立式多喷嘴水喷射真空泵设计ppt课件

立式多喷嘴水喷射真空泵的设计立式多喷嘴水喷射真空泵的设计张 茂 润安徽理工大学化工学院安徽理工大学化工学院 立式多喷嘴水喷射真空泵的设计张 茂 润1绪绪 论论一、化工设备课程设计的目的和要求一、化工设备课程设计的目的和要求(1)课程设计的目的课程设计的目的 课程设计是培养学生设计能力的重要实践课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过课程设计，培教学环节。在教师指导下，通过课程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决工程实际问产实际的知识，综合地分析和解决工程实际问题的能力。当学生完成课程设计后，应达到下题的能力。当学生完成课程设计后，应达到下列目的：列目的：1)通过课程设计，能够将化工设备课程和有关通过课程设计，能够将化工设备课程和有关绪 论2先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。2)初步培养学生独立进行工程设计的工作能力初步培养学生独立进行工程设计的工作能力，树立正确的设计思想，掌提化工设备设计的，树立正确的设计思想，掌提化工设备设计的基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良好的基础。好的基础。3)使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关国使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关国家（部颁）标准，以完成作为工程技术人员在家（部颁）标准，以完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的基本训练。机械设计方面所必备的基本训练。(2)化工设备课程设计的要求化工设备课程设计的要求先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运31)树立正确的设计思想树立正确的设计思想 能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。进行设计。2)具有积极主动的学习态度具有积极主动的学习态度 在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮助解决问题。助解决问题。3)正确处理好几个关系正确处理好几个关系 继承和发展的关系继承和发展的关系1)树立正确的设计思想4 强调独立思考，依靠设计资料和继承前人经强调独立思考，依靠设计资料和继承前人经验。对于初学设计的人来说，学会收集、理解验。对于初学设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的重要方面。重要方面。因此正确处理好继承和发展条件下的抄、搬因此正确处理好继承和发展条件下的抄、搬、套问题，正是设计能力强的重要表现。、套问题，正是设计能力强的重要表现。正确使用标准规范正确使用标准规范 化工设备设计非常强调标准规范。但是并不化工设备设计非常强调标准规范。但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要 求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而 强调独立思考，依靠设计资料和继承前人经5服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍宜按标准选用。宜按标准选用。学会统筹兼顾、抓主要矛盾学会统筹兼顾、抓主要矛盾)计算结果要服从结构设计的要求计算结果要服从结构设计的要求 对初学设计者，最易把设计片面理解为就是对初学设计者，最易把设计片面理解为就是理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个方面的依据。而部件实用尺寸一定要符合结构方面的依据。而部件实用尺寸一定要符合结构等方面的要求。等方面的要求。服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍6)按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般应圆整使用。应圆整使用。)处理好计算与绘图的关系：设计中要求算处理好计算与绘图的关系：设计中要求算、画、选、改同时进行，但零件的尺寸以最后、画、选、改同时进行，但零件的尺寸以最后图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要再行计算。再行计算。二、化工设备课程设计的内容和步骤二、化工设备课程设计的内容和步骤)按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不7(1)课程设计的内容课程设计的内容 根据设计任务书的要求和设计条件单的内容根据设计任务书的要求和设计条件单的内容，在一周的时间内，在一周的时间内，完成一种典型钢制完成一种典型钢制压力容器与设备的压力容器与设备的机械设计如水喷射机械设计如水喷射真空泵。