化工设备机械基础课程设计.docx

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化工设备机械基础课程设计

设计参考数据

塔体内径/mm

2000

塔高/mm

40000

计算压力/MPa

0.9

设计温度/℃

150

基本风压值/N/㎡

300

地震设防烈度/度

场地土类

Ⅰ类

设计地震分组

第二组

设计基本地震加速度

0.2g

地面粗糙度

B类

塔盘数

塔盘存留介质层高度/mm

塔盘间距/mm

450

介质密度/kg/m3

800

保温层厚度/mm

100

保温层材料密度/kg/m3

300

平台宽度

1000

人孔间距

10层塔板

半圆形平台数

单位质量/㎏/㎡

150

包角

180°

再沸器操作质量/kg

3800

再沸器偏心距/mm

2000

塔体与封头材料

Q345R

裙座材料

Q235-B

塔体与封头厚度附加量/㎜

裙座附加量/㎜

塔体焊接接头系数Φ

0.85

一、塔体的设计条件…………………………………………3

二、按计算压力计算塔体和封头厚度………………………4

三、塔设备质量载荷计算………………………………………………4

四、风载荷与风弯矩计算……………………………………6

五、地震载荷计算……………………………………………10

六、偏心弯矩计算……………………………………………11

七、各种载荷引起的轴向应力………………………………11

八、筒体和裙座危险截面的强度性校核……………………13

九、塔体水压试验和吊装时的应力校核……………………16

十、基础环设计………………………………………………17

十一、地脚螺栓计算…………………………………………19

十二、筒体与封头联接法兰的选取…………………………20

十三、主要符号说明…………………………………………………22

十四、个人总结……………………………………………………24

参考文献………………………………………………………27

一、塔体的设计条件

1、塔体的内径，塔高近似取；

2.计算压力，设计温度150℃；

3、设置地区：

基本风压值=300N/m²，地震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.2g，地震分组为第二组；场地土类：

