1500m3丙烯球罐设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除1500m3丙烯球罐设计摘要本文首先对球形储罐的特点、发展概况和结构形式进行了简单的介绍，然后对目前国内外对球形储罐的研究水平进行了研究，发现目前国内的研究水平和国外相比还是有一定的差距。对球形储罐设计的意义在于：通常球罐作为大容量、有压存储容器，在各工业部门中作为液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）、液氨、液氧、液氢、液氮及其他中间介质的贮存,也作为压缩空气、压缩气体（氧气、氮气、城市煤气）的贮存；在原子能工业中球罐还作为安全壳（分割辐射和无辐射去的大型球壳）使用，总之随着工业的发展，球罐的使用范围也越来越广泛。但是目前限制球罐向大型化发展的主要因素有：设计制造规范、球罐用钢、球罐现场组装和焊接问题、球罐现场热处理、球壳板尺寸精度，因此对球罐的结构和材料的选用提出了新的要求。本文主要针对球罐的上支柱连接结构进行了相应的改进，把U形柱结构型式支柱改为长圆形结构型式支柱，在球罐施焊过程中和球罐受力方面到得了优化。 关键词：球形储罐 应用范围 大型化 支柱结构Design of 1500m3 Propylene Spherical TankAbstractFirst, the characteristics, development of the survey and structural of the Spherical Tank are introduced in this paper. Then the Level of research for Spherical tank at home and abroad were studied. Study found that the level of development, or has a gap compared domestic to foreign. The significance of the spherical tank design are as follows: Usually as a large spherical tank capacity, pressure storage containers, In the industrial sector as liquefied petroleum gas (LPG), liquefied natural gas (LNG), liquid ammonia, liquid oxygen, liquid hydrogen, liquid nitrogen, and other storage media center, also as compressed air, compressed gases (oxygen, nitrogen, city gas . .) of the storage; In the atomic energy industry, also serves as the containment sphere (division of radiation and no radiation to the large spherical shell), In short With industrial development, the use of spherical tanks are increasingly being used. But the current restrictions on development to large spherical main factors: design and manufacturing specifications, spherical steel, spherical field assembly and welding problems, spherical tanks on-site heat treatment, dimensional accuracy of shell plates. Therefore, the structure of spherical tank and material selection were proposed new requirements. This paper corresponding improves on the pillar of the main connection for the spherical structure, changing the U-shaped column