典型化工設備設計_塔設備的典型化工設備設計_機械設計

1、第第6章章 塔設備及其機械設計基礎塔設備及其機械設計基礎塔設備平面簡圖第四節(jié) 塔體與裙座的強度設計一一.塔體載荷分析：塔體載荷分析：1.自重載荷：自重載荷：m01塔設備的殼體與裙座質量；m02塔設備內件質量（塔板或填料及其支撐裝置）；m03保溫材料質量；m04平臺扶梯質量；m05操作時塔內物料質量；ma人孔法蘭接管等附件質量；mw液壓試驗時塔內充液質量；me偏心質量。操作質量操作質量：m0= m01+ m02 +m03 +m04 +m05 +ma +me水壓試驗質量水壓試驗質量：mmax= m01+ m02 +m03 +m04 +mw +ma +me 吊裝質量吊裝質量：mmin= m01+ 0

2、.2m02 +m03 +m04 +ma +me將質量離散：簡化力學模型多質點體系的懸臂梁發(fā)生地震時的受力（1）.水平地震力水平地震力任一段集中質量mk所引起的基本振型水平地震力為： Fk=CZ1k mkg N式中CZ結構綜合影響系數，圓筒形直立設備取0.5； 1 對應于設備基本自振周期T1的地震影響系數； k基本振型參與系數； mk任一段（第k段）塔體的操作質量。（2）.垂直地震力垂直地震力地震烈度為8度或9度地區(qū)的塔設備考慮垂直地震力。垂直地震力的作用點：塔器底截面。計算式：Fv=vmaxmeqg式中vmax垂直地震影響系數最大值，取0.6 max 。 meq塔器的當量質量，取0.75m0

3、。（3）.地震彎距地震彎距懸臂梁的彎矩：任一質點mk對塔底(0-0截面）的彎矩為：kkEhFM00 所有質點（k=1,2,n)對塔底截面的彎矩和為：niiiEhFM100 對于等直徑、等壁厚塔器的底截面地震彎矩為：mm)(N gHmCMZE01003516地震載荷分布圖 塔的迎風面受到風壓載荷，并隨高度而增加。 將風壓按塔的高度離散，任一計算段的風載荷，就假定是集中作用在該段中點的風壓合力：（1）.力學模型的簡化：（2）.風載荷的計算風載荷的計算影響風載荷的因素： 所在地區(qū)的基本風壓值q0(距地面10米高處的風壓）； 塔器高度、直徑、截面形狀以及自振周期。任一計算段的水平風力為：(N) Dlf

4、qKKpeiiiii602110式中K1塔體形狀系數； K2風振系數（與塔自振周期有關）； qo10米塔高處的基本風壓值； fi風壓高度變化系數；li計算段的高度；Dei該計算段的 有效直徑。（3）.風彎矩計算風彎矩計算風彎矩圖)2()2(21101010000nnnWllllpllplpM 風載荷對基底截面的彎矩：4.偏心載荷偏心載荷塔設備頂部懸掛有分離器、冷凝器等附屬設備，其重力對塔體產生偏心載荷。 偏心載荷引起的彎矩：Me=mege 5.介質壓力載荷介質壓力載荷設計壓力p；水壓試驗時的液柱壓力。二二.自支撐式塔設備塔體壁厚的確定方法自支撐式塔設備塔體壁厚的確定方法1.塔設備的危險截面：塔

5、設備的危險截面：0-0截面基底；1-1截面人孔截面；2-2截面塔體與裙座連接焊縫截面。位于塔體上的危險截面位于塔體上的危險截面 2-2截面截面。2. 塔體應力組合（塔體應力組合（2-2截面）截面）組合軸向應力的構成： 1介質壓力引起的軸向應力； 2塔體自重引起的軸向應力； 3塔體所受彎矩引起的軸向應力。例如，內壓操作內壓操作的塔設備在2-2截面處的應力組合：位于背風面，組合軸向應力為： =1-2-3 位于迎風面，組合軸向應力為： =1-2+3 內壓塔在停車時和操作時的應力組合：操作時停車時外壓塔設備的應力組合：操作時停車時3.塔體壁厚的確定方法塔體壁厚的確定方法（1）依據內壓容器或外壓容器壁厚

6、設計方法確定塔體有效壁厚Se1。（2）塔體穩(wěn)定驗算。根據（1）假定一有效壁厚Se2。 計算壓力引起的軸向應力：214eicSDp。矩參與組合時計入此項彎矩為地震彎垂直地震力，僅在最大以上塔體的質量；任意計算截面式中v22F / )(iimSDFgmiieiiiViiii 自重載荷及垂直地震力引起的軸向應力：彎矩在塔體中引起的軸向應力：eiiWiiEeiiWiieiiiiiMMMMMMSDM%25max785. 0/max22max3式中穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：組合軸向壓應力要滿足：tcriiKKBminmax壓式中K載荷組合系數，取K=1.2; B見書p168。（3）塔體拉應力驗算）塔體拉應力驗算

7、依前述，假設一有效壁厚Se3。計算1,2,3，并進行組合，滿足如下強度條件：。載荷組合系數，取式中拉1.2KKmaxtiiK（4）水壓試驗應力）水壓試驗應力驗算驗算確定塔殼體試驗壓力引起的環(huán)向應力環(huán)向應力和軸向應力軸向應力，驗算是否滿足強度條件和穩(wěn)定條件。由試驗壓力引起的環(huán)向應力：eieiiTTSSDp2)(液柱靜壓力）（水壓試驗組合軸向應力的確定水壓試驗組合軸向應力的確定：由試驗壓力引起的軸向應力：eiiTSDp41由液壓試驗時重力引起的軸向應力：eiiiiSDgm14. 3max2由彎矩引起的軸向應力：eiieiiWSDMM23785. 03 . 0液壓試驗時的強度液壓試驗時的強度和穩(wěn)定性

8、判據和穩(wěn)定性判據：crssTK9 . 09 . 032321式中K載荷組合系數，取K=1.2; cr許用軸向壓應力，KBKscr9 . 0min塔體壁厚確定方法：(1)根據內(外)計算壓力,確定容器設計計算壁厚，確定一有效壁厚Se1;(2)參照Se1，進行穩(wěn)定性驗算，確定一有效壁厚Se2;(3)參照Se2，進行塔體拉應力驗算，確定一有效壁厚Se3;(4)取Se1、 Se2 、Se3中較大者，加上壁厚附加量，并考慮安裝運輸等對剛度的要求，最終確定塔體壁厚；(5)水壓試驗驗算。三三 裙座設計裙座設計四個部分：1.座體座體-承受并傳遞塔體載荷。2.基礎環(huán)基礎環(huán)-將載荷傳遞到基礎上。3.螺栓座螺栓座-固定塔于基礎上。4.管孔管孔-人孔、排氣孔、引出管孔。（二）（二）.裙座的設計方法裙座的設計方法1.座體設計：座體設計：（1）按塔體壁厚設定一有效壁厚Ses。