化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑/mm2000塔高/mm40000計(jì)算壓力/MPa0.9設(shè)計(jì)溫度/150基本風(fēng)壓值/N/300地震設(shè)防烈度/度8場(chǎng)地土類類設(shè)計(jì)地震分組第二組設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤數(shù)70塔盤存留介質(zhì)層高度/mm90塔盤間距/mm450介質(zhì)密度/kg/m3800保溫層厚度/mm100保溫層材料密度/ kg/m3300平臺(tái)寬度1000人孔間距10層塔板半圓形平臺(tái)數(shù)7單位質(zhì)量/150包角180再沸器操作質(zhì)量/kg3800再沸器偏心距/mm2000塔體與封頭材料Q345R裙座材料Q235-B塔體與封頭厚度附加量/3裙座附加量/3塔體焊接接頭系數(shù)0.85目錄一、塔體的設(shè)計(jì)條件 3二、按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度 4三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算4四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算6五、地震載荷計(jì)算 10六、偏心彎矩計(jì)算 11七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力 11八、筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度性校核 13九、塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核 16十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 17十一、地腳螺栓計(jì)算 19十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取 20十三、主要符號(hào)說明 22十四、個(gè)人總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 27一、塔體的設(shè)計(jì)條件1、塔體的內(nèi)徑，塔高近似?。?.計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度150；3、設(shè)置地區(qū)：基本風(fēng)壓值=300N/m，地震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g，地震分組為第二組；場(chǎng)地土類：I類，地面粗糙度B類。4、塔內(nèi)裝有N=70層浮閥塔盤，塔盤間距450mm，每層塔板上每塊塔盤上存有介質(zhì)高度為，塔板上介質(zhì)密度為800kg/m；5、塔殼外表面層100mm，保溫層材料的密度300kg/m。6、沿塔高每10層塔盤開設(shè)一個(gè)人孔，人孔數(shù)為7個(gè)，相應(yīng)在人孔處安裝平臺(tái)為，平臺(tái)寬1.0m，單位質(zhì)量150kg/，包角180。7、塔體與裙座間懸掛一臺(tái)再沸器，其操作質(zhì)量為，偏心距e=2000mm；8、塔體與封頭材料選用Q345R,其中，裙座材料選用Q235-B。9、塔體與裙座厚度附加量C=3mm，裙座厚度附加量3mm。塔體與裙座對(duì)接焊縫，塔體焊接接頭系數(shù)。對(duì)該塔進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算。二、按計(jì)算壓力計(jì)算塔體、封頭和裙座厚度1、塔體厚度計(jì)算 考慮厚度附加量C=3mm，經(jīng)圓整后取。2、封頭厚度計(jì)算考慮厚度附加量C=3mm，經(jīng)圓整后取。3、裙座厚度也取12mm。三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算1、筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量2、 附屬間質(zhì)量 3、塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 （浮閥塔盤質(zhì)量75）4、保溫層質(zhì)量 5、平臺(tái)、扶梯質(zhì)量 說明：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量，籠式扶梯單位長(zhǎng)度質(zhì)量；籠式扶梯總高，平臺(tái)數(shù)量為7。6、操作時(shí)物料質(zhì)量說明：物料密度，塔板數(shù)N=70，塔板上液層高度。7、 充水質(zhì)量為 其中8、 各種質(zhì)量載荷匯總將全塔分為9段，計(jì)算各質(zhì)量載荷（計(jì)算中略有近似）段號(hào)123456789塔段長(zhǎng)度1800180067504750475047504750475059001339.71339.75023.93535.33535.33535.33535.33535.34391.20052356.12356.12356.12356.12356.12356.12356.1001351.3950.9950.9950.9950.9950.91181.17272982.5902.5902.5902.5902.5902.5948.50022622262226222622262226222620021205.814922.614922.614922.614922.614922.618535.40190019000000001411.73311.713875.810006.810006.810006.810006.810006.811138.91411.73311.732819.622667.422667.422667.422667.422667.427412.31411.73311.79728.95859.95859.95859.95859.95859.96992 