真空泵。绘制设备绘制设备总装图一张、重要总装图一张、重要部件图一张；书写部件图一张；书写设计说明书一份。设计说明书一份。多喷嘴喷射真空泵多喷嘴喷射真空泵单喷嘴喷射真空泵单喷嘴喷射真空泵(1)课程设计的内容多喷嘴喷射真空泵单喷嘴喷射真空泵8(2)课程设计的一般步骤课程设计的一般步骤1)准备阶段准备阶段 设计前应准备好有关的设计资料、手册、图设计前应准备好有关的设计资料、手册、图册。册。认真研究设计条件单，分析设计条件单中的认真研究设计条件单，分析设计条件单中的技术特性参数、接管表中各接管的规格和用途技术特性参数、接管表中各接管的规格和用途、设备示意图，明确设计要求和设计内容。、设备示意图，明确设计要求和设计内容。设计前应认真复习教科书的内容、熟悉有关设计前应认真复习教科书的内容、熟悉有关的设计资料和设计步骤。的设计资料和设计步骤。结合实验室的现有实验设备（如列管式换热结合实验室的现有实验设备（如列管式换热(2)课程设计的一般步骤9换热器、填料塔、精馏塔、反应釜等），熟悉换热器、填料塔、精馏塔、反应釜等），熟悉典型设备的结构，为设计做准备。典型设备的结构，为设计做准备。2)机械设计阶段机械设计阶段 化工设备的机械设计是在设备的工艺设计后化工设备的机械设计是在设备的工艺设计后进行的。进行的。其内容和任务是根据设备的工艺条件其内容和任务是根据设备的工艺条件(如工作压力、如工作压力、温度、介质腐蚀性、结构形式温度、介质腐蚀性、结构形式和尺寸、接管方位标高等和尺寸、接管方位标高等)，围绕着确定壳体，围绕着确定壳体壁厚这一尺寸进行的强度、刚度和稳定性的设壁厚这一尺寸进行的强度、刚度和稳定性的设计或校核计算；对设备内、外附件进行机械结计或校核计算；对设备内、外附件进行机械结构设计和选型。这一过程往往通过构设计和选型。这一过程往往通过“边算、边边算、边换热器、填料塔、精馏塔、反应釜等），熟悉10边选、边画、边改边选、边画、边改”的作法来实现，没有一次的作法来实现，没有一次成功完成整个设计的做法。成功完成整个设计的做法。选材选材 当设计条件单中没有提供使用的材料牌号时当设计条件单中没有提供使用的材料牌号时，通常先按压力因素进行选材。当操作温度高，通常先按压力因素进行选材。当操作温度高于于200或低于或低于40时，温度就是选材的决时，温度就是选材的决定因素；在腐蚀强烈或对物料的污染有特定要定因素；在腐蚀强烈或对物料的污染有特定要求的，腐蚀因素是选材的主要依据。当设计条求的，腐蚀因素是选材的主要依据。当设计条 件单中提供了使用的材料牌号时，按要求使用件单中提供了使用的材料牌号时，按要求使用，不需要另行选材。，不需要另行选材。边选、边画、边改”的作法来实现，没有一次11 强度、刚度、稳定性设计或校核计算强度、刚度、稳定性设计或校核计算 根据结构形式、受力条件和材料的力学性能根据结构形式、受力条件和材料的力学性能、耐腐性能等进行强度、刚度和稳定性计算，、耐腐性能等进行强度、刚度和稳定性计算，最后确定出合理的结构尺寸。最后确定出合理的结构尺寸。选用零部件选用零部件 设备的附件结构，一般由工艺设计确定，附设备的附件结构，一般由工艺设计确定，附件的结构形式件的结构形式在满足工艺要求的条件下，由受在满足工艺要求的条件下，由受力条件、制造、安装等因素决定。如法兰、支力条件、制造、安装等因素决定。如法兰、支座、人孔、视镜、液面计等附件。座、人孔、视镜、液面计等附件。三、绘制设备装配图三、绘制设备装配图 强度、刚度、稳定性设计或校核计算 12(1)选择主视图选择主视图 根据设备设计条件单中的图示特点，采用全根据设备设计条件单中的图示特点，采用全剖视的表达方法，用以表达设备上各零部件之剖视的表达方法，用以表达设备上各零部件之间的装配关系。间的装配关系。(2)确定其它视图确定其它视图 主视图确定后，选择俯视图，以表达设备上主视图确定后，选择俯视图，以表达设备上各接管周向方位及支座的数量、外形及周向方各接管周向方位及支座的数量、外形及周向方位，补充了主视图对这些部分表达的不足。位，补充了主视图对这些部分表达的不足。(3)选择辅助图及各种表达方法选择辅助图及各种表达方法 根据设备的结构特点，采用局部放大图等表根据设备的结构特点，采用局部放大图等表(1)选择主视图13基本视图的不足，可用若干个局部放大图，分基本视图的不足，可用若干个局部放大图，分别表达设备与工艺接管、筒体与封头等连接情别表达设备与工艺接管、筒体与封头等连接情况和焊缝结构。况和焊缝结构。(4)提出技术要求提出技术要求 对设备制造、装配、检验和试车等工序提出对设备制造、装配、检验和试车等工序提出合理的要求，以文字的形式标注在总装图上。合理的要求，以文字的形式标注在总装图上。四、绘制零部件图四、绘制零部件图 对于标准零部件，有专门厂家生产的，可以对于标准零部件，有专门厂家生产的，可以不绘制零部件图；对于具有独立结构的零部件不绘制零部件图；对于具有独立结构的零部件需要绘图，以便加工制造。需要绘图，以便加工制造。基本视图的不足，可用若干个局部放大图，分14五、设计计算说明书五、设计计算说明书 设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一。