160吨球形容器及内燃法整体热处理设计

毕 业 设 计题目名称：160 吨球形容器及内燃法整体热处理设计院 系：专 业：学生姓名：学 号：指导教师：毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 年 月 日摘要球 形 储 罐 是 一 种 常 见 的 、 基 础 简 单 、 设 计 方 便 、 应 用 广 泛 的 有 压 存 储 容 器 。本次设计主要按照 GB123371998钢制球形储罐设计进行设计。根据参数设计了 160 吨球形储罐。球壳材料选 Q345R,支柱采用赤道正切式支柱式支承。球壳采用的是三带混合式，为了承受风载荷和地震载荷，保证球罐的稳定性，在支柱之间设置拉杆相连，拉杆结构采用可调节式拉杆。文中还分别对球壳,支柱等进行结构设计以及压力实验，以结构强度的设计计算为主，从基础理论、设计方法、结构分析、标准规定等方面进行了系统的阐述。关键词：球形储罐，结构计算，强度校核Design of 160 Ton Sphere-shaped storage tankAbstract: Designed in accordance with the GB12337-1998 “Design of steel spherical tank”. Spherical shell material selection Q345R, pillar using tangent type pillar type by the equator.Spherical shell adopts three zones hybird.In order to withstand the load and earthquake load,guarantee the stablibity of the spherical ,set rhe pull rod connected between the pillar,with adjusrable air rod stucture.The paper also respectively to the spherical shell,the backbone of structure calculation and strength check and stress test.In structure strength design calculation is given priority to,from the basic theory and design method of structural analysis,standard and so on has carried on system in detail. Key words：Storage tanks, The structure design,Strength check目录第一章 绪论1.1 球罐的国内外发展情况 11.2 球罐的特点 11.3 球罐的分类 11.3.1 按储藏温度分类 1 1.3.2 按结构形式分类 11.4 球罐的设计要求 21.5 球罐的设计参数 21.5.1 压力 21.5.2 温度 21.5.3 厚度 31.5.4 设计的一般规定41.5.5 许用应力 41.5.6 焊接接头系数 51.5.7 压力试验 6第二章 材料选用 2.1 球罐材料准则 72.2 壳体用钢板 92.3 锻件用钢 92.4 钢管的选用 112.5 螺柱和螺母 12第三章 结构设计3.1 概况 143.2 球壳的设计 14 3.3 支座的设计 153.4 拉杆结构 163.5 人孔和接管 173.5.1 人孔结构 173.5.2 接管结构17第四章 强度校核4.1 设计条件 184.2 球壳计算 184.3 球罐的质量计算 204.4 地震载荷计算 224.4.1 自振周期 224.4.2 地震力 224.5 风载荷计算 234.6 弯矩计算 234.7 支柱的计算 244.7.1 单个支柱的垂直载荷 244.7.2 组合载荷 254.7.3 单个支柱弯矩 254.7.4 