课程设计任务正文 - 图文

目录

1. 塔设备已知设计条件及分段示意图 ...................................................................... 1 2. 设计计算................................................................................................................... 2

2.1按设计压力计算塔体和封头厚度 ............................................................................................................2 2.2塔设备质量载荷计算 ..................................................................................................................................3 2.3自振周期计算................................................................................................................................................5 2.4地震载荷与地震弯距计算 .........................................................................................................................5 2.5风载荷与风弯距计算 ..................................................................................................................................7 2.6偏心弯距.........................................................................................................................................................9 2.7最大弯距.........................................................................................................................................................9 2.8圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核........................................................................................................9 2.9塔设备压力试验的应力校核 ...................................................................................................................10 2.10裙座轴向应力校核...................................................................................................................................12 2.11基础环设计 ................................................................................................................................................13 2.12地脚螺栓计算 ...........................................................................................................................................15 2.13计算结果 ....................................................................................................................................................16

3.主要符号说明........................................................................................................... 17 4. 设计评述................................................................................................................. 18 5. 参考资料................................................................................................................. 18

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1. 塔设备已知设计条件及分段示意图

已知设计条件 塔体内径Di 塔体高度H 设计压力P 设计温度t 材料 [?] 许用应塔 力 体 1600mm 40000mm 1.32MPa 300℃ 16MnR 170MPa 144MPa 1.86?10?5分段示意图 [?]t 设计温度下弹性模量E 常温屈服点?s 厚度附加量C MPa 345MPa 2mm 0.85 800kg/m 3塔体焊接接头系数? 介质密度? 塔盘数N 每块塔盘存留介质层高度hw 基本风压值q0 地震设防烈度 场地土类别 偏心质量me 偏心距e 塔外保温层厚度?s 45 100mm 400N/m 27度 Ⅱ类 4000kg 2000mm 100mm 300kg/m 保温材料密度?2 1

材料 Q235-A 86MPa 225MPa 许用应力[?]ts 裙 常温屈服点?s 设计温度下弹性 座 模量Es 厚度附加量Cs 人孔，平台数 地 材料 脚 许用 [?]bt 螺 应力 栓 腐蚀裕量C2 个数n

2mm 6 Q235-A 140MPa 3 32 2. 设计计算

2.1按设计压力计算塔体和封头厚度 计算内容 计算压力pc,计算公式及数据 pc?1.1p?1.1?1.2?1.32MPa pcDi2[?]??pct圆筒计算厚度 ?,mm ???1.32?16002?144?0.85?1.32?8.67 圆筒设计厚度 ?e,mm 圆筒名义厚度?n,mm 圆筒有效厚度 ?e,mm 封头计算厚度 ?h,mm 封头设计厚度?hc,mm ?c???C?8.67?2?10.67 ?n?18 ?e??n?C?18?2?16 ?h?pcDi/(2[?]??0.5p)??h??hc??h?C?8.65?2?10.65 t1.32?16002?144?0.85?0.5?1.32?8.65 2

封头名义厚度?hn,mm 封头有效厚度?he,mm ?hn?18 ?he??hn?C?18?2?16 2.2塔设备质量载荷计算 计算内容 0~1 塔段内直径 Di,mm 塔段名义厚度?ni,mm 塔段长度 li,mm 塔体高度 H1,mm 单位筒体质m1m,kg/m 筒体高度 H1,mm 筒体质量 m1,kg 封头质量 m2,kg 裙座高度 H3,mm 裙座质量 m3,mm 塔体质量 m01,kg 塔段内件质量 m02,kg m1?720?36.40?26251.2m2?418.27?2?936.54计算公式及数据 1~2 2~3 1600 18 1000 2000 7000 40000 720 36460 10000 10000 10000 3~4 4~5 5~顶 3000 m3?720?3?2160 7330 m01?m1?m2?m3?26251.2?936.54?2160?29348.74720 m02?1858 Di*N*qN?25040 ?427200 7200 ?4?1.6?45?75?6782.0 （浮阀塔盘质量qN＝75kg/m2) —— —— 2754 2110 22261 1657 保温层质量m03,kg m03???4[(Di?2?n?2?s)?(Di?2?n)]H0?2?2m03(1.836?1.636)?300?36.46?2?(0.87?0.62)?300?5812 2?4m03???封头保温层质量，kg —— 75 1087 1553 1553 1544 3

