過控苯塔設(shè)計(jì)說明書

1、大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）引 言2第一章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41.1 填料：41.2 填料層的高度5填料層分段51.3件及附件：51.3.1 填料支承裝置：51.3.2 液體再分布器71.3.3 除.71.3.4 塔吊柱71.3.5 人孔的設(shè)計(jì)和選擇91.3.6 接管101.3.7 接管的選擇111.3.8容器.111.3.9 裙座12第二章 填料塔的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算132.1了解設(shè)計(jì)條件以及選材132.2計(jì)算筒體和封頭厚度132.3 載荷分析14載荷與彎矩的計(jì)算142.3.12.3.3 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩162.3.4 偏心質(zhì)量 me192.3.5 最大彎矩的計(jì)算192.3.6 計(jì)算塔設(shè)備質(zhì)量載荷192.

2、4 強(qiáng)度的校核212.4.1 筒體軸向力校核及穩(wěn)定性校核：212.4.3 設(shè)備試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力252.4.4 基礎(chǔ)環(huán)及地腳螺栓的設(shè)計(jì)與校核：262.4.5 蓋板設(shè)計(jì)及校核302.4.6 肋板設(shè)計(jì)及校核302.4.7 裙座與塔殼的對(duì)接焊縫31第 0 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）第三章 開開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)323.1 開孔補(bǔ)強(qiáng)323.1.1 補(bǔ)強(qiáng)圈323.1.2 整體補(bǔ)強(qiáng)323.2 符號(hào)說明323.3 適用的開孔范圍343.4 不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑343.5 殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)要求343.5.1 外壓容器353.5.2 內(nèi)壓35孔補(bǔ)強(qiáng)要求353.63.7 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積363.7.1 補(bǔ)強(qiáng)范圍3

3、63.7.2 補(bǔ)強(qiáng)面積363.8 補(bǔ)強(qiáng)方法的判別及補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)及算373.8.1 接管 a 的計(jì)算373.8.2 接管 f 的計(jì)算393.8.3 接管 c 的計(jì)算403.8.4 接管 d 的計(jì)算 413.9人補(bǔ)強(qiáng)42第四章 洗苯塔的制造、檢驗(yàn)和安裝434.1 制造上的要求434.2 設(shè)備的安裝464.3 設(shè)備的檢驗(yàn)46參考文獻(xiàn)47第 1 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）引 言煉焦化工是以煉焦煤為原料，經(jīng)過高溫干餾生產(chǎn)焦炭、焦?fàn)t煤氣及化工產(chǎn)品的工業(yè)。而焦?fàn)t煤氣回收粗苯通常采用洗油吸收粗苯法。粗苯是由多種芳烴和其他化合物組成的復(fù)雜混合物；粗苯的主要組分是苯、甲苯、二甲苯及三甲苯等。此外，還含有一些

4、其他組分。在用洗油回收煤氣中的苯族烴時(shí)，則尚含有少量的洗油輕質(zhì)餾分。洗油吸苯的工藝流程如圖 1 所示。從焦?fàn)t煤氣終的溫度為 2527的煤氣，依次通過串聯(lián)的洗苯塔，與塔頂噴灑的煤焦油洗油逆流接觸，脫出粗苯后，從塔頂排出。塔底排出含粗苯約 2.5%的富油，送富油脫苯工序蒸餾脫苯。脫苯后的貧油又送同吸苯工序循環(huán)使用。圖 1焦油洗油脫苯工藝流程洗油吸苯的主要設(shè)備是洗苯塔。洗苯塔的形式有填料塔、板式塔和空噴塔等?？諊娝?、板式塔結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，但洗苯效果差，目前國內(nèi)大型焦化企業(yè)已很少采用?，F(xiàn)在常用的是填料塔。如圖 2 所示，填料設(shè)有噴淋裝置、填料裝置、液體分配錐、氣液再分布板和捕霧裝置等。填料裝置有鋼板

5、網(wǎng)、木第 2 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）格柵和花形填料等三種形式。洗苯效果的好壞，關(guān)鍵取決于洗苯塔的結(jié)構(gòu)和塔內(nèi)填料，因此選用合適的填料可以提高煤氣中苯的回收率，降低生產(chǎn)成本，保證裝置長周期運(yùn)行。洗油通過塔頂?shù)膰娏苎b置均勻分布于填料表面并與從塔底進(jìn)入的煤氣逆流接觸，吸收了煤氣中粗苯的富油從塔底排出。脫除粗苯后的煤氣，經(jīng)捕霧裝置從塔頂排出。在每段填料間，設(shè)有液體分配錐以消除塔壁效應(yīng)。在塔中段設(shè)有氣液再分布板，以使沿塔斷面氣液分布均勻。圖 2 填料式洗苯塔本次設(shè)計(jì)的塔是基于衡陽的室外環(huán)境，在操作為 7000pa，操作溫度為30的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。第 3 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）第一

