金属容器结构设计

安徽工程大学课程设计说明书题目名称：卧式储罐设计专业班级：食品122班学生姓名：***指导教师：***完成日期： 2015-09-24目录摘要 (3)第一章绪论 (4)1.1设计任务： (4)1.2设计思想： (4)1.3设计特点： (4)第二章材料及结构的选择与论证 (5)2.1材料选择 (5)2.2结构选择与论证 (5)2.2.1 封头的选择 (5)2.2.2容器支座的选择 (5)2.3法兰型式 (6)2.4液面计的选择 (6)第三章结构设计 (7)3.1壁厚的确定 (7)3.2封头厚度设计 (7)3.2.1计算封头厚度 (7)3.2.2水压试验及强度校核 (8)3.3储罐零部件的选取 (8)3.3.1储罐支座 (8)3.3.2 罐体质量 (8)3.3.3封头质量 (9)3.3.4液氨质量 (9)3.3.5附件质量 (9)第四章接管的选取 (10)4.1液氨进料管 (10)4.2平衡口管 (10)4.3液位指示口管 (10)4.4放空口管 (10)4.5液体进口管 (11)4.6液体出口管 (11)第五章压力计选择 (12)符号说明 (13)总结 (14)摘要本说明书为《1.2m3液氨储罐设计说明书》。

扼要介绍了卧式储罐的特点及在工业中的广泛应用，详细的阐述了卧式储罐的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。

本文采用分析设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按工艺设计、设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、接管进行设计，然后采用1SW6-1998对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。

设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。

关键词：压力容器、卧式储罐、结构设计、强度校核、开孔补强第一章绪论1.1 设计任务：针对化工厂中常见的液氨储罐，完成主体设备的工艺设计和附属设备的选型设计，绘制总装配图，并便携设计说明书。

1.2设计思想：综合运用所学的机械基础课程知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。

金属包装容器结构设计1内装物分析及包装物量设定内装物：功能性饮料工作温度：-10-40℃包装物量：300ml2罐形及尺寸规格的确定金属罐的罐型、尺寸以及封口方式都受到制罐设备的限制，目前许多金属容器的规格尺寸、结构形式都已标准化。

因此，金属罐的设计实质上根据用户要求选定罐型、材料、封口形式以及外在表面进行装潢设计。

2.1 功能性饮料罐的罐型、结构功能性饮料罐的罐型、结构的确定必须考虑包装要求和制造成本等综合因素。

（1）影响成本的因素。

圆形罐和其他异型罐相比，不仅制作相对容易，而且用料较省。

因此在设计金属罐时，从节约用料、降低成本这一角度出发，应尽量选用圆形罐。

此外，二片罐生产线的生产效率比三片罐高，按设备投资远比三片罐大，在确定金属罐的造型结构、进行经济核算时必须考虑这些因素。

（2）应满足内装物的包装要求。

在选定罐型时，要根据内装物的特性、包装要求来确定金属罐的结构、形状、封口形状、底和盖以及侧缝的结构等。

综上所述，由于此次设计的是功能性饮料罐，所以罐身选择圆形三片罐。

2.2功能性饮料食品罐的规格尺寸根据被包装物的包装量计算所需容量，并以被包装物的填装率(约85％～95％)来核算罐容；故容装量在315.79ml ～352.94ml ，故取此包装容器容量为320ml ，取罐内径D=70mm 故：24432083.27070V h mm D ππ⨯===⨯⨯h=83.2mm3 功能性饮料罐材料的选择及依据3.1功能性饮料罐的原材料选择(1)材料种类确定镀锡薄钢板因锡层无毒、无味、柔软、附着于钢基板上，使之具有良好的焊接性能，并具有光亮的外表。

具有原材钢板的力学性能，同时又有表面锡层的保护，克服了无锡钢板易生锈、不耐腐蚀的缺点，成型的金属包装容器，表面光亮美观，也易于涂饰和印刷，所以镀锡薄钢板的饮料罐在生产中被广泛应用，所以在此我们设计使用这一罐型。