structure type pillar into pillar oblong structure type, has optimization in the spherical tank welding process and the terms of the spherical tank force. Key Words: Spherical tank; Scope of application; Large to turn; Support structure目 录摘要ABSTRACT第一章 绪论21.1 概述21.2 球罐的设计参数31.3 国内外发展情况3第二章 基本尺寸确定52.1 外形尺寸的确定52.2 材料选择52.3 球壳设计7第三章 球罐受力分析93.1 球罐质量计算93.2 地震载荷计算103.3 风载荷计算113.4 弯矩计算11第四章 强度及稳定性校核134.1 支柱计算134.2 地脚螺栓计算164.3 支柱底板计算174.4 拉杆计算174.5 支柱与拉杆最低点a点应力计算194.6 支柱与球壳连接焊缝强度204.7 开孔补强校核21第五章 球壳分瓣计算235.1 赤道带和上温带合板（如图5-1）235.2 赤道带（如图5-2）245.3 极板（如图5-3）25第六章 工厂制造及现场组装296.1工厂制造296.2现场组装306.3组装方案31第七章 检验357.1原材料检验357.2车间制造检验377.3安装焊接检验417.4竣工检查467.5使用安全检查48第八章 技术经济分析52第九章 结论53参考文献55致谢58第一章 绪论1.1概述近十几年来球形容器在国外发展的很快，我国球形容器引进建设在七十年代才得到了飞速的发展。通常球罐作为大容量、有压存储容器，在各工业部门中作为液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）、液氨、液氧、液氢、液氮及其他中间介质的贮存；也作为压缩空气、压缩气体（氧气、氮气、城市煤气）的贮存。在原子能工业中球罐还作为安全壳（分割辐射和无辐射去的大型球壳）使用。总之随着工业的发展，球罐的使用范围也越来越广泛。本设计选择了球形容器的主要原因是球罐与常用的圆筒形容器相比有以下特点： 球罐的表面积最小，即在相同容量下球罐所需要的刚才最少。 球罐壳板承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下，采用同样钢板是球罐的板厚只需圆通形容器的一半：以上两个特点使球罐在用材远比同样容量、同样压力下的圆通形容器省料。 球罐占地面积小，且可向高度发展，有利于地表面积的使用。由于这些特点，再加上球罐基础简单外观漂亮，受风面积小等原因，使球形容器应用得到扩大。球形容器课按不同方式，如储藏温度、结构形式等分类。按储藏温度分类： 常温球罐 这类球罐一般用于盛装液化石油气、氨、煤气、氧、氮等。这类容器的压力较高，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摄氏度。 低温球罐 这类球罐的设计温度低于常温（即-20摄氏度），一般不低于-100摄氏度。压力属于中等（视该温度下的饱和蒸汽压而定）。 深冷球罐 这类球罐的设计温度在-100摄氏度以下。往往在介质液化点以下贮存，压力不高，有时为常压。由于保冷要求高，常采用双层球壳。按结构形式分类：按形状分有圆球形、椭球形、水滴形或以上几种形式混合；圆球按分瓣方式分有橘瓣式、足球瓣式混合瓣式；圆球形按支撑方式分有支柱式、裙座式、半埋式、V形支撑等。1.2 球罐的设计参数球罐的主要设计参数为设计压力和设计温度。这两个参数互有影响，对球罐的设计影响很大，决定了材料的选用。 （1）设计压力 设计球罐时用来确定各部件的计算厚度或机械强度的压力。设计压力由工艺条件确定，要考虑以下几方面： 贮存介质为液化气是设计压力由最高设计温度决定； 装有安全阀时，设计压力取安全阀调定压力； 装有爆破膜时，设计压力取爆破膜的爆破压力； （2）设计温度 与设计压力同时存在的球罐壁温为设计温度。 设计温度有工艺条件确定时根据工艺传热计算确定金属壁温为设计温度。 设计温度由大气环境温度决定时，参照一下方法： 最低气温-取当地月平均最低气温； 最高温度-取当地月平均最高气温为依据。此值高于27时取最高温度为48，低于27时取最高温度为40，当贮存液化气时，一般以此作为设计温度并由此决定设计压力。 （3）设计压力与设计温度配合 当球罐时可能会出现不同的压力和温度的配合，则应取最不利的同时出现的压力和温度配合作为设计依据，但对其他可能出现的压力和温度配合进行校核，以证明设计满足各种使用条件。