完整版塔設備課程設計

1、目 錄設計任務書2參考數(shù)據(jù)3一、塔體的設計條件4二、按計算壓力計算塔體和封頭的厚度.5三、塔設備質(zhì)量載荷計算 6四、風載荷與風彎矩計算 10五、地震載荷計算 15六、偏心彎矩計算17七、各種載荷引起的軸向應力 17八、筒體和裙座危險截面的強度性校核 20九、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核 24十、根底環(huán)設計26十一、地腳螺栓計算28塔的機械設計結果 30主要符號說明31參考文獻33塔設備設計任務書一、 設計內(nèi)容1、 根據(jù)操作條件選擇塔體、裙座材料；2、 塔設備機械設計；3、 塔設備結構設計；4、 編寫設計計算說明書,主要內(nèi)容：目錄；設計任務書；設計方案確實定,包括材料選擇、塔設備結構設計等;塔

2、設備機械設計過程；設計小結；參考資料；附圖：總裝圖單溢流塔盤板結構示意圖；塔板連結結構示意圖；塔盤支撐結構示意圖單溢流；裙座與塔體焊縫結構圖；設計參考數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑/mm2000塔圖/mm28000計算壓力/MPa1.2設計溫度/C200設置地區(qū)福州地震設防烈度/度8場地土類n類設計根本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤數(shù)46塔盤存留介質(zhì)層高度/mm100塔釜存留介質(zhì)高度/mm2000塔盤間距/mm450介質(zhì)密度/kg/m3830人孔間距/m5半圓形平臺數(shù)平臺寬度800平臺高度1000保溫層材料密度/kg/m3320保溫層厚度/mm115再沸器操作質(zhì)量/kg3600再沸器偏心距/mm2000介

3、質(zhì)腐蝕性無明顯腐蝕、塔體的設計條件一、1、塔體的內(nèi)徑Dj 2000mm,塔高近似取 H=28000mm;2、計算壓力Pc 1.2Mpa ,設計溫度200 C ;3、設置地區(qū)：根本風壓值q0 600N/m2,地震設防烈度8度,場地土類：II類, 設計地震分組：第二組,設計根本地震加速度：0.2g ;4、塔內(nèi)裝有46層浮閥塔盤,每塊塔盤上存有介質(zhì)高度為hw 100mm,介質(zhì)密度為 i 830kg / m3rII 工O O in- 1rgin土;1土1千小 oIJ)-r王?-1-1 1;；_§J-11-L'!,l -o o3A十 三h-Y/ j 1 1OCU 6CU5、沿塔高每5m

4、左右開設一個人孔,人孔 數(shù)為6個,相應在人孔處安裝的半圓 形平臺為6個,平臺寬度B=800mm,高度為1000mm：6、塔外保溫層厚度s 115mm,保溫材料密度為 2 320kg / m37、塔體與裙座間懸掛一再沸器,其操作質(zhì)量為 me 3600kg ,偏心距 e=2000mm;8、塔體在200c的條件下工作,介質(zhì)無明顯腐蝕,筒體 與封頭材料選Q345R,裙座材料選用Q235-B,材料 的有關性能參數(shù)如下：Q345Rt 183MPa, 189MPa, s 345MPa一5E 1.91 10 MPaQ235-Bt 113MPa, 113MPa, s 235MPa ；9、塔體與裙座對接焊接,焊接

5、接頭系數(shù) 0.85;10、塔體與封頭厚度附加量C=2mm,裙座厚度附加量C=2mm.二、按計算壓力計算塔體和封頭厚度1、塔體厚度計算2 tPc1.2 20002 183 0.85 1.27.74mm考慮厚度附加量C=2mm,經(jīng)圓整后取n 12mm2、封頭厚度計算2n05K考慮厚度附加量1.2 20002 183 0.85 0.5 1.2C=2mm,經(jīng)圓整后取7.73mm12mm.三、塔設備質(zhì)量載荷計算1、筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量mOi圓筒質(zhì)量：m1 596 24.21 14429kg封頭質(zhì)量：m2 438 2 876kg裙座質(zhì)量：m3 596 3.06 1824kgm01 m1 m2 m3 1

