化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計

1、設(shè)計參考數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑/mm2000塔圖/mm40000計算壓力/MPa0.9設(shè)計溫度/C150基本風(fēng)壓值/N/ m2300地震設(shè)防烈度/度8場地土類I類設(shè)計地震分組第二組設(shè)計基本地震加速度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/m 3300平臺寬度1000人孔間距10層塔板半圓形平臺數(shù)7單位質(zhì)量/ kg/m2150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/mm3裙座附加量/ mm3塔體焊接接頭系數(shù)

2、0.8511目錄一、塔體的設(shè)計條件3二、按計算壓力計算塔體和封頭厚度4三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算 4四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計算6五、地震載荷計算 10六、偏心彎矩計算 11七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力 11八、筒體和裙座危險截面的強度性校核 13九、塔體水壓試驗和吊裝時的應(yīng)力校核 16十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 17十一、地腳螺栓計算 19十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取 20十三、主要符號說明 22十四、個人總結(jié) 24參考文獻 27-tllnEIIdr目巴rv-支r=，LlIJ TuI-k.I ”nII 一. - IF h J 0 一J- 仁上里事耳日里m蕓苴,m重為史里亟壬恚本第土 FEr-Tier一、塔體的設(shè)計

3、條件1、塔體的內(nèi)徑Di 2000m ,塔高近似取 H 40000nm；2.計算壓力PC 0.9Mpa,設(shè)計溫度150C；3、設(shè)置地區(qū)：基本風(fēng)壓值 q0=300N/m2,地震 設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度 0.2g,地 震分組為第二組；場地土類：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hw 90mm,塔板上介質(zhì)密度為800kg/m3;5、塔殼外表面層100mm，保溫層材料的密度 300kg/m3。6、沿塔高每10層塔盤開設(shè)一個人孔，人孔數(shù) 為7個，相應(yīng)在人孔處安裝平臺為，平臺寬 1.0m,單位質(zhì)量150kg/包角18

4、0 。7、塔體與裙座間懸掛一臺再沸器，其操作質(zhì)量 為 me 3800kg ,偏心距 e=2000mm;8、塔體與封頭材料選用Q345R,其中 t 170MPa, 170MPa, s 345Mpa,E 1.9 105Mpa ,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。塔體與裙座對接焊縫，塔體焊接 接頭系數(shù) 0.85。對該塔進行強度和穩(wěn)定計算。二、按計算壓力計算塔體、封頭和裙座厚度1、塔體厚度計算PcD2TTPC考慮厚度附加量2、封頭厚度計算PcDi2TT05pz考慮厚度附加量3、裙座厚度也取12mm。三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算1、筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量

5、mOi22.m0i - Do Di H42232.024240 7.85 10423817kg2、附屬間質(zhì)量mama 0.25mbi 5954kg3、塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量m02_2 一 一.m02 -Di 70 75 - 4 70 75 16493kg44（浮閥塔盤質(zhì)量75kg/m2）4、保溫層質(zhì)量m030.9 20006.25mm2 170 0.85 0.9C=3mm,經(jīng)圓整后取0.9 2000n 12mm。6.24mm2 170 0.85 0.5 0.9C=3mm,經(jīng)圓整后取12mm。m)3(2.024 0.2f 2.024 (40 3.6) 3004728Kg5、平臺、扶梯質(zhì)量mo4221m04

6、 (2.024 2)2.0242 150 740 40426588kg說明：單位面積質(zhì)量150kg/m2 ,籠式扶梯單位長度質(zhì)量40kg/m ；籠式扶梯總高40m ,平臺數(shù)量為7。6、操作時物料質(zhì)量叫5_2_2_飛Di2hwN22 0.09 70 80044=15834kg說明：物料密度800kg/m3,塔板數(shù) N=70,塔板上液層高度hw 0.09m。7、充水質(zhì)量為mw - 22 (40-3.6 ) 1000=114354kg其中 w 1000kg /m348、各種質(zhì)量載荷匯總將全塔分為9段，計算各質(zhì)量載荷(計算中略有近似)權(quán)p123456789塔段長度1800180067504750475

7、04750475047505900m01ma1339.71339.75023.93535.33535.33535.33535.33535.34391.2m 020052356.12356.12356.12356.12356.12356.12356.1m 03001351.3950.9950.9950.9950.9950.91181.1m 047272982.5902.5902.5902.5902.5902.5948.5m 05002262226222622262226222622262mw0021205.814922.614922.614922.614922.614922.618535.4m

8、e019001900000000m。1411.73311.713875.810006.810006.810006.810006.810006.811138.9m max1411.73311.732819.622667.422667.422667.422667.422667.427412.3m min1411.73311.79728.95859.95859.95859.95859.95859.96992全塔操作質(zhì)量m。如 m02 mo3 m04% ma me23817 16493 7287 4988 1600 15834 5954 380079773kg全塔最小質(zhì)量mmin m010.2m02