1.3 国内外发展情况中国球罐产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达国家，生产要素决定性作用正在削弱，产品能源消耗大、产出率底、环境污染严重、对自然资源破坏力达；企业总体规模缩小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。中国球罐产业发展研究报告阐述了世界球罐产业的发展历程，分析了中国球罐产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型球罐产业”及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”“科技创新”“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型球罐产业”及替代产品的内涵，根据“新型球罐产业”及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国球罐产业发展就进行了全面的研究。从目前来看球罐相大型化发展是必然的趋势，球罐建造正向着大型化、结构多样化、高参数的方向发展。由于大型化的经济性十分明显，以成为世界各国优先重视的重要课题。球罐不同时期受着不同因素的制约。随着相应技术的发展，这些制约引述不断的得到解决，又促使球罐大型化的发展。从国内情况看，目前限制球罐向大型化方向发展的影响因素有：（1）设计制造规范；（2）球罐用钢；（3）球罐现场组装和焊接问题；（4）球罐现场热处理；（5）球壳板尺寸精度；（6）吊装运输能力。总的来说球罐的发展还有很多问题需要我们来解决，正因为球罐的发展面临很多问题才使得球罐未来的发展前景很广泛。第二章 基本尺寸确定2.1 外形尺寸的确定V=43R3R3=150034得 R=7.101m 圆整到R=7100mmV=43R3=437.103=1499m3球罐的几何容积为1499立方米因为充装物质为丙烯，挥发性比较强所以选充装系数K=0.902.2 材料选择 我国建造大型球罐主要用钢采用20R、16MnR、16MnDR、15MnNbR、07MnCrMoVR。国外球罐用钢的典型钢种有美国的A517F、日本的WEL-TEN62CF、HW70、WEL-TEN80、WEL-TEN80C、SPV36。按照大型球罐选材的要求，对本次1500m3丙烯球罐进行了设计选材（见表2-1表2-4）表2-1 1500m3丙烯球罐选材方案比较材料厚度/mm耐H2S腐蚀性能球壳质量/t球罐质量/t整体热处理单台造价/万元16MnR50.84好197237必须处理38007MnCrMoVR39.9差155205必须处理38815MnNbR50.7好183232必须处理395表2-2 1500m3丙烯球罐用钢机械性能比较材料交货状态板厚/mm屈服强度S/MPa延伸率/5冲击韧性AKV/J16MnR正火366030547031（20横向）07MnCrMoVR调质205049061027（-15横向）15MnNbR正火366034052062034（-20横向）表2-3 07MnCrMoVR和15MnNbR钢化学成分/表2-4 07MnGrMoVR刚化学成分 16MnR钢板是使用量最大的压力容器专用钢板，钢材的焊接性能更较好，广泛用于建造各类压力容器和中小型球罐，但16MnR板厚效应较为严重，其强度和韧性随板厚的增加下降较大。厚度为48mm时，16MnR钢板实物的韧性储备量不高，在设计厚度50mm时使用。 15MnNbR焊接性能与16MnR相近，但强度和韧性均高于16MnR，板厚韧性也较好，强度也比16MnR高10，因而可是球罐总重量下降8。15MnNbR具有良好的综合性能，焊接性能和抗H2S腐蚀性能，可大大提高球罐使用的安全可靠性，是大型球罐的理想钢种，在设计厚度60mm是使用。 07MnCrMoVR钢是我国“七五”其间开发出来的新品种，现已纳入GB150-1998中。该钢的力学性能相当于WEL-TEN62CF钢的实际水平。07MnCrMoVR钢采用低碳多元微合金以严格控制碳当量（Ceq0.42）和焊接裂纹敏感性组织（Pcm0.20）,并通过合理的调质热处理获得最佳强韧比的组织结构，从而从根本上保证了其焊接性能和优良的低温韧度。但对存储介质的H2S含量要求严格，一般在设计厚度50mm时使用。 丙烯为易燃易爆介质，同时含有一定的H2S杂质，一般情况下含量不高，但在异常时H2S含量可达300x10-6或更高。因此丙烯球罐在选材时除考虑球罐本身的受力要求外，还应从材料化学成分、力学性能方面选择耐H2S应力腐蚀的钢种，焊接后还应进行消除残余应力的整体热处理，减少应力腐蚀的可能性。 