其内容一般有以下部分：件之一。其内容一般有以下部分：(1)设计任务书；设计任务书；(2)教师评语教师评语；(3)前言；前言；(4)目目录；录；(5)设计条件单；设计条件单；(6)设计方案的分析和设计方案的分析和拟拟定；定；(7)设计计算及各部分结构尺寸的确定；设计计算及各部分结构尺寸的确定；(8)鸣谢；鸣谢；(9)参参考文献；考文献；(10)设备装配图；设备装配图；(11)设备部件图；设备部件图；设计计算说明书要求计算结果正确，论述清设计计算说明书要求计算结果正确，论述清五、设计计算说明书15清楚、文字精练，插图简明，体式符合学校的清楚、文字精练，插图简明，体式符合学校的有关规定，装订成册有关规定，装订成册。立式多喷嘴水喷射真空泵的设计内容如下：立式多喷嘴水喷射真空泵的设计内容如下：(1)水室的强度、刚度计算和结构设计；水室的强度、刚度计算和结构设计；(2)平板封头的强度计算和结构设计；平板封头的强度计算和结构设计；(3)喷板的稳定性计算和结构设计；喷板的稳定性计算和结构设计；(4)真空室的稳定性计算和结构设计；真空室的稳定性计算和结构设计；(5)喷嘴的结构设计；喷嘴的结构设计；(6)喉管、尾管的结构设计；喉管、尾管的结构设计；(7)水室的水压试验、水室的水压试验、真空室的气压试验；真空室的气压试验；清楚、文字精练，插图简明，体式符合学校的16(8)支座的选型及校核支座的选型及校核;(9)进液管、进气管开孔补强的设计计算；进液管、进气管开孔补强的设计计算；(10)主要焊缝的结构与尺寸设计；主要焊缝的结构与尺寸设计；(11)绘制总装配图及水室部件图等。绘制总装配图及水室部件图等。(8)支座的选型及校核;17一、一、水喷射真空泵的结构水喷射真空泵的结构二、主要元件的作用二、主要元件的作用水水 室：贮存具有一定压力的引射流体室：贮存具有一定压力的引射流体水；水；喷喷 板：安放喷嘴，并将水室和真空室隔开；板：安放喷嘴，并将水室和真空室隔开；图图1 水喷射真空泵的结构示意图水喷射真空泵的结构示意图水室水室喷喷 嘴嘴真空室真空室喉喉 管管尾尾 管管喷喷 板板进水进水管管进气进气管管一、水喷射真空泵的结构图1 水喷射真空泵的结构示意图水室喷18喷喷 嘴：将引射流体的静压能转化为动能，使流嘴：将引射流体的静压能转化为动能，使流 体能够高速喷出；体能够高速喷出；真空室：高真空形成装置；真空室：高真空形成装置；喉喉 管：管：聚焦引射流体；聚焦引射流体；尾尾 管：管：排除引射流体和被引射流体排除引射流体和被引射流体三、工作原理三、工作原理 水室中具有一定压力的引射流体水室中具有一定压力的引射流体水通过喷嘴水通过喷嘴后，其大部分静压能被转化为动能，以一定的初后，其大部分静压能被转化为动能，以一定的初速度高速喷出进入真空室，水束周围的气体将通速度高速喷出进入真空室，水束周围的气体将通过摩擦、挟带、撞击被水流带出进入喉管，最后过摩擦、挟带、撞击被水流带出进入喉管，最后喷 嘴：将引射流体的静压能转化为动能，使流19进入尾管被带出，真空室的气体被带出后，则形进入尾管被带出，真空室的气体被带出后，则形成真空。成真空。四、引射流体喷射过程的模型四、引射流体喷射过程的模型紧密区紧密区破碎区破碎区疏散区疏散区图图2 水射流水射流模型模型图图喷喷 嘴嘴进入尾管被带出，真空室的气体被带出后，则形紧密区破碎区疏散区20五、水喷射真空泵的参数五、水喷射真空泵的参数d2L2L4dO五、水喷射真空泵的参数d2L2L4dO21流量比：流量比：其中：其中：被抽气体流量；被抽气体流量；工作液体流量工作液体流量。一般取。一般取 面积比：面积比：其中：其中：喉管直径；喉管直径；喷嘴出口直径；喷嘴出口直径；一般取：一般取：喉嘴距：喉嘴距：喉管长度：喉管长度：喉管进口角：喉管进口角：扩散角：扩散角：流量比：22六、水喷射真空泵的应用六、水喷射真空泵的应用 由于立式多喷嘴水喷射真空泵的抽气量大，由于立式多喷嘴水喷射真空泵的抽气量大，形成的真空度高，故广泛应用于真空干燥、真形成的真空度高，故广泛应用于真空干燥、真空结晶、真空过滤、真空精馏及抽吸输送易燃空结晶、真空过滤、真空精馏及抽吸输送易燃、易爆、有毒、放射性介质等。、易爆、有毒、放射性介质等。优点：结构简单、加工方便、无运动部件、抽优点：结构简单、加工方便、无运动部件、抽 气量大、真空度高等。气量大、真空度高等。缺点：尾管较长，设备的总高度较大、喷板加缺点：尾管较长，设备的总高度较大、喷板加 工较困难等。工较困难等。第一章第一章 水室的设计水室的设计 水室的作用：贮存具有一定压力的水，并容水室的作用：贮存具有一定压力的水，并容六、水喷射真空泵的应用23纳若干个喷嘴。其基本结构如图纳若干个喷嘴。其基本结构如图3所示。所示。一、筒体的设计一、筒体的设计(1)设计参数的确定设计参数的确定设计压力：设计压力：计算压力：计算压力：当当 时，可时，可以忽略以忽略 ;设计温度：设计温度：焊缝系数：焊缝系数：(单面焊，不做无损探伤单面焊，不做无损探伤)图图4 水室的结构水室的结构下法兰下法兰筒筒 体体仪表接管仪表接管上法兰上法兰进液管进液管纳若干个喷嘴。其基本结构如图3所示。