平台，扶梯质量m04,kg 平台质量qN?150kg/m2 笼式扶梯质量qN?40kg/m 平台数量n＝6笼式扶梯总高 HF?39m m04??4[(Di?2?n`?2??2B)?(Di?2?n`?2?)]*22212*nqP?qF*HF 2??4[(1.6?2?0.018?2?0.1?2?0.9)?(1.6?2?0.018?2?0.1)]?0.5?6?150?40?39?5040 40 操作时塔内物料质量 m05,kg m05?80 Di2860 1560 980 1520 =?42(hwN?h0)?1?V1?1?4?1.6?800(0.1?45?1.8)?0.62?800?10624 —— 充液质量 mw,kg mw?496 23698 2251 2412 1767 =?4DiH0?w?2Vf?w2?4?1.6?36.46?1000?2?0.62?1000?74510 —— 偏心质量 me,kg 620 14067 20096 20096 19631 再沸器：me?4000 —— 操作质量 m0,kg —— 1400 2600 — — m0?m01?m02?m03?m04?m05?ma?me?29348?6782?5812?5040?10624?7337?4000?68943 944 最小质量mmin,kg 2784 14139 19312 16176 15588 mmin?m01?0.2m02?m03?m04?ma?me??29348?6782?0.2?5812?5040?7337?4000?52893 944 最大质量 mmax，kg 2288 9838 15373 11955 12495 mmax?m01?m02?m03?m04?mw?ma?me?29348?6782?5812?5040?74510?7337?4000?132829 944 2908 24508 37157 33860 33452 4

2.3自振周期计算 计算内容 塔体内直径Di,mm 塔体有效厚度?e,mm 塔设备高度H，mm 操作质量 m0,kg T1?90.33H 塔设备的自振周期 T1,s m0HE?eD3i 计算公式及数据 1600 16 40000 68943 ?10?3 ?90.33?4000068943?400001.86?10?5?16?16003?10?3?1.72 2.4地震载荷与地震弯距计算 计算内容 0~1 各段操作质量mi,kg 各点距地面高度hi,mm hi1.5计算公式及数据 1~2 2784 2000 42~3 14139 6500 43~4 19312 15000 54~5 16176 25000 65~顶 15588 35000 6944 500 1.12?10 8.94?105.24?101.84?10 3.95?106.55?10 6 mihi1.5 8 9 1.06?10 72.49?10 7.41?10 3.55?10106.39?10101.02?10 11 2.088?10 11 6A??mi?13ihi hi3 1.25?1088.00?1092.75?10113.38?10121.56?10134.29?1013 mihi3 11 13 15 16 1.18?102.23?103.89?106.53?102.52?10176.69?10 17 6 17 9.902?10 B??mi?13ihi A/B 2.11?10?7 5

基本振型参与系数?ki AB?3?ki?kiB?hi1.5?2.11?10?2?7hi1.5 2.36?101.89?100.11 0.387 0.833 1.38 综合影响系数 CZ 地震影响系数最大值CZ=0.5 ?max?0.23?设计烈度7度时? ?max 各类场地的特征周期Tg 地震影响系数 ?1 水平地震力Fk1,N 垂直地震影响系数 ?v,max, Tg?0.3??类场土,近震时TgT1? )0.9 ?1?()0.9*?max?(0.31.72?0.23?0.048?0.2?max Fk1?CZ?1?k1mkg 366.18 1759.62 3172.46 5064.65 0.525 12.39 ?v,max＝0.65?max＝0.65?0.23?0.1495 操作质量 m0,kg 当量质量mep,kg 底截面处垂直地震力 Fv0?068943 取mep?0.75m0?0.75?68943?51707.3 0?0Fv??v,max*mep*g?0.1495?51707.3?9.81?75833.67 ,N mihi 4.72?10 55.57?10 69.19?10 72.90?10 84.04?10 85.46?10 86?mi?1ihi 1.33?10 9垂直地震力Fv1?1,N Fv1?1?mihi6mihi?75833.71.33?109 ?k?1mkhk26.9 底截面处地震弯距M0?0E1317.6 1635CZ?1m0gH5239.9 ＝16535.2 23035.2 31131.7 M0?0E1?,N*mm 1635?0.5?0.048?68943?9.81?40000?2.968?10 8 6