通过对采用16MnR、07MnCrMoVR和15MnNbR三个方案进行综合分析比较（表2-1表2-4），认为16MnR板厚效应严重，设计厚度不宜超过50mm；07MnCrMoVR的力学性能及其稳定性好，板厚力学性能一般，但不允许有H2S腐蚀情况存在，不宜在本球罐设计中使用；15MnNbR属于中强度钢板，厚板力学性能稳定，韧性储备好，具有良好的抗H2S腐蚀能力。用15MnNbR制造球罐，虽然板厚度较07MnGrMoVR厚，但总成本与07MnCrMoVR相差不多，所以最后决定本球罐选用15MnNbR材料作球罐的主要用钢。接管材料选16Mn，扶梯、支柱选20号钢，拉杆选40MnB，底板选Q235-B。2.3 球壳设计根据设计参数，球壳选取混合式四带球罐。静液柱高度按H=2cosarctan1-2K-1+2K-13+1R代入数据解得H=11419mm设计压力：P=2.16MPa球壳各带的物料静液柱高度（如图2-1所示） 图2-1 球罐静液位示意图h1=0mmh2=3700mmh3=9339mmh4=11419mm物料密度2=480kg/m3重力加速度g=9.81m/s2球壳各带计算压力：Pct=P+ht2g10-9Pc1=2.16MPaPc2=2.16+37004809.8110-9=2.177MPaPc3=2.16+93394809.8110-9=2.204MPaPc4=2.16+141994809.8110-9=2.214MPa当材料是16MnR时，焊缝选双面焊100%无损检测，=1.0C=C1+C2=1+1=2mmd2=Pc2Di4t-Pc2+C=2.177140004176-2.177+2=45.2mmd3=Pc3Di4t-Pc3+C=2.204140004176-2.204+2=45.97mmd4=Pc4Di4t-Pc4+C=2.21140004176-2.21+2=46.09mm取球壳的名义厚度n=47mm。第三章 球罐受力分析3.1 球罐质量计算球罐平均直径：DCP=14047mm球壳材料密度：1=5627kg/m3充装系数：K=0.90水的密度：3=1000kg/m3球壳外径：DO=14294mm基本雪压：q=400N/m2(以南京地区五十年一遇最大雪压选取)球面积雪系数：CS=0.4球壳质量：m1=D2cps110-9=14047247562710-9=168559kg物料质量：m2=6Di32K10-9=61420034800.910-9=647332kg液压试验时的：m3=6Di310-9=61429420.440010-6=2616kg保温层质量：m5=0 (因为该设备为常压储罐2Rsin（22+2）H，所以无需保温)支柱和拉杆质量：支柱选10根。600x18，支柱长L=8300mm，材料为10号钢。 m6=0.8378503002-291210-610+650785020220 10-6=7800kg附件质量：人孔两个，公称直径500mm，质量302kg，人孔接管16Mn。扶梯的设计：本设计扶梯选择近似球面螺旋线性盘梯，主要参数：球罐内半径： R=7100mm球罐壁板厚度：=47mm梯子宽度（包括侧板后）：b=712mm梯子侧板宽：b1=180mm顶平台板厚度：S=4.5mm梯子或顶平台板与球面最小距离：t=245mm假想求圆半径：R1=R+t=7100+47+245=7392mm顶平台最大半径：R2max=R12-(R1+s-b1)2=73922-(7392+4.5-180)2=1601mm顶部平台半径：R2R2max，所以R2=1600mm顶部平台上面相对于赤道平面的距离：Z1=b1+R12-R22=180+73922-16002=7397mm盘梯中心回转半径：r=R12+R1b+(b2)2-R222R1+b=73922+7392712+（7122）2-1600227392+712=3709mm盘梯圆柱中心轴线与球心距离：X0=R12+R1b+(b2)2+R222b1+b=4039mm盘梯终点的水平回转角：终=arccosrX0=arccos3709-4039=arccos-0.9183=1564041附件质量：m7=5300kg操作状态下球罐质量： mo=m1+m2+m4+m5+m6+m7=168559+647332+2616+7800+5300=831607kg液压试验状态下球罐质量：mT=m1+m3+m6+m7=168559+1436027+7800+5300=1617686kg球罐的最小质量：mmin=m1+m6+m7=168559+7800+5300=181659kg3.2 