球罐课程设计.doc

吉林化工学院油气储运课程设计吉林化工学院 油气储运 课 程 设 计题目 1000m3液化石油气球罐设计 教 学 院 化工与材料工程学院 专业班级 油气储运0801 学生姓名 学生学号 08160122 指导教师 邵宝力 2011年 12月 19 日 IV油气储运专业课程设计课程设计任务书1、设计题目：1000 m3液化石油气球罐设计 2、设计条件：物料：按照自己题目确定地震设防烈度： 8度安装地区：吉林球罐建造场地：类，近震液化石油气密度：580kg/m33、设计任务：储罐设计包括工艺设计和机械设计两部分:(1)工艺设计:是根据化工生产任务提供的工艺条件:包括压力、温度、产量、物料性能等,通过工艺计算和生产经验确定设备的结构型式、设备总体尺寸及管口尺寸和方位。(2)机械强度设计:是在工艺设计的基础上,进行强度、刚度和稳定性设计和校核计算, 对设备的内、外附件进行选型和结构设计计算，最后绘制设备的装配图和零部件图。 4、设计要求：由于设计参数是每个人各不相同，所以，基本上能够保证学生独立完成任务能力的锻炼，并可在碰到确实需要讨论的个别难题时仍然可以相互讨论，从而培养学生合作解决问题的能力。课程设计是在课程学习阶段结束后，学生们独立进行的工程设计工作，是总结性的、重要的教学实践环节，其目的是培养学生综合运用所学知识，理论联系实践，分析解决工程实践问题的能力。本设计学生必须完成一张A2装配图（包括至少四个详图）和编制技术性设计说明书一份。5、参考书：（1）董大勤，袁凤隐，压力容器设计手册化学工业出版社；（2）丁伯民、黄正林，化工容器，化学工业出版社出版；（3）徐英、杨一凡、朱萍，球罐和大型储罐，化学工业出版社；（4）段常贵，燃气输配，中国建筑工业出版社；（5）帅健、丁桂杰，管道及储罐强度设计，石油工业出版社。（6）TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程。油气储运系 2011年11月摘 要 经济发展迅速的今天，球形容器的制造水平也正在高速发展，由于球形容器多数作为有压储存容器，所以称球形容器（简称“球罐”）。球罐为大容量、承压的球形储存容器，广泛应用于石油、化工、冶金等部门，它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。也可作为压缩气体（空气、氧气、氮气、城市煤气）的储罐。随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。在化工生产方面，液化石油气经过分离得到乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯等，用来生产合塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸药、染料等产品。用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还用于切割金属，用于农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等。常常液化石油气的储存形式就是利用球罐的特点，为国家节省很多资源。球罐的大型化是一个复杂的系统工程，它涉及到多个学科和技术领域。关键词：球罐；液化石油气；技术领域目 录课程设计任务书I摘 要II第一章 绪 论11.1球罐的特点11.2球罐的分类11.2.1按储藏温度11.2.2 按结构形式分类11.3 球罐的发展历史2第二章 材料的选择32.1球罐用钢基本要求分析32.2国内球罐的常用钢种32.3 选材32.3.1钢板32.3.2.焊接材料42.3.3 接管42.3.4 锻件42.3.5 螺栓.