6、4429 876 1824 17129kg說明：(1 ) 塔體總高度H0 H 0.65 3.06 2 0.04 24.21m；(2)查的DN2000mm,厚度12mm的圓筒質(zhì)量為 596kg/m;(3) 查的DN2000mm,厚度12mm的橢圓形封頭 質(zhì)量為438kg/m(封頭曲面深度500mm,直邊高度40mm);(4)裙座高度3060mm,厚度按12mm計.2、塔內(nèi)構件質(zhì)量電_2 _2 _m02-Di75 460.785 2275 4610833kg4(浮閥塔盤質(zhì)量75kg/m2)3、保溫層質(zhì)量mo3其中,mo3為封頭保溫層的質(zhì)量,kg4、平臺、扶梯質(zhì)量422 1mo4 (Di 2 n 2

7、s 2B)2 (Di 2 n 2 s)2-nqp qFHF_ 2_0.785 220.01220.115 20.8)(2_2_2 0.012 2 0.115) 0.5 6 150 40 273452 1080 4532 kg說明：由表8-1查得平臺單位面積質(zhì)量qP 150kg/m2 ,籠式扶梯單位長度質(zhì)量qF 40kg/m;籠式扶梯總高Hf 27m ,平臺數(shù)量為6;平臺寬度 B=800mm.5、操作時物料質(zhì)量門5-2,4.2,、,m05 Di hwN 1 Di h0 1 Vf 1440.785 4 0.1 46 830 0.785 4 1.8 830 1.18 83017659kg說明：物料密

8、度1 830kg/m3,封頭內(nèi)容積Vf 1.18m3,塔釜圓筒局部深度ho 1.8m,塔板數(shù)N=46,塔板上液層高度hw 0.1m o6、附件質(zhì)量ma按經(jīng)驗取附件質(zhì)量為ma 0.25m01 0.25 17129 4282kg7、充水質(zhì)量為mw_2_2_mw -Di2 wH.2Vf w 0.785 22 24.21 1000 2 1.18 1000 78379kg其中 w 1000kg/m38、各種質(zhì)量載荷匯總將全塔分為6段,計算各質(zhì)量載荷計算中近似塔段01122334455頂合計塔段長度/mm10002000700060006000600028000人孔與平臺數(shù)0012126塔板數(shù)009131

9、41046moi/kg5961630417235763576357917129注：2m裙座+下封頭質(zhì)量=2X 596+438=1630,其余為596X各塔段長度m)2/kg-211930623297235510833注：塔盤質(zhì)量=0.785 X4X 75 X各段塔盤數(shù),塔盤單位面積質(zhì)量為75kg/m2m)3/kg-11517301483148314036214注：保溫材料,下封頭質(zhì)量 115,其余為單位長度保溫層質(zhì)量X各塔段長度mo4/kg4080856139181513504532注：平臺扶梯質(zhì)量,每個平臺質(zhì)量為 575.4kg ,每米扶梯為40kg,平臺質(zhì)量算法向前m)5/kg-97970

10、3733883649260617659注：封頭內(nèi)的物料質(zhì)量 =830X 1.18=979 ,其余各段為各段塔板總的存留介質(zhì)質(zhì)量23段為塔釜直筒段存留介質(zhì)質(zhì)量+9塊塔板上存留的介質(zhì)質(zhì)量ma/kg14940710438948948954282注：附件質(zhì)量=0.25 Xm1mw/kg一11802198018840188401753978379充水質(zhì)量-塔容積X水密度,12段為封頭充水質(zhì)量=1.18 X 1000=1180me/kg一130023003600m0/kg78545111925713794137141218964250各塔段最小質(zhì)量78535321110073807427770037924

11、全塔操彳質(zhì)里=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=64250kg全塔最小質(zhì)里=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=37924kg水壓試驗時最大質(zhì)重=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me=124969kg全塔操作質(zhì)量m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me 17129108336214453217659428264250 kg全塔最小質(zhì)量mminm010.2m 02 m03 m04 ma me171290.2 1083362144532428237924 kg水壓試驗時最大質(zhì)量mmax m01 m02 m03 m04 ma mw me 1