6、章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 填料：填料是填料塔件，填料的選用主要依據(jù)效率、通量、壓降等三個(gè)重要的性能參數(shù)，其次應(yīng)綜合考慮成品的性能、成型工藝和成本等因素。填料的吸油值、顆粒度、觸變性及填充量、相對(duì)密度、價(jià)格等因素都會(huì)影響到選擇。填料分散裝和規(guī)整兩類，綜合上述各影響因素及設(shè)計(jì)條件，選環(huán)作為洗苯塔的填料。表 1-1 常用填料環(huán)是由值徑高度比為 1 的空心圓柱體在側(cè)壁上沖出兩層均布交錯(cuò)排列的矩形小窗，沖出的葉片除一端連在該壁上，其余部分彎入環(huán)內(nèi)，圍聚于環(huán)心，。我國準(zhǔn)規(guī)定開孔率取 35%。圖 1-1環(huán)（a）鋼環(huán)（b）瓷環(huán)填料層效率隨塔徑填料直徑之比值（D/d）增加而下降。此處選用76mm第 4 頁 共 74

7、頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）的不銹鋼環(huán)，物性如表 1-2。表 1-2 不銹鋼環(huán)幾何特性1.2 填料層的高度填料層分段液體經(jīng)過填料層往，很容易沿塔壁形成壁流，易造成填料層中氣液分布不均，導(dǎo)致設(shè)備傳質(zhì)效率低，嚴(yán)重時(shí)甚至使塔中心的填料不能被液體濕潤而形成 “干錐”。因此，每隔一定高度，需設(shè)置液體收集再分布器，即將填料層分層。對(duì)于散裝填料，推薦高度見表 1-3，表中的 h/T 為層高與塔徑比，Hmax 為所的最大填料層高度。表 1-3 散裝填料分層高度推薦表取每層填料高 4.5m，故共分為五段。液體再分布器的安裝位置，一般因高于填料層上表面 150mm 到 300mm，以便能提供足夠空間讓流體的降盡量小而又

8、不至于太影響設(shè)備的傳質(zhì)效率。1.3件及附件：1.3.1 填料支承裝置：據(jù)設(shè)計(jì)條件，此處選用氣液分流型支承板。因塔徑過大，選用分塊式柵板需 4 塊以上，故選用液噴射填料支承第 5 頁 共 74 頁填料環(huán)拉西環(huán)矩鞍環(huán)階梯環(huán)環(huán)矩鞍h/D5102.55-88-15515Hmax/m£ 6£ 4£ 6£ 6£ 6大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）板作填料支承裝置，它比起分塊式柵板有較大如下優(yōu)點(diǎn)：流通截面積較大，通常在 90%到 110%之間；對(duì)流體的阻力較?。徊牧侠寐矢咔铱芍屋^重的的填料。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。圖 1-2 DN2600-4000mm 支承板結(jié)構(gòu)示意圖

9、表 1-5 支承板結(jié)構(gòu)（mm）表 1-5 支承板波形（mm）第 6 頁 共 74 頁塔徑支承板直徑支承板數(shù)主支承梁數(shù)支承圈寬支承圈厚自由截面,%支承板載荷，N2800276016150大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1.3.2 液體再分布器液體經(jīng)過填料層上動(dòng)時(shí)，有沿塔壁形成壁流的趨勢(shì)。易造成填料層中的流體分布不均，導(dǎo)致傳質(zhì)效率低，嚴(yán)重時(shí)甚至使設(shè)備中心的填料不能被液體濕潤而形成 “干錐”。因此，故每隔一定的高度，需設(shè)計(jì)液體收集在分布器，即將填料層分層，層間設(shè)置液體再分布器，使盡可能多的填料能得到均勻噴淋從而盡可能減少徑向濃度差。分配錐式是最常用的液體再分配器，但在本設(shè)計(jì)中，由于塔徑過大，故采用氣液分流型支撐

10、板，它與液體收集器合二為一。故不應(yīng)另設(shè)液體再分布器。1.3.3 除在操作氣速較大時(shí)，可能出現(xiàn)塔頂夾帶，不但造成物料損失、降低塔效率且還污染環(huán)境。故需在塔頂設(shè)置除。常用的除沫裝置有絲網(wǎng)除和折流板除。絲網(wǎng)除有比表面積大，重量輕，空隙率大和使用方便之優(yōu)點(diǎn)。尤其是它具有除沫效率高，降較小等優(yōu)點(diǎn)，故在本設(shè)計(jì)中的除選擇，用絲網(wǎng)絲除，固定在上下兩塊柵格板間。，絲網(wǎng)層的厚度應(yīng)遵循工藝條件且通過試驗(yàn)確定，對(duì)金屬絲網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)絲直徑為 0.076 -0.400mm、網(wǎng)層密度為 480-5300Nm ³時(shí)，在合適的氣速下絲網(wǎng)的蓄液厚度約 25 -50 。此時(shí)網(wǎng)層厚度為 100 150除沫效果最好，故選用 10

