板式塔设备机械设计.docx
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板式塔设备机械设计
板式塔设备机械设计
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1板式塔设备机械设计任务书
1.1设计任务及操作条件
试进行一蒸憎塔与裙座的机械设讣
已知条件为：
塔体内径0=2000〃"“，塔高30〃?
，工作压力为1.2MP",设计温度为300°C,介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR,裙座选用0235-A。
1.2设计内容
（1）根据设计条件选材；
（2）按设计压力计算塔体和封头壁厚；
（3）塔设备质量载荷讣算；
（4）风载荷与风弯矩讣算；
（5）地震载荷与地震弯矩计算；
（6）偏心载荷与偏心弯矩计算；
（7）各种载荷引起的轴向应力：
（8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核;
（9）塔体水压试验和吊装时的应力校核；
（10）基础环设计；
（11）地脚螺栓计算；
（12）板式塔结构设计。
1・3•设计要求：
（1）进行塔体和裙座的机械设讣讣算；
（2）进行裙式支座校核计算；
（3）进行地脚螺栓座校核计算；
（4）绘制装备图（A3图纸）
10
2塔设备已知条件及分段示意图
已知设计条件
塔体内径9
2000mm
塔体高度H
30000mm
设计压力P
1.2MPa
设计温度f
300C
塔体
材料
16MnR
许用应力
2]
170MPa
［勿
144MPa
设计温度下弹性模量E
1.86xlO'MP“
常温屈服点6
345MPa
厚度附加量C
2mm
塔体焊接接头系数0
0.85
介质密度/?
SCOkg/m3
塔盘数N
55
每块塔盘存留介质层高度札，
100mm
基本风压值％
500N/nT
地震设防烈度
7度
场地土类别
II类
地面粗糙度
B类
偏心质量me
4000kg
偏心距e
2000mm
塔外保温层厚度Q
100mm
保温材料密度A
300kg/〃r
材料
Q235-A
裙
许用应力［b］;
86MPa
常温屈服点6
235MPa
设计温度下弹性模量&
座
分段示意图
厚度附加量厂
2mm
人孔，平台数
6
地脚螺栓
材料
Q235-A
许用应力
147MPa
腐蚀裕
3
个数n
32
3塔设备设计计算程序及步
3.1按设计压力计算塔体和封头厚度
计算内容
计算公式及数据
计算压力pc,MPa
Pc=1.2Mpa
圆筒计算厚度6.mm
—PQ_1-2x2000_oft
2[oT0—几2x144x0.85-1.2
+圆简设计厚度mm
q.=»+C=9・9+2=ll・9
圆简名义厚度耳,nun
5”=14
圆筒有效厚度3ejnm
—C=12
封头计算厚度3h9mm
6=PcDi/（2[a]V-0.5p）
=1.2x2000/（2xl44x0.85-0.5x1.2）=9.Snmi
封头设计厚度dliejwn
几=6+C=9.8+2=11.8
封头需义厚度禹⑷,mm
几=14
封头有效厚度dlwjnm
§he=d血-C=14-2=12
3.2塔设备质量载荷计算
计算内容
计算公式及数据
0-1
1~2
2-3
3~4
4~顶
塔段内直径Ditmm
2000
塔段名义厚度
14
塔段长度litmm
1000
2000
7000
10000
10000
塔体高度Hjini
30000
单位筒体质S,Rg/m
695
筒体高度,mm
26230
筒体质量m、,kg
“=695x26.23=18339.85
封头质量m2tkg
niy=485.8x2=971.6
裙座高度H3,mm
3000
裙座质量m、、kg
ni^=695x3=2085
塔体质量%,kg
=m}+m2+in3=18229.85+971.6+2085=21286.45
695
1875.8
4865
6950
6900.65
塔段内件质量in02,kg
〃如=-D[xNxqN=-x（2.0）2x55x75=1295944
（浮伐塔盘质量qN=ISkg/m1）
0
0
2591.75654.9
4712.4
保温层质量％,蚣
也（）3=扌+2Q.）2-（Dj+2J„）2]Hop2+2%
=彳[（2.0+2x0.014+2x0.1），—（2.0+2x0.014）*x26.63x300+2x（1.35-1.13）x300
=5473
他，一封头保温层质量，（kg）
0
146.2
1469.9
2071.6
17853
计算内容
计算公式及数据…
0-1
1~2
2-3
3-4
4~顶
平台，扶梯质量叫,kg
平台质量Qn=150kg/胪笼式扶梯质量％=40kg/m
平台数Mn=6笼式扶梯总髙Hf=29m
叫=f[（D,+2①+23+2砂-q*2乞+2亦b1叫+（/f片
[（2.0+2x0.014+2x0.1+2x0.9）2一（2.0+2x0.014+2x0.1）*
x丄x6xl50+40x29
2
=5410
40
80
1606.6
1726.6
1686.8