图4 水室的结构下法兰24钢板负偏差：钢板负偏差：腐蚀裕度：腐蚀裕度：(2)筒体壁厚的强度计算筒体壁厚的强度计算 设筒体的壁厚为设筒体的壁厚为 ，由，由 、材料的牌号、设、材料的牌号、设计温度确定材料的计温度确定材料的 ，由公式由公式计算出设计壁厚计算出设计壁厚 ，考虑，考虑 后圆整至后圆整至 。若。若 =，则假设，则假设 合理；反之不合理，需要重合理；反之不合理，需要重新设计，直至满足新设计，直至满足 =。(3)筒体壁厚的刚度校核筒体壁厚的刚度校核 当当 3800 ，2/1000且不小于且不小于3 钢板负偏差：25(4)筒体长度的确定筒体长度的确定 筒体的长度筒体的长度 H 按下式进行确定：按下式进行确定：其中：其中：筒体半径；筒体半径；筒体壁厚；筒体壁厚；进液进液管外径管外径；进液管直径的设计进液管直径的设计:由由 得：得：,根据根据 得：得：由由 查钢管标准确定：进液管查钢管标准确定：进液管 ，外径，外径 、壁、壁厚厚 。将开孔直径与允许开孔直径比较，满足。将开孔直径与允许开孔直径比较，满足要求即可。要求即可。(4)筒体长度的确定26二、二、筒体法兰联接结构的设计筒体法兰联接结构的设计(1)法兰的设计及密封面的选型法兰的设计及密封面的选型 根据法兰的根据法兰的DN、PN确定法兰的类型，由对应确定法兰的类型，由对应的容器法兰标准设计出法兰的尺寸。的容器法兰标准设计出法兰的尺寸。由操作介质、温度压力确定密封面的型式。由操作介质、温度压力确定密封面的型式。(2)垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计 根据密封的介质根据密封的介质、操作温度操作温度、操作压力，由垫操作压力，由垫片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准设计尺寸。设计尺寸。选用六角头螺栓选用六角头螺栓、型六角螺母、平垫圈型六角螺母、平垫圈 二、筒体法兰联接结构的设计27三、三、工艺接管的设计及装配尺寸工艺接管的设计及装配尺寸(1)进液管设计及装配尺寸进液管设计及装配尺寸 进液管直径设计已介绍，进液管长度由其进液管直径设计已介绍，进液管长度由其DN 和保温层厚度查表确定。和保温层厚度查表确定。进液管的中心线距筒体上法兰密封面的尺寸进液管的中心线距筒体上法兰密封面的尺寸（装配尺寸）按下式计算：（装配尺寸）按下式计算：压力表接管的规格由条件设计单提供，管长度压力表接管的规格由条件设计单提供，管长度由其由其DN和保温层厚度查表确定。装配尺寸的设计和保温层厚度查表确定。装配尺寸的设计方法与进液管相同。方法与进液管相同。三、工艺接管的设计及装配尺寸28(2)法兰的设计及密封面的选型法兰的设计及密封面的选型 根据法兰的根据法兰的DN、PN确定法兰的类型，由对应确定法兰的类型，由对应的管法兰标准设计出法兰的尺寸。的管法兰标准设计出法兰的尺寸。由操作介质、温度压力确定密封面的型式。由操作介质、温度压力确定密封面的型式。(3)垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计 根据密封的介质根据密封的介质、操作温度操作温度、操作压力，由垫操作压力，由垫片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准片选用表确定垫片的名称及材质，根据垫片标准设计尺寸。设计尺寸。选用六角头螺栓选用六角头螺栓、型六角螺母、平垫圈型六角螺母、平垫圈(2)法兰的设计及密封面的选型 29四、四、水室的部件图水室的部件图 四、水室的部件图 30第二章第二章 平板封头的设计平板封头的设计 平板封头与水室的上法兰采用法兰联接结构平板封头与水室的上法兰采用法兰联接结构，联接尺寸与水室的上法兰相同。其作用是将引，联接尺寸与水室的上法兰相同。其作用是将引射流体密封在水室内，以防止水外溢，同时可防射流体密封在水室内，以防止水外溢，同时可防止空气中的杂质进入水室堵塞喷嘴。止空气中的杂质进入水室堵塞喷嘴。一、平板封头的强度计算一、平板封头的强度计算(1)设计参数的确定设计参数的确定 参见筒体设计参数的确定，但焊缝系数与其不参见筒体设计参数的确定，但焊缝系数与其不同。同。(2)平板封头壁厚的设计平板封头壁厚的设计 第二章 平板封头的设计31平板封头的壁厚公式为：平板封头的壁厚公式为：其中：其中：计算直径，取垫片的中径；计算直径，取垫片的中径；板边结板边结构特征系数，取构特征系数，取0.3。设封头的壁厚为设封头的壁厚为 ，由，由 、材料牌号、材料牌号、查钢查钢板的许用应力表确定板的许用应力表确定 。由由 公式计算出公式计算出 ，将假设的壁，将假设的壁厚与计算出的壁厚进行比较，若两者相等，则假厚与计算出的壁厚进行比较，若两者相等，则假设合理；反之，重新设计，直至满足要求。设合理；反之，重新设计，直至满足要求。平板封头的壁厚公式为：32二、平板封头的结构设计二、平板封头的结构设计 平板封头与水室的上法兰采用法兰联接，因此平板封头与水室的上法兰采用法兰联接，因此，联接尺寸与水室的上法兰相同。下图为，联接尺寸与水室的上法兰相同。下图为、平板封头平板封头的结构与尺寸。的结构与尺寸。