11、0 標(biāo)準(zhǔn)絲網(wǎng)除。網(wǎng)與上下柵板分塊制作，每一塊應(yīng)可通過人安裝。1.3.4 塔吊柱所設(shè)計(jì)的吊柱方位及回轉(zhuǎn)半徑 S 的應(yīng)能使使吊柱經(jīng)過人工推轉(zhuǎn)，使吊鉤垂線轉(zhuǎn)到人孔正上方，還可使吊鉤垂線轉(zhuǎn)到平臺(tái)外，以便將零件從塔平臺(tái)外場(chǎng)地上吊到塔平臺(tái)上人或完成相反操作。故吊柱之方位設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)考慮人孔的方向。人孔方向管道專業(yè)根據(jù)設(shè)備的管線布置和配管要求來確定。第 7 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）圖 1-2 吊柱表 1-6吊柱的主參數(shù)HG/T 21639 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的吊住結(jié)構(gòu)見圖 1-2，主要的參數(shù)見表 1-6。吊桿才料為 20 無縫，其他材料取 Q235-A.鋼。支座墊板材料與塔體材料相同。吊柱下端支承結(jié)構(gòu)橢圓

12、形。吊柱以整根管子作為計(jì)算依據(jù)。若管子長度不夠需悍接時(shí)，應(yīng)符合以下要求：1只可焊接一處。2拼接位置只能在下圖所示 B 到 C，E 至 W 間。3. 焊接結(jié)構(gòu)按圖所示。焊縫系數(shù)取為 0.9.第 8 頁 共 74 頁S（mm）L(mm)H(mm)× (mmmm)R(mm)E(mm)重量120034001000219×1010003001000Kg大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）圖 1-3封板：用管子制作的的吊柱均焊有端封板，以防雨水灌入銹蝕。封板上方開f 30 的孔。吊鉤：常用的吊鉤有三種形式，以圓鋼彎成 U 形焊在吊桿上的應(yīng)用最廣。其結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示：圖 1-4 吊鉤1.3.5 人

13、孔的設(shè)計(jì)和選擇根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼制手人孔 ，此處選用“回轉(zhuǎn)蓋板式平焊人孔（HG/T 21516-2005）” ，其結(jié)構(gòu)形式及相關(guān)參數(shù)選擇如下圖所示：第 9 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）0.6圖 1-5人孔1.3.6 接管氣體的進(jìn)口管與出口管：取 DN1000mm 接管；液體的進(jìn)口管：取 DN125mm 的接管；液體出塔：取 DN150mm 的接管。表 1-7 接管參數(shù)（mm）第 10 頁 共 74 頁結(jié)構(gòu)類dNd1×S1d2×S2RH1H2結(jié)構(gòu)類型dNd1×S1d2×S2abcH1H2直管式125132×4159×62001501

14、59×4.5219×6250大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1.3.7 接管的選擇參照中民行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) HG20593-97，此處選用標(biāo)準(zhǔn)突面式平焊鋼制管，其結(jié)構(gòu)形式及主要如圖 1-6：圖 1-6標(biāo)準(zhǔn)突面板式平焊鋼制管表 1-8 標(biāo)準(zhǔn)突面板式平焊鋼制管主要(mm)1.3.8由中容器民行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)容器分類與技術(shù)條件（ JB/T4700-2000）,根據(jù)實(shí)際情況，于此處選用乙型平焊表 1-9 乙型平焊主要（mm）第 11 頁 共 74 頁型彎管式125133×4219×6400150200150158×4.5219×6500150200大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）由

15、 JB/T 4701-2000 確定結(jié)構(gòu)和：選直徑為 2800mm 的。墊片選石棉或石墨填充式的纏繞墊片，溫度為-70 450，材料為 16Mn，鍛件。螺柱材料為 35CrMoA，螺母材料為 45，使用溫度為-20密封形式用凹凸面密封，其形式如圖 1-7 所示：400圖 1-7凹凸面密封1.3.9 裙座塔體常采用裙式支承，裙座形式應(yīng)根據(jù)載荷情況分圓筒形和兩大類，圓筒形裙座方便制造且合理，故選用圓筒形。裙座的構(gòu)建有排氣孔、裙座筒體、地腳螺栓座、基礎(chǔ)環(huán)、引出管通道、保溫支承圈、人孔等。第 12 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）裙座材料選用 Q235-B，裙座直徑與塔體下封頭外徑應(yīng)相等，焊縫采用

