《塔器設(shè)備設(shè)計》PPT課件.ppt

1、第11章 塔器設(shè)備設(shè)計,一、塔體壁厚的計算 二、裙座設(shè)計,一、塔體壁厚的計算,結(jié)構(gòu)組成： 塔體筒節(jié)、封頭和聯(lián)接法蘭 內(nèi)件塔板或填料及其支撐裝置 裙式支座和附件人孔、進(jìn)出料接管、各儀表接管、液體和氣體的分配裝置、塔外的扶梯、平臺和保溫層。,填料塔,板式塔,一、塔體壁厚的計算,塔器多屬自支承式設(shè)備，一般都很高，且承受多種載荷作用。塔體除應(yīng)滿足強(qiáng)度條件外，還需滿足穩(wěn)定條件。 1.按設(shè)計壓力計算塔體及封頭壁厚 按內(nèi)（外）壓容器及封頭的有關(guān)規(guī)定，計算塔體及封頭的有效厚度Se和SeH。,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算,工作介質(zhì)壓力 重量載荷 風(fēng)載荷 地震載荷 偏心載荷,力學(xué)模型：底部固定

2、支撐的懸臂梁。,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 塔設(shè)備重量載荷 塔設(shè)備的操作質(zhì)量（Kg）： m0= m01+m02+m03+m04+m05+ma+me 設(shè)備最大質(zhì)量（Kg） （水壓試驗時的質(zhì)量）： mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me 設(shè)備最小質(zhì)量（Kg）（吊裝時的質(zhì)量，要考慮吊裝時的實際質(zhì)量包含的內(nèi)容）： mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 塔設(shè)備重量載荷 m01塔設(shè)備殼體（包括裙座）質(zhì)量，Kg。根據(jù)求出的壁厚Sn、Sns、SnH； m02塔設(shè)備內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量，kg；（0.2m02指

3、考慮部分內(nèi)構(gòu)件焊在殼體上） m03塔設(shè)備保溫材料質(zhì)量，kg； m04平臺；扶梯質(zhì)量，kg； m05操作時塔設(shè)備內(nèi)物料質(zhì)量，kg， ma人孔、法蘭、接管等附屬件質(zhì)量，kg； mw設(shè)備內(nèi)充水質(zhì)量，kg； me設(shè)備的偏心質(zhì)量，kg；,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算 簡化假設(shè)：直徑、壁厚沿高度變化的圓筒形直立設(shè)備，可視為一個多質(zhì)點體系。每一直徑和壁厚相等的一段長度間的質(zhì)量，可處理為作用在該段高度1/2處的集中載荷 高度hk處的集中載荷mk所引起的水平地震力,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算,Cz-結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，圓筒形直立設(shè)備取Cz=0.

4、5； -設(shè)備基本自振周期為T1對應(yīng)的地震影響系數(shù)值 ；令T=T1按下圖查； -地震影響系數(shù)的最大值 按下表選??； T設(shè)備自震周期，s T1設(shè)備基本振型自振周期，按下兩式進(jìn)行計算,Cz-結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，圓筒形直立設(shè)備取Cz=0.5； -設(shè)備基本自振周期為T1對應(yīng)的地震影響系數(shù)值 ；令T=T1按下圖查； -地震影響系數(shù)的最大值 按下表選?。?T設(shè)備自震周期，s T1設(shè)備基本振型自振周期，按下兩式進(jìn)行計算,Cz-結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，圓筒形直立設(shè)備取Cz=0.5； -設(shè)備基本自振周期為T1對應(yīng)的地震影響系數(shù)值 ；令T=T1按下圖查； -地震影響系數(shù)的最大值 按下表選??； T設(shè)備自震周期，s T1設(shè)備基