二、平板封头的结构设计33第三章第三章 喷板的设计喷板的设计 作用：布置和安装一定数量的喷嘴，将真空室作用：布置和安装一定数量的喷嘴，将真空室和水室隔开。和水室隔开。一、喷嘴孔在喷板上的布置一、喷嘴孔在喷板上的布置 喷嘴孔在喷板上的布置形式有两种：同心圆、喷嘴孔在喷板上的布置形式有两种：同心圆、等边三角形等边三角形布置。如右布置。如右图所示。图所示。同心圆分布同心圆分布三角形分布三角形分布第三章 喷板的设计同心圆分布三角形分布34考虑到最外缘喷嘴具有一定的倾斜角度，因此，考虑到最外缘喷嘴具有一定的倾斜角度，因此，在喷板上布置喷嘴时，为防止喷嘴与水室内壁出在喷板上布置喷嘴时，为防止喷嘴与水室内壁出现干涉，喷板的球面部分在水平方向的投影径不现干涉，喷板的球面部分在水平方向的投影径不大于大于 ，喷嘴孔则布置在此投影径内。，喷嘴孔则布置在此投影径内。二、喷板的稳定性计算喷板的稳定性计算(1)设计外压的确定设计外压的确定 喷板的设计外压取其在工作过程中可能产生的喷板的设计外压取其在工作过程中可能产生的最大压差，取设计外压：最大压差，取设计外压：其中：其中：水室工作压力。水室工作压力。考虑到最外缘喷嘴具有一定的倾斜角度，因此，35(2)稳定性计算稳定性计算 假设喷板的壁厚为假设喷板的壁厚为 ，。由喷板的当。由喷板的当量半径量半径 和和 ，计算出，计算出 。用。用 =0.125计算出系数计算出系数 值，在图值，在图15-5的下方找到系数的下方找到系数 值值，由此做垂直线与，由此做垂直线与150的温度线相交，交点水的温度线相交，交点水平对应的值系数为平对应的值系数为B。许用外压按下式计算：。许用外压按下式计算：将将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则假设壁厚，则假设壁厚 合理，反之，则重新假设。由于喷板上开设了合理，反之，则重新假设。由于喷板上开设了(2)稳定性计算 36一定数量的喷嘴孔，使其稳定性下降，因此，工一定数量的喷嘴孔，使其稳定性下降，因此，工程上采用的壁厚一般在程上采用的壁厚一般在2530mm。内径。内径壁厚壁厚 喷板的结构与尺寸如下图。喷板的结构与尺寸如下图。一定数量的喷嘴孔，使其稳定性下降，因此，工37第四章第四章 真空室的设计真空室的设计 真空室主要由外压圆筒、锥壳和进气管等构真空室主要由外压圆筒、锥壳和进气管等构成，基本结构如右图所示。成，基本结构如右图所示。其作用是当引射流体其作用是当引射流体水水高速通过气室时，会将水高速通过气室时，会将水流周围的气体以摩擦、撞流周围的气体以摩擦、撞击、挟带的方式带出，在击、挟带的方式带出，在气室内将产生负压。当进气室内将产生负压。当进气管与工作机相连时，可气管与工作机相连时，可进行干燥、过滤、精馏、进行干燥、过滤、精馏、第四章 真空室的设计38结晶、抽吸等操作结晶、抽吸等操作。一、一、真空室的长度设计真空室的长度设计 真空室由圆筒和锥壳两部分构成，总长度取引真空室由圆筒和锥壳两部分构成，总长度取引射流体的长度，即：射流体的长度，即：。(1)圆筒的长度设计圆筒的长度设计 进气管直径的确定：进气管直径的确定：进气管直径的大小对真空度的形成有非常重要进气管直径的大小对真空度的形成有非常重要的影响。当抽气量一定时，进气管直径越小，则的影响。当抽气量一定时，进气管直径越小，则气流速度越大，对引射流体束的冲击越大，易造气流速度越大，对引射流体束的冲击越大，易造成引射流体过早破碎，气液混合物不能及时进入成引射流体过早破碎，气液混合物不能及时进入结晶、抽吸等操作。39尾管排出，使抽气量下降；反之，则相反。因此尾管排出，使抽气量下降；反之，则相反。因此，在满足开孔的条件下，进气管直径取大较好。，在满足开孔的条件下，进气管直径取大较好。当筒体内径当筒体内径 时，最大开孔直径必须时，最大开孔直径必须 且不超过且不超过520 mm。如如 的圆筒的圆筒，最大开孔直径取最大开孔直径取450 mm，与之配套的接管公称，与之配套的接管公称直径为直径为 ，规格为，规格为 ，设计开孔直，设计开孔直径为径为 ，考虑到与最大允许开孔直径，考虑到与最大允许开孔直径450 mm相近，取接管的公称直径为相近，取接管的公称直径为 ，规，规格为格为 ，设计的开孔直径为，设计的开孔直径为 ，然，然后由公称直径、设备外保温层厚度，确定进气管后由公称直径、设备外保温层厚度，确定进气管尾管排出，使抽气量下降；反之，则相反。因此40的长度。的长度。圆筒长度的确定：圆筒长度的确定：圆筒的长度为：圆筒的长度为：(2)圆锥壳的长度设计：圆锥壳的长度设计：圆锥壳的下端与喉管采用管法兰联接，初选圆锥壳的下端与喉管采用管法兰联接，初选管法兰的管法兰的DN、PN，由管法兰的内径确定锥壳的，由管法兰的内径确定锥壳的下端外径下端外径 。锥壳的长度为。锥壳的长度为 ：引射流体长度：引射流体长度 ，锥壳的半锥角为：，锥壳的半锥角为：若若 ，则初选管法兰的，则初选管法兰的DN 满足要求，反之满足要求，反之，则重新选择管法兰的，则重新选择管法兰的DN，直至满足，直至满足 。的长度。