化工机械基础课程设计塔设备机械设计文档格式.docx
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90mm
基本风压值q0
300N/m2
地震设防烈度
8度
设计基本地震加速度
0.3g
场地类型
II类
地面粗糙度
B类
(塔体与裙座间)偏心质量me
2000kg
偏心距e
2000mm
塔外保温层厚度δs
100mm
保温材料密度ρ2
300kg/m3
裙座
Q235-A
设计温度下的需用应
力[σ]t
133MPa
235MPa
设计温度下的弹性模量Es
厚度附加量Cs
人孔、平台数
8
平台类型
半圆形
平台宽度B
1000mm
平台高度
平台单位质量
150kg/m2
地脚螺栓
[σ]bt
140MPa
腐蚀裕量C2
3
个数n
40
分段示意图
2设计内容
首先,选取计算截面(包括所有危险截面)。
本次设计中将全塔分成6段,其中裙座分为2段,筒体分为4段(见分段示意图)。
其计算截面分别为0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5.
2.1塔壳强度计算
按设计压力计算塔体和封头壁厚
计算内容
计算公式及数据
塔内液柱高度h/m
h=2.67(仅考虑塔底至液封盘液面高度)
液注静压力pH/MPa
PH=P(可忽略)
计算压力pc/MPa
pcppHp1.3
圆筒计算厚度δ/mm
pcDi1.32200
t9.39
2[]tpc21700.91.3
圆筒设计厚度δc/mm
nC9.39211.39
圆筒名义厚度δn/mm
n12
圆筒有效厚度δe/mm
enC12210
封头的计算厚度δ
h/mm
ht
2[]t0.5pc21700.90.51.3
9.37
封头设计厚度δhc/mm
hchC9.37211.37
封头名义厚度δhn/mm
hn12
封头有效厚度δhe/mm
hehnC12210
2.2塔器质量计算
1(0~1)2(1~2)3(2~3)4(3~4)5(4~5)6(5~顶)
塔段内直径Di/mm
2200
塔段名义厚度δni/mm
12
塔段长度li/mm
1000
2060
7400
10000
10075
塔设备高度H1/mm
40535
筒体密度ρ/kg/m3
7.85×
103
单位筒体质量
m1m/kg/m
545
筒体高度H1/mm
36490
筒体质量m1/kg
m154536.4919887.05
封头质量m2/kg
m252621052
裙座高度H3/mm
3060
1(0~1)
2(1~2)
3(2~3)
4(3~4)5(4~5)
6(5~顶)
裙座质量m3/kg
m35453.061667.7
塔体质量m01/kg
m01m1m2m319887.0510521667.7
22594.75
450.8
1435.5
3651.8
4856.32
7344.01
塔段内件质量m02/kg
22
m02DiNqN2.227075
44
19957
(浮阀塔盘质量qN75kg/m2)
2165.3
4856.8
8078.1
保温层质量m03/kg
m03[(Di2n2s)2(Di2n)2]H022m03
4
0.92836.493002(3.463.12)300m
8182.7
03'
——封头保温层质量,(kg)
200.5
1984.6
2132.5
1732.6
平台、扶梯质量m04/kg
平台质量qp=150kg/m2笼式扶梯质量qF=40kg/m平台数量n=8笼式扶梯高度HF=39m
m04=n+2+2B)^2-(Di+2n+2)^2]nqp+qF.00939+2
17
400.8
422.5
422.5364.1
操作时塔内物料质量
m05/kg
2
m05Di(hwNh0)1Vf1
2.22(0.09701.93)7503.11984
75025803.5
1523
7456.25236.85236.8
6350.7
人孔、接管、法兰等附件质量ma/kg
按经验取附件质量为:
ma0.25m010.2522594.755648.7
102.5
354.6
845.6
1322.5
1701
0~1
1~2
2~33~44~55~顶
充液质量mw/kg
2mwDiH0w2Vfw
2.2236.49100023.119810004
144950
1573.5
23564
32459.2
30015.6
偏心质量me/kg
再沸器:
me=2000
1400
2600
操作质量m0/kg
m0m01m02m03m04m05mame
22594.75199578182.71634.925803.5
5648.72000
85821
678.9
3620.7
18951.9
22402.820931.919234.8
最小质量mmin/kg