12、7129 10833 6214 4532 4282 78379 124969kg四、風載荷與風彎矩計算1、風載荷計算例如以23段為例計算風載荷P3P3K1K23q0f3l3De3 106(N)360036003600式中：K1體形系數(shù),Xt圓筒形容器,Ki 0.7q0 10m高處根本風壓值,q0 600N / m2f3 風壓高度變化系數(shù),查表 8-5得f3 1.00I3 計算段長度,l3 7000mmV3 脈動影響系數(shù),由表 8-7得：V3 0.72Ti 塔的根本自振周期,對等直徑、等厚 度得圓截面塔:工 90.33HP3P2三P6E二 p5=P490.33 280001064250 2800

13、01.91 105 10 200030.8678(s)脈動增大系數(shù),根據(jù)自振周期 工,由表8-6查的： 2.27z3 振型系數(shù),由表8-8得：z3 0.19K23風振系數(shù)K 231V3 z3f31 2.27 0.72 0.19 1.3111.00De3塔的有效直徑.設籠式扶梯與塔頂管線成90,取下a、b中較大者.a.De3D0i2s3K3 K4b.De3 D0i 2s3K4 d0PSK3400mm,d0400mm,s3 ps 115mmK42 2 8001370001000457( mm)a. De320242 115400457 3111(mm)b.De320242 115400457 23

14、0 3341(mm)取De33341mmP3 KiK23q0f3、De3 10 60.7 1,311 600 1 7000 3341 10 6 12877(N)2、各段塔風載荷計算結果塔段號123456L / mm1000200070006000600060002q0 /(N /m )600K10.7i B類0.720.720.720.760.800.82zi0.020.020.190.420.771.002.27K2i1.0331.0391.3111.7252.402.86ht / m1310162228fi B類0.640.721.001.161.281.39平臺數(shù)002112K4/mm0

15、0457.1266.7266.7533.3Di / mm262426243341315131513417P/N7281648128771588926715342313、風彎矩計算0-0截面:0 0 I1M wP1 一2P2112P6 l1 l213 4 l5l62728500 16481000 500 12877 (1000 20003500)15889 1000 2000 7000 300026715 100020007000 6000 3000)34231(10002000 7000 6000 6000 3000)16564535001.656_ 910 Nmm1-1截面:1 1_ 12_

16、Mw P2iP3l2I32P6l2 l3l4 l51648 1000 12877(20003500)158892000 7000 3000267152000 700060003000)34231 (2000 7000 6000 6000 3000565 109N mmmW 2P3 P4 I3 -P6 I3 14 15f22212877 3500 15889 (7000 3000) 26715 (7000 6000 3000)34231 (7000 6000 6000 3000)一一 一 一一一一 一 913844815001.384 10 N mm五、地震載荷計算取第

17、一振型阻尼比為1 0.02那么衰減指數(shù) 0.9 0.05 0.020.950.5 5 0.02T1 0.8678塔的總高度H=28000mm全塔操作質(zhì)量 m0 64250kg重力加速度g 9.81m/s2地震影響系數(shù)1 (-g) 2 maxl T1由表8-2查的max 0.16 (設防烈度8級)由表8-3查的Tg 0.4010.0510.06 1.7 11.3191°.050 °.020.06 1.7 0.020.86780.950.41.319 0.16 1 0.1011計算截面距地面高度h:0-0 截面：h=01-1 截面：h=1000mm2-2 截面：h=3000mm

18、等直徑、等厚度的塔,H/Di 28000/2000=14,按以下方法計算地震彎矩.0-0截面：ME0 0 16 1m0gH 16 0.1011 64250 9.81 28000 8.156 108N mm 35351-1截面：M e 18 1m. (10H 3.5 14H 2.5h 4h3.5)175H8 0.1011 64250 9.81175 28000 2.5(1028000 3.514 28000 2.5 10004 10003.5)7.749 108 N mm2-2截面:(2 2E8 im°g175H 2.5(10H3.514H25h 4h3.5)8 0.101164250