底截面处地震弯距M0?0E,n*mm M0?0E?1.25M0?0E1?1.25?2.968?10?3.710?10 88 截面1-1处地震弯距 M1?1E,M1?1E?1.25?M1?1E1?1.25?8CZ?1m0g175H2.5(10H3.5?14H2.5?h?4h3.5) N*mm ?1.25?8?0.5?0.048?68943?9.81175?400003.52.5(10?400003.5?14?400002.5?1000 ?4?1000)?3.571?102?2E18 截面2-2处地震弯距 M2?2EM2?2E?1.25?M?1.25?8CZ?1m0g175H2.5(10H3.5?14H2.5?h?4h3.5) ,N*mm ?1.25?8?0.5?0.0902?107755?9.81175?400003.52.58(10?400003.5?14?400002.5 ?3000?4?3000)?3.321?102.5风载荷与风弯距计算

计算内容 0~1 各计算段的外径DOi,mm 塔顶管线外径dO,mm 第i段保温层厚度?si,mm 管线保温层厚度?ps计算公式及数据 1~2 2~3 3~4 4~5 5~顶 DOi?Di?2?n?DOi?Di?2?n?1600?2?18?1636400 100 ,mm 100 400 1000 1000 0 0 笼式扶梯当量宽度K3 各计算段长度 li,mm 操作平台所在计算段的长度 l0,mm 平台数 各段平台构件的投影面积?A,mm22000 2000 0 0 7000 7000 1 9?10 510000 10000 2 2?9?10 510000 10000 1 9?10 510000 10000 2 2?9?10 5 操作平台当量宽度K4,mm 2K4??Al0 0 257.1 360 180 7

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360 各计算段的有效直径Dei,mm Dei?DOi?2?si?K4?dO?2?ps 2136 2236 各计算段顶截面距地面的高度 hit,m 风压高度变化系数fi 1 2436 2236 3 2693 2493 10 2796 2596 20 2616 2416 30 2796 2596 40 Dei?DOi?2?si?K3?K4根据hit查表5-7 1.17 1.17 1.38 0.7 450 1.72 1331 1.63 1.80 1.92 体型系数K1 基本风压值q0,N/m2 塔设备的自振周期T1,s q0T12 脉动增大系数 ?查表5-8 2.62 查表5-8 0.78 0.78 0.075 0.78 0.25 1.0 根据hit/H与u查表5-10 0.02 0.02 ?Vi?zifi脉动影响系数Vi hit/H0.83 0.5 0.85 0.75 0.87 1 0.025 u 第i段振型系数 ?zi 各计算段的风振系数 K2i 各计算段的水平风力 Pi,N 0.11 0.35 0.66 1.00 K2i?1? 1.035 ?61.035 1.163 9530.2 l321.467 1.817 2.187 Pi?K2iq0filiDei*10929.2 0-0截面的风弯距MW0?01858.4 l12l2221060.3 26951.1 36982.6 l62MW0?0?P1?P2(l1?)?P3(l1?l2?)???P6(l1?l2?l3?l4?l5) ,N*mm ?500?929.2?2000?1858.4?6500?9530.2?15000?21060.3?25000?26951?35000?36982.6?2.350?109 1-1截面的风弯距MW,N*mm1?1MW1?1?P2l22?P3(l2?l32)?P4(l2?l3?l42)????P6(l2?l3?l4?l5?l62) ?1000?1858.4?5500?9530.2?14000?21060.3?24000?26951.1?34000?36982.6?2.253?109 8