操作时塔内物料质虽加05,kg
叫严护伙N+h“+V宀
=-x2.02x（0.1x55+0）x800+l.l257x800=14723.6
4
0
900.6
2764.63
6031.92
5026.6
人孔、接管、法兰等附件质量叫,kg
按经验取附件质量为：
叫=0.25w01=0.25x21286.45=5321.6
173.75
468.95
1216.25
1737.5
1725.16
充液质^mw,kg
tlw=^Di2H0PW+2VfPW
=-x2.02x26.23X1000+2X1.1257x1000=84655.4
4
0
1125.7
23116.9
32541.7
27871.1
偏心质量叫、kg
再沸器：
〃_=4000
0
0
1400
2600
0
操作质创％,kg
加0=加01+加02+〃%3+加04+加05+ma+
=21286.45+12595+5473+5140+14723.6+5321.6+4000
=68903.81
908.75
3471.51
15914.08
26775.52
21836.91
最小质量％n，*g
加min=加（）1+°2加02+叫3+加04+叫+加「
=21286.45+0.2x12595+5473+5140+5321.6+4000
=4381285
908.75
2570.95
11076.09
16216.68
13040.39
最大质量%ax，kg
%=%+加02+加03+加04+mn+ma+叫
=21286.45+12595+5473+5140+84655.4+5321.6+
=138835.46
908.75
3696.65
36266.35
53282.3
44681.41
3.3自振周期计算
计算内容
计算公式及数据
塔设备的自振周期7；,s
T.=90.33/71m,'Htx10-3
4eqd：
-90.33x30000'6890365x30000%时-0.922
^'1.86x105x16x20003
3.4地震载荷与地震弯距计算
计算内容
汁算公式及数据
0-1
1~2
2~3
3~4
4~顶
各段操作质量厲,kg
908.75
3471.55
15914.08
26772.52
21836.91
各点距地面高度h,jnm
500
2000
6500
15000
25000
1.12X104
8.94x10°
5.24x10s
1.84xl06
3.95xlO6
1.02xl07
3.11x10s
0.83x10*°
4.92xlO10
0.86x10“
Z-1
1.44x10"
计算内容
计算公式及数据
0-1
1~2
2~3
3-4
4~顶
1.25xlO8
8.00xlO9
2.75X1011
3.38x10”
1.56x10”
1.14x10"
2.78X1013
4.37xlO15
9.04xlO16
3.41X1017
B=刃風
i=l
4.36X1017
A/B
3.3068x10—7
基本振型参与系数〃俎
%=-h[5=3.3068xl0-7//.15
B
3.70x10-3
2.96xlO"2
0.173
0.607
1.307
阻尼比G
0.02
衰减指数了
厂O.9+°°5F=o.9+005-002=0.975
0.5-5©0.5-5x0.02
阻尼调整系数“2
t0・05_G（0.05-0.02tQin
7=11+=1.319
0.06+1.7^-0.06.+1.7x0.02
地役影响系数最大值Qmax
如貯0.12（设计烈度7度时，设计基木地震加速度）
场地土的特征周期7；
T=0.35（地震分组为第一组，II类场上地）
地震影响系数0
T?
=0.35T,（0.35A0'975
7\-10.922丿
水平地震力F小N
®=5加叫g
2.028
61.98
1664.82
9818.40
17231.22
垂直地震影响系数aVmax
°】.max=0.65amax=0.65x0.45=0.2925
操作质虽:
加o,kg
47263.6
当量质量叫q,kg
取=0.75〃和=35447.7
底截面处垂直地震力
F》t、N
杠严=q,,心•meq•g=0.2925x35447.7x9.81=101714.5
叫《
4.12xl05
4.58xl06
8.25xlO7
2.67xl08
3.41x10s
I也
.•=1
6.95x10s
操作平台所在计算段的长度lQjnm
0
2000
7000
10000
10000
平台数
0
0
2
2
2
各段平台构件的投影面积
A.mm2
0
0
18xlO5
18xlO5
18xl05
操作平台当量宽度K4,mm
K咅
10
0
873.8
5143
360
360
各计算段的有效直径
Deijnm
Dei=D（）i+2%+K4+do+26ps
2828
2828
3342.3
3188
3188
Dei=DOi+2%+K3+K4
2628
2628
3142.3
2988
2988
取大值Dei/mm
2828
2828
33423
3188
3188
各计算段顶截而距地面的高度九，加
1
3
10
20
30
风压高度变化系数/.