螺母42.3.6力学性能及工艺性能5第三章 设计参数确定6第四章 结构设计84.1 球壳的设计84.2 支座的设计94.3 拉杆的设计9第五章 壁厚计算和强度校核115.1 球壳计算115.2 球罐的质量计算115.3地震载荷计算125.3.1自振周期125.3.2地震力135.4风载荷计算135.5弯距计算145.6支柱的计算145.6.1 单个支柱的垂直载荷145.6.2组合载荷155.6.3 单个支柱弯矩155.6.4 支柱稳定性校核165.7 地脚螺栓计算175.7.1 拉杆作用在支柱上的水平力175.7.2 支柱底板与基础的摩擦力185.7.3 地脚螺栓185.8 支柱底板185.8.1 支柱底板直径185.8.2 底板厚度195.9 拉杆计算195.9.1 拉杆螺纹小径的计算195.9.2 拉杆连接部位的计算205.10 支柱与球壳连接最低点a的应力校核215.10.1 a点的剪切应力215.10.2 a点的纬向应力225.10.3 a点的应力校核225.11 支柱与球壳连接焊缝的强度校核22参考文献 24结束语25教师评分表2625第一章 绪 论1.1球罐的特点 球罐是一种钢制容器设备。在石油炼制工业和石油化工中主要用于贮存和运输液态或气态物料。操作温度一般为-5050,操作压力一般在3MPa以下。球罐与圆筒容器（即一般贮罐）相比，在相同直径和压力下，壳壁厚度仅为圆筒容器的一半，钢材用量省，且占地较小，基础工程简单。但球罐的制造、焊接和组装要求很严，检验工作量大，制造费用较高。在炼油厂、石油化工厂、城市燃气供应部门都有广泛应用。1.2球罐的分类球罐的形状有圆球型和椭球型。绝大多数为单层球壳。低温低压下贮存液化气体时则采用双重球壳，两层球壳间填以绝热材料。采用最广泛的为单层圆球型球罐。球壳是由多块压制成球面的球瓣以橘瓣式分瓣法、足球式分瓣法或足球橘瓣混合式分瓣法组焊而成。球罐的支撑结构最常见的为赤道正切式，其次为对称式、裙座式、半埋地式和盆式。椭球型球罐通常用于常温下贮存饱和蒸气压比大气压稍高的、挥发性强的液态烃（如汽油等）,操作压力为0.120.3MPa，容积一般在5006000m3范围内。更大容积时,应采用复式椭球型球罐。1.2.1按储藏温度 球罐一般用于常温或低温，只有极个别场合，如造纸工业用的蒸煮球罐，使用温度高于常温。（1） 常温球罐 如液化石油气（LNG）、氨、煤气、氧等球罐。一般说这类球罐的压力较高，取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。常温球罐的设计温度大于-20。（2） 低温球罐 这类球罐的设计温度低于或等于-20，一般不低于-100。（3） 深冷球罐 设计温度-100以下，往往在介质液化点以下储存，压力不高，有时为常压。由于对保冷要球罐高，常采用双层球壳。目前国内使用的球罐，设计温度一般在-4050之间。1.2.2 按结构形式分类按形状分有圆球形、椭球形、水滴形或上述几种形式的混合。圆球形按分瓣方式有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。圆球形按支撑方式分有支柱式、裙座式两大类。1.3 球罐的发展历史 早在1910年，美国就开始制造球罐，1950年以后才得到初步发展。60年代以后，由于石油化工的高速发展，需要将液化天然气及液化石油气进行大规模的运输和贮存，球罐的应用得到进一步发展,不仅数量迅速增加,日趋大型化，而且向超高压、极低温发展。国际上目前最大液态介质球罐直径27.4m,容积10770m3；最大城市煤气球罐直径 72.55m，容积200000m3。中国目前大多数球罐容积为2001000m3，最大容积8250m3、直径25.1m。 2000-2007年，中国LPG市场表观消费量也呈现增长态势，2000年中国LPG表观消费量1481万吨，2007年增长到2278万吨，年均增长率6.73%。其中2000-2005年增长尤快，年均增速接近10%；2005-2007年，随着替代品(天然气、电力、二甲醚等)资源的增加，中国LPG消费量增长减缓，年均增长率下降到1%。 2005年，中国 LPG总产量、商品产量、商品消费量、总消费量比2004年有所增长；而进口量、出口量则有所下降。其中LPG总产量为1473.36万吨，比2004年增长5.4%；商品产量为1353.4万吨，比2004年增长5.9%；商品消费量为1964.93万吨，比2004年增长2.7%；总消费量为2084.81万吨，比2004年增长2.5%；进口量为614.12万吨，比2004年减少3.8%；出口量为2.67万吨，比2004年减少16.3%。 