2-2截面的风弯距 MW2?2MW2?2?P3l32?P4(l3?l42)?P5(l3?l4?l52)?P6(l3?l4?l5?l62) ,N*mm ?3500?9530.2?12000?21060.3?22000?26951.1?32000?36982.6?2.062?109 2.6偏心弯距 计算内容 偏心质量me,kg 偏心距e,mm 偏心弯距Me,N*mm 计算公式及数据 4000 2000 Me?mege?4000?9.81?2000?7.848?107 2.7最大弯距 计算内容 0-0截面 MW?MMi?iEi?ie计算公式及数据 1-1截面 2.33?10 1.02?10 2.33?10 9992-2截面 2.14?10 9.46?10 2.14?10 989 i?i2.43?10 9?0.25MW?Me 9.83?10 2.43?10 98i?i最大弯距Mmax,N*mm 2.8圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核 计算内容 0-0截面 有效厚度?ei,mm 筒体内径Di,mm 计算截面以上的操作i?i,kg 质量 m0计算公式及数据 1-1截面 16 1600 68943 67999 66655 2-2截面 设计压力引起的轴向应力?1,MPa ?1?pDi4?ei?1.32?16004?16?33 0

0 33 9

操作质量引起的轴向应力 ?2,MPa ?2?m0gi?i?Di?ei 8.30 8.13 8.41 最大弯距引起的轴向应力?3,MPa ?3?4Mi?imaxi?ei?D2 72.46 66.56 75.57 载荷组合系数K 系数A A? 1.2 0.094?eiRi?0.094?16800?0.00188 设计温度下材料的许用应力[?]t,MPa 查图4-9(16MnR, 300℃)得: [?]t?144 (Q235-A，300℃)得： [?]s?8686 86 查图4-12(16MnR,300℃)得:B=120 查图4-12 (Q235-A ，300℃)得B:=105 105 105 126 103.2 取以上两者中小值 103.2 87.72 103.2 87.72 144 146.88 120 144 172.8 t 144 系数B ,MPa KB ,MPa K[?]t ,MPa 许用轴向压应力 [?]cr,MPa K[?]t?,MPa 圆筒最大组合压应力 (?2??3),MPa 圆筒最大组合压拉力 (?1??2??3),MPa 126 103.2 对内压塔器 (?2??3)?[?]cr（满足要求） 83.98 对内压塔器(?1??2??3)?80.76 K[?]t? （满足要求）64.16 74.69 67.16 2.9塔设备压力试验的应力校核

计算内容 试验介质的密度?,kg/cm391.43 计算公式及数据 0.001 4000 力0.408 10

液柱高度H,mm 液柱静压?H/9.81,MPa

有效厚度?ei,mm 筒体内径Di,mm 2-2截面最大质量m2?2T16 1600 mT2?2,kg =132829-944-2908=128977 试验压力pT,Mpa 筒体常温屈服点?s,Mpa Pt=1.25p[?][?]t?1.25?1.32?170144=1.948 345 2-2截面,0.9K?s,Mpa 2-2截面,KB ,Mpa 压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力[?]cr,MPa 372.6 144 取以上两者中小值 144 (pT??H/9.81)(Di??ei)2?ei(1.948?0.408)(1600?16)2?16试验压力引起的周向应力?T,Mpa ?T???118.98 液压试验时: ?T?118.98?0.9K?S 试验压力引起的轴向应力?T1 ,Mpa 重力引起的轴向应力?T1=pDi4?eim0=1.948?16004?16?48.7 2?2?T2,Mpa 弯矩引起的轴向应力?T2?g?Di?ei4(0.3M?128977?9.81??1600?16?Me)?15.74 ?T3, Mpa ?T3?2?2w2?4(0.3?2.062?10?7.848?10)97?Di?ei??1600?162?21.68 ?T1-?T2+?T3=48.7-15.74+21.68=54.64 压力试验时圆筒最大组合应力,Mpa 液压试验时?T1-?T2+?T3=54.64<0.9K?s?(满足要求) ?T2+?T3=15.74+21.68=37.42<[?]cr(满足要求) 11