41二、二、真空室的稳定性计算真空室的稳定性计算(1)设计外压的确定设计外压的确定 对于真空容器，取设计外压：对于真空容器，取设计外压：(2)筒体壁厚的设计筒体壁厚的设计 试差法：假设圆筒的壁厚为试差法：假设圆筒的壁厚为 ，则，则 、，由公式由公式 计算出临界长度计算出临界长度 ，筒体的计算长度：，筒体的计算长度：若若 ，则为短圆筒；反之，为长圆筒。，则为短圆筒；反之，为长圆筒。短圆筒的短圆筒的临界压力为：临界压力为：长圆筒的长圆筒的临界压力为：临界压力为：二、真空室的稳定性计算42由由 计算出计算出 ，对于圆筒，对于圆筒 =3。将。将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则假设，则假设 合理；反之不合合理；反之不合理，需要重新设计理，需要重新设计 ，直至满足，直至满足 为止。为止。图算法：外压圆图算法：外压圆筒的壁厚筒的壁厚 按教材按教材“外压容器设计外压容器设计”中的图中的图5-5及图及图5-75-13进行计算，进行计算，原则流程如右图。原则流程如右图。由 计算出 ，对于圆筒 43(3)圆锥壳壁厚的设计圆锥壳壁厚的设计 承受外压圆锥壳的壁厚可按外压圆筒壁厚的确承受外压圆锥壳的壁厚可按外压圆筒壁厚的确定方法进行计算，但用锥壳的有效壁厚定方法进行计算，但用锥壳的有效壁厚 来代替来代替圆筒的有效壁厚圆筒的有效壁厚 ，锥壳的有效壁厚为：，锥壳的有效壁厚为：将圆锥壳转化为当量圆筒，其当量长度为：将圆锥壳转化为当量圆筒，其当量长度为：其中：其中：圆锥壳的轴向长度；圆锥壳的轴向长度；圆锥壳的小圆锥壳的小端外径；端外径；圆锥壳的大端外径。圆锥壳的大端外径。(3)圆锥壳壁厚的设计44 假设圆锥壳的壁厚为假设圆锥壳的壁厚为 ，则：，则：分别计算出分别计算出 、，在图在图15-4中的纵坐标中的纵坐标上找到上找到 值，值，自该点做水平线与对应的自该点做水平线与对应的 线相交，由交点做垂直线与水平轴相交，找到交线相交，由交点做垂直线与水平轴相交，找到交点的系数点的系数A值值,在图在图15-5-15-7中的横坐标上找到中的横坐标上找到A值值，由此做垂直线与对应的温度线相交，交点水平，由此做垂直线与对应的温度线相交，交点水平对应的值系数约为对应的值系数约为B。按下式计算许用外压按下式计算许用外压 ：若若 ，则假设壁厚合理；反之，则不合理。，则假设壁厚合理；反之，则不合理。假设圆锥壳的壁厚为 ，则：45三、三、工艺接管的设计及装配尺寸工艺接管的设计及装配尺寸 参见第一章第三节内容。参见第一章第三节内容。四、真空室的部件图四、真空室的部件图 真空室的部件图如图。真空室的部件图如图。三、工艺接管的设计及装配尺寸46第五章第五章 喷嘴的设计喷嘴的设计一、一、喷嘴的设计喷嘴的设计 喷嘴的作用是将水的绝大部分静压能转化为动喷嘴的作用是将水的绝大部分静压能转化为动能，使水高速喷出，将气室中的气体带出而形成能，使水高速喷出，将气室中的气体带出而形成真空。喷嘴的出口内径一般取真空。喷嘴的出口内径一般取 ，由于喷嘴的出口部分磨损较严重，故喷嘴设计由于喷嘴的出口部分磨损较严重，故喷嘴设计成两段，上段在进口处设有十字挡环，以防止进成两段，上段在进口处设有十字挡环，以防止进入喷嘴的水流产生旋涡，下段喷嘴可以定期进行入喷嘴的水流产生旋涡，下段喷嘴可以定期进行更换，喷嘴的结构及尺寸如下图。更换，喷嘴的结构及尺寸如下图。二、防旋装置的设计二、防旋装置的设计 第五章 喷嘴的设计47 具有一定压力的水进入喷嘴时易产生旋涡，使具有一定压力的水进入喷嘴时易产生旋涡，使部分静压能转化为热能，导致水温升高，真空度部分静压能转化为热能，导致水温升高，真空度降低；同时会加快喷嘴内壁的磨损，使喷嘴的使降低；同时会加快喷嘴内壁的磨损，使喷嘴的使 立式多喷嘴水喷射真空泵设计ppt课件48用寿命下降。因此，需要在喷嘴的入口处设置防用寿命下降。因此，需要在喷嘴的入口处设置防旋装置，材料选用聚四氟乙烯，结构与尺寸如图旋装置，材料选用聚四氟乙烯，结构与尺寸如图。防旋十字挡板防旋十字挡板第六章第六章 喉管、尾管的结构设计喉管、尾管的结构设计一、一、喉管的设计喉管的设计 用寿命下降。因此，需要在喷嘴的入口处设置防49喉管的的作用主要有两个方面，一方面聚焦引射喉管的的作用主要有两个方面，一方面聚焦引射流体，另一方面起水封作用，以防止外部的大气流体，另一方面起水封作用，以防止外部的大气通过尾管进入真空室破坏真空。喉管采用耐磨铸通过尾管进入真空室破坏真空。喉管采用耐磨铸铁整体铸造，其上端与铁整体铸造，其上端与外压圆锥壳的下端法兰外压圆锥壳的下端法兰相联，下端与尾管法兰相联，下端与尾管法兰相联。其结构与尺寸如相联。其结构与尺寸如图。图。二、二、尾管的设计尾管的设计 尾管的的作用主要是尾管的的作用主要是 喉管的的作用主要有两个方面，一方面聚焦引射50有将引射流体和气体的混合物排出，另一方面起有将引射流体和气体的混合物排出，另一方面起抽吸作用。抽吸作用。尾管一般采用尾管一般采用Q235-A钢管制造钢管制造,上端上端与喉管采用突面板式管法兰相联，尾管的公称直与喉管采用突面板式管法兰相联，尾管的公称直径与管法兰相同，长度根据水室的工作压力不同径与管法兰相同，长度根据水室的工作压力不同分别取分别取:或或三、三、法兰联接结构设计法兰联接结构设计 参见第一章第三节内容。参见第一章第三节内容。