全塔操作質(zhì)量全塔最小質(zhì)量水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量 四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算1、風(fēng)載荷計(jì)算示例以23段為例計(jì)算風(fēng)載荷式中：體形系數(shù)，對(duì)圓筒形容器，10m高處基本風(fēng)壓值，風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表8-5得：計(jì)算段長(zhǎng)度，脈動(dòng)影響系數(shù)，由表得：塔的基本自振周期，對(duì)等直徑、等厚 度得圓截面塔： 脈動(dòng)增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，由 表查的：振型系數(shù)，由表得：風(fēng)振系數(shù)塔的有效直徑。設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90，取下a、b中較大者。，取2、各段塔風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果塔段號(hào)1234567891800180067504750475047504750475059003000.70.720.720.720.760.790.810.830.840.850.020.020.1080.2120.340.480.650.8251.002.501.0361.0361.1931.3531.5391.7321.9572.1732.3620.0450.090.260.380.500.6150.730.851.001.001.001.00981.14221.24671.32821.40901.47741.56平臺(tái)數(shù)001111111/mm00296.3421.1421.1421.1421.1421.1421.1267426743170.33295.13295.13295.13295.13295.13213.01047.161047.165413.765079.516306.417561.249063.2410552.1114668.533、風(fēng)彎矩計(jì)算0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 五、地震載荷計(jì)算 取第一振型阻尼比為則衰減指數(shù)塔的總高度 H=40000mm全塔操作質(zhì)量 重力加速度 地震影響系數(shù)由表查的（設(shè)防烈度8級(jí)）由表查的計(jì)算截面距地面高度h：0-0截面：h=01-1截面：h=1800mm2-2截面：h=3600mm 等直徑、等厚度的塔，按下列方法計(jì) 算地震彎矩。0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 六、偏心彎矩計(jì)算七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力1、計(jì)算壓力引起的軸向壓應(yīng)力其中2、操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力0-0截面：裙座的有效厚度1-1截面：其中，為人孔截面的截面積，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得：2-2截面：其中，3、最大彎矩引起的軸向應(yīng)力0-0截面其中，最大彎矩取下式計(jì)算值中較大者：1-1截面：式中裙座人孔截面的抗彎截面系數(shù)。查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得：= 其中，最大彎矩取下式計(jì)算值中較大者：2-2截面： 其中，最大彎矩取下式計(jì)算值中較大者：八、筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度性校核1、筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核2-2截面：筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向拉力：因?yàn)椋蕽M足強(qiáng)度條件。其中，軸向許用應(yīng)力：2、 塔體與裙座的穩(wěn)定性校核 2-2截面： 筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向壓力： 許用軸向壓應(yīng)力： 取其中較小值。按GB-150 鋼制壓力容器中的規(guī)定，由 查相應(yīng)的材料圖(16MnR)得B=106Mpa, 則，取。因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。1-1截面：塔體1-1處的最大組合軸向壓應(yīng)力由 0.00084查相應(yīng)的材料圖（Q235-B）得 ,則，取。因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。0-0截面塔體0-0處的最大組合軸向壓應(yīng)力因?yàn)椋?故滿足穩(wěn)定性條件。