mminm010.2m02m03m04mame
22594.750.2199578182.71634.95648.72000
44052.45
1162
3131
14269
15235
15196
15214.45
最大质量mmax/kg
mmaxm01m02m03m04mwmame
22594.75199578182.71634.91449505648.72000
204968.05
865
4596.3
45682
59875
54589
39360.75
2.3塔的基本自震周期计算
塔体内直径Di/mm
塔体有效厚度δe/mm
10
塔设备高度H,mm
塔设备的自振周期T1/s
T190.33Hm0H3103
1EeDi3
90.3340535858251405353103
1.91051022003
1.52
2.4地震载荷与地震弯矩计
算
各段操作质量mi/kg
22402.8
20931.9
19234.8
各点距地面高度
500
2030
6760
15460
25460
35495
地震载荷与地震弯矩计算
4(3~4)
5(4~5)
1.5
hi
1.12×
104
9.15×
5.56×
105
1.92×
106
4.06×
6.69.×
1.5mihi
7.60×
3.31×
108
1.05×
1010
4.30×
7.50×
1.29×
1011
6
Amihi
i1
2.58×
3hi
1.25×
8.37×
3.09×
3.7×
1.65×
4.47×
109
1012
1013
mihi3
8.49×
3.03×
5.86×
1015
8.29×
1016
3.45×
1017
8.60×
63Bmihi
1018
A/B
2.0×
10-7
基本振型参与系数ηk1
A1.571.5k1hi1.52.0107hi1.5
B
0.00234
0.0187
0.11
0.385
0.826
1.37
阻尼比
0.02
衰减指数
=0.9+.975
阻尼调整系数η2
η2=1+
地震影响系数最大值
αmax
αmax=0.24(设计烈度为8
度,设计基本地震加速度0.3g时)
各类场地土的特征周
期Tg
Tg=0.4(地震分组为第二组,Ⅱ类场地土)
地震影响系数α1
Tg0.975
1maηx2
1T1max
Tg=0.4T1=1.52Tg=5
0.975
0.40.24×
1.3190.086
水平地震力Fk1/N
Fk11k1mkg
1.34
57.06
1757
7269.2
14571.8
22209.19
垂直地震影响系αmax
αmax=0.65αmax=0.650.24=0.156
当量质量meq/kg
取meq=0.75m0=0.75
底面垂直地震力/N
=αmax
mihi
3.4
7.35
1.28
3.46
5.33
6.83
1.70
任意质量i处垂直地震力
Fvi/N
Fvi=mihi
196.8
4254.45
74091
200277.7
308520
395346
任意计算截面i处垂直地震力
=
0-0截面
1-1截面
2-2截面
3-3截面
4-4截面
5-5截面
174150
174114
173360
160251.4
底截面处地震弯矩
ME010/N·
mm
ME010161m0gH
35
1690.086858219.81405351.34109
1(0~1)2(1~2)3(2~3)4(3~4)5(4~5)6(5~顶)
ME00/N·
ME001.25ME010
1.253.9478108
4.935108
截面1-1处地震弯矩
ME11/N·
mm
ME22==(10)=1.30
截面2-2处地震弯矩
ME22/N·
ME11==(10)=1.20
2.5风载荷与风弯矩计算
各计算段的外径
DOi/mm
DOiDi2n22002122224
塔顶管线外径dO/mm
480
第i段保温层厚度
δsi/mm
100
管线保温层厚度δps/mm
笼式扶梯当量宽度K3
400
各计算段长度li/mm
10076
操作平台所在计算段的长度l0/mm
平台数
1
各段平台构件的投影面积∑A/mm2
9
9×
18×
18×
操作平台当量宽度
K4/mm
K42l0A
873.8
243.2
360
362.7
各计算段的有效直径
Dei/mm
DeiDOi2siK4dO2ps
3708
4581.8
3951.2
4068
4070.7
DeiDOi2siK3K4
3428
4301.8
3671.2
3788
3790.7
取最大值Dei/mm
各计算段顶截面距地面的高度hit/m
3.06
10.46
20.46
30.46
40.536
风压高度变化系数fi
查表5-23
1.0
1.25
1.42
1.56
体型系数K1
0.7