5、本振型自振周期，按下兩式進(jìn)行計算,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算 等直徑、等壁厚設(shè)備的基本自振周期：,-不等直徑或不等壁厚設(shè)備的基本自振周期,式中 hi第i段集中質(zhì)量距地面的高度，mm； Hi塔頂至第i段底截面的高度，mm； H塔設(shè)備總高，mm； I第i段的截面慣性矩，mm4；Ii=0.393(Di+Sei)3Sei； mi第i段的操作質(zhì)量，kg； Di塔體內(nèi)直徑，mm； Ei，Ei-1第i段，第i-1段塔材料的彈性模數(shù)，MPa；,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算 式中 hi第i段集中質(zhì)量距地面的高度，mm； Hi塔頂至第i段底截面

6、的高度，mm； H塔設(shè)備總高，mm； I第i段的截面慣性矩，mm4；Ii=0.393(Di+Sei)3Sei； mi第i段的操作質(zhì)量，kg； Di塔體內(nèi)直徑，mm； Ei，Ei-1第i段，第i-1段塔材料的彈性模數(shù)，MPa； 振型參數(shù)與系數(shù),hk計算截面II以上集中質(zhì)量mk的作用點距地面的高度，mm。,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 地震載荷計算 任意計算截面II的地震彎矩,h計算截面距地面高度,等直徑、等壁厚的設(shè)備任意截面II的地震彎矩,底部截面的地震彎矩,【注】當(dāng)H/Di5時，設(shè)備為柔性結(jié)構(gòu)，須考慮高振型影響，在進(jìn)行穩(wěn)定或其他驗算時，取地震彎矩值應(yīng)為上列計算值的1.25倍

7、。,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算 自支承式塔設(shè)備受風(fēng)壓作用的示意圖。塔體會因風(fēng)壓而發(fā)生彎曲變形。吹到塔設(shè)備迎風(fēng)面上的風(fēng)壓值，隨設(shè)備高度的增加而增加。為了計算簡便，將風(fēng)壓值按設(shè)備高度分為幾段，假設(shè)每段風(fēng)壓值各自均布于塔設(shè)備的迎風(fēng)面上。塔設(shè)備的計算截面應(yīng)該選在其較薄弱的部位，如截面0-0，1-1，2-2等。兩相鄰計算截面區(qū)間為一計算段；任一計算段的風(fēng)載荷，就是集中作用在該段中點上的風(fēng)壓合力。 任一計算段風(fēng)載荷的大小，與設(shè)備所在地區(qū)的基本風(fēng)壓值q0、設(shè)備的高度、直徑、形狀以及自振周期有關(guān)。,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算 兩相鄰計算截面間

8、的風(fēng)載荷為： p0=K1K20q0f0l0De010-6 N p1=K1K21q0f1l1De110-6 N Pi=K1K2iq0filiDei10-6 N 式中： q010米高度處的基本風(fēng)壓值。以一般空曠平坦地面、離地面10米高度處，統(tǒng)計得到的30年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速vmax(m/s)為標(biāo)準(zhǔn)，按照 計算得來的。,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算 fi風(fēng)壓高度處變化系數(shù)，在100m以下時按表173選取，中間值按內(nèi)插法求取； K1體型系數(shù)（空氣動力系數(shù)），對圓筒設(shè)備取K10.7； K2i風(fēng)振系數(shù)，當(dāng)塔高H20m時，K2i=1.7，當(dāng)H20m時取 ； 脈動增大系數(shù)

9、，按表174選??； 第i段脈動影響系數(shù)，按表175選取； 第i段振型系數(shù) 同一直徑的兩相鄰計算截面間距離，mm； Dei設(shè)備各段的有效直徑，mm；,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算 當(dāng)籠式扶梯與進(jìn)出口管布置成1800時， 籠式扶梯與進(jìn)出口管成900布置時，取二式中較大者： D0i設(shè)備各段的外徑，mm； 設(shè)備的保溫層厚度，mm； K3系數(shù)，籠式扶梯當(dāng)量寬度，K3=400mm；,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 風(fēng)載荷計算 K4系數(shù)，操作平臺當(dāng)量寬度， ，mm； 計算段設(shè)備的長度、該段內(nèi)平臺構(gòu)件的投影面積(不計入塔及空檔的投影面積)，mm，mm2； d0