地震载荷计算支柱底板面至球壳中心距离：Ho=8300mm支柱数目：n=10支柱材料为10号钢常温弹性模量：ES=2.0x105MPa支柱外径：do=600mm支柱内径：di=564mm支柱截面惯性矩：I=64do4-di4=646004-5644=1.4109mm4支柱底板面至拉杆中心线与支柱中心线交点处距离：l=4694mm拉杆影响系数：=1-（lH)23-2lHo=1-(46948300)23-246948300=0.402球罐的基本自振周期：T=moHo310-33nEsI831607830030.40210-33102.01051.4109=0.151s综合影响系数：CZ=0.45由于南京地区地震设防烈度为7级，建造场地为II级类场地土，由GB12337-98、表14、图9查得max=0.23对应于自振周期T的地震影响系数：=0.3maxT=51=0.457球罐的水平地震力为：Fe=CZmog=0.450.4578316079.81=1.68106N3.3 风载荷计算风载体形系数：K1=0.4风振系数：K2=1=0.351=1.35按GB12337-98表15选取系数1=1.010m高度处基本风压值qo=400N/m2（以南京地区五十年一遇最大风压选取）支柱底板值球壳中心距离：Ho=8.3m风压高度变化系数：f1=lnH0-ln0.03ln10-ln0.032=0.968球附件增大系数：f2=1.1球罐所受水平风力： FW=4Do2K1K2qof1f210-6=41429420.41.354000.9681.110-6=3.355104N3.4 弯矩计算 视地震载荷和风载为一作用于球壳中心的集中水平载荷，则由于地震力和水平风力引起的最大弯矩计算式：Fmax=Fe+0.25FwMmax=Fe+0.25FwL力臂：L=Ho-l=8300-4694=3606mm,则Mmax=FmaxL=6.06109nmm球罐的最终简图如下图所示第四章 强度及稳定性校核4.1 支柱计算1.单个支柱的垂直载荷A.重力载荷：操作状态下的重力载荷Go=m0gn=8316079.8110=8.16105N液压试验下的重力载荷GT=mTgn=16176869.8110=1.59106NB.支柱最大垂直载荷：支柱中心圆半径：R=7100mm按GB12337-98表17计算最大弯矩对支柱产生垂直载荷的最大值（Fi）max=0.2000MmaxR=0.20006.061097100=1.707105N拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值（Pi-j）max=03236lFmaxR=0.322646941.6881067100=3.60105N以上两力之和的最大值（Fi+Pi-j）max=0.1176MmaxR+0.3078lFmaxR=0.11766.061067100+0.307846941.6881067100=3.436105N2.操作状态下支柱的最大载荷Wo=Go+(Fi+Pi-j)max=8.16105+3.436105=1.16106N 液压试验状态下支柱的最大载荷 WT=GT+0.3(Fi+Pi-j)maxFwFmax=1.59106+0.33.4361053.3551041.688106=1.592106N3.单个支柱弯矩A.偏心弯矩操作状态下赤道线液柱高度：h0e=4670mm液压状态下赤道线的液柱高度：hTe=7100mm操作状态下物料在赤道线的液柱静压力：Poe=h0e2g10-9=46704809.8110-9=0.022MPa液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力：PTe=hTe2g10-9=71004809.8110-9=0.0334MPa 球壳的有效壁厚e=n-C=47-2=45mm操作状态下物料在球壳赤道线的薄膜应力：oe=P+Poe(Di+e)4e=2.16+0.022(14200+45)445=172.68MPa液压试验状态下的液体在球壳赤道线的薄膜应力：Te=PT+PTe(Di+e)4e2.7+0.0334(14200+45)445=216.32MPa球壳内半径Ri=7100mm球壳材料泊松比=0.3球壳材料弹性模量E=2.0105MPa操作状态下支柱的偏心弯矩：Mo1=oeRiWoE1-=172.6871001.161062.0105(1-0.3)=4.98106Nmm液压试验状态下支柱的偏心弯矩：MT1=TeRiWTE1-=216.3271001.5921062.01051-0.3=8.56106NmmB.附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩：Mo2=6EsIoeRiHo2E1-=62.01058.0108172.687100830022.0105=8.54107Nmm液压试验状态下支柱的附加弯矩：MT2=6EsIteRiHo2E1-=62.01058.0108216.327100830022.0105=1.07108NmmC.