2006年，中国LPG总消费量与商品消费量分别为2133.69万吨和2019.12万吨，成为世界上第二大LPG消费大国。同时，国内LPG产量稳定增加，2006年总产量为1613.7万吨，位居世界第三。国内市场需求的减少与自主产量的增加，使中国LPG进口市场遭受进一步挤压，出口量大幅增加。2003-2007年我国液化石油气产量呈现快速增长态势，由2003年的1319.7万吨增长至2007年的1918.1万吨，增幅达598.4万吨。 进入2008年下半年以来，国内外经济形势发生了较大的变化，受世界金融危机影响，2008年3季度以来国内LPG需求下降，价格下跌，液化石油气市场需求表现低迷，2008年国内市场液化石油气材表观消费量增速明显下降。尽管中央采取积极的的宏观调控政策，但业内人士对液化石油气发展前景仍十分担忧。近年来，虽然天然气的快速发展会对国内LPG市场产生冲击,但影响力度是有限的；在相当一段时期内,国内LPG产业,无论是生产、运输、销售企业,还是进口气经营企业,仍然大有可为。具体原因如下：能源利用结构合理化、优质化、多元化是保持经济可持续发展的基本要求和必然趋势,有利于国家能源安全体系的建立。纵观我国能源需求现状与发展趋势,LPG与天然气将长期处于共存的状态,两种清洁能源优势互补,实现共同发展。LPG的利用具有不受管道限制、投资少、见效快、供气灵活的优势,对于远离天然气管网的城市周边地区、中小城镇、占人口70%以上的广大农村，LPG存在巨大的市场空间。第二章 材料的选择 球罐材料不仅按其储存物料的性质。压力，温度等因素选定具有足够强度的材料，而且还应考虑到所选材料应具有良好的焊接性能和加工性能，同时还应考虑材料的供给可靠性及经济性等。 材料是球罐设计、制造的基础，材料的性能和质量的好坏直接影响着球罐的质量和安全使用。因此，材料问题已成为球罐的关键问题，直接影响着我国球罐的安全使用。2.1球罐用钢基本要求分析 球罐存储的介质一般为压缩气体或液化气体，大部分为易燃、易爆有毒物质。因此球罐用钢的安全可靠性是最重要的，球罐用钢必须满足国务院颁发的锅炉压力容器安全监察暂行条例和国家质检总局颁发的固定式压力容器安全技术监察规程等法规和规范，及GB150、GB12337等国家标准的要求，必须是压力容器专用钢。 球罐用钢选择主要从两方面考虑：一是技术性和安全性，即加工及使用性能，在满足强度要求的前提下，应保证良好的成型性，优良的焊接、热处理性，足够高的缺口韧性值和长期可靠的使用性能；二是经济性，即应在确保安全的前提下经济合理，因为钢材的价格在球罐投资上占有较大的比例，对球罐用钢提出过高的要求，势必会增加成本，难以保证经济性。2.2国内球罐的常用钢种我国球罐选用的材料主要是国产钢材，在役国产球罐用材主要有：A3F、A3、A3R、20R、16Mn、15MnV、15MnVR、15MnVN、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR及从国外引进的各种球罐材料。到二十世纪末为止，我国建设的球罐主要选用16MnR，约占总量的85%左右，进入21世纪以后据国家标准GB12337-98钢制球形储罐规定，球罐用材可选20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR，国产低温球罐可选用07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR（CF钢）。2.3 选材球罐材料不仅按其储存物料的性质。压力，温度等因素选定具有足够强度的材料，而且还应考虑到所选材料应具有良好的焊接性能和加工性能，同时还应考虑材料的供给可靠性及经济性等。2.3.1钢板 球罐用钢板国外有两条选材原则：欧洲国家广泛采用屈服极限294-441MPa级的中强钢。属于Mn-Si、Mn-V，Mn-Nb和Mn-Ni-v系钢，厚度不加控制。当厚度超过规定的界限时。两种选材原则各有其优缺点。国内研制的490Mpa WCF62钢(低焊接裂纹敏感性的钢种)。