16、透的連續(xù)焊。具體結(jié)構(gòu)見圖紙。第二章 填料塔的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算2.1了解設(shè)計(jì)條件以及選材按照塔的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)溫度和介質(zhì)等條件，參照過程設(shè)備設(shè)計(jì)的附錄 D，可確定容器所選材料為 Q235B。2.2計(jì)算筒體和封頭厚度（一）根據(jù)設(shè)計(jì)及液體靜確定計(jì)算：液柱高度僅僅考慮液封盤液面至塔底的高度h =22.5 m ，pH = 10rgh =10´ 940 ´ 9.81´ 22.5 = 0.2075Mpa > 0.05 p 。-6-6pC = p + pH = 0.108 + 0.2075 = 0.3155Mpa靜計(jì)算（二）圓筒厚度：pC Di承受內(nèi)壓的圓筒：計(jì)算厚度d

17、=2s t f - pC應(yīng)力為 113 Mpa ；查 GB150-1998 中表 4-1 得，在溫度為 30時(shí)，Q235-B在制造中，采面焊的透對(duì)接接頭，局部無損檢測(cè)，由過程設(shè)備設(shè)計(jì)表 4-3 取焊接接頭系數(shù)f 為 0.85。將s t 、f 值代入上式得：0.3155´ 2800d = 4.60 mm2´113´ 0.85 - 0.3155圓筒設(shè)計(jì)厚度： dd = d + C2C = C1 + C2其中C2 為腐蝕裕量，在無特殊腐蝕的情況下，對(duì)低合金鋼和碳素鋼，C2 至少取 1 mm，取C2 =3 mm；C = C1 + C2 = 3 + 0.8 = 3.8mm圓

18、筒的設(shè)計(jì)厚度： dd = d + C2 = 4.6 + 3 = 7.6 mm。第 13 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）C1 為鋼材負(fù)偏差， 當(dāng)鋼板厚度超過 5mm, 可取 C1 =0.8mm， 名義厚度dn = dd + C1 向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)厚度，即標(biāo)注在圖上的厚度。故dn = dd + C1 = 7.6 + 0.8 = 8.4 mm,圓整至 12mm。圓筒的有效厚度d e = d n - C =123.8=8.2mm。（三）封頭厚度：封頭厚度計(jì)算公式：0.3155´ 2800Pc Did = 4.59mm ht2´113´ 0.85 - 0.5

19、0; 0.31552 s j - 0.5Pc名義厚度d hn = d h + C =4.59+3.8=8.39 mm；圓整至 12mm。封頭有效厚度d he = d hn C =123.8=8.2mm。2.3 載荷分析2.3.1載荷與彎矩的計(jì)算對(duì)設(shè)備的既有水平方向，又有豎直振動(dòng)。因此，作用在設(shè)備上的既有水平力，也有垂直力。據(jù) GBJ1189 標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)物本身進(jìn)行抗震驗(yàn)算。首先，取計(jì)算截面（包括截面）。本設(shè)計(jì)將分為 5 段。要驗(yàn)算的截面有 0-0、1-1、2-2、3-3、4-4，其中 0-0、1-1、2-2 為截面。取綜合影響系數(shù)CZ = 0.5 。據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)表 7-9 取特性周期Tg =

20、0.3對(duì)于第二組的場(chǎng)地土類型，設(shè)防烈度為 7 時(shí)，據(jù)表 7-10 取影響系數(shù)的最大值a max =0.08。影響系數(shù)是由場(chǎng)地土的特性周期及塔的自振周期由分析設(shè)計(jì)方法確定，且不得小于 0.2a max第 14 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）ö0 9æ Tö0 9æ0.3a = çg ÷a´ 0.08 = 0.038 > 0.=ç 0.68 ÷ç T ÷maxèøè 1 ø設(shè)等直徑、等壁設(shè)備的任意截面 I - I 距地面的高度為h ，基本

21、振型在截面 I - I 處和底部截面 0-0 產(chǎn)生的彎矩為：= 8a1Czmg (10H 3 5= 16 C a m gHM 0-0 M I -IEIz 1 0EI175H1 535當(dāng) H/D15 或 H20m 時(shí)，還需考慮高振型的影響，在進(jìn)行穩(wěn)定和其他驗(yàn)算時(shí)，可按如下公式來計(jì)算M I -I= 1.25M I -IEEI截面處的彎矩如下：截面 0-0 處的彎矩：16M= 1.25M= 1.25´a m gHC0-00-0EEI1 0z35=1.25× 16 ×0.036×70712.15×9.81×32950×0.535=