支柱稳定性校核 264.8 地脚螺栓计算 274.9 支柱底板 284.9.1 支柱底板直径284.9.2 底板厚度294.10 拉杆计算294.10.1 拉杆载荷计算 294.10.2 拉杆连接部位的计算 304.10.3 翼板的厚度 304.10.4 焊接强度验算 314.11 支柱与球壳连接最低点 a 的应力校核314.11.1 a 点的应力314.11.2 a 点的应力校核324.12 支柱与球壳连接焊缝的强度校核 33第五章 工厂制造及现场组装5.1 工厂制造 345.2 现场组装 345.3 组装方案 345.4 焊接工艺的确定 355.5 焊后热处理 365.6 检查 37结论 38参考文献 39致谢 40吉林工商学院本科毕业设计1第一章 绪论球罐在我国诸多企业中被广泛运用。使用球罐贮存液体，气体物质等。随着我国工业技术的进步，球罐的应用空间将越发广阔。1.1 国内外发展情况球罐建设向着大型化、结构多样、参数高的方向发展。但从国内情况看，目前限制球罐向大型化方向发展有以下几点原因：（1）设计制造规范；（2）球罐用钢；（3）球罐组装与焊接问题；（4）球罐现场热处理；（5）球壳板尺寸精度；（6）吊装运输能力。1.2 球罐的特点球罐与圆筒形容器相比有以下区别： 球罐在相同容积下球罐所需要的钢材面料最小。 球罐壳板承载能力比圆筒形容器大，在相同条件下，球罐的板厚只需一半。且球罐的基础简单、受风面积小、外观漂亮使球罐的使用更为广阔。1.3 球罐的分类例如按储存温度、结构形式等。 1.3.1 按储存温度分类球罐常用于常温或低温。少数场合使用高出常温的环境。 常温球罐 设计温度大于-20。 低温球罐 温度低于或等于-20，一般不低-100. 深冷球罐 设计温度在-100 以下。对保冷要求高，需采用双层球壳吉林工商学院本科毕业设计2球罐现在的设计温度通常在-40 之间。1.3.2 按结构形式分类圆球形、椭球形、水滴形或这几种形式混合。1.4 球罐的设计要求碳素钢和低合金钢制球罐为材料方面的要求，因不合适用在高合金钢和有色金属球罐。设计压力不大于 4MPa. 1.5 球罐设计参数设计压力： p=1.6MPa设计温度： 常温水压试验压力：2.6MPa盛装重量： 160T储存物料： 丙烷10%充装系数: 0.42 kgf/l地震设防烈度：7 度风载荷： 50 kgf/m2(10m 高处)雪载荷： 25kgf/m2支柱数目: n=8支柱选用: 16MnR(热轧)拉杆选用: 20 圆钢球罐建造场地: 类场地土，近震，B 类地区1.5.1 压力 （1）工作压力 即在日常工作状况下，球罐顶部或许到达的最高压力。（2）设计压力 即设定球罐顶部的最高压力，和对应的设计温度一起成为设计载荷条件，该值需大于工作压力。吉林工商学院本科毕业设计3球罐上装有超压泄放装置时，应按GB150 附录B“超压泄放装置”的规定确定设计压力。（3）计算压力 即在对应设计温度下，来确定球壳各带厚度及受压元件厚度的压力，包含液柱静压力。液柱高度 (11)式中 H液柱高度；K充装系数；R球罐半径。查表可得当K=0.85时，将式中的中括号部分设定，则得：H=10729.5（4）试验压力 即在压力试验时，球罐顶部压力。（5）最大允许工作压力 即在设计温度下，球罐顶部所能承受的最大表压力。应根据球壳的有效厚度计算，并取最低值。1.5.2 温度 （1）设计温度 即球罐在正常工作中，设定的受压元件的金属温度。设计温度同设计压力同作为设计载荷条件。设计温度不能低于元件金属在工作状况下达到的最高温度值。低温球罐的设计温度应按GB12337钢制球形储罐附录A来确定。（2）检验温度 即压力试验时，球壳的金属温度。1.5.3 厚度 （1）计算厚度 即按公式计算所得厚度。 （2）设计厚度 即计算厚度同腐蚀裕量相加。（3） 名义厚度 即设计厚度加钢材厚度负偏差，圆整到钢材标准规格之厚度。 吉林工商学院本科毕业设计4（4）有效厚度 即名义厚度减去腐蚀裕量与钢材厚度负偏差。 1.5.4 设计的一般规定 （1）不同情况的球罐，需严格设计，且在图样或相应技术文件中注明各值。