这钢号为07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR及16MnR(WH5l0)、15MnNbR616345510640210(横向)311636325490620GB19189-200307MnCrMoVR调制126049061073017-20(横向)47GB6654-1996第一号修改单15MnNbR正火101637053065020-20(横向)34163636053065036603505206402.3.3 接管由3表5选16Mn,正火状态,其机械性能及要求应符合3表5、表6的要求。2.3.4 锻件选16MnD(3表7)采用正火加回火或调质状态，要求及机械性能应符合3规定。(表8)2.3.5 螺栓.螺母按3表10规定,螺栓选35,螺母选Q235 GB699其机械性能及要求应符合3规定。表9正火状态。2.3.6力学性能及工艺性能钢 号交货状态钢板厚度mm拉伸实验冲击实验冷弯实验抗拉强度 MPa屈服点 MPa伸长率 %温度V形冲击功AkvB=2a1800不小于不小于低温低合金钢钢 板16MnDR正火或正火+回火6-1616-3636-6060-100490-620470-600450-580450-58031529527525521-40-3024D=3a07MnNiCrMoVDR调制16-50610-74049017-40 47D=3a09Mn2VDR正火或正火+回火6-16440-57029022-50 27D=2a16-36420-560270注：表中b为宽度；a为钢材厚度；d为弯心直径。第三章 设计参数确定一、确定设计参数（一） 设计温度储罐放在室外，罐的外表面有洒水的设备。在吉林地区，夏季可能达到的最高气温为40。罐体上的温度最高气温将近60。（二） 设计压力球罐上装设水喷淋装置是为了内盛的液化石油气。液化石油气被压缩到1.11.4MPa。液化石油气40时的饱和蒸汽压查得为：P汽=1.77MPa(绝对压力)。(三) 焊缝系数 球罐采用X坡口，双面对接焊,并进行100%的无损探伤,查表知=1.0(四) 水压试验压力由4知水压试验压力为：=1.25球壳材料为16MnR，初选板厚为40,由3表3查得=163MPa, =163MPa 则=1.25P163/163=1.251.771=2.21 MPa试验时水温不得低于5。按公称容积4003设计，由2附录一P41查得球罐基本参数如表 一 1-1表1-1球罐基本参数公称容积1000各带球心角 各 带 分块数 上极带543内 径 12500上温带3620几何容积1023赤道带5420支座型式赤道正切式下温带3620支柱根数10下极带543分带数5总数据设计参数如下 公称容积 ：1000 球罐直径： 12500 mm 几何容积： 1023 支座形式： 赤道正切式 支柱根数： 10 根 分数带： 5带 设计压力： 1.77MPa 设计温度： 55 充装系数： 0.85 防震系数： 8度 建造场地： 吉林 类 近震 基本雪压值：750 N/ 风压值： 550Pa 储存物料： 液化石油气 物料密度： 580kg/平均分子量：50比重 0.56（水为1）运动粘度 2.4107 /s 绝热指数 1.12球罐用材： 16 MnR钢 许用应力： =163MPa第四章 结构设计球罐的结构型式是多种多样的。根据不同的使用条件（介质、容量、压力、温度)，使用不同的材料，球罐的设计和制造水平的差异，有不同的结构型式。我国现行使用的球罐，多以球壳扳的组合方案不同分为橘瓣式和足球瓣与橘瓣组成的混合式两种，以拉杆形式不同分为可调式和固定式两种。4.1 球壳的设计球壳是球罐的主体，它是储存物料和承受物料工作压力和液柱压力的构件。球壳几何尺寸较大，用材量大，它必须由许多瓣片组成球壳设计要按照如下的设计准则进行：(1)必须满足所储存物料在容量、压力、温度方面要求，且安全可靠；(2)受力状况最佳；(3)考虑瓣片加工机械(油压机或水压机)的跨度大小，运箱条件的可能，尽量采用大的瓣片结构，使焊缝长度最小，减少安装工作量，(4)考虑钢板的规格，增强球壳板的互换性，尽量提高板材的利用率。 国内自行设计、制造、组装焊接的球罐多为橘瓣式和混合式排板组成的球壳。其基本结构参照G/T17261 壳结构形式主要分为足球瓣式、桔瓣式和混合式3种(如图4.1)。 （1）足球瓣式球罐球壳用均分法划分，每块球壳板尺寸相同，下料成型规格化，材料利用率高且互换性好，组装焊接接头较短，焊接检验工作量小，但焊接接头布置复杂，施工组装困难，对球壳板的制造精度要求高。 （2）桔瓣式球壳像桔子瓣(或西瓜瓣)，焊接接头布置简单，组装容易，球壳板制造简单，但材料利用率低，对接焊缝总长度长，检验工作量大12。 （3）混合式球罐的球壳组成是：赤道带和温带采用桔瓣式，极板采用足球瓣式。它集中了桔瓣式和足球瓣式两种结构的优点，在国外已被广泛采用，从国外引进的球罐大量采用了该结构。不同结构形式对球罐的制造、安装质量以及投用后的安全可靠性都会带来重大的影响。先进合理的结构，既可合理地利用材料，减少浪费，降低成本；又可有效地减少焊缝总长，减少制造和安装过程中的工作量，提高使用中的安全可靠性。不同分瓣形式分带的数量一般不同，混合式的分带数一般会比桔瓣式少；由于混合式球罐极带有7块板组成，桔瓣式只有3块，两极相加多8块，因此如果两种分瓣形式的支柱和带数完全相同，混合式球罐的球壳板数量反而比桔瓣式多一些。因此一台球罐结构形式的先进与否不能简单看是用混合式还是桔瓣式，而要从焊缝的总长、钢材利用率和制造安装难度来考虑，它同时受钢厂供货尺寸和运输条件的限制。对于小型球罐如400m3的球罐往往采用桔瓣式结构更合理。而大中型球罐采用混合式分瓣方法优势更为明显。 图4.1 球罐分瓣形式 a )足球式 b )桔瓣式 c )足球桔瓣混合式4.2 支座的设计球罐支座是球罐中用以支撑本体质量和储存物料质量的结构部件。为了对付各种影响因素，结构形式比较多，设计计算也比较复杂。支撑主要可分成柱式支撑和裙式支撑。此外，还有V形柱式支撑、三桩合一形柱式支撑，裙式支撑包括圃筒形裙式支撑和锥形裙式支撑)、锥底支撑(也是裙式支撑)、钢筋混凝土连续基础支撑，半埋式支撑、高架式支撑(也有柱式和裙式之分)、可胀缩的支撑(柱式支撑的变种)。图4.2 无补强板平扳顶有托板结构的柱头1端板，2一托板：3一支柱：4一球片4.3 拉杆的设计拉杆是作为承受风载荷及地震载荷的部件，增加球罐的稳定性而设置。拉杆结构可分为可调式和固定式两种。目前，国内自行建造的球罐和引进球罐的大部分采用可调式拉杆。本球罐的支承结构采用单层可调式拉杆结构，如图（4.3）图4.3 单层交叉可调式拉杆1一支柱 ，2一支耳，3一长拉杆，4调节螺母，5一短拉杆第五章 壁厚计算和强度校核5.1 球壳计算液柱的高度H：H=K1R=1.51126250=9445mm；液体的净压力P=94450.05Mpa计算压力： Mpa球罐的壁厚：mm对于07MnCrMoVR取负偏差mm，mm（设备设计），C=2mm设计厚度C=36.99mm，圆整后可取=40mm。5.2 球罐的质量计算球壳平均直径： =12500+30=12540mm；球壳材料密度： =7810Kg/m3充装系数：K=0.85水的密度：=1000/m3球外壳直径：=12580 mm基本雪压值：q=750/Nm-2球面积雪系数：=0.4球壳质量:m1=3.141254030781010-9=1.14105 kg。物料质量:m2=K=12500358010-90.85=5.04105液压实验时液体的质量：m3=125003100010-90.85=8.69105积雪质量：m4=1258027500.410-6=3803保温层质量：=0支柱和拉杆的质量: =8000 支柱质量： mz =10（6002-5842）8000781010-9=9291 kg 拉杆质量： = 20（1502-1402）7725781010-9 =2746 kg 支柱和拉杆的总质量： = mz + ml = 9291 +2746 =12047 kg附件质量：=4000操作状态下的球罐的质量：114000+504000+3800+0+12050+4000=637850液压状态下的球罐的质量：=114000+869000+12050+4000=999050球罐的最小质量：=114000+12505+4000=1300505.3地震载荷计算5.3.1自振周期支柱底板面至球壳中心的距离:=8000mm支柱数目：n=10支柱材料16MnR的常温弹性模量=2.05105MPa支柱外直径600mm；支柱内直径：584mm；支柱横截面的惯性矩：I= 支柱底板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离：=6690mm。