9、m03 m04 ma me23817 0.2 16493 7287 4988 1600 5954 3800 50745kg水壓試驗時最大質(zhì)量mmax m01 m02 m03 m04 ma mw m«23817 16493 7287 4988 114354 5954 1600 3800 178293 kg四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計算1、風(fēng)載荷計算示例以23段為例計算風(fēng)載荷P3P3K1K23q°fJ3De3 10 6(N)式中：K1 體形系數(shù)，Xt圓筒形容器，K1 0.7q0 10m高處基本風(fēng)壓值，q0 300N/m2f3風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表 8-5得：f3 1.009813計算段

10、長度， I 6750 mmV3 脈動影響系數(shù)，由表得：V3 0.72T1 塔的基本自振周期，對等直徑、等厚度得圓截面塔：T1 90.33H m0 H10 3ESeDi390.33 40000.68902.29 400001.9 105 9 2000310 3 1.75s脈動增大系數(shù)，根據(jù)自振周期 工，由表查的：2.50Z3 振型系數(shù)，由表得：z3 0.108K23 風(fēng)振系數(shù)K231V3 Z3 / 2.50 0.72 0.1083-z31 1.193f31.0098De3 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。a.De3D0i2 S3K3K4b.De3D0i

11、2 s3K4d02 PsK3400mm , do 450mm , s3 ps 100mmK42 1000 10006750296.3mm1a b,取 De3 3170mmP KlK2qfj3De3 1060.7 1.193 300 1.009867500 3170.31065413.76()2、各段塔風(fēng)載荷計算結(jié)果塔段號123456789li /mm180018006750475047504750475047505900q0/(N/m2)300K10.7i B類0.720.720.720.760.790.810.830.840.85zi0.020.020.1080.2120.340.480.6

12、50.8251.002.50K2i1.0361.0361.1931.3531.5391.7321.9572.1732.362hit / m0.0450.090.260.380.500.6150.730.851.00fi B類1.001.001.00981.14221.24671.32821.40901.47741.56平臺數(shù)001111111K4 /mm00296.3421.1421.1421.1421.1421.1421.1Di / mm267426743170.33295.13295.13295.13295.13295.13213.0Pi/N1047.161047.165413.76507

13、9.516306.417561.249063.2410552.1114668.533、風(fēng)彎矩計算0-0截面：.00_ 11_.M wP1 P2 112l22P81112 I3 I4I5l821047.16 900 1047.161800 9005413.76 (1800 1800675059006750 4750 5 )2l3 l4 l5 23375 5079.51(18001800 6750 2375)9063.24(36004750 3 2375)14668.53(360091.507 109 N mm1-1截面:Mw1 吟 P3 121047.16900 5413.76(1800 337

14、5) 5079.51 (180067502375)6306.41(18006750 47502375)7561.24(180067504750 22375)9063.24 (1800 6750 475032375) 10552.11(1800 6750 4750 4 2375) 14668.535900(1800 6750 4750 5 )91.365 109 N mm2-2截面：MW2 * P4 13 MP6 13 14 15 二2225413.7633755079.51(67502375)6306.41(6750 4750 2375)7561.24(675047502 2375)9063.

15、24(675047503 2375)10552.1(675047504 2375)14668.5367504750 5 2950)1.292K9N mm五、地震載荷計算取第一振型阻尼比為i 0.02則衰減指數(shù)0.05 0.020.950.9 0.5 5 0.02Ti 1.75s塔的總高度H=40000mm0-0截面:13全塔操作質(zhì)量m0 79773kg重力加速度 g 9.81m/s2地震影響系數(shù)1 20.2i(Ti 5Tg) max由表查的max 0.16 （設(shè)防烈度8級）由表查的T 0.3 g(0.051)80.02 0.023750.0510.06 1.7 10.05 0.020.06 1

16、.7 0.021.3191 20.21(T1 5Tg) max1.319 0.20.95 0.2375(1.75 1.5) 0.160.0448計算截面距地面高度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，H / Di 40000/2000 20 15 ,按下列方法計 算地震彎矩。(0 0E16351mi0gH16356.410.0448 79773 9.81 40000108N mm1.25M'0E08.01 108 N mm其中sn C 12 3 9mm151-1截面:(1M E8 1m°g175H 2.53.5

17、2.53.5、(10H14H h 4h )175 400004 18005 6.0 1(8NmmmE11.2M： 7.5 1(8N mm8 0.0448797739.81“ 赤(10 400005 14 400005 18002-2截面:(2 2M E8 1m°g2 5175H .3.52.53.5、(10H14H h 4h )0.0448 79773 9.812 5175 40000360C3.5 4) 5.6 108N(10 400003.5 14 400002.5 3600mmM22 1.2ME22 7.0 10N mm六、偏心彎矩計算Me mege 3800 9.812000