按照国家标准，马口铁喷雾罐采用厚度为0.18～0.40mm ，硬度为HR30T 为48～65，镀锡量为4.9～20.29g/m2 。

金属气雾剂罐的结构设计和优化分析学生姓名：骆亚芬指导教师：胡桂林（浙江科技学院轻工学院）摘要：本文就金属气雾罐的结构设计和优化分析进行探讨，以使金属气雾剂罐在满足长期耐压的条件下，减少材料厚度，达到减量化的目的。

基于这个目标，用SoildWorks软件设计了四个防晒霜气雾剂罐结构模型，并用有限元分析软件ANSYS 进行了网格划分和有限元分析，得到了结构内壁施加内压力下的应力应变分析。

最后，对容器壁厚进行优化以得到合理的厚度，为减少材料用量提供参考依据。

关键词：气雾剂罐；结构设计；优化分析；网格划分1 绪论由于金属资源丰富、品种多，并且作为包装材料有很多优点，金属包装容器的应用越来越广泛。

近年来，基于世界各国对消费者利益的关心和对环境保护的考虑，金属包装容器正向薄壁轻量和型式多样化的方向发展。

1.1 金属气雾剂罐的性能特点与要求气雾罐，也称喷雾罐，是由罐体、罐盖、按钮开关、喷嘴和导管组成，是用于盛装气雾产品的一次性使用的金属容器。

气雾罐的质量主要表现为耐压性、密封性、耐蚀性、安全性及表面质量五大类。

国家标准《包装容器——气雾罐》中规定变形压力不小于1.2MPa，爆破压力不小于1.4MPa[1]。

由于气雾剂罐要求具有耐压性，所以使用的马口铁要比一般的金属罐厚，而罐盖的厚度要比筒体的材料厚50%。

11.2 气雾剂罐存在的缺陷问题及设计分析现有气雾剂罐大多是以直罐的造型为主，国内的企业在很长一段时间内模仿国外品牌进行设计，长此以往，国内的品牌在与外来品牌的竞争中更会处于劣势地位。