拉杆系数可由下表求出：=0.148球罐的基本自振周期 =0.75s5.3.2地震力综合影响系数： =0.45；地震影响系数的最大值：=0.45；特征周期：=0.4s；以上数据来源于化工设备设计手册对应与自振周期T的地震影响系数：球罐水平地震力： =0.450.25556378509.81=7.2105N 5.4风载荷计算确定各参数风载荷系数：K1=0.4 见3P486系数=1.25 （由3表（5）按T查得）风振系数：K2=1+0.35=1+0.351.25=1.43710米高处基本风压值：=550N/m2 （由2表4-3查得）支柱底板底面至球壳中心距离：m风压高度变化系数:=1.0 附件上面大系数：=1.1 (由3P487得):5.5弯距计算与的较大值：=719434+0.2543201.9=730234.4N=43201.9N=730234.4N力臂：L=H-=8000-6690=1310mm由水平地震力和水平风力引起的最大弯距：730234.41310=9.57108N.mm5.6支柱的计算 5.6.1 单个支柱的垂直载荷a.重力载荷操作状态下的重载：=625093N 水压试验下的重载：=979069N b.最大弯距对支柱产生垂直载荷（Fi）max的计算，R=Ri=6250mm(Fi)max=0.25=0.25 C拉杆作用在支柱上的最大垂直载荷。（Pi-j）max=0.3266 d.最大垂直载荷，以上b.c.两项之和的最大值即（Fi+Pi-j）max.（Fi+Pi-j）max=0.1768 =0.1768+0.3018 =262971.4N5.6.2组合载荷 a. 操作状态下支柱的最大垂直载荷: =+（Fi+Pi-j）m=521345.3+262971.4=784316.7Nb. 水压试验状态下支柱的最大垂直载荷:+0.3（Fi+Pi-j）max =+0.3262971.4=905606.3N5.6.3 单个支柱弯矩 （1）偏心弯矩 操作状态下赤道线的液柱高度：h0e = 3801.7mm； 液压试验状态下赤道线的液柱高度：hTe = 6250mm； 操作状态下物料在球壳赤道线的液柱静压力： = g10-9 = 3801.75509.8110-9 =0.021 MPa； 液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力： = g10-9 = 625010009.8110-9 = 0.061MPa； 球壳的有效厚度：e = n c = 30 - 1 = 39mm； 操作状态下物料在球壳赤道线的薄膜应力： = = 143.96MPa 液压试验状态下液体在球壳赤道线的薄膜应力： = = = 151.19 MPa 球壳内半径：Ri =6250mm 球壳材料的泊松比：= 0.3 球壳材料16MnR的弹性模量：E= 2.05105 MPa； 操作状态下支柱的偏心弯矩： = ( 1 - )= Nmm = 336825.3 Nmm 液压试验状态下支柱的偏心弯矩： = ( 1 - )= mm （2）附加弯距操作状态下支柱的附加弯距：=Nmm液压状态下支柱的附加弯距：=Nmm (3)总弯距操作时支柱总弯距MO:Nmm液压状态下支柱的总弯距MT:N.mm5.6.4 支柱稳定性校核（1）支柱的偏心率计算单个支柱的横截面积： A = ( do2-di2 )= ( 6002-5842 )= 14871 mm2 单个支柱的截面系数： Z =( do4-di4 )= (6004-5844 )= mm3 操作状态下支柱的偏心率： =3.78（2）稳定性校核 计算长度系数：K3 = 1.0； 支柱的惯性半径： ri = mm 支柱长细比： = 操作状态下偏心受压支柱的稳定系数，按GB12337-98表18选取： = 0.859 液压试验状态下偏心受压支柱的稳定系数，按GB12337-98表18选取： = 0.688 支柱材料：16MnR，s =345MPa 支柱材料的许用应力： = = 3451.5 = 230 MPa 操作状态下支柱的稳定性校核： 液压试验状态下支柱的稳定性校核： 操作状态和液压试验状态都满足稳定性条件，则通过。