18、 0.7456 108 N mm七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力1、計算壓力引起的軸向壓應(yīng)力1PCDi14 s胃 50MPa2、操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力0-0截面:0 0mb gk0 0m。gD is es79773 9.81""2000 1013.84MPa裙座的有效厚度es12 3 9mm2111截面:1 1m° gAsm78361.3 9.815276714.57MPa其中，m01 79773 1411.7 78361.3kg, Asm為人孔截面的截面積,查相關(guān)標準得：Asm 52767mm22-2截面:2 2m° gDi e75049.6 9.8120

19、00 913.02MPa其中，m： 2 79773 1411.7 3311.7 75049.6kg3、最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 30-0截面0 0 max0 0 maxZsb4Di2Ses15.82 10820.785 20002 955.95MPa其中，最大彎矩M二取下式計算值中較大者:Mma0 mW 0 Me (15.07 0.74 56) 108 1 5.82 1 08N mm 0 00 0_0 0-MmaxMe 0.25M w M e (8.01 0.25 15.07 0.7456)108 12.52 108N mm1 1截面:1 1 maxZsm14.733 1082.633 1075

20、5.96MPa式中Zsm裙座人孔截面的抗彎截面系數(shù)。查相關(guān)標準得:73Zsm = 2.633 10 mm其中，最大彎矩Mm；x取下式計算值中較大者:1 1 max1 1 max1 w1 E1 Me (13.99 0.7456) 1081 0.25MW1Me (7.5 0.2514.733 108N mm13.9 0.7456) 10811.72 108N mm2-2截面:Mm,2-Di2 e 413.65 1080.785 20002 948.28MPa其中,最大彎矩Mmax取下式計算值中較大者:2 2 max2 2 max2 2 w2 2 EMe (12.9 0.7456) 108 13.6

21、5 108N mm0.25MW2 Me (7 0.25 12.90.7456) 10810.97 108N mm八、筒體和裙座危險截面的強度性校核1、筒體的強度與穩(wěn)定性校核2-2截面:筒體危險截面2-2處的最大組合軸向拉力2 2.max組拉 2 2max組拉50 13.02 48.28 85.26MPa2 2max組拉85.26 Mpat173.4 Mpa因為2 2max組拉故滿足強度條件。其中,軸向許用應(yīng)力:K t 1.2 170 0.85 173.4MPa2、塔體與裙座的穩(wěn)定性校核2-2截面:筒體危險截面2-2處的最大組合軸向壓力2 2.max組壓 ,2 22 22 2_ _max 組壓2

22、313.02 48.2861.3MPa許用軸向壓應(yīng)力:CrKBK t取其中較小值。因為；a：組壓61.3Mpacr138Mpa ,故滿足穩(wěn)定性條件。按GB-150鋼制壓力容器中的規(guī)定，由0.0940.094A 0.00084Rm / e 1006/9查相應(yīng)的材料圖（16MnR居B=106Mpa, t 170MpaKB 1.2 106 127.2 MPaC 127.2 MPa ,K 1.2。 ci1.2 170 204 MPa則 t，取1-1截面:塔體1-1處的最大組合軸向壓應(yīng)力m；x 組壓 213114.5755.9670.53MPa由 a 39£ 0.00084Ris / es查相

23、應(yīng)的材料圖（Q235-B）得B 107.5MPa , t 170Mpa則crKB129 MPat,取204MPacr 129MPa o ci因為,1 1max組壓70.53Mpacr129Mpa ,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0 0max組壓0 0 13.84 55.95 69.79MPa因為,0 0max組壓69.79Mpacr129Mpa ,故滿足穩(wěn)定性條件。各危險截面強度與穩(wěn)定校核匯總項目計算危險截面0-01-12-2塔體與裙座有效厚mm999截面以上操作質(zhì)量m0 i/kg79773.978361.375049.6計算截面向積a i i ,2A / mmA

24、b 56548.67 Asm 52767A 56548.67截面的抗彎截面系數(shù)Z i i / mm 3ZSb 2.810ZSm 2.631(7Z 2.82 1C7最大彎矩Mmiax/N mm1.5071091.39 1091.29 109最大允許軸向拉應(yīng)力tK /Mpa173.4最大允許壓應(yīng)力KB-138tK135.6135.6204計算壓力引起的向拉應(yīng)力 1 / Mpa0050操作質(zhì)量引起的向壓應(yīng)力 2 i / Mpa13.8414.5713.02最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 3i/Mpa55.9555.9648.28最大組合軸向拉應(yīng)力ma* / Mpa-85.26最大組合軸向壓應(yīng)力ma* / M