22、2.48´108 N.mm截面 1-1 處的彎矩：1-1ME= 1.251-= 1.25= 1.25´ 8´ 0.038´175= 1.84´108 N.mm截面 2-2 處的彎矩：2-22-ME= 1.25MEI.036 ´ = 1.25´ 8175´= 2.31´108 N.mm2.3.2 自振周期的計(jì)算在不考慮操作平臺(tái)和外部管路的限制作用時(shí)，對(duì)于等徑、等厚的塔，質(zhì)量沿高度均布，則計(jì)算模型可簡化懸臂梁。由 GB-1501998等徑、等厚容器基本自振周期計(jì)算式：第 15 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)

23、（）m0 H T = 90.33H´10-3 = 0.75(s)1EdD3e i其中 H 為高， d e 為有效厚度，E 為設(shè)計(jì)溫度下材料的彈模其中 E= 2.06´105 Mpa 。2.3.3 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩塔分為四段來計(jì)算塔所受的風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩。據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中所述:設(shè)備中第 i 段所受的水平風(fēng)力為： P = K K qf l D ×10-6i10 i i2 ie i當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線成 180°時(shí)， Dei = Doi + 2dsi + K3 + K4 + d0 + 2d pi當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線成 90°時(shí), Dei

24、 取以下兩式中較大者：= Doi + 2dsi + K4 + d0 + 2d pi= Doi + 2d si + K3 + K4DeiDeiDoi -設(shè)備各計(jì)算段外徑，mm， Doi =2824mm；H 20m 時(shí)，則按公式K2i -設(shè)備中第 i 計(jì)算系數(shù)，對(duì)于= 1+ xvifziK計(jì)算；2ififi -風(fēng)壓隨高度的變化系數(shù)，查表 57 可得：f1 = 1.00, f2 = 1.25, f3 = 1.42, f4 = 1.42x -脈動(dòng)增大系數(shù)，由q T 2 = 350´ 0.752 = 196.88,0 1 查表 58： x =2.04；n i -第i 段的脈動(dòng)影響系數(shù)，查表 5

25、9 得：n1 = 0.72，n 2 = 0.79，n3 = 0.79，n 4 = 0.85fzi -第i 段的振型系數(shù)，由hit / H 與 u 查表 510 得：fz1 = 0.07,fz 2 = 0.57,fz3 = 0.86,fz 4 = 1.00第 16 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）K3 -扶梯當(dāng)量寬度，無確定數(shù)據(jù)時(shí)，取 K3 =400mm；= 2å A ；K -操做平臺(tái)當(dāng)量寬度，mm； K44l0å A -第I 段操作平臺(tái)構(gòu)件的豎直射影（不計(jì)空擋）， mm2 ；li -第i 計(jì)算段長度，mm，l1 =4500mm， l2 =18000mm， l3 =500

26、0mm， l4 =5450mm；l0 -操作平臺(tái)所在的計(jì)算段長度，mm，l01 =4500mm， l02 =18000mm， l03 =5000mm， l04 =5450mm；2q0 -各地基本風(fēng)壓， N m ，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)相關(guān)表格，衡陽地區(qū)為 350 N / m2 ；dsi -第i 段保溫層厚度，mm；d0 -塔頂管路外徑，m； d0 = 1000mm ；d pi -管線保溫層厚，mm；Pi -塔設(shè)備第 i 段風(fēng)力的水平分量，N；Dei -第i 段迎風(fēng)面有效外徑，m；K1 -體型系數(shù)，對(duì)于細(xì)長圓柱型筒體，體型系數(shù)取 0.7；風(fēng)彎矩與風(fēng)載荷計(jì)算：2å A2´ 9

27、80;10501 段： n =1, K4 = 400mm , Dei =4224mm, hit = 6.9 ,l45000= 1+ x vifzi = 1+ 2.04 ´ 0.72 ´ 0.07 = 1.10 ,6.9hH = 0.21， Kit2i32.95f1.00iP = K K q f l D ´10-6 = 0.7´1.10´350´1.00´ 4.5´ 4.224 = 5123Ni1 2i 0 i i ei2å A2´ 4´ 9´10512 段：n =4，K4 =

28、 400mm ，Dei =3924mm, hit =23.9，l180000第 17 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）= 1+ x vifzi = 1+ 2.04 ´ 0.79´ 0.57 = 1.73 ，23.9hH = 0.73 ， Kit2i32.95f1.25iP = K K q f l D ´10-6 = 0.7´1.73´350´1.25´18´3.924 = 37422Ni1 2i 0 i i ei2å A2´ 9´10523 段：n =1，K4 = 360mm ，D

29、ei =4113mm，hit =28.4m，l50000= 1+ x vifzi = 1+ 2.04 ´ 0.79´ 0.86 = 1.98 ， h28.4H = 0.86K2iitf1.4232.95iP = K K q f l D ´10-6 = 0.7´1.98´350´1.42´5´ 4.113 =14166Ni1 2i 0 i i ei3頂： n =0， K = 2å A =0mm， D =3824mm， h =32.95m， hH =1，4eiitith0= 1+ x vifzi = 1+ 2