总弯矩操作状态下支柱的总弯矩：Mo=Mo1+M02=4.98106+8.54107=9.038107Nmm液压试验状态下支柱的总弯矩：MT=MT1+MT2=8.56106+1.07108=1.166108Nmm4.支柱稳定性校核 、支柱的偏心率计算单个支柱的截面积A=4do2-di2=46002-5642=32895mm2单个支柱的截面系数Z=(do4-di4)32do(6004-5644)32600=4.65106操作状态下支柱的偏心率o=MoAWoZ=9.038107328951.161064.65106=0.55液压状态下支柱的偏心率T=MTAWTZ=1.166108328951.5921064.65106=0.518 、稳定性校核：计算长度系数K3=1 支柱惯性半径ri=IA=1.410932895=206.0mm 支柱细长比=K3H0ri=8300206.0=40.3 操作状态下偏心受压支柱的稳定系数，查表18 op=0.579 液压试验状态下偏心受压支柱的稳定系数，查表18 Tp=0.613支柱材料20钢s=205MPa c=s1.5=137MPa操作状态下稳定性校核 WoAop=1.16106328950.579=60.9MPac=137MPa液压试验状态下支柱稳定性校核 WTATp=1.592106328950.613=80.0MPac=137MPa支柱稳定性校核通过4.2 地脚螺栓计算1、拉杆和支柱之间的夹角： =arctan21944694=25.1 拉杆作用在支柱上的水平力 Fc=(Pi-j)maxtan=3.6105tan25.1=1.68105N2、支柱底板与基础的摩擦力 地板基础选钢筋混凝土 基础与地板的摩擦系数fs=0.4 底板与基础的摩擦力 Fs=mmingnfs=0.41816599.8110=7.13104N3、地脚螺栓因为FsFc故必须设地脚螺栓每个支柱上的地脚螺栓个数：nd=2地地脚螺栓材料Q235-B =235MPa地脚螺栓材料许用剪切应力 B=0.4s=0.4235=94MPa地脚螺栓腐蚀余量CB=3mm地脚螺栓的螺纹小径 dB=1.13Fc-FsndB+CB=1.13(1.68-0.713)105294+3=25.68mm选取M27的地脚螺栓4.3 支柱底板计算1、支柱底板直径 基础采用钢筋混凝土，其许用压力bc=3.0MPa 地脚螺栓直径d=30mm 支柱底板直径 Db1=1.13Wmaxbc=1.131.5921063=823.2mm Db2=810d+do=81030+600=840900mm选底板直径为Db=900mm2、底板厚度，地板的压应力 bc=4WmaxDb2=41.5921063.149002=2.50MPa底板外缘至支柱处外表面距离 lb=900-6002=150mm底板材料选Q235-B s=235MPa底板材料弯曲许用应力 b=s1.5=2351.5=156MPa底板腐蚀裕量Cb=3mm底板厚度 b=3bclb2b+Cb=32.51502156+3=35.9mm选底板厚度b=45mm4.4 拉杆计算1、拉杆螺纹小径计算：拉杆的最大拉力 FT=(Pi-j)maxcos=3.60105cos25.1=3.975105N拉杆材料40MnB s=635MPa拉杆材料的许用应力 T=s1.5=6351.5=423MPa拉杆腐蚀裕量CT=2mm拉杆螺纹小径： dT=1.13FTT+CT=1.133.975105423+2=36.6mm选取拉杆螺纹为M272、拉杆连接部位的计算 销子直径 销子材料选用40MnB s=635MPa 销子材料的许用剪切应力 T=0.4s=0.4635=254MPa 销子直径 dp=0.8FTp=0.83.975105254=31.6mm 选取销钉直径为dp=36mm 耳板厚度 材料选用40MnB s=635MPa 耳板材料许用压应力 c=s1.1=6351.1=577MPa 耳板厚度 c=FTdpc=3.97510536577=19.1mm 取耳板厚度为24mm 翼板厚度 材料选用40MnB s=635MPa n2=cs2s=24212mm图4-1 拉杆连接示意图 焊缝强度验算 A 支柱和耳板焊缝的验算 焊缝单边长度：L1=800mm 焊缝角尺寸：S1=12mm 支柱或耳板材料屈服点较小值：s=205MPa 角焊缝系数：=0.6 焊缝许用剪切应力： w=0.4s=0.42050.6=49MPa 支柱和耳板间焊缝的剪切应力校核 FT1.41L1S1=3.9751051.4180012=29.4MPaw B 拉杆和翼板焊缝的验算 