19、9.813525市(10 2800014 280003000175 280004 30003.5)6,934 108N mm六、偏心彎矩計算Me mege 3600 9.81 2000 70632000 7.063 107N mm七、各種載荷引起的軸向應力Pc Di14 e1、計算壓力引起的軸向壓應力2000 1.2 60MPa4 10其中 e n C 12 2 10mm2、操作質(zhì)量引起的軸向壓應力20-0截面:0 00 0m°g2Asbm° gDis es64250 9.813.14 2000 1010.04MPa裙座的有效厚度es n C 12 2 10mm1-1截面:

20、1 1m0 g63465 9.815863010.62MPa其中,m11 64250 785 63465kg, Asm為人孔截面的截面積,查相關標準得：Asm 58630mm22-2截面：2 2 _,2 2m0 g 63556.82 9.812- 9.93MPaDi e 3.14 2000 10其中,m2 2 64250 785 3532 59933kg3、最大彎矩引起的軸向應力30-0截面0 0 max0 0 maxsb4Di2Ses17.27 1080.785 20002 1055.00MPa其中,最大彎矩Mm;、取下式計算值中較大者：Mma0 mW 0 Me (16.56 0.7063)

21、 108 17.27 108 N mmMm；0 mE° 0.25MW 0 Me (8.156 0.25 16.56 0.7063)108 13.00 108N mm1-1截面:1 1 maxsm16.36 1082767700059.11MPa式中Zsm 裙座人孔截面的抗彎截面系數(shù).查相關標準得：Zsm=27677000mm3其中,最大彎矩Mm;、取下式計算值中較大者:Mm；x mW1 Me (15.65 0.7063) 108 16.36 108N mmMm；x ME1 0.25M W1 Me (7.749 0.25 15.65 0.7063) 108 maxe-812.37 10

22、 N mm2-2截面:2 2 max2 2max-Di2 e4,_ 814.55 100.785 20002 1046.34 MPa其中,最大彎矩m ma、取下式計算值中較大者：M ma2 mW2 Me (13.84 0.7063) 108 14.55 108N mmM ma2 M E 2 0.25MW2 Me (6.934 0.25 13.84 0.7063) 10811.10 108 N 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盆組拉2 2max組拉2 22 21； 23 2 60 9.93 46.34 96.41M

23、Pama2 組拉 96.41Mpa K t 186.7Mpa由于m:組拉k t ,故滿足強度條件.其中,軸向許用應力：K t 1.2 183 0.85 186.7MPa2、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m,:組壓2 2max組壓9.93 46.34 56.27MPaKR許用軸向壓應力： cr t取其中較小值K按GB-150鋼制壓力容器中的規(guī)定,由0.094Ri/ e0.0941000/100.00094查相應的 材料圖(Q345R,2000c )得 B=115Mpa,t 183MpaKB1.2 115 138MPat1.2 183 219.6MPaCr

24、 138MPa,K1.2 .由于laX組壓56.27Mpacr138Mpa ,故滿足穩(wěn)定性條件.1-1截面:塔體1-1處的最大組合軸向壓應力1 1max組壓10.6259.11 69.73MPaRis/es0.0940.0941000 100.00094(Q235-B,200 0c )得B 107.5 MPa113Mpa,K=1.2那么crKB129MPa135.6MPacr 129MPa .ci由于,1 1max組壓69.73Mpacr129Mpa ,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力0 0max組壓° 00 0 10.04 55.00 65.04MPa

25、由于,max組壓65.04Mpa cr 129Mpa,故滿足穩(wěn)定性條件工程計算危險截面0-01-12-2塔體與裙1星啟效厚mm101010截面以上操作質(zhì)量m01 /kg642506346559933計算截面面積a i i /2A / mmA 62800Asm 58630SillA 62800截面的抗彎截面系數(shù)Z i i/mm 3第 3141(5ZSm 276.77(5Z 3141d最大彎矩MmjN mm17.27 10816.36 10814.55 108最大允許軸向拉應力173.4-tK /Mpa最大允許壓應力KB129129138tK135.6135.6204計算壓力引起的向拉應力 1 /