金属气雾容器作为一种压力容器，一直是人们研究的对象。

气雾罐往往由于结构设计不合理而引起一些爆炸事件。

随着分析设计概念的提出，设计者更多地对气雾剂罐的结构进行优化设计，这一过程可以提高产品设计刚度，满足技术指标及结构轻量化的目标。

ANSYS软件通过将有限元法和优化技术有机结合起来，方便了设计人员进行分析设计。

在优化中，有限元方法是重要方法之一。

钢制矩形容器的设计与分析胡健清(中国恩菲工程技术有限公司,北京100038)[摘　要]本文主要介绍了钢制矩形容器的结构形式和设计方法,结合运用有限元软件对实例模型进行分析,使设计出的设备更安全,符合工程实际生产和使用要求㊂[关键词]钢制矩形容器;有限元软件;实际生产[中图分类号]TQ053.2 [文献标志码]B [文章编号]1003-8884(2018)05-0030-04 随着有色金属行业的蓬勃发展,湿法冶炼工艺采用的设备形式日趋多样化㊂对于车间内贮存溶液的非标设备,往往会受到场地空间的限制㊂在这种特殊的工艺配置中,最主要的是厂房高度偏低或利用空间狭小㊂为了满足工艺要求,便于人员的巡检和操作,矩形容器的应用越来越普遍㊂钢制矩形容器相对圆筒形贮罐来说,制作工艺简单,容易分隔区域贮存溶液,相对于多台分体设备来说,节省储存空间,近年来被广泛应用于冶炼工程项目及改造项目中㊂如某稀贵金属综合回收项目采用4000×2000×2000废电解液贮槽;某银浮选项目采用4000×2500×3000中和后液贮槽;某金矿项目采用12000×3000×3000浆化槽;某铅锌冶炼项目采用6000×3500×5500废电解液贮槽;某铜冶炼熔炼主厂房采用10000×4000×6500安全水箱等,进一步说明了矩形容器已经频繁地运用于冶炼行业㊂本文主要介绍某工程采用母液贮槽14000×3200×4500的结构形式和设计思路,并通过有限元分析软件对结构合理性进行验证,为今后工程实际中钢制矩形容器的设计提供一种设计方法㊂1　平面几何模型根据工程需要,利用计算机辅助设计软件Auto⁃CAD绘制母液贮槽的基本设计模型,具体结构形式如图1所示㊂2　结构设计2.1　容器侧壁板的设计壁板的材料为316L,垂直方向加立筋,将壁板均分成若干区域,立筋间距暂定为L j=600mm;水平方向加横向加强圈,加强圈在侧壁板高度方向上并不是平均分配的,与容器的高度有关㊂壁板越靠1.立柱2.加强圈3.拉杆4.底部加强筋5.顶板加强筋图1　矩形容器的几何模型[收稿日期]2018-08-03[作者简介]胡健清(1983-),男,河北唐山人,工程师,硕士,主要从事湿法冶炼设备设计工作㊂近底部,所承受的溶液压力越大,加强圈布置的越密集,本设备共设置4条侧壁加强圈和1条顶部加强圈,具体的布置原则见图1㊂顶部加强圈一般采用角钢,侧壁加强圈可以根03据工程需要,选用和顶部加强圈同一种规格的角钢,计算结果如表1所示㊂表1　壁板各个参数计算结果惯性矩/cm4顶部加强圈第一层加强圈第二层加强圈第三层加强圈第四层加强圈I7032283336名义厚度/mm第一层壁板第二层壁板第三层壁板第四层壁板第五层壁板t m6881010最大挠度/mm第一层壁板第二层壁板第三层壁板第四层壁板第五层壁板f max43221 由表1可以得出:每层壁板的最大挠度都呈现减小的趋势,并且均小于每层壁板的许用挠度[f][1],壁板的刚度均满足要求,壁板厚度采用10mm,加强圈统一采用角钢100×100×10㊂壁板立筋的最大间距L max计算如下:L max=0.408t y[σ]ap=640mm(1)式中　t y 壁板的有效厚度,mm;p 溶液密度,kg/mm3;a 系数;[σ] 加强筋在常温下的许用应力,MPa㊂由计算结果得知:此时L j<L max,加强筋间距符合要求;如果计算结果L j>L max,重新设定L j的数值,重复上述计算,直到符合设计要求为止㊂在满足间距要求的情况下,加强筋的选择按下式进行计算㊂M=L(j0.0642pgH3[σ]-t2y)6=256cm3(2)式中　M 立柱抗弯截面系数,cm3;g 重力加速度,N/kg;H 容器的总高度,mm㊂由计算结果可以得出,立柱选择200×150的H型钢㊂考虑到立柱布置的合理性和容器受力特点,将模型调整成立柱间距为1200mm,在容器中下部布置一层钢管(长度和宽度方向各一层)作为拉杆支撑容器内壁,简化后的模型如图1所示㊂2.2　容器盖板和底板的设计容器顶板要设置加强筋,一般布置间距与垂直方向立柱的间距一致,如图1所示;此时A=1200 mm,B=1200mm,求出盖板的计算厚度:t gj=3A2αρg g+A3α(3A2αρ2g g2+2p f[σ][σ](3)式中　ρg 盖板或加强筋的密度,kg/mm3;p f 附加载荷,根据实际情况选取,MPa㊂盖板满足使用要求的条件:选用的盖板加强筋安全截面系数必须高于理论计算值,并且盖板的最大挠度f max<[f],通过计算得出,盖板的厚度选为6mm㊂加强筋的选择可以与壁板横向加强圈规格一致㊂2.3　