5.7 地脚螺栓计算5.7.1 拉杆作用在支柱上的水平力 拉杆和支柱间的夹角： 36.3=0.7345 拉杆作用在支柱上的水平力： =134000.7345=9842.3N5.7.2 支柱底板与基础的摩擦力 支柱底板与基础的摩擦系数：fs = 0.4 支柱底板与基础的摩擦力： =51000N5.7.3 地脚螺栓 因FsFc，球罐不须设置地脚螺栓。但是为了固定球罐的位置，设置两个M30 定位的地脚螺栓。5.8 支柱底板5.8.1 支柱底板直径 基础采用钢筋混凝土，其许用压应力： = 3.0 MPa 地脚螺栓直径d= 30mm； 支柱底板直径： 选取底板直径 = 1100 mm 图5.2 基础示意图5.8.2 底板厚度 底板的压应力： 底板外边缘至支柱外表面的距离：Lb=（1100-600）/2=250mm 底板材料：Q235-A，s = 225 MPa 底板材料的许用弯曲应力： = =150 MPa 底板的腐蚀裕量：Cb = 3mm 底板厚度：mm选取底板厚度40 mm。 图 5.3 拉杆结构示意图5.9 拉杆计算5.9.1 拉杆螺纹小径的计算： 拉杆的最大拉力： = 拉杆材料：16MnR，s = 320 MPa 拉杆材料的许用应力：T = S / 1.5 = 3201.5 = 213.33 MPa 拉杆的腐蚀裕量： = 2 mm 拉杆螺纹小径： 选取拉杆的螺纹公-称直径为20mm。5.9.2 拉杆连接部位的计算: （1）销子直径 销子材料：45号钢，s= 295 MPa 销子材料的许用剪切应力： = 0.4s = 0.4295 = 118 MPa销子直径： 选取销子直径dP =10 mm （2）耳板厚度 耳板材料：Q235钢，s = 235 MPa 耳板材料的许用应力： = = 213.6 MPa 耳板厚度： mm 选取耳板厚度为10mm。 （3）翼板厚度 翼板材料：Q235，s=235 MPa 翼板厚度：mm 选取翼板厚度为10mm。 （4）焊缝强度验算 支柱与耳板连接焊缝单边长度：= 400 mm 支柱与耳板连接焊缝焊角尺寸： = 10 mm支柱或耳板材料屈服点的较小值：s = 235 MPa 角焊缝系数： a = 0.7； 焊缝许用剪切应力： w = 0.4s a = 0.42350.7 = 65.8MPa 耳板与支柱连接焊缝的剪切应力校核： 拉杆与翼板连接焊缝单边长度：L1 = 1800 mm 拉杆与翼板连接焊缝焊角尺寸：S1 = 8 mm 拉杆与翼板材料屈服点的较小值：s = 235 MPa 角焊缝系数：a = 0.7； 焊缝许用剪切应力： w= 0.4s a = 0.42350.7 = 65.8 MPa 拉杆与翼板连接焊缝的剪切应力校核： 5.10 支柱与球壳连接最低点a的应力校核5.10.1 a点的剪切应力支柱与球壳连接焊缝单边的弧长：Lw = 1400 mm球壳a点处的有效厚度：ca =55mm 操作状态下a点的剪切应力： 液压试验状态下a点的剪切应力：5.10.2 a点的纬向应力 a.操作时a点纬向应力= =Pa点液柱静压力为0.021b.水试时a点纬向应力：=PTa水试时液柱静压力为0.061（a点的）5.10.3 a点的应力校核 操作状态下a点的组合应力： =01 + 0 = 4.3+102.2=106.5MPa 液压状态下a点的组合应力： =T1 +=6.37+106.8=113.17MPa 应力校核： 0a =106.5 MPat =163MPa Ta =113.17MPa 0.9 s =0.9325 =292.5MPa 则校核通过。5.11 支柱与球壳连接焊缝的强度校核 G0 + (Fi)max 和GT + 0.3( Fi )max 两者中的较大值： G0 + ( Fi )max =625093 + 38280=660000N GT + 0.3( Fi )max =979069 + 0.33828043201.9/730234.4 =980000N W = GT +0.3( Fi )max =980000 N 支柱与球壳连接焊缝焊角尺寸：S =6mm 支柱与球壳连接焊缝的剪切应力： w = W / 1.41 Lw S =980