立式多喷嘴水喷射真空泵设计.doc

1、 1前言随着我国高等教育事业的迅速发展，实用型的设计已经是迫在眉睫。本设计书正是关于立式多喷嘴水喷射真空泵的设计。本设计书根据真空泵的设计参数，对真空泵的主要元件进行了强度，刚度，稳定性的计算和设计。对真空泵的附件进行了选型，以及对真空泵质量检验方法使用和进行焊缝的结构设计。最后提供了真空泵的装配图和水室部件图首先感谢张茂润老师为本人提供的技术指导以及宝贵的经验，由于本人水平有限，加之初次进行这种设计，所以设计书中有诸多不完善之处，敬请广大同仁和读者指教。水喷射真空泵具有能耗低，结构简单、紧凑，加工容易，工作可靠无泄漏无运动部件维护( 维修) 简单等优点。这使得水喷射真空系统的应用越来越广泛。

2、目前多级串连的组合式水喷射泵机组已经投入使用， 可以获得很高的真空度。然而虽然水喷射泵应用前景广阔，但是从目前国内使用来看水喷射泵真空系统的使用并不普遍原因很多，归结起来主要有（1）设计人员受传统观念束缚首先考虑机械式真空设备，采用其他的真空设备往往会承担风险，且易受业主的影响。 （2）业主根据经验，往往认识不到水喷射泵真空系统的各种优势，会提出采用机械式真空设备的要求。（3）社会的普及情况，从而形成一种惯性，得不到进一步的推广。 （4）设计制作及使用方面的原因正是因为这些原因，虽然水喷射泵真空设备已经出现多年。采用水喷射真空系统从各方面来说都是效益显著的，在实际生产使用中由于设计制作安装及使

3、用过程中存在的各种问题，往往出现系统无法达到系统能力或设备短寿命等情况。因此优良的设计制作，以及正确的安装使用及维护可以充分发挥水喷射真空系统的能力，提高生产效率降低生产成本。最次再次感谢张茂润老师，在这炎炎夏日，不辞辛苦的指导我们完成设计。对此表示由衷的感谢。2目 录前言 .1第一章：水室的设计 .11.1 水室筒体的设计 .11.1.1 设计参数的确定 .11.1.2 筒体壁厚的强度计算 .21.1.3 筒体壁厚的刚度计算 .21.2 筒体法兰联接结构的设计 .21.2.1 法兰的设计及密封面的选型 .21.2.2 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计 .31.3 进液管的设计 .41.3.

4、1 进液管直径的设计 .41.3.2 进液管长度的设计及装配尺寸 .41.3.3 进液管法兰联接结构的设计 .4一、管法兰的设计及密封面的选型 .4二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 .51.4 筒体长度的确定 .61.5 压力表接管及法兰联接结构的设计 .61.5.1 接管的设计 .61.5.2 法兰联接结构的设计 .7一、法兰的设计及密封面的选型 .7二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 .71.6 水室的部件图 .8第二章：平板封头的设计 .92.1 平板封头的强度计算 .92.1.1 设计参数的确定 .92.1.2 平板封头壁厚的设计 .92.1.3 平板封头的结构设计 .10第三章 喷板的

5、设计 .113.1 喷嘴孔在喷板上的布置 .113.2 喷板的稳定性计算 .123.2.1 设计外压的确定 .123.2.2 稳定性计算 .12第四章 真空室的设计 .134.1 真空室的长度设计 .134.1.1 圆筒的长度设计 .14一、进气管直径的确定 .14二、圆筒长度的确定 .144.1.2 圆锥壳的长度设计 .144.2 真空室的稳定性计算 .154.2.1 设计外压的确定 .154.2.2 筒体壁厚的设计 .15一试差法 .15二、图算法 .164.2.3 圆锥壳壁厚的设计 .1634.3 真空室的法兰联接结构设计 .174.3.1 外压圆筒的法兰联接结构设计 .174.3.2

6、外压圆锥壳的法兰联接结构设计 .17一、管法兰的设计及密封面的选型 .17二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 .184.3.3 进气管法兰联接结构设计 .19一、法兰的设计及密封面的选型 .19二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 .194.3.4 进气管的装配尺寸 .204.3.5 支座的装配尺寸 .204.3.6 真空表接管的装配尺寸 .204.4 真空室的部件图 .20第五章 喷嘴的设计 .215.1 喷嘴的设计 .215.2 防旋装置的设计 .22第六章 喉管、尾管的结构设计 .226.1 喉管的设计 .226.2.1 尾管的设计 .236.2.2 法兰联接结构设计 .23一、管法兰的设计及