有将引射流体和气体的混合物排出，另一方面起51第七章第七章 压力试验压力试验 压力试验的目的是检验宏观强度（是否有异压力试验的目的是检验宏观强度（是否有异常变形）和致密性（有无泄漏）。常变形）和致密性（有无泄漏）。一、水室一、水室试验压力试验压力的确定的确定 且不小于（且不小于（+0.1）Q235-B、Q235-C、Q245R、Q345R制容制容器，试验温度不低于器，试验温度不低于5，其它低合金钢制容，其它低合金钢制容器，试验温度不低于器，试验温度不低于15。二、压力试验的强度校核二、压力试验的强度校核 第七章 压力试验52液压试验时液压试验时水室水室产生的最大应力为：产生的最大应力为：将将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则，则强度足够；反之强度不够，需要重新设计罐体强度足够；反之强度不够，需要重新设计罐体的壁厚。直至液压试验合格。的壁厚。直至液压试验合格。三、试验方法三、试验方法 注液时将气体排尽，试验过程保持容器表面注液时将气体排尽，试验过程保持容器表面干燥，试验时缓慢地将压力升至干燥，试验时缓慢地将压力升至 ，保压一保压一段时间（不低于段时间（不低于30min），将压力降），将压力降至至80%，液压试验时水室产生的最大应力为：53保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行检查，如有渗漏，修补后重新试验，直至合格检查，如有渗漏，修补后重新试验，直至合格为止。为止。四、四、气室的气压试验气室的气压试验(1)试验压力试验压力的确定的确定 真空容器属外压容器，做压力真空容器属外压容器，做压力试验时试验时,按内按内压进行压进行,试验压力取试验压力取:(2)压力试验的强度校核压力试验的强度校核 气气压试验时筒体产生的最大应力为：压试验时筒体产生的最大应力为：保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行54将将 与与 进行比较，若进行比较，若 ，则强度，则强度足够；反之强度不够，需要重新设计足够；反之强度不够，需要重新设计气室气室的壁厚的壁厚。(3)试验方法试验方法 试验时缓慢地将压力升至试验时缓慢地将压力升至0.02MPa，保压，保压，对所有焊缝和连接部位进行出初次检查，合格，对所有焊缝和连接部位进行出初次检查，合格后，将压力缓慢地升至后，将压力缓慢地升至0.1MPa，然后按，然后按0.02MPa的级差逐级升至的级差逐级升至0.2MPa，保压，保压30min，将压力降，将压力降至至0.174MPa，保持足够长时间，对所有焊缝和连，保持足够长时间，对所有焊缝和连接部位进行检查，如有渗漏，修补后重新试验，接部位进行检查，如有渗漏，修补后重新试验，将 与 进行比较，若 55直至合格为止。直至合格为止。第八章第八章 支座的设计支座的设计一、设备工作时总质量的估算一、设备工作时总质量的估算 设备工作时的总质量由两部分构成，一、设设备工作时的总质量由两部分构成，一、设备金属的质量备金属的质量 ；二、操作介质的的质量；二、操作介质的的质量 ，总质量：总质量：(1)设备金属的质量设备金属的质量 的估算的估算 水室的主要金属质量水室的主要金属质量 ：直至合格为止。56真空室的金属质量真空室的金属质量 ：喷板及喷嘴的金属质量：喷板及喷嘴的金属质量：喷板的质量近似按平板封头计算；喷嘴的质量喷板的质量近似按平板封头计算；喷嘴的质量=单喷嘴质量单喷嘴质量喷嘴个数。喷嘴个数。尾管的金属质量尾管的金属质量：突面板式管法兰质量钢管质量突面板式管法兰质量钢管质量附件的金属质量附件的金属质量：单个螺栓的质量单个螺栓的质量个数；单个螺母的质量个数；单个螺母的质量个数；单个金属平垫圈的质量个数；单个金属平垫圈的质量个数个数(2)操作介质的质量操作介质的质量 的估算的估算真空室的金属质量 ：57 =设备的总容积设备的总容积水的密度水的密度二、支座的选型及尺寸设计二、支座的选型及尺寸设计(1)支座的选型支座的选型 立式多喷嘴水喷射真空泵需要设置在操作平台立式多喷嘴水喷射真空泵需要设置在操作平台上，且外部无保温层，故选用上，且外部无保温层，故选用A型耳式支座。支型耳式支座。支座的数量：座的数量：4个，在真空室的圆筒上沿圆周方向均个，在真空室的圆筒上沿圆周方向均布。布。(2)支座尺寸的设计支座尺寸的设计 根据每个支座承受的载荷根据每个支座承受的载荷 、查查A型耳式支型耳式支座标准确定支座的结构与尺寸。座标准确定支座的结构与尺寸。=设备的总容积水的密度58第九章第九章 开孔补强的设计计算开孔补强的设计计算一、水室开孔补强的设计计算一、水室开孔补强的设计计算 水室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进水室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和进水管接口。由于进水管开孔尺寸最大，因此，只水管接口。由于进水管开孔尺寸最大，因此，只需对进水管孔进行补强计算。需对进水管孔进行补强计算。