30、.04 ´ 0.85´1.0 = 2.22 ，K2if1.42iP = K K q f l D ´10-6 = 0.7´ 2.22´350´1.42´5.45´3.824 = 16096Ni1 2i 0 i i ei查 GB1501998，任意截面 I - I 處的風(fēng)彎矩計(jì)算式：= P li + P(l +) + P (l + l+ li+2 ) +N.mmlM I -Ii+1i+1 ii+2 ii+1Wi222塔設(shè)備 0-0 截面的風(fēng)彎矩計(jì)算公式：= P l1 + P (l + l2 ) + P (l + l +

31、 l3 ) +N.mmM 0-0 W1 22 13 12220-0 截面的風(fēng)彎矩為：= 5123´ 4500 + 37422 ´(4500 + 18000) +14166 ´(4500 +18000 + 5000)M 0-0 W222+16096 ´(4500 +18000 + 5000 + 5450)2= 1.36 ´109 N1-1 彎矩：l22+ P (l + l3 ) + P (l + l + l4 )M 1-1 = PW23 24 2322= 37422 ´ 18000 +14166 ´ (18000 + 5000

32、) +16096 ´ (18000 + 5000 + 5450)2= 1.04´109 N22第 18 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2-2 彎矩：= P l3 + P (l + l4 ) = 14166´ 5000 +16096´(5000 + 5450)M 2-2 W34 32222= 1.60´108 N2.3.4 偏心質(zhì)量 me偏心質(zhì)量引起的彎矩計(jì)算式為：Me = me geN.mm其中 e 為塔設(shè)備重心與心線的距離；本塔未懸掛附屬設(shè)備，故重心在中心線上，即 e=0，故Me = me ge =02.3.5 最大彎矩的計(jì)算塔設(shè)備任意

33、截面 I I 的最大彎矩按下式計(jì)算：I -I M I - IM+ M=N.mm 取其中最大值WemaxM I -I +0 25M I -I +MEWe計(jì)算如下：0-0 截面：M 0-0 + M=1.36´109 N ， M 0-0 + 0.25M 0-0 + M = 5.88´108 N ，WeEWeM 0-0 =1.36´109 N ；max1-1 截面：M 1-1 + M= 1.04´109 N ， M 1-1 + 0.25M 1-1 + M = 4.44 ´108 N ，WeEWeM 1-1 = 1.04´109 N ；max2

34、-2 截面：M 2-2 + M= 1.60´108 N ， M 2-2 + 0.25M 2-2 + M = 2.71´108 N ，WeEWeM 2-2 = 2.71´108 N 。max2.3.6 計(jì)算塔設(shè)備質(zhì)量載荷（一）塔體、裙座質(zhì)量m01 ；塔體總高 H = 32.95m ,第 19 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表 4-2 以內(nèi)徑為公稱值徑的橢圓封頭形式與，知內(nèi)徑為 2800mm 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭曲長度h1=700mm，且取直長度 h2=40mm；查表 4-1 筒體容積、面積和質(zhì)量，知本設(shè)備公稱直徑為 2800mm，每

35、米筒節(jié)理論質(zhì)量 831kg。封頭公稱直徑為 2800kg，厚度為 12mm，由附表 4-3，可知封頭的質(zhì)量為 842kg。塔體與裙座質(zhì)量m01 ：m01 = (H - h1 - h2 ) ´ 831 + 2 ´ 842 = (32.95 - 0.7 - 0.04) ´ 831 + 2 ´ 842 = 28450.5kg（二）塔段內(nèi)件：本設(shè)備選用陶瓷填料，查表可得陶瓷填料的密度 r P =200 kg / m ，且分 33 層。故塔段內(nèi)件質(zhì)量 m02 為：段高度為 4.5m ， 此填料塔的共有éæ pùö()m= r

36、v = 200´´2.8´ 4.5´ 3= 16616.88kg2êç 4÷ú02ëèøû（三）平臺(tái)與扶梯：據(jù)指導(dǎo)書表5-4 塔設(shè)備零件質(zhì)量載荷表，可得平臺(tái)質(zhì)量：q p = 150kg / m ，2籠式扶梯質(zhì)量為： qF = 40kg / m塔總高 32.95m,籠式扶梯總高取為 HF=32m，平臺(tái)數(shù) n 為 8。故平臺(tái)與扶梯的質(zhì)量m03 ：pém=´ ë403= p (2.8 + 2 ´ 0.012 + 2 ´ 0.1 +

