塔設備機械設計(共19頁)

1、 2015-2016學年(xunin)化工機械基礎課程設計 設計(shj)題目： 塔設備(shbi)機械設計 班 級：姓 名：學 號：指導教師：完成日期：石河子大學化學化工學院化工系化工(hugng)機械(jxi)基礎課程設計評分表課程設計名稱 塔設備機械設計評 分 標 準得 分1. 設計說明書內容的完整性（20分）設計說明書內容完整，結構層次分明，重點突出，圖表齊全。2. 設計過程的規(guī)范性和嚴謹性（60分）設計、計算過程完整，設計依據說明、論證充分，公式、數據引用正確，計算結果正確，符合設計標準及行業(yè)規(guī)范，達到了任務書規(guī)定要求。(計算過程中所采用的公式、數據、圖表應注明出處)3. 設計創(chuàng)新性

2、（10分） 設計方案有一定個人見解，能引用較先進的設計理念或設計方法，能結合所學理論課知識對設計問題進行分析總結，并提出改進措施；具有一定獨立思考、獨立解決問題的能力。4. 文本格式規(guī)范性（10分）要求思路清晰，敘述清楚，語句通順；圖表格式規(guī)范，標號齊全，符號使用得當。 總評成績評閱老師簽字： 日期： 年 月 日目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc25898 1 設計(shj)任務 PAGEREF _Toc25898 4 HYPERLINK l _Toc15447 2 設計(shj)內容.5 HYPERLINK l _Toc30245 2.1塔殼強度(qingd)

3、計算5 HYPERLINK l _Toc13926 2.2塔器質量計算5 HYPERLINK l _Toc27029 2.3塔的基本自震周期計算8 HYPERLINK l _Toc27029 2.4地震載荷與地震彎矩計算8 HYPERLINK l _Toc27029 2.5風載荷與風彎矩計算10 HYPERLINK l _Toc27029 2.6偏心彎矩計算12 HYPERLINK l _Toc27029 2.7塔體和裙座危險截面的最大彎矩12 HYPERLINK l _Toc27029 2.8圓筒內力校核13 HYPERLINK l _Toc27029 2.9裙座殼軸向應力校核15 HYPE

4、RLINK l _Toc27029 2.10基礎環(huán)厚度計算16 HYPERLINK l _Toc27029 2.11地腳螺栓計算17 HYPERLINK l _Toc27029 2.12小結（匯總設計結果，附設計結果匯總表）18 HYPERLINK l _Toc27029 3 設計總結191 設計(shj)任務塔設備(shbi)機械設計已知條件(tiojin)為：塔體內徑i2200mm，設計壓力為1.3MPa，厚度附加量C=2mm，焊接接頭系數=0.9，介質密度=750 kg/m3，介質層高度hw=90mm, 基本風壓值q0=300N/m2, 偏心質量me=2000kg.已知設計條件分段示意圖

5、塔體內徑Di2200 mm塔體高度H40000mm設計壓力p1.3Mpa設計溫度t200塔體材料Q345R許用應力170 MPat170 MPa設計溫度下的彈性模量E1.9105MPa常溫屈服點s345 MPa厚度附加量C2mm塔體焊接接頭系數 0.9介質密度750kg/m3塔盤數N70每塊塔盤存留介質層高度hw90mm基本風壓值q0300N/m2地震設防烈度8度設計基本地震加速度0.3g場地類型II類地面粗糙度B類（塔體與裙座間）偏心質量me2000kg偏心距e2000mm塔外保溫層厚度s100mm保溫材料密度2300kg/m3裙座材料Q235-A設計溫度下的需用應力t133MPa常溫屈服點