焊缝单边长度：L2=200mm 焊缝角尺寸：S2=10mm 拉杆或翼板材料屈服点较小值：s=635MPa 焊缝许用剪切应力： w=0.4s=0.46350.6=152MPa 拉杆和翼板间焊缝的剪切应力校核 FT2.82L1S1=3.9751052.8220010=67.3MPaw4.5 支柱与拉杆最低点a点应力计算 1、a点的剪切应力（如图4-2所示）图4-2 最低点a示意图 支柱与球壳连接焊缝单边的弧长：Lw=2663mm 球壳a点处有效厚度：ea=45mm 操作状态下a点的剪切应力： o=Go+(Fi)max2Lwea=8.16105+1.7071052266345=4.12MPa 液压试验状态下a点的剪切应力： T=GT+0.3(Fi)maxFwFmax2Lwea=1.59106+0.31.7071053.3551041.6881062266345=6.64MPa 2、a点的纬向应力 操作状态下a点的液柱高度 hoa=7272mm 液压试验下a点的液柱高度 hTa=9702mm 操作状态下物料在a点处静压力 Poa=hoa2g10-9=72724809.8110-9=0.034MPa 液压试验下物料在a点处静压力 PTa=hTa1g10-9=970210009.8110-9=0.096MPa 操作状态下a点的纬向应力 o1=P+Poa（Di+ea）4ea=2.16+0.034(14200+45)4451=173.6MPa 液压试验下a点的纬向应力 T1=PT+PTa（Di+ea）4ea=2.7+0.096(14200+45)4451=221.3MPa 3、a点的应力校核 操作状态下a点的综合应力 ea=o1+o=173.6+4.12=177.72MPat=205MPa 液压试验下状态下a点的综合应力 Ta=T1+T=221.3+6.64=227.94MPa0.9s=0.9490=441MPa 则通过应力校核a点安全4.6 支柱与球壳连接焊缝强度W=maxGo+(Fi)max,GT+0.3(Fi)maxFwFmaxW=max9.867105,1.59106W=1.59106N支柱与球壳连接焊缝角尺寸 S=16mm支柱与球壳连接剪应力：w=W1.41LwS=1.591061.41266316=26.5MPa支柱与球壳屈服点较小值： s=205MPa焊缝许用剪切应力：w=0.4s=0.42050.6=49MPa应力校核：w=26.5MPaw 则通过4.7 开孔补强校核接管材料选择16Mn，根据国家相关标准规定只需对人孔、安全阀及进出口接管进行开孔补强校核。1、人孔开孔补强计算人孔接管选530x15，t=163MPa, C2=1mm接管壁厚计算t=PcD02t-Pc=2.1650021501-2.16=3.3mm接管有效厚度et=-C2-C1=15-1-150.15=11.75mm开孔直径 d=di+2C=500+21+150.15=506.5mm接管有效补强宽度B=2d=2506.5=1013mm接管处侧有效补强高度h1=dnt=506.515=87.16mm需要补强面积A=d=506.546.09=23344.6mm2可以作为补强面积为A1=B-de-=1013-506.547-46.09=460.9mm2A2=2h1(et-t)fr=287.1611.75-3.63=1473.0mm2A1+A2A-A1-A2=21410.7mm2补强圈厚度K=A4B-do=21410.71013-530=44.3mm实际补强与筒体等厚度K=47mmA4=KB-d=471013-530=22701mm2A1+A2+A4=24634mm2A同时计及焊缝面积A3之后，补强足够2、进出料及安全阀接管均取16Mn 273x15 ，t=163MPa接管壁厚计算t=PcD02t-Pc=2.1625021631-2.16=1.65mm接管有效壁厚et=-C2-C1=15-1-150.15=11.75mm开孔直径d=di+2C=243+21+150.15=249.5mm有效补强宽度B=2d=2249.5=499mm接管处侧有效补强高度h1=dnt=249.515=64mm需要补强面积A=d=249.546.09=11499.5mm2可以作为补强面积A1=B-de-=249.547-46.09=227.0mm2A2=2h1(et-t)fr=26411.75-3.3=1081.6mm2A1+A2A-A1-A2=10191mm2补强圈厚度K=A4B-do=10191499-273=45.09mm实际补强与筒体等厚度K=47mmA4=KB-d=47499-273=10622mm2A1+A2+A4=227+1081.6+10622=11930.6mm2A同时计及焊缝面积A3之后，补强足够第五章 