2.10裙座轴向应力校核 计算内容 裙座有效厚度?es,mm 裙座筒体内径DIS,mm 计算公式以及数据 16 1600 0-0截面积Asb, mm2 0-0截面系数Zsb, mm 3Asb??Dis?is???1600?16?8.04?10 4Zsb??4Dis?is?2?4?1600?16?3.22?10 27KB,Mpa K[?]tS,Mpa 裙座许用轴向应力,Mpa 0-0截面最大弯矩M0?0max126 103.2 取以上两者中小值 103.2 2.43?10 9,N.mm 0-0截面操作质量m00?0,kg M0?0MAX68943 mggAsb970-0截面组合应力,Mpa 检查孔加强管长度Lm,mm 检查孔加强管水平方向的最大宽度bm,mm 检查孔加强管厚度ZSB??2.43?103.22?10?68943?9.818.04?104?83.88?KB 120 450 ?m,mm 裙座内直径DIM,mm 18 1600 Am Am=2lm?m?2?120?180?4320 12

1-1截面处裙座筒体的Asm=?Dim?es?截面积Asm, mm2 ?[(bm?2?m)?es?Am]4 ???1600?16?2??450?2?18?16?4320?7.34?10?????ZM?2?eslm(DIM2)?(2bm2)2Zm ?2?16?120(16002)?(24502)?2.95?10 26Zsm=1-1截面处的裙座筒体截面系数Zsm ?4Dim?es?2?(bmDim?es2?Zm)=?16?26?7?1600?16?2??450?1600??2.95?10??2.65?10 42??1-1截面最大弯矩M1?1max,N.mm 2.33?10 91-1截面处的风弯矩M1?1w,N.mm 2.253?10 91-1截面以上操作质量m0,kg 1?167999 1-1截面以上最大质量mmax,kg 1?1max1?11?1131885 MZsm0.3MZsm?m0Asm=2.33?102.65?1097?67999?9.817.34?104?97.01?KB 1-1截面组合应力 1?1w?mmaxgAsm971?1?0.3?2.253?10?7.848?102.65?107?131885?9.817.34?104?46.1?KB 2.11基础环设计 裙座内径Dis,mm 1600 13

裙座外径Dos,mm 基础环外径Dob,mm 基础环内径Dib,mm Dos?DIS?2?es?1600?2?16?1632 Dob?Dis+300=1600+300=1900 Dib?Dis-300=1600-300=130012(Dob?Dos)?12 基础环伸出宽度b,mm b?相邻两盘板最大外侧间距l, mm2 基础环面积Ab, mm 2(1900?1632)?134 160 ?4Ab?(Dob?Dib)?22?4(1900?1300)?5.652?10 225基础环截面系数Zb,mm 3Zb??(Dob?DIb)32Dob44??(1900?1300)32?190044?2.76?10 8最大质量mmax,kg 操作质量 m0,kg o-o截面的风弯矩M0?0max132829 68943 9,N.m 2.35?10 o-o截面最大弯矩 0?0偏心弯矩Mmax,N.m 2.43?10 7.848?10 79基础环材料的许用应力[?]b,Mpa 水压试验时压应力?b1,MPaM0?0max[?]b?140MPa ?b1?Zb?m0gAb?M?2.43?109882.76?10mmaxgAb?68943?9.815.652?105?5.14 ?b2?0.3MW0?0e操作时压应力?b2,MPaZb9?? 0.3?2.35?10?7.848?102.76?1087?132829?9.815.652?105?5.14 混凝土基础上的最大压力 ?b,MPa b/l b/l=134/160=0.838 取以上两者中大值 10.0 14