根据九査表5-22
1.0
1.0
1.0
1.25
1.42
体型系数龟
0.7
基本风压值
500
塔设备的自振周期八S
0.922
砧2
500x0.9222=425.04
脉动增大系数纟
查表5-23
2.25
脉动影响系数叫
査表5-24
0.72
0.72
0.72
0.79
0.83
h」H
0.033
0」
033
0.67
1
计算内容
计算公式及数据
0-1
1~2
2~3
3~4
4~顶
第i段振型系数禺
根据入」H与“査表5-25'-
0.02
0.02
0.068
034
0.612
各计算段的风振系数
心
心=1+爷
1.0324
1.0324
1.292
1.769
2.315
各计算段的水平风力
R、N
1021.9
2043.7
10579.7
24673」
36679.7
0-0截而的风弯距
•nun
必穿=砒+啦+扌）+恥+4+》+……恥+心+屮+¥）
=500x1021.9+2000x2043.7+6500x10579.7+15000x24673.
+25000x36679.7=1.36x109
1-1截而的风弯距
MQ=P占+盹+牛）+叽+人+如+P,（也+匚+仃+如
=1000x2043.7+5500x10579.7+14000x24673.1
+24000x366.79.7=1.29xl09
2-2截而的风弯距
M訐=碍+号亿+如+a仏+厶+争
=3500xl0579.7+12000x24673.1+22000x36679.7=1」4x10“
3.6偏心弯距
计算内容
计算公式及数据
偏心质量叫,kg
4000
偏心距Gnun
2000
偏心弯距M’N.mm
Me=mege=4000x9.81x2000=7.848xlO7
3.7最大弯距
计算螂
讣算公式及数据
0・0截而
1-1截面
2-2截面
陆+叽
1.44X109
1.37x109
1.22X109
Mf+0.25MQ+Me
9.89x10s
9.45xlO8
8.54xl08
最大弯距
1.44xl09
1.37xl09
1.22xl09
3.8圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核
计算内容
计算公式及数据
0・0截而
1-1截面
2・2截面
有效厚度6ehmm
12
筒体内径D^mm
2000
计算截面以上的操作质量
加，kg
68903.81
67995.06
64523.51
设计压力引起的轴向应力
“,MPa
佇」.2x2000=50
4几4x12
0
0
50
操作质量引起的轴向应力
a^MPa
i_i
加o8
6=
8.96
&84
8.39
最大弯距引起的轴向应力
a3,MPa
b_4M怎
37rD2i3ei
3&22
36.35
32.38
载荷组合系数K
1.2
系数A
0.094J..o094x1?
A=““=Ud-_］128x10」&1000
设计温度下材料的许用应力
[a]1,MPa
查图9-4（16MnR,300°C）得:
：
［of=144
（Q235-A,300°C）得：
［（j\=86
86
86
144
计算内容
计算公式及数据
0・0截而
1-1截面
2・2截而
系数B,MPa
査图10-18（16MnR,300°C）得：
B=96
（Q235-A,300°C）得：
B=95
95
95
96
KB.MPa
114
114
115.2
K\a],MPa
103.2
103.2
172.8
许用轴向压应力
l^MPa
取以上两者中小值
103.2
103.2
115.2
K\a\^MPa
87.72
87.72
146.88
圆筒最大组合压应力
（cr2+cr3）.MPa
对内压塔器（b2+b3）“％（满足要求）
47.18
45.18
40.77
圆筒最大组合压拉力
（5—6+bJ,MPa
对内压塔器（5-b2+b3）sK[b]0（满足要求）
29.26
27.51
73.99
3.9塔设备压力试验的应力校核
计算内容
计算公式及数据
试验介质的密度冷，畑/亦
1000
液柱高度Hwim
27.28
液柱静压力冋HQMPa
0.27
2-2截面最大质量加;J,kg
mj-2=138835.46-908.75-3696.65=134230.06
试验压力Pt，MPa
Pt-1.25/?
