比較和分析，以期做出一個(gè)操作安全、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。 在高壓容器的設(shè)計(jì)過程中。一般應(yīng)考慮下列問題： 選題背景 第 3頁（共 41頁） 高壓容器的結(jié)構(gòu)必須保證強(qiáng)度的可靠性和密封的嚴(yán)密性 為了保證強(qiáng)度的可靠性，便容器在確定壓力 (或其他外部載荷 )作用下 ，不導(dǎo)致破壞或過量的塑性變形，就必須對容器的受力元件做詳細(xì)的應(yīng)力分析，結(jié)合選材、制造檢驗(yàn)等做綜合的考慮，然后定出合理的殼體結(jié)構(gòu)和尺寸。為了保證密封的嚴(yán)密性，使容器在操作時(shí)不產(chǎn)生泄漏，避免因而引起的著火或爆炸事故、就必須從結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠、便于加工、裝卸、檢驗(yàn)等出發(fā)，慎重確定密封結(jié)構(gòu)。由于在一定壓力下容器的壁厚隨直徑的加大而增加，直徑和壁厚的增加又對選材、密封、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸?shù)雀鞣矫鎺碓S多困難。因此，一般高壓容器的結(jié)構(gòu)在滿足操作條件的前提下，當(dāng)容積一定時(shí)，希望采用較大的長徑比，并要求有效地利用高壓空間。 高壓容器的選材 高壓容器所選用的材料應(yīng)具有良好的綜合機(jī)械性能和耐腐蝕性能，同時(shí)應(yīng)遵守經(jīng)濟(jì)、節(jié)約和符合國情的原則。所謂良好的綜合機(jī)械性能即指強(qiáng)度高，塑性和韌性好，以及良好的制造和加工工藝性。良好的耐腐蝕性是指材料耐操作介質(zhì)腐蝕的程度，除了不應(yīng)直接影響設(shè)備使用壽命外，同時(shí)還不應(yīng)影響產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)節(jié)約和符合國情可以降低設(shè)備成本，保證材料的來源和供應(yīng)。 高壓容器的制造和檢驗(yàn)必須嚴(yán)格遵守各種技術(shù)條件和有關(guān)規(guī)程 不論在制造過程中還是在現(xiàn)場使用過程中都要執(zhí)行嚴(yán)格的檢查和試驗(yàn)。這樣，一方面可以及早發(fā)現(xiàn)缺陷，保證制 造質(zhì)量 。另一方面可對容器的承載能力做驗(yàn)證，以確保容器的安全操作。因此，在設(shè)計(jì)過程中必須正確選定制造檢驗(yàn)技術(shù)條件作為制造檢驗(yàn)的準(zhǔn)繩。同時(shí)必須使設(shè)計(jì)符合技術(shù)條件的各種要求。 高壓容器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 高壓容器應(yīng)用及發(fā)展 高壓容器在化工與石油化學(xué)工業(yè)中有著愈來愈廣泛的應(yīng)用。如合成氨工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 15～ 60MPa；合成甲醇工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 15～ 30MPa；合成尿素工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 20MPa；石油加氫工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 10～ 70MPa等。這類合成反應(yīng)裝置不但壓力高 ，而且也伴有高溫，例如合成氨就常在 15～ 32MPa32MPa高壓容器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析 第 4 頁（共 41 頁） 壓力和 500℃ 高溫下進(jìn)行合成反應(yīng)。當(dāng)前壓力容器向大容量、高參數(shù)發(fā)展，如核電站一個(gè) 1500MW 壓水堆壓力殼，工作壓力為 14～ 16MPa，工作溫度為 250～ 330186。C，容器內(nèi)直徑 7800mm，壁厚 317 mm，重