2?bmaxb 2?bmaxb=10?134?179560 22?bmaxl 2?bmaxl=10?1602?256000 对MXX轴的弯距 ,N*mm/mm 查表,由b/l得: MX=0.161?179560?28909 对Y轴的弯距查表,由b/l得:M矩 yMy,N*mm/mm ?0.0797?256000?20403.2 计算力取以上两者中大值 20403.2 ?b?6MS?6?20403.2140?29.57 经圆整取?b?30 Ms,N*mm/mm 有筋板时基础环厚度,mm ???b2.12地脚螺栓计算 计算内容 最小质量 mmin,kg 操作质量m0,kg 0-0截面的风弯距MW0?0计算公式及数据 52893 68943 2.350?10 9,N*mm 底截面的风弯距M0?0E3.710?10 8,N*mm 7.848?10 MW0?07偏心弯距Me,N*mm 最 最大拉应力?B2,MPa 拉?B1,MPa 大应力?B1??MeZb0?0E?mmingAb0?0?2.35?10?7.848?102.76?10m0g?FVAb0?0897?52893?9.812.652?105?7.88 ?B2?M?0.25MWZb?Me??3.71?10?0.25?2.35?10?7.848?102.76?108897?68943?9.815.652?105?2.56 15

基础环中螺栓承受的取以上两者中大值 最大拉应力 ?B, ?B?7.88?0,塔设备必须设置地脚螺拴, 地脚螺栓个数n 地脚螺栓材料的许用应力 [?]bt,MPa 32 对Q235?A,取[?]bt?147MPa 地脚螺栓腐蚀裕量 地脚螺拴取C2?3mm C2,mm 地脚螺栓螺纹小径d1,mm d1?4?BAb?n[?]bt?C2?4?7.88?5.652?105??32?147?3?37.7 筋板及盖板计算 略 裙座与塔壳焊缝验算 略 塔设备法兰当量设计压力 2.13计算结果 塔体圆筒名义厚度 塔体封头名义厚度 裙座圆筒名义厚度 基础环名义厚度 地脚螺栓个数 地脚螺栓公称直径

14(满足强度和稳定性要求) 14(满足强度和稳定性要求) 14(满足强度和稳定性要求) 18(满足强度和稳定性要求) 28(满足强度和稳定性要求) 12(满足强度和稳定性要求)

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3.主要符号说明

系数，按GB150相关章节，塔设备壳体内径，基础环内径，塔设备壳体直径，基础环直径，裙座壳体外直径，塔顶管线外径， 壳体和裙座质量， 内体质量， 保温材料质量， 平台扶梯质量， 操作时塔内物料质量， 塔设备第i段的操作质量， 距地面处的集中质量， 偏心质量中心至塔设备中心线的距离，设计温度下材料的弹性模量， 塔设备的当量质量， 任意计算截面i-i的基本振型地震弯矩， 风压高度变化系数 塔设备底截面处的垂直地震力， 塔设备任意计算截面处垂直地震力， 集中质量引起的基本振型水平地震力 底截面0-0出的地震弯矩，任意计算截面I-I处的风弯矩，底截面0-0处的风弯矩，任意计算截面I-I处的最大弯矩，基本风压值，基础环计算厚度，圆筒的有效厚度，分头的有效厚度，裙座的有效厚度，圆筒的名义厚度，封头的名义厚度，裙座的名义厚度，管线保温层厚度， 重力加速度，取塔设备高度，塔设备顶部至第i段底截面的距离，塔设备第i段顶截面距地面的高度，塔设备第i段集中质量距地面的高度， 地i段、第i-1段的截面惯性距， 载荷组合系数，取体型系数，笼式扶梯当量宽度，操作平台当量质量，第i计算段长度， 塔设备第i段保温层厚度，由内压和外压引起的轴向应力， 操作平台所在计算段的长度，重力及垂直地震力引起的轴向应力，最大弯矩引起的轴向应力，试验压力引起的周向应力， 人空、接管、法兰等附属件质量， 偏心质量， 塔设备操作质量， 设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力

液压试验时，塔设备内充液质量， 试验介质的密度，17

4. 设计评述

这个课程设计计算量大，公式多，但只是考察个人计算能力。通过分工合作，减少了计算量，又培养了团队精神。通过这个设计，学习了一些化工生产过程的知识，并掌握查找一些查找化工工艺参数技能，这些将有助于今后实际工作。

5. 参考资料

[1]蔡纪宁,张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出社,2000. [2]陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社,2006.

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