^-l.25xl.2x170一1.771
7[a]144
简体常温屈服点
345
2-2截面0.9KjMPu
372.6
2-2截面KB、MPa
115.2
计算内容
计算公式以及数据
压力试验时圆筒材料的许用
取以上两者中小值
轴向压应力［b,MPa
115.2
试验压力引起的周向应力
_（內+ysgHJ（D+兀）（1.771+0.27）x（2000+12）2®2x12
=171.1
液压试验时:
6=171.1试验压力引起的轴向应力
X」.77lx2000=73.79
714»4x12
重力引起的轴向应力
（yT1^MPa
in^2g134230.06x9.8
===17.45
和①兀x2000x12
弯矩引起的轴向应力
（rT3,MPa
4（0.3M严+他）
2
4x（0.3x1.14x109+7.848x107）
n11.15
^x2000-xl2
压力试验时圆简最大组合应力，MPa
液压试验时+=67.49vKb"（满足要求）
3.10裙座轴向应力校核
计算内容
计算公式以及数据
0-0截面积A^jnnr
九=加入5八=7Tx2000x12=7.5x104
0-0截面系数Z^mnr
Z.=-D2J=£x20002x12=3.770x107
sb4ww4
KB.MPa
114
K[b]'s,MPa
103.4
裙座许用轴向应力，MP"
取以上两者中小值
103.4
0-0截面组合应力，MPg
血+叽=L44X10：
+6890381X/8=47.20Z、hAxh2.46x107.5xl04
0.3施+畋+叫詁=2&96VK3
Z$bAvh
检查孔加强管长度lm.rnrn
120
检査孔加强管水平方向的最
大宽度hnljwn
450
检查孔加强管厚度5mjnrn
12
九，〃加
九=2/〃&=2x120x12=2880
1-1截而处裙座筒体的截面积
仏亦
九=也”瓦-工+2©）£-AJ
=^x2000x-12x[（450+2x12）x12-2880]=6.98x104
Z,njnm3
Z/2讥j（字尸—即
=2xl2xl20xJ（l000）2-（225）2=2.81xlO6
1-1截而处的裙座筒体截而系
数Zsm,mm3
£
fa屁-工（也"号-Z”J
=^x20002x12-2x（450x2000x6-2.81x106）=3.25x107
1-1截而最大弯矩
M鳥N•讪
1.64xl09
M截面组合应力，MPa
AC*咗=1.37x10；+67995.06x严=5]EV祸
乙川3.25x10*6.98x104
0.3M：
打心g
厶mAwj?
0.3xl.29xl09+7.848xl07137926.71x9.8“_
3.25xlO76.98xlO4
3.11基础环设计
计算内容
计算公式以及数据
裙座内径Dis,mm
2000
裙座外径
Dox=Dix+26es=2000+2x14=2028
基础环外径D2280
基础环内径Dih,mm
1720
基础环伸出宽度bjnm
b=g（D<>h-D（）s）=+（2280一1720）=252
相邻两盘板最大外侧间距
mm
160
基础环面积Ahjnnr
Ah=-（Dl-Dl）=-（22802-17202）=1.76xl0644
基础环截面系数Zhjnm3
=3：
-皿/22叽澎）=787伽
&32%32x2280
基础环材料的许用应力
140
水压试验时压应力6,MPa
~1.44xl0968903.81x9.8
%_+_+=2.21
zbA”7.87xl081.76xl06
操作时压应力%,MPa
_0.3M畀+M「〃仏g
cr加=F=
Zb坷
0・3x1.36x10°+7.848x10?
138835.46x9.8,
s+;—=139
7.87xl081.76xl06
混凝土基础上的最大压力
%ax，MPa
取以上两者中大值
2.21
b/l
=252/160=1.6
矩形板力矩c，、Cy系数
查表5-27得：
G=-0.0485；Cy=+0.1260
对X轴的弯距
MX.N•mm/mm
M厂（卫皿庆=-6806.7
对Y轴的弯距
M、・、N•nun/mm
M、.=CyC7hmJ2=7128.6
计算力矩M•mm!
mm
取以上两者中大值
7128.6
有筋板时基础环厚度jnm
①J140门48经圆整取418
3.12地脚螺
栓计算
计算内容
计算公式及数据
-_A/$°+Me%ing_
最大拉应力%,MPa
Zb
1.36xl09+7.848x10743812.86x9.8
=1.58
7.87x10s1.76xlO6
宀M笄+0.25Mh+M（,叫g
-F^
Lb
Ab
最大拉应力（rB2,MPa
5.70x10s+0.25x1.36x109+7.848xIO7
68903.81x9.8
7.87x10s
1.76xl06
基础环中螺栓承受的最大拉
去以上两者中大值
应力%
巾=1
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