立式多喷嘴水喷射真空泵设计

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绪论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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题的能力。当学生完成课程设计后，应达到下列目的：1)通过课程设计，能够将化工设备课程和有关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。2)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基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良好的基础。3)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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1)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、经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。2)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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助解决问题。3)正确处理好几个关系①继承和发展的关系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、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的重要方面。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。②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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服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍宜按标准选用。③学会统筹兼顾、抓主要矛盾ⅰ)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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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等方面的要求。ⅱ)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应圆整使用。ⅲ)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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修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要再行计算。二、化工设备课程设计的内容和步骤(1)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，在一周的时间内，完成一种典型钢制压力容器与设备的机械设计如水喷射真空泵。绘制设备总装图一张、重要部件图一张；书写设计说明书一份。多喷嘴喷射真空泵单喷嘴喷射真空泵(2)课程设计的一般步骤1)准备阶段①设计前应准备好有关的设计资料、手册、图册。②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、设备示意图，明确设计要求和设计内容。③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。④结合实验室的现有实验设备（如列管式换热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。2)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进行的。其内容和任务是根据设备的工艺条件(如工作压力、温度、介质腐蚀性、结构形式和尺寸、接管方位标高等)，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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“边算、边边选、边画、边改”的作法来实现，没有一次成功完成整个设计的做法。①选材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于200℃或低于—40℃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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，不需要另行选材。②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、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。③选用零部件设备的附件结构，一般由工艺设计确定，附件的结构形式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座、人孔、视镜、液面计等附件。三、绘制设备装配图(1)选择主视图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间的装配关系。(2)确定其它视图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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根据设备的结构特点，采用局部放大图等表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况和焊缝结构。(4)提出技术要求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。四、绘制零部件图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需要绘图，以便加工制造。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：(1)设计任务书；(2)教师评语；(3)前言；(4)目录；(5)设计条件单；(6)设计方案的分析和拟定；(7)设计计算及各部分结构尺寸的确定；(8)鸣谢；(9)参考文献；(10)设备装配图；(11)设备部件图；设计计算说明书要求计算结果正确，论述清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。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；(2)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；(4)真空室的稳定性计算和结构设计；(5)喷嘴的结构设计；(6)喉管、尾管的结构设计；(7)水室的水压试验、真空室的气压试验；(8)支座的选型及校核;(9)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；(11)绘制总装配图及水室部件图等。一、水喷射真空泵的结构二、主要元件的作用水室：贮存具有一定压力的引射流体——水；喷板：安放喷嘴，并将水室和真空室隔开；图1水喷射真空泵的结构示意图水室喷嘴真空室喉管尾管喷板进水管进气管喷嘴：将引射流体的静压能转化为动能，使流体能够高速喷出；真空室：高真空形成装置；喉管：聚焦引射流体；尾管：排除引射流体和被引射流体三、工作原理水室中具有一定压力的引射流体—水通过喷嘴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过摩擦、挟带、撞击被水流带出进入喉管，最后进入尾管被带出，真空室的气体被带出后，则形成真空。四、引射流体喷射过程的模型紧密区破碎区疏散区图2水射流模型图喷嘴五、水喷射真空泵的参数d2L2L4dO流量比：其中：—被抽气体流量；—工作液体流量。一般取面积比：其中：—喉管直径；—喷嘴出口直径；一般取：喉嘴距：喉管长度：喉管进口角：扩散角：/glqQQgQlQOd2d222/Omdd67m0.6q42(1.52.0)Ld15005001LO25151O20102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，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、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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工较困难等。第一章水室的设计水室的作用：贮存具有一定压力的水，并容纳若干个喷嘴。其基本结构如图3所示。一、筒体的设计(1)设计参数的确定设计压力：计算压力：当时，可以忽略;设计温度：焊缝系数：(单面焊，不做无损探伤)图4水室的结构下法兰筒体仪表接管上法兰进液管Wpp1.1lCppp%5/ppllpCtO406.0钢板负偏差：腐蚀裕度：(2)筒体壁厚的强度计算设筒体的壁厚为，由、材料的牌号、设计温度确定材料的，由公式计算出设计壁厚，考虑后圆整至。若=，则假设合理；反之不合理，需要重新设计，直至满足=。(3)筒体壁厚的刚度校核当≤3800，≥2/1000且不小于3mmC25.01mmC0.12nSnS[]t2][2CpDpSCtiCddS1CnSnSnSnSnSnSnSiDmmminSmm(4)筒体长度的确定筒体的长度H按下式进行确定：其中：—筒体半径；—筒体壁厚；—进液管外径；进液管直径的设计:由得：,根据得：由查钢管标准确定：进液管，外径、壁厚。将开孔直径与允许开孔直径比较，满足要求即可。22.5OHRSDSODRlgQQq/qQQgl/uDQil24uQDli4iDDNOtDntS二、筒体法兰联接结构的设计(1)法兰的设计及密封面的选型根据法兰的DN、PN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。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根据密封的介质、操作温度、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设计尺寸。选用六角头螺栓、Ⅰ型六角螺母、平垫圈三、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。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：压力表接管的规格由条件设计单提供，管长度由其DN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。12.5/2nOtHRSD(2)法兰的设计及密封面的选型根据法兰的DN、PN确定法兰的类型，由对应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。(3)垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计根据密封的介质、操作温度、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设计尺寸。选用六角头螺栓、Ⅰ型六角螺母、平垫圈四、水室的部件图第二章平板封头的设计平板封头与水室的上法兰采用法兰联接结构，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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(1)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同。(2)平板封头壁厚的设计平板封头的壁厚公式为：其中：—计算直径，取垫片的中径；—板边结构特征系数，取0.3。设封头的壁厚为，由、材料牌号、查钢板的许用应力表确定。由公式计算出，将假设的壁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。12[]CnCtKpSDCCCDKnSnSt[]t12[]CnCtKpSDCCnS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，联接尺寸与水室的上法兰相同。下图为、平板封头的结构与尺寸。900DN5.2PN第三章喷板的设计作用：布置和安装一定数量的喷嘴，将真空室和水室隔开。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、等边三角形布置。如右图所示。同心圆分布三角形分布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现干涉，喷板的球面部分在水平方向的投影径不大于，喷嘴孔则布置在此投影径内。二、喷板的稳定性计算(1)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最