（2）载荷 设计时需考虑以下内容：压力；液体静压力；球罐自重和正常工作条件下或压力试验状态下内装物料的重力载荷；附属设备及其他设备的 重力载荷；风载荷，地震力及雪载荷。有时需考虑以下载荷：支柱的反作用力；连接管道和其他部件的作用力；（3）厚度附加量 厚度附加 C=C1+C2 = 3mm （1-2） 式中 C厚度附加量，mm；C1 钢材厚度负偏差，1mm；C2腐蚀裕量，2mm。1.5.5 许用应力 是依据材料各项强度性能指标除以标准中规定的安全系数所得。确定许用应力的依据是：我国球罐钢材(螺栓材料外)许用应力按表1-1，螺栓材料许用应力按表1-2表1-1 我国球罐钢材的许用应力材料 许用应力取下列各值中的最小值，MPa碳素钢、低合金钢吉林工商学院本科毕业设计5注:表中钢材标准抗拉强度下限值，MPa；钢材标准常温屈服点，MPa；钢材在设计温度下的屈服点，MPa。表1-2螺栓材料许用应力材料 螺栓直径,mm 热处理状态 许用应力，MPa碳素钢 M24M48 热轧、正火M24M48低合金钢 调 质1.5.6 焊接接头系数焊接接头系数可以补偿元件焊接连接部分的强度削弱。双面焊全焊透对接接头的焊接接头系数可选择：100%无损检测 =1.00；局部无损检测 =0.85。1.5.7 压力试验 （1）试验压力 压力试验的压力必须符合设计要求，试验压力的最小值按以下规定：液压试验 （1-3）式中 P设计压力，MPa；PT 试验压力，MPa；球壳材料在试验温度下的许用应力，MPa；球壳材料在设计温度下的许用应力，MPa。（2）压力试验前的应力校核 压力试验前，应按下列校核球壳应力：（1-4）式中 试验压力下球壳的应力，MPa；试验压力，MPa；吉林工商学院本科毕业设计6球壳内直径，mm；球壳的有效厚度，mm。应满足下列条件：液压试验时，式中 球壳材料在试验温度下的屈服点，MPa；球壳的焊接接头系数。液压试验后，符合下列条件为合格：无渗漏；无可见的变形；试验过程中无异常的响声；吉林工商学院本科毕业设计7第二章 材料选用球罐材料需按各项因素考虑选定具有足够强度的材料，还应考虑到材料的焊接与加工性能，还有材料的供给可靠性与经济性等诸多方面。2.1 壳体用钢板（1）正火状态下应用的材料：球壳用钢板厚度大于30 mm 的 20R 和16MnR；厚度大于16 mm 的 15MnVR；任意厚度的15MnVNR。（2）应逐张进行拉伸和夏比常温，低温冲击试验的材料。调质状态供货的钢板；厚度大于60 mm 的钢板。（3）球罐的设计温度与钢板厚度符合下列情况时，则需每批取一张钢板做低温冲击试验。设计温度低于0时，厚度大于25 mm 的20R，厚度大于38 mm 的16MnR、15MnVR设计温度低于-10时，厚度大于12mm 的20R，厚度大于20 mm 的16MnR、15MnVR和15MnVNR。钢板的标准、使用状态及许用应力按表2-1的规定。表2-1 许用应力常温强度指标在下列温度（）下的许用应力，MPa钢号 钢板标准使用状态 厚度,mmMPa MPa 100 150 200吉林工商学院本科毕业设计8400 245 133 133 132 123400 235 133 132 126 116400 225 133 126 119 11020RGB6654热轧，正火390 205 128 115 110 103510 345 170 170 170 170400 325 163 163 163 159470 305 157 157 157 150460 285 153 153 150 14116MnR GB6654 热轧， 正火450 275 150 150 147 138530 390 177 177 177 177510 370 170 170 170 17015MnVR GB6654 热轧， 正火490 350 163 163 163 163570 440 190 190 190 190550 420 183 183 183 18315MnVNR GB6654 正火530 400 177 177 177 177 调质 610 490 203 203 203 