10、管線的外徑，mm； 管線保溫層厚度，mm。 塔設(shè)備作為懸臂梁，在風(fēng)載荷作用下產(chǎn)生彎曲變形。任意截面的風(fēng)彎矩按下式計算：,一、塔體壁厚的計算,2.塔體承受的各種載荷的計算 偏心載荷計算 塔設(shè)備在頂部懸掛的分離器、熱交換器、冷凝器等附屬設(shè)備對塔體產(chǎn)生偏心載荷。偏心載荷所引起的彎矩為： 式中：e偏心重物的重心至塔設(shè)備中心線的距離，mm。,一、塔體壁厚的計算,3.塔體穩(wěn)定驗算（壓應(yīng)力校核） 設(shè)計壓力在塔體中引起的軸向應(yīng)力： 重量載荷在塔體中引起的軸向應(yīng)力： 彎矩在塔體中引起的軸向應(yīng)力：,式中 計算截面處的最大彎矩，,一、塔體壁厚的計算,3.塔體穩(wěn)定驗算（壓應(yīng)力校核） 壓應(yīng)力校核 塔設(shè)備的危險工況 內(nèi)壓

11、塔設(shè)備為停車工況，即： 外壓塔設(shè)備為操作工況，即：,內(nèi)壓設(shè)備,外壓設(shè)備,一、塔體壁厚的計算,4.塔體拉應(yīng)力驗算 內(nèi)壓塔設(shè)備為正常操作工況，即 外壓塔設(shè)備為非操作工況，即 總結(jié)壁厚確定：綜合按設(shè)計壓力、穩(wěn)定條件驗算、抗拉強(qiáng)度驗算三種情況確定的壁厚Sei的大小，取其中較大值，再加上壁厚附加量，并考慮制造、運(yùn)輸、安裝時剛度的要求，最終確定塔體壁厚。,內(nèi)壓設(shè)備,外壓設(shè)備,一、塔體壁厚的計算,5.塔設(shè)備水壓試驗時的應(yīng)力驗算 試驗壓力引起的環(huán)向應(yīng)力 試驗壓力引起的軸向應(yīng)力 重力引起的軸向應(yīng)力 彎矩引起的軸向應(yīng)力,一、塔體壁厚的計算,5.塔設(shè)備水壓試驗時的應(yīng)力驗算 液壓試驗時圓筒材料許用軸向壓應(yīng)力： 計算所

12、得的各項應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：,二、裙座設(shè)計,1.裙座的結(jié)構(gòu)組成,座體； 基礎(chǔ)環(huán)； 螺栓座； 管孔 人孔、 引出管孔、 排氣管孔等。,圓筒形裙座制造方便，經(jīng)濟(jì)上合理，應(yīng)用廣泛； 圓錐形裙座應(yīng)用于高塔 （DN25或DN1m，且H/DN30）。,二、裙座設(shè)計,2. 座體設(shè)計 基底危險截面 操作工況： 水壓試驗工況： 基底截面的最大彎矩，Nmm； 基底截面的風(fēng)彎矩，Nmm； m0塔設(shè)備的操作質(zhì)量，kg； mmax設(shè)備的最大質(zhì)量，kg； Zsb基底截面的抗彎截面模量（ ），mm3； Asb基底截面的面積（3.14DisSs），mm2； Dis座體基底截面的內(nèi)直徑，mm； 設(shè)計溫度下座體材料的許用應(yīng)力，M

13、Pa； Ss座體計算壁厚，mm。,二、裙座設(shè)計,2. 座體設(shè)計 基底危險截面,操作工況 水壓試驗工況,二、裙座設(shè)計,2. 座體設(shè)計 人孔危險截面 操作工況： 水壓試驗工況： 人孔或較大管線引出孔處最大彎矩，Nmm； 人孔或較大管線引出孔處風(fēng)彎矩，Nmm； 人孔或較大管線引出孔處以上設(shè)備操作質(zhì)量，kg； 人孔或較大管線引出孔處以上設(shè)備液壓試驗質(zhì)量，kg； Zsm人孔或較大管線引出孔處抗彎截面模量。,二、裙座設(shè)計,2. 座體設(shè)計 人孔危險截面 Asm人孔或較大管線引出孔處的截面積。 Am=2lmSm mm2 bm人孔或較大管線引出孔接管處水平方向的最大寬度，mm； Ses裙座有效壁厚，mm； lm