37、2 ´ 0.9)2 - (2.8 + 2 ´ 0.012 + 2 ´ 0.1)2 ´ 0.5 ´ 8 ´150 + 40 ´ 324= 7933.53kg（四）操作時(shí)物料：3據(jù)指導(dǎo)書附表 4-2 得， 算得封頭容積Vf =2.5227 m ，故而操作時(shí)物料質(zhì)量m04 ：= p4Dh N + h+V r = p ´ 2.82 ´(0.08´ 5 +1.8)´ 940 + 2.5227´ 940() r2m04iw01f 14第 20 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）= 15

38、098.64kg（五）人孔、接管和等附件：按照經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量： ma =0.25 m01 = 0.25 ´ 28450.5 = 7112.6 kg（六）充液質(zhì)量mw ，偏心質(zhì)量me =0：= pD2H r + 2V r = p ´ 2.82 ´ 28 ´1000 + 2 ´ 2.5227 ´1000 =105470kgmWi0 wf w44設(shè)備正常操作質(zhì)量： m0 = m01 + m02 + m03 + m04 + ma + mem0 = 28450.5 +16616.88 + 7933.53 +10598.64 + 7112.6 =

39、 70712.15kg設(shè)備水壓試驗(yàn)最大質(zhì)量： mmax = m01 + m02 + m03 + mw + ma + me= 28450.5 +16616.88 + 7933.53 +105470 + 7112.6 kg = 165583.5kg設(shè)備停工檢修最小質(zhì)量： mmin = m01 + 0.2m02 + m03 + ma + me= 28450.5 + 0.2´16616.88 + 7933.53 + 7112.6 kg = 46820kg2.4 強(qiáng)度的校核2.4.1 筒體軸向力校核及穩(wěn)定性校核：由設(shè)計(jì)產(chǎn)生軸向應(yīng)力：pDi = 0.108´ 2800 = 9.13MP

40、as =4d14 ´ 8.2ei此應(yīng)力只存在于筒體，裙座上沒有設(shè)計(jì)引起的軸向力mi-i g70712.15´ 9.81操作時(shí)引起的軸向應(yīng)力：s = 9.62MPa 0 p D d3.14 ´ 2800 ´ 8.22i ei4M i-i最大彎矩引起的軸向應(yīng)力：s=max ，3pD d2iei由此式可計(jì)算出：4M 0-0 4 ´1.36 ´1090-0 截面彎矩引起的軸向應(yīng)力s = 26Mpa max p D d3.14 ´ 28002 ´ 8.232i ei第 21 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）4M 1-1

41、4 ´1.04 ´1091-1 截面彎矩引起的軸向應(yīng)s = 20Mpa max 3p D d3.14 ´ 28002 ´ 8.22i ei4M 2-2 4 ´ 2.71´1082-2 截面彎矩引起的軸向應(yīng)s = 5.3Mpa max 3p D d3.14 ´ 28002 ´ 8.22i ei由過程設(shè)備設(shè)計(jì)附表 D1 知在設(shè)計(jì)溫度 30 度下 Q235-B 材料的應(yīng)力為s t= 113Mpa ， 載荷組合系數(shù) K = 1.2，0.0940.094系數(shù) A = 0.00055=Ri / de1400 / 8.2由A 查

42、過程設(shè)備設(shè)計(jì)圖4-7 得Q235-B 鋼板在30 度下的系數(shù)B=110 Mpa ，軸向應(yīng)力： s =KB筒體（兆帕），取其較小值；K (s ) Ætcr筒體最大組合壓應(yīng)力按下式計(jì)算：s 2 + s 3 ，并不大于于內(nèi)壓容器：s 2 + s 3 s crMPa圓筒最大組合拉應(yīng)力按下式計(jì)算：s1 -s 2 + s 3 ，并不大于 Ks f 。對(duì)于內(nèi)t壓容器：s1 -s 2 + s 3 Ks ft圓筒組合應(yīng)力計(jì)算及校核：軸向壓應(yīng)力。對(duì)0-0：KB=132 Mpa ，K s f =115.26 Mpa ， s =115.26 Mpa ，tcrs 2 + s3 = 9.62 + 26 = 35

43、.62Mpa s cr =115.26 Mpa 滿足條件，s1 -s 2 + s3 = 9.13 - 9.62 + 26 = 25.51Mpa K s f =115.26 Mpa 滿足條件；t1-1：KB= 132 Mpa ，K s t f = 115.26 Mpa ，s =115.26 Mpa ，crs 2 + s3 = 9.62 + 20 = 29.62Mpa s cr =115.26 Mpa 滿足要求，s1 -s 2 + s3 = 9.13 - 9.62 + 20 = 19.51Mpa K s f = 115.26 Mpa 滿足要求；t2-2：KB= 132 Mpa ，K s f = 1