容器底板的设计此例中根据工艺要求,容器直接放置在全平面的基础上㊂容器底板厚度需要考虑钢板腐蚀裕量㊁磨损情况㊁厚度负偏差等影响㊂对于单一的钢制矩形容器,钢板厚度尽量统一,可以将底板厚度取为10mm(与壁板相同)㊂为了减小容器底板与壁板的应力集中,提高底部壁板的刚性,将容器底部每两根立柱之间分别设置一块加强筋,具体模型见图1㊂3　采用有限元软件分析3.1　有限元模型的建立及网格划分钢制矩形容器中装有母液,储存温度为常温,溶液密度为1300kg/m3,容器顶板㊁壁板和底板的厚度分别为6mm㊁10mm㊁10mm,加强筋的布置如图1所示,立柱采用200×150的H型钢,加强圈采用100×100×10的角钢,内部拉杆采用Φ159×6的钢管,布置在中部偏下位置㊂根据矩形容器的结构特点及载荷特性(轴对称),减少模型网格划分时间,现建立1/4的有限元分析模型并进行网格划分[2],如图2所示㊂3.2　载荷与边界条件(1)载荷:设计压力为常压,容器内部施加密度为1300kg/m3液柱静压力[3],重力加速度为: 9.81m/s2㊂(2)约束条件:底板固定约束,对称面施加对称约束,如图2所示㊂3.3　结果分析(1)强度校核:该模型主要材料为316L,在设计13图2　三维几何模型及网格划分温度下,钢板的屈服强度为177MPa,许用应力为图4　结果分析云图118MPa㊂由图4中各个部件的等效应力云图可以图3　定义边界条件看出,壁板最大应力位于中部偏下位置,应力值约为74MPa;立柱最大应力位于根部与壁板连接处,应力23值约为106MPa;加强圈的应力最大处为相邻角钢圈连接位置,应力值约为109MPa;均小于许用应力,满足材料强度要求㊂(2)刚度校核:由图4中各个部件的等效位移云图可以看出,壁板最大变形处为中部偏上位置,最大变形量为3.3mm;立柱最大变形处位于型钢中部位置,最大变形量为1.6mm;加强圈最大变形处位于角钢中部位置,最大变形量为1.8mm㊂对于常压容器,通常情况下最大变形量不大于变形长度的5‰且不大于30mm,即可满足刚度要求㊂由计算可知,以上各部件最大变形量分别为1.1‰㊁0.4‰㊁0.6‰,部件的刚度均符合要求㊂4　结束语本文简要介绍了钢制矩形容器的设计思路,通过理论计算得到基本设计模型,运用有限元软件分析结构的合理性㊂在容器变形最大处增设拉杆,可以有效地控制容器壁板的变形量㊂对于文中的矩形容器(高度/长度<1),主受力承载件一般选取短边加强为主,即将沿壁板高度方向的垂直贯通加固柱作为主受力件㊂湿法冶炼工艺的溶液一般具有腐蚀性,容器内部需增设防腐衬里,除满足设备本体结构强度和刚度外,还要考虑衬里特性㊁衬里施工及检验的要求㊂容器内部的加强件应尽量少,结构形式尽可能简单(如采用钢管作为拉杆)㊂因此,本设计模型能更好地适用于实际工况,为今后带衬里的矩形容器的设计提供参考㊂[参考文献][1]NB/T47003.1 2009,钢制焊接常压容器[S].[2]浦广益.ANSYS Workbench基础教程与实例详解(第二版)[M].北京:中国水利水电出版社,2010. [3]高耀东,宿福存,李震,等.ANSYS Workbench机械工程应用精华30例[M].北京:电子工业出版社,2013.Design and Analysis of Steel Rectangular ContainerHU Jian⁃qingAbstract:The article mainly describes the structure and design method of steel rectangular container.By using the finite element software to analyze the model,the designed equipment is safer and meets the ac⁃tual production and requirements of the project.Key words:steel rectangular container;finite element software;actual production最新电解铝自动出铝系统在京研制成功 由北京核心动力科技有限公司经过十多年努力,研制成功符合电解铝现场出铝要求的 现场优化型天车精准出铝系统”㊂出铝是电解铝生产过程中的关键工序之一,出铝的精度决定了电解槽铝水平的高低,也是节省能源的关键一环㊂由于电解铝现场环境因高粉尘㊁高磁场㊁高酸气㊁高温和高电磁干扰,导致大部分现行自动出铝装置都难以在此环境下长期可靠工作,故障率较高,这个问题一直困扰着电解铝的生产㊂该系统为数字模块化结构,是树状自动化控制系统,混合无线总线模式㊂与现行的出铝方式共享,出铝升级过程不影响生产㊂该系统可自动识别出铝天车㊁出铝电解槽㊁出铝气源口,甚至出铝抬包;可跨区作业,也可以同区多天车工作;出铝过程依据计划出铝量进行全自动实时控制,不受人为因素影响,出铝准确快速,其所有数据均保存于数据库中;系统各参数均由计算机设置,维护方便㊂由于采用了模组结构,系统稳定可靠,维护方便,维修只需更换模块,彻底解决了电解铝出铝现场不能可靠运行的问题,是电解铝厂不可多得的最新出铝系统㊂33。