26、 Mpa0060操作質(zhì)量引起的向壓應力 2 i / Mpa10.0410.629.93最大彎矩引起的軸向應力 3i/Mpa55.0059.1146.34最大組合軸向拉應力二 / Mpa一一96.41最大組合軸向壓應力 max/Mpa65.0469.7356.27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)定性條件各危險截面強度與穩(wěn)定校核匯總九、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核1、筒體水壓試驗時各種載荷引起的應力(1)由試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應力(P 液柱靜壓力)(Djei)1.5 0.282000 10T2"2"Tq178.9MPa189pT 1.25Pf 1.25

27、 1.21.549 MPa183液柱靜壓力 H 1000 28 0.28(MPa)(2)由試驗壓力引起的軸向拉應力 1PT Di4 ei1.549 20004 1077.46MPa(3)最大質(zhì)量引起的軸向壓應力22 2mmaxgDi e124969 9.813.14 2000 1019.52 MPa由彎矩引起的軸向應力32 20.3M12 Me3DSei40.3 1 3.84 1 08 0.7063 1 082 15.47MPa0.785 20002 102、水壓試驗應力校核(1)筒體環(huán)向應力校核0.9 s 0.9 345 0.85 263.9MPa由于 T 178.9Mpa 0.9 s 26

28、3.9Mpa ,故滿足要求.(2)最大組合軸向拉應力校核max組拉 1277.46 19.52 15.47 73.41MPa許用應力：0.9 S 0.9 345 0.85 263.9MPa由于 組拉 73.41Mpa 0.9 s 263.9Mpa ,故滿足要求.(3)最大組合軸向壓應力校核ma2組壓223 2 19.52 15.47 34.99MPa軸向許用壓應力cr 0.9 s取其中較小值KB0.9 s 0.9 345KB 1.2 115 138MPa310.5MPa 講 ,取cr 138MPa.ci由于 mi組壓34.99Mpa.138Mpa ,故 滿足要求.十、根底環(huán)設計1、根底環(huán)尺寸取

29、 D0b Dis 300 2000 300 2300mm口舊Dis 300 2000 300 1700mm2、根底環(huán)的應力校核取其中較大值,b max0 0M maxm°gZb Ab0.3M：° Memmaxgmax jAbb maxD；b Dib32 DOb3.14 23004 1700432 230022Ab- DobDib0 0M max mo g"ZT -aT8.376 108mm32220.785 23002 170021884000mm2_8_17.27 1064250 9.818 2.396Mpa8.376 10818840000 00.3MW Me

30、 mmaxgb max_.ZbAb0.3 16.56 108 0.7063 1088.376 108124969 9.8118840001.328Mpa取 bmax 2.396MPa選用75號混凝土,其許用應力Ra3.5MPa,故滿足要求.3、根底環(huán)厚度按有筋板時,計算根底環(huán)的厚度 b.,11 一,一b DobDis2 es 2300 2000 20210mm22設地腳螺栓直徑為 M42,由表8-11查得 l= 160mm,貝U b/l=140/160=0.88 ,由表 8-10 查得22Mx 0.1482 bmaxb20.1482 2.396 14026960N mm22My 0.0848

31、bmaxl2 0.0848 2.396 1602 5201N mm. yi max取Ms Mx 6253.9N mm,根底環(huán)材料Q245R的許用應力 b 133MPa , C=3mm,根底環(huán)厚度b6 69601333 20.72mm ,取21mm.卜一、地腳螺栓計算1、地腳螺栓承受的最大拉應力取其中較大值,0 0Mw Me mm,gZbAmE 0 0.25M；0 Me m0 gZ其中,mmin 37924kgME0 0 8.156 108N mmMW 0 16.56 108 N mmm0 64250kgZb 8.376 108mm3Ab21884000mm20 0Mw Me mmingZbAb

32、16.56 108 0.7063 108 37924 9.81 8 1.864Mpa8.376 101884000M E 0 0.25M 00 M ezbm°g8.156 108 0.25 16.56 108 0.7063 108 64250 9.81 8.376 10818840001.218MPa取其中較大值,B 1.864Mpa2、地腳螺栓的螺紋小徑由于b 0 ,故此塔設備必須安裝地腳螺栓.選取螺栓材料30CrMoA螺栓個數(shù)為n=28, 僅 150Mpa ,CC=3mm.3 35.64mm4 1.864 1884000:3.14 28 150取地腳螺栓為 M42.由表8-12查得M42的螺紋