203490 315 163 163 163 156470 295 157 157 156 147450 275 150 150 147 13816MnDRGB3531 正火450 255 150 147 138 128 调质 610 490 203 203 203 203常温强度指标在下列温度（）下的许用应力，MPa钢号 钢板标准 使用状态 厚度,mmMPa MPa 100 150 200440 290 147 147 09Mn2VDR GE353正火,正火加回火 430 270 143 143 该钢板技术要求见GB150附录A“材料的补充规定”。注：中间温度的许用应力，可按本表的应力值用内插法求得。(4) 以下条件球壳用钢板，需进行超声检测：厚度大于30 mm 的20R 和16MnR 钢板；厚度大于25 mm 的15MnVR 和15MnVNR 钢板；厚度大于20 mm 的16MnDR 和09Mn2VDR 钢板；吉林工商学院本科毕业设计9调质状态供货的钢板；2.2 锻件用钢人孔锻件级别应大于级。锻件的标准与许用应力按表2-3的规定选择。球罐的设计温度不高于-20时，锻件的热处理状态与最低冲击温度按表2-4的规定选择。表2-3 锻件的标准及许用应力常温强度指标在下列温度（）下的许用应力，MPa钢号 锻件标准公称厚度，mm MPa MPa 100 150 20020 JB4726 370 215 123 119 113 10416Mn JB4726 450 275 150 150 147 135530 370 177 177 177 177510 355 170 170 170 17020MnMo JB4726490 340 163 163 163 16316MnD JB4727 450 275 150 150 147 135530 370 177 177 177 177510 355 170 170 170 17020MnMoD JB4727490 340 163 163 163 16308MnNiCrMoVD JB4727 600 480 200 200 200 20009Mn2VD JB4727 420 260 140 140注：中间温度的许用应力值，可按本表的压力值用内插法求得。表2-4 锻件的热处理状态及最低冲击温度钢号 热处理状态 公称厚度，mm 最低冲击试验温 度，-4016MnD 正火加回火，调质 -3009Mn2VD 正火加回火，调 质 50-3020MnMoD 调质-2008MnNiCrMoVD 调质 -402.3 钢管的选用钢管的标准及许用应力按表2-5的规定选择。吉林工商学院本科毕业设计1015MnV、09Mn2VD和09MnD钢管应在正火状态下使用。球罐的设计温度 不高于-20时，钢管的使用状态与最低冲击试验温度需按表2-6的规定选择。由于尺寸限制无法制备，免做冲击试验，各钢管的最低设计温度按表2-7的规定选择。表2-5 钢管的标准及许用应力常温强度指标在下列温度（）下的许用应力，MPa钢号 钢管标准 壁厚，mm MPa MPa 100 150 20010GB/T8163GB 9948GB 64793353353353352052052051951121121121121121121121101081081081041011011019820 GB/T8163GB 9948 390410 245245 130137 130137 130132 12312320G GB 6479 410410 245235 137137 137132 132126 12311616Mn GB 6479 490490 320310 163163 163163 163163 15915315MnV GB6479 510510 350340 170170 170160 170170 170170400 240 133 133 128 119该钢管的技术要求见GB150附录“材料的补充规定”。注：中间温度的许用应力值，可按本表的压力值用内插法求得。