6、s235MPa設計溫度下的彈性模量Es厚度附加量Cs2mm人孔、平臺數8平臺類型半圓形平臺寬度B1000mm平臺高度1000mm平臺單位質量150kg/m2地腳螺栓材料Q235-A許用應力bt140MPa腐蝕裕量C23個數n 402 設計(shj)內容首先(shuxin)，選取計算截面(包括(boku)所有危險截面)。本次設計中將全塔分成6段，其中裙座分為2段，筒體分為4段(見分段示意圖)。其計算截面分別為0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5.2.1塔殼強度計算 按設計壓力計算塔體和封頭壁厚計算內容計算公式及數據塔內液柱高度h/mh=2.67（僅考慮塔底至液封盤液面高度）液注靜壓力p

7、H/MPaPH=10-6gh=10-67509.82.67=0.01960.05P(可忽略)計算壓力pc/MPa圓筒計算厚度/mm圓筒設計厚度c/mm圓筒名義厚度n/mm圓筒有效厚度e/mm封頭的計算厚度h/mm9.37封頭設計厚度hc/mm封頭名義厚度hn/mm封頭有效厚度he/mm2.2塔器質量計算計算內容計算公式及數據1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)塔段內直徑Di/mm2200塔段名義厚度ni/mm12塔段長度li/mm100020607400100001000010075塔設備高度H1/mm40535筒體密度/kg/m37.85103單位筒體質量m1m/kg

8、/m545筒體高度H1/mm36490筒體質量m1/kg封頭質量m2/kg裙座高度H3/mm3060計算內容計算公式及數據1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)裙座質量m3/kg塔體質量m01/kg450.81435.53651.84856.324856.327344.01塔段內件質量m02/kg(浮閥塔盤質量)2165.34856.84856.88078.1保溫層質量m03/kgm03封頭保溫層質量，（kg）200.51984.62132.52132.51732.6平臺、扶梯質量m04/kg平臺質量qp150kg/m2 籠式扶梯質量qF40kg/m平臺數量n8 籠式扶梯

9、高度HF39m=4(+2+2+2B)2-(+2+2)212nqp+qFHF=4(2.2+20.012+20.00939+21)2-(2.2+20.012+21)20.58150+4039=1634.98 17400.8422.5422.5364.1操作時塔內物料質量m05/kg15237456.25236.85236.86350.7人孔、接管、法蘭等附件質量ma/kg按經驗取附件質量為：102.5354.6845.61322.51322.51701計算內容計算公式及數據01122334455頂充液質量mw/kg1573.52356432459.232459.230015.6偏心質量me/kg再

10、沸器：me200014002600操作質量m0/kg678.93620.718951.922402.820931.919234.8最小質量mmin/kg1162313114269152351519615214.45最大質量mmax/kg8654596.345682598755458939360.752.3塔的基本自震周期計算計算內容計算公式及數據塔體內直徑Di/mm2200塔體有效厚度e/mm10塔設備高度H，mm40535操作質量m0/kg85821塔設備的自振周期T1/s2.4地震載荷與地震彎矩計算各段操作質量mi/kg678.93620.718951.922402.820931.9192

11、34.8各點距地面高度50020306760154602546035495地 震 載 荷 與 地 震 彎 矩 計 算計算內容計算公式及數據1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)hi1.51.121049.151045.561051.921064.061066.69.106mihi1.57.601063.311081.0510104.3010107.5010101.2910112.581011hi31.251088.371093.0910113.710121.6510134.471013mihi38.4910103.0310135.8610158.2910163.45101

12、78.6010171.291018A/B2.0107基本振型參與系數k10.002340.01870.110.3850.8261.37阻尼比 0.02衰減指數=0.9+0.05-i0.5-5i=0.9+0.05-0.020.5-50.02=0.975阻尼調整系數22=1+0.05-i0.06+1.7i=1+0.05-0.020.06+1.70.02=1.319地震影響系數最大值 maxmax0.24（設計烈度為8度，設計基本地震加速度0.3g時）各類場地土的特征周期TgTg0.4（地震分組為第二組，類場地土）地震影響系數1Tg=0.4T1=1.525Tg=50.4=2.0水平地震力Fk1/N1