(1)开孔后被削弱的金属面积开孔后被削弱的金属面积 的计算的计算(2)有效补强区内起补强作用的面积计算有效补强区内起补强作用的面积计算 筒体起补强作用金属面积筒体起补强作用金属面积 的计算：的计算：第九章 开孔补强的设计计算59接管起补强作用金属面积接管起补强作用金属面积 的计算：的计算：焊缝起补强作用金属面积焊缝起补强作用金属面积 的计算：的计算：焊缝高度焊缝高度 ，(3)补强面积补强面积 的确定的确定 若若 ，则不需要补强；反之，则需，则不需要补强；反之，则需要补强，补强的面积为：要补强，补强的面积为：二、真空室开孔补强的设计计算二、真空室开孔补强的设计计算 真空室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和真空室的筒体上有两个开孔，即仪表接口和接管起补强作用金属面积 的计算：60进气管接口。由于进气管开孔尺寸最大，因此，进气管接口。由于进气管开孔尺寸最大，因此，只需对进气管孔进行补强计算。只需对进气管孔进行补强计算。(1)开孔后被削弱的金属面积开孔后被削弱的金属面积 的计算的计算 其它计算参见其它计算参见水室开孔补强的设计计算。水室开孔补强的设计计算。第十章第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计主要焊缝的结构与尺寸设计 设备的主要焊缝有水室、真空室壳体的纵向焊设备的主要焊缝有水室、真空室壳体的纵向焊缝；进液管、进气管与壳体的连接焊缝；仪表接缝；进液管、进气管与壳体的连接焊缝；仪表接管与壳体连接的焊缝；壳体与法兰的连接焊缝。管与壳体连接的焊缝；壳体与法兰的连接焊缝。进气管接口。由于进气管开孔尺寸最大，因此，61水室、真空室壳体的纵向焊缝，按焊接坡口的基水室、真空室壳体的纵向焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（本形式与尺寸（GB985-88）进行设计；液管、进）进行设计；液管、进气管与壳体的连接焊缝，按焊接坡口的基本形式气管与壳体的连接焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（与尺寸（HGJ17-89）进行设计；仪表接管与壳体）进行设计；仪表接管与壳体连接的焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸连接的焊缝，按焊接坡口的基本形式与尺寸（HGJ17-89）进行设计；法兰的焊接按相应法兰）进行设计；法兰的焊接按相应法兰标准中的规定。标准中的规定。工作压力为工作压力为0.2MPa、内径、内径Di=900mm、尾管长、尾管长度为度为10000mm的多喷嘴立式水喷射真空泵的焊缝的多喷嘴立式水喷射真空泵的焊缝结构及尺寸如图所示。结构及尺寸如图所示。水室、真空室壳体的纵向焊缝，按焊接坡口的基62立式多喷嘴水喷射真空泵设计ppt课件63第十一章第十一章 装配图及主要部件图的设计装配图及主要部件图的设计一、技术特性表一、技术特性表 第十一章 装配图及主要部件图的设计64二、接管表二、接管表二、接管表65三、技术要求三、技术要求三、技术要求66四、标题栏标题栏及明细表及明细表四、标题栏67参参 考考 文文 献献1汤善甫，朱思明汤善甫，朱思明.化工设备机械基础（第二版）化工设备机械基础（第二版）M.上上 海：华东理工大学出版社，海：华东理工大学出版社，2004.2胡湘韩胡湘韩.喷射泵技术及其应用喷射泵技术及其应用M.北京：水利工业出北京：水利工业出 版社，版社，1990.3吴宗泽吴宗泽.机械设计实用手册（第二版）机械设计实用手册（第二版）M.北京：化北京：化学学 工业出版社，工业出版社，2003.4余国琮余国琮.化工机械工程手册（上、中、下卷）化工机械工程手册（上、中、下卷）M.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，2003.5曲文海曲文海.压力容器与化工设备实用手册（上、下）压力容器与化工设备实用手册（上、下）M.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，2000.立式多喷嘴水喷射真空泵设计ppt课件686魏崇光，郑晓梅魏崇光，郑晓梅.化工工程制图化工工程制图 M.北京：化学工业北京：化学工业 出版社，出版社，2004.7张洪流，张茂润主编张洪流，张茂润主编.化工单元操作课程设计指导书化工单元操作课程设计指导书 M.上海：华东理工出版社，上海：华东理工出版社，2011.8化工设备设计全书编辑委员会化工设备设计全书编辑委员会 丁伯民，黄正林等丁伯民，黄正林等.化工化工 容器容器M.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，2003.9化工设备设计全书编辑委员会化工设备设计全书编辑委员会 王非，林英王非，林英.化工设备化工设备 用钢用钢M.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，2004.10刁玉玮，王立业，喻建良刁玉玮，王立业，喻建良.化工设备机械基础（第六化工设备机械基础（第六 版）版）M.大连：大连理工大学出版社，大连：大连理工大学出版社，2004.6魏崇光，郑晓梅.化工工程制图 M.北京：化学69