球壳分瓣计算查表 赤道带50 上温带40 上下级901=36 2=9 3=18 0=90 半径R=7100mm 赤道带分瓣数N=20赤道带轴向球心角=18赤道带和上温带B球心角0=90极中板球心角1=36极侧板球心角2=9极边板球心角3=18 5.1 赤道带和上温带合板（如图5-1）弧长L=R0180=311147mm弦长L=2Rsin(02)=27100sin(902)=10041mm弧长B1=2RNcos(02)=23.14710020cos902=1576mm弦长B1=2Rsin(02)sin(2)=27100sin(902)sin(182)=1571mm弧长B2=2RNcos5=23.147100200.996=2220mm弦长B2=2Rcos5sin(2)=271000.996sin(182)=2212mm弦长D=2R1-cos202cos22=271001-cos2902cos2182=10163.0mm弧长D=R90arcsinD2R=3.14710090arcsin10163.014200=11320.7mm图5-1 赤道带和上温带合板示意图5.2 赤道带（如图5-2）弧长L=R0180=36192.8mm弦长L=2Rsin(02)=27100sin(502)=6001.2mm弧长B1=2RNcos(02)=23.14710020cos502=1576mm弦长B1=2Rcos(02)sin(2)=27100sin(502)sin(182)=1571mm弧长B2=2RNcos5=23.147100200.996=2220mm弦长B2=2Rcos5sin(2)=271000.996sin(182)=2212mm弦长D=2R1-cos202cos22=271001-cos2502cos2182=6329.8mm弧长D=R90arcsinD2R=3.14710090arcsin6329.814200=6557.4mm图 5-2 赤道带瓣片示意图5.3 极板（如图5-3）图5-3 极板示意图 对角线与弧长最大距离：H=1+sin212+2=1+sin2(18+9)=1.1mm弦长B1=2Rsin(12+2)H=27100sin(27)1.1=5860.6mm弧长B1=R90arcsinB12R=247.7arcsin5860.614200=6037.9mm弦长D0=2 B1=25860.6=8288mm弧长D0=R90arcsinD02R=247.7arcsin828814200=8845mm弧长B2=R(1+22)180=3.147100(36+29)180=6688.2mm弦长B2=2Rsin12+2=27100sin27=6446.7mmA极中板(如图5-4所示)A=1-sin212sin2(12+2)=1-sin218sin2(27)=0.990mm弧长B2=R1180=34458.8mm弦长B2=2Rsin12=27100sin18=4388mm弧长L2=R(1+22)180=3.147100(36+18)180=6688.2mm弦长L2=2Rsin12+2=27100sin27=6446.7mm弦长L1=2Rcos12sin(12+2)A=27100cos18sin270.99=6193.1mm弧长L1=R90arcsinL12R=3.14710090arcsin6193.114200=6405.2mm弦长B1=2Rsin12cos12+2=27100sin18cos27=3909.8mm弧长B1=R90arcsinB12R=3.14710090arcsin3909.814200=3959.0mm弦长D=L12+B12=6193.12+3909.82=7324mm弧长D=R90arcsinD2R=3.14710090arcsin732414200=7691.2mm图5-4极中板示意图B极侧板(如图5-5所示)图5-5极侧板示意图弦长L1=6193.1mm弧长L1=6405.2mm弦长L2=2Rsin(12+2)H=27100sin271.1=5860.6mm弧长L2=R90arcsinL22R=3.14710090arcsin5860.614200=6038.4mm弧长B2=R2180=3.1471009180=1114.7mmmm弦长B2=2Rsin22=27100sin4.5=1114.1mK=2Rsin12cos(12+2)A=14200sin18sin270.99=3949.3mm1=arcsinL22R-arcsinK2R=arcsin5860.614200-arcsin3949.314200=8.2弧长B1=R1180=1015.6mm弦长B1=2Rsin12=27100sin4.1=101