13、.3457.0617577269.214571.822209.19垂直地震影響系maxmax=0.65max=0.650.24=0.156當量質量meq/kg取meq=0.75m0=0.7585821=64365.75底面垂直地震力Fv0-0/NFv0-0=maxmeqg=0.15664365.759.8=98402.363.41057.351061.281083.461085.331086.83108i=16 1.70109任意質量i處垂直地震力Fvi/N Fvi=k=16mkhkFv0-0=98402.361.70108196.84254.4574091200277.73085203953

14、46任意計算截面i處垂直地震力Fv1-1Fv1-1=k=1nFvi0-0截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面174150174114173360160251.4底截面處地震彎矩/Nmm地 震 載 荷 與 地 震 彎 矩 計 算計算內容計算公式及數據1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)底截面處地震彎矩/Nmm截面11處地震彎矩/Nmm=81m0g175H2.5(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)=80.086858219.81175405352.5(10405353.5-14405352.51000+410003.5)=1.30109截面22處地

15、震彎矩/Nmm=81m0g175H2.5(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)=80.086858219.81175405352.5(10405353.5-14405352.53060+430603.5)=1.201092.5 風載荷與風彎矩計算計算內容計算公式及數據1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)各計算段的外徑DOi/mm塔頂管線外徑dO/mm480第i段保溫層厚度si/mm100管線保溫層厚度 ps/mm100籠式扶梯當量寬度K3400各計算段長度li/mm100020607400100001000010076操作平臺所在計算段的長度l0/mm206074

16、00100001000010076平臺數011222各段平臺構件的投影面積A/mm2091059105181051810518105計算內容計算公式及數據1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)操作平臺當量寬度K4/mm操作平臺當量寬度K4/mm0873.8243.2360360362.7各計算段的有效直徑Dei/mm37084581.83951.2406840684070.734284301.83671.2378837883790.7取最大值Dei/mm37084581.83951.2406840684070.7各計算段頂截面距地面的高度hit/m13.0610.4620

17、.4630.4640.536風壓高度變化系數fi 查表5-231.01.01.01.251.421.56體型系數K10.7基本風壓值q0/N/m2300塔設備的自振周期T1/s1.52q0T123001.522=693.12脈動增大系數（B類） 查表5-242.39脈動影響系數i（B類） 查表5-250.720.720.720.790.830.85hit/H0.0250.0750.260.50.751第i段振型系數zi1.0 查表5-260.020.020.0680.340.6121.00各計算段的風振系數K2i1.0341.001.1171.5141.8552.302各計算段的水平風力Pi/

18、N1073.52732.69144.8215563000341242.5計算內容計算公式及數據01122334455頂0-0截面的風彎矩/Nmm1-1截面的風彎矩/Nmm2-2截面的風彎矩/Nmm2.6偏心彎矩計算計算內容計算公式及數據偏心質量me/kg2000偏心距e/mm2000偏心彎矩Me/Nmm2.7塔體和裙座危險截面的最大彎矩計算內容計算公式及數據0-0截面1-1截面2-2截面2.881092.6081092.3881093.2311093.0811092.856109最大彎矩/Nmm3.2311093.0811092.8561092.8圓筒內力校核計算內容計算公式及數據0-0截面1

19、-1截面2-2截面有效厚度 ei/mm10筒體內徑Di/mm2200計算截面以上的操作質量m0i-i/kg8582185142.181521.4設計壓力引起的軸向應力1/MPa0071.5操作質量引起的軸向應力2/MPa12.1812.0811.57最大彎矩引起的軸向應力3/MPa85.0081.0575.13載荷組合系數K1.2系數A設計溫度下材料的許用應力t/MPa（Q345R，200）， （Q235-B，200），105105170系數B/MPa（Q345R，200），（Q235-A，200），9393118KB/MPa111.6111.6141.6Kt/MPa126126204許用軸向