基本风压值
q0/N/m2
300
塔设备的自振周期
T1/s
1.52
q0T12
脉动增大系数ξ(B类)
查表5-24
2.39
脉动影响系数ν(iB类)
查表5-25
0.72
0.79
0.83
0.85
hit/H
0.025
0.075
0.26
0.5
0.75
第i段振型系数φzi
查表5-26
0.068
0.34
0.612
1.00
各计算段的风振系数
K2i
K2i1fizi
fi
1.034
1.117
1.514
1.855
2.302
各计算段的水平风力
Pi/N
PiK1K2iq0filiDei106
1073.5
2732.6
9144.8
21556
30003
41242.5
2~3
3~4
4~5
5~顶
1-1截面的风弯矩MW11/N·
2-2截面的风弯矩MW22/N·
P6(l2l3l4l5l26)
10302732.657609144.81446021556.32446030003.53449841242.5
2.52109
MW22P3l23P4(l3l24)P5(l3l4l25)P6(l3l4l5l26)37009144.81240021556.3
2240030003.53243841242.5
2.31109
2.6偏心弯矩计算
2000
偏心距e/mm
偏心弯矩Me/N·
Memege20009.8120003.92107
2.7塔体和裙座危险截面的最大弯矩
MWiiMe
2.88×
2.608×
2.388×
MEii0.25MWiiMe
3.231×
3.081×
2.856×
最大弯矩Mmiaix/N·
2.8圆筒内力校核
有效厚度δei/mm
筒体内径Di/mm
计算截面以上的操作
质量m0i-i/kg
85142.1
81521.4
设计压力引起的轴向应力σ1/MPa
1pDi1.3220071.5
14ei410
71.5
操作质量引起的轴向应力σ2/MPa
m0iig
2Diei
12.18
12.08
11.57
最大弯矩引起的轴向
应力σ3/MPa
34M2max
Diei
85.00
81.05
75.13
载荷组合系数K
1.2
系数A
0.094ei0.09410Aei0.000855
Ri1100
设计温度下材料的许用应力[σ]t/MPa
(Q345R,200℃),t170MPa
(Q235-B,200℃),ts105MPa
170
系数B/MPa
(Q345R,200℃),B118
(Q235-A,200℃),B93
93
118
KB/MPa
111.6
141.6
K[σ]t/MPa
126
204
许用轴向压应力
[σ]cr/MPa
取以上两者中小值
K[σ]tφ/MPa
107.1
173.40
圆筒最大组合压应力
(σ2+σ3)/MPa
对内压塔器23Kcr(满足要求)
97.18
93.13
86.7
圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核
圆筒最大组合拉应力(σ1—σ2+σ3)/MPa
对内压塔器123Kt(满足要求)
72.82
68.97
135.06
塔设备压力试验时的应力校核
试验介质的密度(介质
为水)γ/kg/m3
液柱高度HW/m
37.97
液柱静压力
γH/9.81/MPa
0.37
有效厚度δei/mm
2-2截面最大质量mT2-2/kg
mT22204968.058654596.3199506.75
试验压力pT/MPa
pT1.25pt1.251.31.625
Tt170
筒体常温屈服点σs/MPa
345
2-2截面0.9Kσs/MPa
372.6
2-2截面KB/MPa
压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力[σ]cr/MPa
试验压力引起的周向应力σT/MPa
(pTH/9.81)(Diei)
T
T2ei
(1.62510009.813797010^-9)(220010)210
220.7
液压试验时:
T220.70.9Ks(满足要求)
试验压力引起的轴向
应力σT1/MPa
T1pTDi1.625220089.375
T14ei410
重力引起的轴向应力
σT2/MPa
mT22g199506.759.81
T2T28.32Diei220010
弯矩引起的轴向应力
σT3/MPa
4(0.3MW22Me)4(0.32.311093.92107)T322
Di2ei2200210
19.26
压力试验时圆筒最大组合应力/MPa
T1T2T389.37528.3219.2680.315
T1T2T380.3150.9Ks(满足要
求)
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