各危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定校核匯總項(xiàng)目計(jì)算危險(xiǎn)截面0-01-12-2塔體與裙座有效厚mm999截面以上操作質(zhì)量/kg79773.978361.375049.6計(jì)算截面面積截面的抗彎截面系數(shù)最大彎矩最大允許軸向拉應(yīng)力173.4最大允許壓應(yīng)力-138135.6135.6204計(jì)算壓力引起的向拉應(yīng)力0050操作質(zhì)量引起的向壓應(yīng)力13.8414.5713.02最大彎矩引起的軸向應(yīng)力55.9555.9648.28最大組合軸向拉應(yīng)力-85.26最大組合軸向壓應(yīng)力69.7970.5361.3強(qiáng)度與穩(wěn)定校核強(qiáng)度滿足強(qiáng)度條件穩(wěn)定性滿足穩(wěn)定性條件九、塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核1、筒體水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力(1)由試驗(yàn)壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力 (2)由試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力(3)最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力(4)由彎矩引起的軸向應(yīng)力2、水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核(1)筒體環(huán)向應(yīng)力校核因?yàn)?，故滿足要求。 (2)最大組合軸向拉應(yīng)力校核 許用應(yīng)力：因?yàn)?，故滿足要求。 (3)最大組合軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力 取其中較小值。, 取。因?yàn)?，故滿足要求。十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1、基礎(chǔ)環(huán)尺寸取 2、基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核取其中較大值，(1)(2) 取選用75號(hào)混凝土，其許用應(yīng)力，故滿足要求。3、基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時(shí)，計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)的厚度。 設(shè)地腳螺栓直徑為M42，由表查得l=160mm，則b/l=140/160=0.88，由表查得 。取，基礎(chǔ)環(huán)材料（20R）的許用應(yīng)力，C=3mm,基礎(chǔ)環(huán)厚度，取。十一、地腳螺栓計(jì)算1、地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力取其中較大值，其中， (1) (2)取其中較大值，2、地腳螺栓的螺紋小徑因?yàn)椋蚀怂O(shè)備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR，螺栓個(gè)數(shù)為n=20，C=3mm。 取地腳螺栓為M42。由表8-12查得M42的螺紋小徑d=37.219mm，故選用20個(gè)M42的地腳螺栓，滿足要求。十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取1、根據(jù)筒體內(nèi)徑，計(jì)算壓力，溫度150，查表6-2，確定法蘭結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，查附錄12選取材料16Mn，公稱壓力PN=1.6Mpa。2、查相關(guān)手冊(cè)得法蘭基本數(shù)據(jù)：D=2215mm，D1=2155mm，D2=2110mm，D3=2090mm，D4=2087mm螺紋孔直徑d=33mm，法蘭厚度b=102mm，高頸尺寸H=190mm，h=56mm，螺栓為。3、根據(jù)公稱直徑DN=2000mm，查附錄13-3，得螺柱材料為40MnVB，查表6-6得，螺母材料為40Mn。4、壓緊密封面選取平面密封面，選用纏繞型墊片，D=2089mm，d=2039mm， 墊片種類為石棉式石墨填充帶。法蘭圖見附圖塔的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果塔的名義壁厚筒體，封頭，裙座塔的載荷及其彎矩質(zhì)量載荷風(fēng)彎矩地震彎矩基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)尺寸基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核滿足要求地腳螺栓設(shè)計(jì)直徑M42，個(gè)數(shù)20個(gè)主要符號(hào)說明裙座人孔處截面的面積，裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，裙座殼底部?jī)?nèi)直徑，裙座殼有效壁厚，裙座人孔截面處裙座殼的內(nèi)直徑，裙座人孔截面處水平方向的最大寬度，人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的長(zhǎng)度，人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的厚度，塔計(jì)算段的有效直徑，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑，基礎(chǔ)環(huán)外直徑，裙座大端外直徑，E設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，風(fēng)壓高度變化系數(shù)H塔的總高度，塔第i段頂截面距地面的高度，塔第i-i截面處的地震彎矩，塔第i-i截面處的最大彎矩，塔第i-i截面處的風(fēng)彎矩，塔的最大質(zhì)量，塔的最小質(zhì)量，塔的操作質(zhì)量，計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量，計(jì)算壓力，塔i-i計(jì)算段的水平風(fēng)力，基本風(fēng)壓值，塔的基本自振周期，對(duì)應(yīng)的地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)的最大值管線保溫層厚度，脈動(dòng)增大系數(shù)脈動(dòng)影響系數(shù)由計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力，由重力引起的軸向應(yīng)力，