表2-6 钢管的使用状态及最低冲击试验温度钢号 使用状态 壁厚，mm 最低冲击试验温 度，10 正火 -3020G 正火 -2016Mn 正火 -4009MnD 正火 -50表2-7 钢管的最低设计温度最低设计温度,钢管名义厚度，mm焊后状态使用 焊后热处理状态使用8 -20 -356 -25 -40吉林工商学院本科毕业设计114 -40 -45最低设计温度,钢管名义厚度，mm焊后状态使用 焊后热处理状态使用2 -45 -452.4 螺柱和螺母螺柱用钢的标准与使用状态及许用应力应按表2-8 选择。表2-8 标准与使用状态及许用应力常温强度指标在下列温度（）下的许用应力，MPa钢号 钢材标准钢材使用状态螺柱规格，mm MPaMPa 100 150 200Q235-A GB/T 700 热轧 375 235 87 78 74 69530 315 117 105 98 9135 GB/T 699正火 510 295 118 106 100 92805 685 196 176 171 16540MnB GB/T 3077调质 765 635 212 189 183 180835 735 210 190 185 17940MnVB GB/T 3077调质 805 685 228 206 199 196805 685 196 176 171 16540Cr GB/T 3077调质 765 805 212 189 183 180765 550 157 141 137 134660 500 167 150 145 14230CrMoA GB/T 3077 调质660 500 185 167 161 157855 735 210 190 185 143660 685 228 206 199 196805 685 254 229 221 21835CrMoA GB/T 3077 调质735 590 219 196 189 18540CrMoA GB/T 3077 调质 930 825 306 291 281 274低合金钢螺柱用毛胚，经调质热处理后进行力学性能试验。每件毛坯上取拉伸一件式样，三个冲击式样。拉伸试验方法按GB/T 228 的规定。冲击试验方法按GB/T 229 的规定。吉林工商学院本科毕业设计12。表2-10 钢号及冲击试验要求钢号 规格，mm 最低冲击试验温 度，30CrMoA -100-10035CrMoA-70-7040CrNiMoA-50和各螺柱用钢组合使用的螺母用钢可以按表2 -11选择。表2-11 螺母用钢螺母用钢螺柱钢号 螺母钢号 钢材标准 使用状态 使用温度下限，Q235-A Q215-A ，Q235-A GB/T 700 热轧Q235-A GB/T 700 热轧3520，25 GB/T 699 正火40MnB 35，40Mn，45 GB/T 699 正火40MnVB 35，40Mn，45 GB/T 699 正火40Cr 35，40Mn，45 GB/T 699 正火40Mn，45 GB/T 699 正火30CrMoA30CrMoA GB/T 3077 调质40Mn，45 GB/T 699 正火35CrMoA 30CrMoA35CrMoA GB/T 3077 调质40CrNiMoA 35CrMoA40CrNiMoA GB/T 3077 调质2.5 焊接材料焊接材料有焊条，焊丝，焊剂，气体电极以及衬垫等。焊条各项指标应符合GB/T 5117、GB/T 5118、GB/T 984 等标准的有关规定。球壳的焊缝以及直接与球壳焊接的焊缝，按批号进行扩散氢复验。吉林工商学院本科毕业设计13表2-12 扩散氢含量焊接材料 扩散氢含量，mL/100g焊接材料 扩散氢含量，mL/100gE4315、E4316 E6015-X、E6016-XE5015、E5016 J607RHE5515-X、E5516-X药芯焊丝吉林工商学院本科毕业设计14第三章 结构设计3.1 概况球罐结构的合理设计必须考虑多种因素，要做到满足各项艺要求，具有足够的强度和稳定性，结构需尽可能简单和检修实施简便。