25、pa69.7970.5361.3強度與穩(wěn)定校核強度一一滿足強度條件穩(wěn)定性滿足穩(wěn)定性條件九、塔體水壓試驗和吊裝時的應(yīng)力校核1、筒體水壓試驗時各種載荷引起的應(yīng)力(1)由試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力(R 液柱靜壓力)(Di ei)1.125 0.392000 92 ei2 9169.09MPa170Pt 1.25 P7 1.25 0.91.125MPat170(2)由試驗壓力引起的軸向拉應(yīng)力1皿 1.125 2000 62.5MPa4 ei(3)最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力22 2m2a2 g 173569.6 9.812max 30.13MPaDi e 3.14 2000 9(4)由彎矩引起的軸

26、向應(yīng)力3 2 2982 2 0.3Mw Me 0.3 1.29 100.7456 10316.32MPa-D2Sei 20002 9442、水壓試驗應(yīng)力校核(1)筒體環(huán)向應(yīng)力校核0.9 s 0.9 345 0.85 263.9MPa因為 1 181.9Mpa 0.9 s 169.09Mpa,故滿足要求。(2)最大組合軸向拉應(yīng)力校核2 2max組拉 1許用應(yīng)力:0.90.9 345 0.85 263.9MPa因為max組拉59.39Mpa 0.9 s263.9Mpa ,故滿足要求。(3)最大組合軸向壓應(yīng)力校核2 22-22max組壓2330.13 16.3246.45MPa軸向許用壓應(yīng)力0.9c

27、rKB取其中較小值。0.9s 0.9 345310.5MPaKB1.2 106 127.2MPacr 127.2 MPa。因為2-2max組壓35.57Mpacr127.2Mpa ,故滿足要求。十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計1、基礎(chǔ)環(huán)尺寸取 Dob Dis300 20003002300mmDib Dis300 20003001700mm2 62.5 30.13 16.32 59.39MPa252、基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核取其中較大值,0 0M maxm°gZTKb maxo o0.3MW0Me mmaxgZAbZbDob Dib32Dob443.14 23004 170049 38.3756 10 mm32

28、 2300Ab2 2DobDib4_ 22 20.785 230017001884000 mmbmaxMm,xZbmog A1.582 1098.3756 10879773 9.812.304Mpa 1884000bmax0.3MX0 Memmaxg0.3 1 5.07 1 08 0.7456 1 08Zb一98.3756 109178293 9.8118840000.99Mpa取 bmax 2.304MPa選用75號混凝土，其許用應(yīng)力Ra 3.5MPa,故滿足要求。3、基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時，計算基礎(chǔ)環(huán)的厚度1 1bDob Dis 2 es 2300 2000 18 141mm2 2設(shè)地腳螺栓

29、直徑為 M42,由表查得l=160mm,貝U b/l=140/160=0.88 ,由表查得2 _2Mx 0.1482 bmaxb0.1482 2.304 1416788.4 N mm_22My 0.0848 bmaxl2 0.0848 2.304 1602 5001.7N mm。取Ms Mx 6788.4N mm ,基礎(chǔ)環(huán)材料（20R）的許用應(yīng)力b 133MPa , C=3mm,基礎(chǔ)環(huán)厚度bC66788.41333 20.50mm,取 b 22mm。卜一、地腳螺栓計算1、地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力0 0M w M e mmin g取其中較大值，bZbmE000.25MW0 Me m°g

30、ZbA其中，mmin 50745kg_00 _8 一M e 8.01 10 N mmmW 0 15.07 108N mm mo 79773kgZb 8.3756 108mm32Ab 1884000mm20 0Mw MemmingZ15.07 108 0.7456 108 50745 9.818 1.62 Mpa8.3756 101884000ME 0 0.25M/ Me mogZbAb8.01 108 0.25 1 5.07 1 08 0.7456 1 08 79773 9.81 8.3756 10818840001.08MPa取其中較大值，b 1.62Mpa2、地腳螺栓的螺紋小徑因為b 0

31、,故此塔設(shè)備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR4 1.62 1884000,3.14 163 20螺栓個數(shù)為 n=20,bt 163Mpa , C=3mm。3 37.53mm取地腳螺栓為M42。由表8-12查得M4涉螺紋小徑d=37.219mm故選用20個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Di 2000mm,計算壓力Pc 0.9Mpa ,溫度150C ,查 表6-2，確定法蘭結(jié)構(gòu)為長頸對焊法蘭，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=56mm0 20mm, 1 22mm, 2 36mm,螺栓為 M 30 64。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=2089mmd=2039mm墊片種類為石棉式石墨填充帶