金属包装容器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解金属包装容器的定义、分类及其在生活中的应用。

2. 学生掌握金属包装容器的基本结构和组成原理，了解其制作工艺和流程。

3. 学生了解金属包装容器的主要性能指标，如强度、密封性、耐腐蚀性等。

技能目标：1. 学生能运用所学的知识分析金属包装容器的优缺点，并进行合理评价。

2. 学生具备设计简单金属包装容器的能力，能运用图纸表达自己的设计思路。

3. 学生能运用实验方法测试金属包装容器的性能，并分析结果。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对金属包装容器设计制作的兴趣，激发创新意识。

2. 增强学生对环境保护的意识，认识到金属包装容器回收利用的重要性。

3. 培养学生的团队合作精神，学会倾听、沟通、协作。

课程性质：本课程为应用技术类课程，结合理论与实践，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生特点：初中年级学生，具有一定的认知能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。

教学要求：教师需采用启发式教学，引导学生主动探索、思考，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

同时，关注学生的个体差异，因材施教，使每个学生都能在课程中取得进步。

通过课程目标的分解，为教学设计和评估提供明确的方向。

二、教学内容1. 金属包装容器概述- 定义、分类及应用场景- 发展历程及未来趋势2. 金属包装容器的结构与组成- 基本结构及功能- 常用材料及其性能特点3. 金属包装容器制作工艺- 制造流程及关键技术- 检验与质量控制方法4. 金属包装容器性能指标- 强度、密封性、耐腐蚀性等- 影响因素及改善措施5. 金属包装容器设计原理- 设计原则及方法- 图纸表达与设计软件应用6. 金属包装容器性能测试- 实验方法与设备- 结果分析及应用7. 金属包装容器回收与环保- 回收利用的意义及现状- 环保政策及发展趋势教学内容安排与进度：第一周：金属包装容器概述第二周：金属包装容器的结构与组成第三周：金属包装容器制作工艺第四周：金属包装容器性能指标第五周：金属包装容器设计原理第六周：金属包装容器性能测试第七周：金属包装容器回收与环保本教学内容基于课程目标，结合教材章节，确保科学性和系统性。

锆-钢复合板制压力容器的结构设计作者：赵斌，张成，等来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2016年第9期赵斌，张成，刘钊，孙万仓（西安优耐特容器制造有限公司，陕西西安710201）摘要：21 世纪以来，我国压力容器设计和制作取得了突破性进展，出于经济和资源效益两方面的考虑，并在综合了锆和钢双方面的优点，我国提出锆-钢复合板制压力容器的理念。

从锆的性质到对锆-钢复合板的制作以及对锆-钢复合板制压力容器的结构设计做出了较为详细的思考和分析。

希望能够为锆-钢复合板制压力容器的使用提供一些建设性的意见和参考。

关键词：锆；锆-钢复合板；压力容器；结构设计中图分类号：TQ053.2 文献标识码：A 文章编号：1673-1069（2016）26-176-20 引言锆作为21 世纪以来发展较晚的金属，并不为许多人所熟知。

但是，随着人们对锆的认知不断加深，锆的应用范围也越来越广泛。

不同于碳钢、不锈钢、钛、镍合金，锆具有强耐腐蚀性。

但是，作为稀缺金属，若单纯的只使用锆作为原料，资源的消耗太大，而且，经济效益并不明显。

另外，碳钢属于成本较低的金属，但是耐腐蚀性较差，并不适合制造耐蚀要求较高的压力容器。

但是，通过爆炸复合技术将锆板和钢板复合而成，结合双方的优点，不仅能达到压力容器特殊的强耐腐蚀性，而且大大降低了制造成本。

平均成本能够省去百分之九十以上，大概为纯锆的百分之五。

使用锆-钢复合板制压力容器的结构设计也能为节约锆资源做出贡献。

锆-钢复合板制压力容器作为锆和钢的复合材料，它在具备锆的耐腐蚀性外，它还具有钢的高弹性和高强度模量等优点。

1 锆-钢复合板锆-钢复合板的性质锆-钢复合板爆炸的成型结合区一般是在基板和复板之间，存在于组织、成分和性能的过渡地带。

它具有金属的塑性变形、扩散、融化和波形等显著特征。

过渡地带一般在0.01~1.00 毫米的范围区间，它的组织和性能与复合工艺有关，也直接影响到基板和复板之间的结合程度和实用性。