14、人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)段長度，mm； Dim、Rim人孔或較大管線引出孔處裙座截面內(nèi)直徑和內(nèi)半徑，mm； Sm人孔或較大管線引出孔處加強(qiáng)段的厚度，mm。,二、裙座設(shè)計,3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)尺寸的確定,Dis裙座基底截面的內(nèi)徑，mm； D0b基礎(chǔ)環(huán)外徑，mm； Dib基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑，mm；,二、裙座設(shè)計,3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)厚度計算 基礎(chǔ)環(huán)底面上所產(chǎn)生的最大組合軸向壓應(yīng)力為： Zb基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面模量， ，mm3； Ab基礎(chǔ)環(huán)的面積， ，mm2； Sb基礎(chǔ)環(huán)的厚度，mm； 須滿足 Ra（混凝土基礎(chǔ)的許用應(yīng)力）,二、裙座設(shè)計,3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)厚度計算 基礎(chǔ)環(huán)底面上所產(chǎn)生的最大組合軸向

15、壓應(yīng)力為： Zb基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面模量， ，mm3； Ab基礎(chǔ)環(huán)的面積， ，mm2； Sb基礎(chǔ)環(huán)的厚度，mm； 須滿足 Ra（混凝土基礎(chǔ)的許用應(yīng)力） 注意基礎(chǔ)環(huán)上的最大壓應(yīng)力值 認(rèn)為是作用在基礎(chǔ)環(huán)底面上的均勻載荷。,二、裙座設(shè)計,3. 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 基礎(chǔ)環(huán)厚度計算 A. 基礎(chǔ)環(huán)上無筋板時，基礎(chǔ)環(huán)作為懸壁梁，在均布載荷的作用下，其最大彎曲應(yīng)力為： 基礎(chǔ)環(huán)厚度計算： B.基礎(chǔ)環(huán)上有筋板時，基礎(chǔ)環(huán)的厚度計算：,Ms計算力矩；取矩形板時X，Y軸的彎矩Mx，My中的絕對值較大者，按表17-9計算，N.m/m。 基礎(chǔ)環(huán)厚度求出后，應(yīng)加上壁厚附加量2mm，并圓整到鋼板規(guī)格厚度，但不得小于12mm。,二、裙座設(shè)計

16、,4.基礎(chǔ)螺拴計算 基礎(chǔ)中由螺栓承受的最大拉應(yīng)力為： 設(shè)備底部截面地震彎矩，Nmm。 如果B0，則設(shè)備自身足夠穩(wěn)定，為了固定設(shè)備位置，應(yīng)使用一定數(shù)量的地腳螺栓。 如果B0，則設(shè)備必須安裝地腳螺栓，并須進(jìn)行計算。計算時可先按4的倍數(shù)假定地腳螺栓數(shù)量n，此時地腳螺栓的根部直徑d1：,二、裙座設(shè)計,5.裙座與塔體的連接 裙座與塔體連接焊縫結(jié)構(gòu),對接結(jié)構(gòu),搭接結(jié)構(gòu),二、裙座設(shè)計,5.裙座與塔體的連接 裙座與塔體連接焊縫結(jié)構(gòu),對接結(jié)構(gòu)(a),搭接結(jié)構(gòu)(b) (c),對接焊縫特點：裙座與塔體直徑相等，對齊焊在一起。對接焊縫受壓，可以承受較大的軸向載荷，用于大塔。由于焊縫在塔體底封頭的橢球面上，封頭受力情況較差。 搭接焊縫特點：裙座內(nèi)徑稍大于塔體外徑，裙座搭焊在底封頭的直邊上。搭接焊縫承載后作剪切變形，受力情況不佳；對封頭來說，受力情況較好。,二、裙座設(shè)計,5.裙