7、密封面的选型 .23二、垫片的设计及螺栓、螺母的设计 .24第七章 压力试验 .257.1 水室的水压试验 .257.1.1 试验压力的确定 .257.1.2 压力试验的强度校核 .257.1.3 水压试验的操作 .257.2 真空室的气压试验 .267.2.1 试验压力的确定 .267.2.2 压力试验的强度校核 .267.2.3 气压试验的操作 .26第八章 支座的设计 .278.1 设备工作时总质量的估算 .27（一）水室的金属质量 .27（二）真空室的金属质量 .27（三）喷板及喷嘴的金属质量 .28（四）尾管的金属质量 .28（五）附件的金属质量 .288.1.2 操作介质的质量（

8、2Q）的估算 .288.2 支座的选型及尺寸设计 .298.2.1 支座的选型 .298.2.2 支座的尺寸设计 .29第九章 开孔补强的设计计算 .309.1 水室开孔补强的设计计算 .309.1.1 水室的筒体开孔后被削弱的金属面积 A的计算 .309.1.2 有效补强区内起补强作用的面积计算 .30一、筒体起补强作用金属面积 1的计算 .304二、接管起补强作用金属面积 2A的计算 .31三、焊缝起补强作用金属面积 3的计算 .319.1.3 补强面积的的确定 .319.2 真空室开孔补强的设计计算 .329.2.1 真空室的筒体开孔后被削弱的金属面积 的计算 .329.2.2 有效补强

9、区内起补强作用的面积计算 .32一、筒体起补强作用金属面积 1A的计算 .32二、接管起补强作用金属面积 2的计算 .33三、焊缝起补强作用金属面积 3的计算 .339.2.3 补强面积的的确定 .33第十章 主要焊缝的结构与尺寸设计 .34第十一章 装配图及主要部件图的设计 .3511.1 技术特性表 .3511.2 接管表 .3611.3 技术要求 .3611.4 标题栏及明细表 .3711.5 装配图及部件图 .38参 考 文 献 .385由设计条件单可知，设计的喷射真空泵的内径为 ，喷板上按等边三角形方式mDi50布置若干个喷嘴，利用喷嘴将水的绝大部分静压能转化为动能，使水高速喷出，将

10、气室中的气体带出而形成真空。装置上设有 2 个工艺接口、4 个耳式支座、2 个测控接口。设计主要内容有：（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；（8）真空室的气压试验；（9）支座的选型及校核;（10）进液管、进气管开孔补强的设计计算；（11）主要焊缝的结构与尺寸设计；（12）绘制总装配图及水室部件图等。6第一章：水室的设计水室的作用：贮存具有一定压力的引射流体水，并容纳若干个喷嘴。由条件设计单中可知水室的工作压力为 ，属

11、低压设备；操作介质为水，不具有污染性；MPapW2.0操作温度为室温，因此，筒体和接管材料均选用 Q235-B，法兰材料选用 16Mn，其基本结构如图 1 所示。1.1 水室筒体的设计1.1.1 设计参数的确定设计压力 ： 1.1 ，取 1.1 =1.10.2pWpWMPa液体静压 ： 按筒高近似为 估算 =0.01 ，L mH10Lp因 =0.01 =0.011 ，故 可以忽略。LMPa%5计算压力 ： = = 1.10.2cpcLpa设计温度 ： 25+15=40t焊缝系数 ： （单面焊透,不做无损探伤）6.0钢板负偏差 ： 0.25 （GB6654-96）1Cm因设备材料为尚耐腐蚀材料且

12、为微弱单面腐蚀故取腐蚀裕量 ： 12C2m1-法兰；2-筒体；3-仪表接管；4-进液管图 1 水室的结构71.1.2 筒体壁厚的强度计算假设筒体壁厚的 ，由 Q235-B、 =25、 查钢板的许用应力mSn5tmSn5表可知 113 。tMPa根据 得：21C2pDStid)(8.0.6.0135md 考虑 ，则= ，圆整C6.25.1Sdn mSn0.2由于 ，故假设的筒体壁厚太大，应重新假设 ，考虑到设计压mSn.25 n力较小，因此，强度条件已不是确定筒体壁厚的主要因素，应按刚度条件设计筒体壁厚。 1.1.3 筒体壁厚的刚度计算对于 Q235-B 制容器，当 3800 ， 2 /1000

13、 且不小于 3 ，另加iDminSiDm2C并圆整至 。故： 考虑到筒体加工壁厚不小于 5mm，取 。nSn413 Sn51.2 筒体法兰联接结构的设计1.2.1 法兰的设计及密封面的选型根据法兰的 DN=500、PN=0.25 MPa查表可知：法兰的类型为甲型平焊法兰；密封面的型式为平密封面，结构及尺寸如图 2。法兰标记：法兰 500-0.25 JG/T4701-2002。材 料： 16MnF螺栓规格： 16 螺栓数量： 20 法兰数量： 3M图 2 法兰的结构与尺寸图 2 法兰的结构与尺寸81.2.2 垫片的设计及螺栓、螺母、垫圈的设计根据密封的介质为水，操作温度为 25，操作压力为 0.2 ，由垫片选用表可知：MPa选用橡胶垫片，材料为橡胶板（GB/T3985 ） 。垫片的尺寸如图 3。垫片标