44、15.26 Mpa ， s =115.26 Mpa ，tcrs 2 + s3 = 9.62 + 5.3 = 14.92Mpa s cr =115.26 Mpa 滿足條件，s1 -s 2 + s3 = 9.13 - 9.62 + 5.3 = 4.81Mpa K s f = 115.26 Mpa 滿足要求；t第 22 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2.4.2 裙座軸向應(yīng)力A裙座殼體截面組合應(yīng)力應(yīng)滿足下式：m g + F 0-0 öìïKB cos b2æ M 0-01çmax + 0V÷ £ ícos b 

45、32; ZsbAsbøtï K sîs（1）其中 F 0-0 僅在最大彎矩中有彎矩參與時(shí)計(jì)入；VìïKB cos b21æ 0.3M 0-0 + Mmg ö= çWe + max ÷ £ ícos bZsmAsm øïî 0.9Ks sè（2）式中： A -裙座筒底截面積（ mm2 ）； A= pD d（3）sbsbis isDis -裙座底部內(nèi)徑mm ；(4 cos b )Z -裙座底部截面系數(shù)， mm3 ； Z= p D d（4）sbsbis

46、 sB裙座檢組合應(yīng)力按下式：ìKB cos b2æh-h+ m0g + Fh-hh-h ö£ ï1MmaxVícos b ç Z÷K s Atèsbøïîsbs（5）較大管線引出孔截面按下式：ìïKB cos b21æ 0.3M h-hmh-h g öçW + max ÷ £ ícos b èZsmAsm øïî 0.9Ks s（6）其中 F1-1 使用情況

47、與裙座殼體截面組合應(yīng)力中 F 0-0 相同。VV式中： Ah - h 截面處裙座的截面積， mm2 ；smAsm = p Dimdes - å(bm + 2dm )des - Am Asm = 2lmdem（7）（8）bmh - h 截面處水平最大寬度mm；第 23 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）Dim - h - h 截面處裙座殼的內(nèi)徑， mm ；Fh-hh - h 截面處的垂直力， N ；Vlm檢或較大管線引出孔長度， mm ；M h-hh - h 截面處之最大彎矩， N.mm ；maxM h-hh - h 截面處彎矩， N.mm ；Wmh-hh - h 面以上塔體在試驗(yàn)時(shí)

48、質(zhì)量， kg ；maxm h-hh - h 截面以上塔器之操作質(zhì)量， kg ；0Zsmh - h 截面裙座殼體的截面系數(shù)，按下式計(jì)算：des2= p4D d- å(b D2- Z )Z（9）smim esm imml( Dim )2 - (bm )2Z = 2d其 中mes m22（10）式中: demh - h 截面的加強(qiáng)度， mm 。此處選用的是圓筒形裙座，故cos b = 1，由前面計(jì)算可知，KB =132 Mpa ，Ks =135.6 Mpa ，裙座t軸向應(yīng)力取兩者中的較小值為 132 Mpa ，把已知數(shù)s據(jù)代入以上各式，可得：= p40-0 面： A= pD d = 7.2

49、1´104 mm2 ， ZD2d = 5.05´107 mm3sbis issbis s1.36´10970712.15´ 9.81s max=5.05´107+= 36.6Mpa 132 Mpa ，故滿足要求。7.21´1041-1 截面： Asm = pDimd es - å(bm + 2d m )d es - Am 檢加強(qiáng)管長取 200 mm，檢加強(qiáng)方向最大寬度為 500 mm。檢加強(qiáng)應(yīng)與筒體壁厚一致，即為 12 mm；A = 2l d = 2´ 200´12 = 4800mm2 ；mm m- &#

50、229;(b = 73100.8mm2 ；A= p D d+ 2d )d - Asmim esmmesm第 24 頁 共 74 頁大學(xué)機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（）Z = 2d l( Dim )2 - (bm )2 = 4.52´106mes m22des2= p4D d- å(b D2- Z ) = 59.2 ´106Zsmim esm immM 1-1g + F 1-1m故s 1-1=max + 0V = 27.1Mpa 132 Mpa ；maxZAsmsm0.3M 1-1m1-1 gs 1-1 =W + max = 19.4Mpa 132 Mpa ；TsZAsmsm均故滿足條件。2.4.3 設(shè)備試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力對(duì)承受內(nèi)壓的的耐壓試驗(yàn)是為了在超過設(shè)計(jì)下，口岸率缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展從而造成泄露，同時(shí)檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。A. 圓筒體應(yīng)力校核依據(jù)：應(yīng)力：s = ( Pt + g H 9.81)( Di + dei )（1）試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的引起的2dei式中： g -試驗(yàn)介質(zhì)的密度，通常取工業(yè)清水g = 0.001kgcm 3；H液柱的高度，cm，s PT = 1.25 p s t（2）pT Di試驗(yàn)時(shí)的軸向：s =（3）4d1eim2-2 g重力引起的軸向應(yīng)力：s 2 =TDidei（4）p式中： m2-2 為截面 2-2 以上的質(zhì)量。T