20、壓應力cr/MPa取以上兩者中小值111.6 111.6141.6Kt/MPa107.1 107.1173.40圓筒最大組合壓應力（2+3）/MPa對內壓塔器（滿足要求）97.1893.1386.7圓筒軸向應力校核和圓筒穩(wěn)定校核計算內容計算公式及數據0-0截面1-1截面2-2截面圓筒最大組合拉應力（12+3）/MPa對內壓塔器（滿足要求）72.8268.97135.06塔設備壓力試驗時的應力校核計算內容計算公式及數據試驗介質的密度（介質為水）/kg/m31000液柱高度HW/m37.97液柱靜壓力H/9.81/MPa0.37有效厚度ei/mm10筒體內徑Di/mm22002-2截面最大質量mT

21、2-2/kg試驗壓力pT/MPa筒體常溫屈服點s/MPa3452-2截面0.9Ks/MPa372.62-2截面KB/MPa111.6壓力試驗時圓筒材料的許用軸向壓應力cr/MPa取以上兩者中小值111.6試驗壓力引起的周向應力T/MPa液壓試驗時：（滿足要求）試驗壓力引起的軸向應力T1/MPa重力引起的軸向應力T2/MPa塔設備壓力試驗時的應力校核計算內容計算公式及數據彎矩引起的軸向應力T3/MPa壓力試驗時圓筒最大組合應力/MPa液壓試驗時：（滿足要求）（滿足要求）2.9裙座殼軸向應力校核計算內容計算公式及數據0-0截面積Asb/mm20-0截面系數Zsb/mm3KB/MPa111.6Kts

22、/MPa126裙座許用軸向應力/MPa取以上兩者中小值111.60-0截面組合應力/MPa檢查孔加強管長度lm/mm150檢查孔加強管水平方向的最大寬度bm/mm450檢查孔加強管厚度m/mm12裙 座 軸 向 應 力 校 核計算內容計算公式及數據Am1-1截面處裙座筒體的截面積Asm/mm21-1截面處的裙座筒體截面系數Zsm/mm3Zsm=2lm(22-22)=210150(11002-2252)3.23h-h截面處的裙座殼截面系數Zsm/mm3Zsm= 2200210-2(45022005-3.23)=3.461-1截面組合應力/MPa2.10基礎環(huán)厚度計算計算內容計算公式及數據裙座內徑

23、Dis/mm2200裙座外徑Dos/mm基礎環(huán)外徑Dob/mm基礎環(huán)內徑Dib/mm基礎環(huán)伸出寬度b/mm相鄰兩筋板最大外側間距l(xiāng)/mm160基礎環(huán)面積Ab/mm2基礎環(huán)截面系數Zb/mm3基礎環(huán)材料的許用應力b/MPa水壓試驗時壓應力b1/MPa操作時壓應力b2/MPa混凝土基礎上的最大壓力bmax/MPa取以上兩者中大值3.57b/l基 礎 環(huán) 設 計計算內容計算公式及數據矩形板力矩Cx、Cy系數查表5-27得，Cx=-0.1498,Cy=0.0842對X軸的彎矩Mx/Nmm/mm對Y軸的彎矩My/Nmm/mm計算力矩Ms/Nmm/mm取以上兩者中大值10481.8有筋板時基礎環(huán)厚度/mm 經圓整取2.11地腳螺栓計算計算內容計算公式及數據最大拉應力B1/MPa最大拉應力B2/MPa基礎環(huán)中螺栓承受的最大拉應力B取以上兩者中大值 塔設備必須設置地腳螺栓地 腳 螺 栓 計 算計算內容計算公式及數據地腳螺栓個數n40地腳螺栓材料的許用應力bt/MPa對Q-235A，取地腳螺栓腐蝕裕量C2/mm地腳螺栓取地腳螺栓螺紋小徑d1/mm故取M42地腳螺栓滿足要求2.12小結