I类，地面粗糙度B类。

4、塔内装有N=70层浮阀塔盘，塔盘间距450mm，每层塔板上每块塔盘上存有介质高度为，塔板上介质密度为800kg/m³；

5、塔壳外表面层100mm，保温层材料的密度300kg/m³。

6、沿塔高每10层塔盘开设一个人孔，人孔数为7个，相应在人孔处安装平台为，平台宽1.0m，单位质量150kg/㎡，包角180°。

7、塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为，偏心距e=2000mm；

8、塔体与封头材料选用Q345R,其中，裙座材料选用Q235-B。

9、塔体与裙座厚度附加量C=3mm，裙座厚度附加量3mm。

塔体与裙座对接焊缝，塔体焊接接头系数。

对该塔进行强度和稳定计算。

二、按计算压力计算塔体、封头和裙座厚度

1、塔体厚度计算

考虑厚度附加量C=3mm，经圆整后取。

2、封头厚度计算

考虑厚度附加量C=3mm，经圆整后取。

3、裙座厚度也取12mm。

三、塔设备质量载荷计算

1、筒体圆筒、封头、裙座质量

2、附属间质量

3、塔内构件质量

（浮阀塔盘质量75）

4、保温层质量

5、平台、扶梯质量

说明：

单位面积质量，笼式扶梯单位长度质量；笼式扶梯总高，平台数量为7。

6、操作时物料质量

说明：

物料密度，塔板数N=70，塔板上液层高度。

7、充水质量为

其中

8、各种质量载荷汇总

将全塔分为9段，计算各质量载荷（计算中略有近似）

段号

塔段长度

1800

6750

4750

5900

1339.7

5023.9

3535.3

4391.2

52356.1

2356.1

1351.3

950.9

1181.1

982.5

902.5

948.5

2262

21205.8

14922.6

18535.4

1900

1411.7

3311.7

13875.8

10006.8

11138.9

1411.7

3311.7

32819.6

22667.4

27412.3

1411.7

3311.7

9728.9

5859.9

6992

全塔操作质量

全塔最小质量

水压试验时最大质量

四、风载荷与风弯矩计算

1、风载荷计算示例

以2~3段为例计算风载荷

式中：

——体形系数，对圆筒形容器，

——10m高处基本风压值，

——风压高度变化系数，查表8-5得：

——计算段长度，

——脉动影响系数，由表得：

——塔的基本自振周期，对等直径、等厚

度得圆截面塔：

——脉动增大系数，根据自振周期，由

表查的：

——振型系数，由表得：

——风振系数

——塔的有效直径。

设笼式扶梯与塔顶管线成90°，取下a、b中较大者。

，，

，取

2、各段塔风载荷计算结果

塔段号

1800

6750

4750

5900

300

0.7

0.72

0.76

0.79

0.81

0.83

0.84

0.85

0.02

0.108

0.212

0.34

0.48

0.65

0.825

1.00

2.50

1.036

1.193

1.353

1.539

1.732

1.957

2.173

2.362

0.045

0.09

0.26

0.38

0.50

0.615

0.73

0.85

1.00

1.0098

1.1422

1.2467

1.3282

1.4090

1.4774

1.56

平台数

/mm

296.3

421.1

2674

3170.3

3295.1

3213.0

1047.16

5413.76

5079.51

6306.41

7561.24

9063.24

10552.11

14668.53

3、风弯矩计算

0-0截面：

1-1截面：

2-2截面：

五、地震载荷计算

取第一振型阻尼比为

则衰减指数

塔的总高度H=40000mm

全塔操作质量

重力加速度

地震影响系数

由表查的（设防烈度8级）

由表查的

计算截面距地面高度h：

0-0截面：

h=0

1-1截面：

h=1800mm

2-2截面：

h=3600mm

等直径、等厚度的塔，，按下列方法计算地震弯矩。

0-0截面：

1-1截面：

2-2截面：

六、偏心弯矩计算

七、各种载荷引起的轴向应力

1、计算压力引起的轴向压应力

其中

2、操作质量引起的轴向压应力

0-0截面：

裙座的有效厚度

1-1截面：

其中，，为人孔截面的截面积，查相关标准得：

2-2截面：

其中，

3、最大弯矩引起的轴向应力

0-0截面

其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：

1-1截面：

式中——裙座人孔截面的抗弯截面系数。

查相关标准得：

其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：

2-2截面：

其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：

八、筒体和裙座危险截面的强度性校核

1、筒体的强度与稳定性校核

2-2截面：

筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉力：

因为，故满足强度条件。

其中，轴向许用应力：

2、塔体与裙座的稳定性校核

2-2截面：

筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压力：

许用轴向压应力：

取其中较小值。

按GB-150钢制压力容器中的规定，由

查相应的材料图（16MnR）得B=106Mpa,

则，取。

因为，故满足稳定性条件。

1-1截面：

塔体1-1处的最大组合轴向压应力

由0.00084

查相应的材料图（Q235-B）得,

则，取。

因为，，故满足稳定性条件。

0-0截面

塔体0-0处的最大组合轴向压应力

因为，,故满足稳定性条件。

各危险截面强度与稳定校核汇总

项目

计算危险截面

0-0

1-1

2-2

塔体与裙座有效厚mm

截面以上操作质量/kg

79773.9

78361.3

75049.6

计算截面面积

截面的抗弯截面系数

最大弯矩

最大允许轴向拉应力

173.4

最大允许压应力

138

135.6

204

计算压力引起的向拉应力

操作质量引起的向压应力

13.84

14.57

13.02

最大弯矩引起的轴向应力

55.95

55.96

48.28

最大组合轴向拉应力

85.26

最大组合轴向压应力

69.79

70.53

61.3

强度与稳定校核

强度

—

满足强度条件

稳定性

满足稳定性条件

九、塔体水压试验和吊装时的应力校核

1、筒体水压试验时各种载荷引起的应力

（1）由试验压力和液柱静压力引起的环向应力

（2）由试验压力引起的轴向拉应力

（3）最大质量引起的轴向压应力

（4）由弯矩引起的轴向应力

2、水压试验应力校核

（1）筒体环向应力校核

因为，故满足

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