球罐的结构设计包括如下：(1) 依据工艺参数要求以确定球罐结构类型和几何尺寸；(2) 球壳板的几何尺寸(3)丘球壳的排板方法；(4)支撑结构；(5)确定人孔，接管工艺、布置及开孔补强设计；(6)球罐附件；(7)留基础的技术要求；3.2 球壳的设计球壳设计可按以下设计准则：储存物料在容积，压力，温度等方面满足要求且安全可行；受力状况达最佳；橘瓣式球壳的设计（图 3-1）橘瓣式球壳组装焊缝较规则，结构灵活，施工简便。橘瓣式结构也有缺点：由于球片在各带位置尺寸大小不一，下料成型较复杂，原材料利用率较低； （2）混合式球壳的设计（图 3-2）吉林工商学院本科毕业设计15赤道带和温带采用橘瓣式，极板采用足球瓣式。这样的结构结合橘瓣式和足球瓣式两种结构形式的优点，利用率高，焊缝长度减短，球壳板数降低，适用于大型球罐。图 3-1 橘瓣式球壳 图 3-2 混合式球壳此次设计球壳采用混合式球罐，赤道带采用橘瓣式，上、下极则为足球式，共三带。如图（3-3） 。图 3-3 三带混合球罐 图 3-4 支柱各部部分名称1-极边板；2-极侧板； 1-地脚螺栓；2-下支耳；3-通气口；3-极中板；4-上板； 4-球壳；5-盖板；6-上段支柱； 5-赤道带；6-支柱；7-下极 7-上支耳；8-防火层；9-下段支柱；10-沉降测定板；11-接地板；12-底板；13-基础吉林工商学院本科毕业设计163.3 支座的设计支柱的各部分名称如图 3-4。球罐支座为球罐中支撑本体重量和储存物料的结构零部件。因球罐壳体为圆球状，使支座设计带有一定的难度，既要支撑较大的质量，又设置在室外，需承担各种自然环境影响，所以结构形式较多，设计计算略复杂。本球罐的支柱形式使用赤道正切柱式支座。 支柱应采用钢管制作。下段支柱可以分段，分段的长度不可小于支柱全长1/3。支柱底板中心应设置通孔，如图3-5所示。支柱底板的地脚螺栓孔选为径向长圆孔。图3-5 支柱底板中心通孔3.4 拉杆结构拉杆结构可分为有可调式（图 3-6）和固定式（图 3-7）两种。此次采用可调式拉杆，因可调式拉杆选择圆钢加工制成，拉杆与支柱采用销钉连接结合。两拉杆的立体交叉处应留间隙，拉杆张紧程度应均匀，拉力不可太大。 。因固定式支座刚性大，球罐地震大，结构受力也随之增大，所以考虑选取可调式拉杆。吉林工商学院本科毕业设计17图 3-6 可调式拉杆 图 3-7 固定式拉杆3.5 人孔和接管3.5.1 人孔结构球罐的人孔用于操作人员进出球罐进行检查和维修之用，现场组焊要进行焊后整体热处理的球罐，人孔则为进风，烟气排出烟囱之用。因此人孔直径的选定要考虑操作人员携带工具进出球罐方便和热处理时工艺气流对截面的要求。一般选用 DN500 较适宜。3.5.2 接管结构工艺操作需要有各种接管，球罐接管部分为强度的薄弱环节，为了提高此处安全性，球罐多采用厚壁管或整体锻件凸缘等补强措施，在接管上加焊筋条支撑等其他方法用以增强刚度及耐疲劳性能。吉林工商学院本科毕业设计18第四章 强度校核4.1 设计条件设计压力： p=1.6MPa设计温度： 常温水压试验压力： p=2.6Mpa球壳内直径: 9200mm储存物料： 丙烷10% （重量百分数）盛装系数: 0.42 kgf/l地震设防烈度: 7 度风载荷: 50 kgf/m2(10m 高处雪载荷: 25kgf/m 2支柱数目: n=8支柱选用: 16MnR(热轧)拉杆选用: 20 圆钢球罐建造场地: 类场地土、近震,B 类地区4.2 球壳计算(1)计算压力根据设计参数，球壳选取混合式三带球罐。静液柱高度按查表可得当K=0.85时，解得 H=10729.50mm设计压力：p=1.77MPa球壳各带的物料液柱高度(如图 4-1 所示)。吉林工商学院本科毕业设计19图 4-1 球罐静液位示意图1h=0m2=3010.73=8649.941079.5h物料密度:=602.6kg/ 3m重力加速度:g=9.81 球壳各带的计算压力：1.77+0=1.77MPa1.79MPa1.82MPa1.83MPa球壳各带的厚度计算球壳内直径 Di=9200mm设计温度下球壳材料: 16MnR(正火)的许用应力： t=157 MPa焊缝系数： 1.00厚度附加量: 203Cm11 1.74203.145.4cidtPDCm22 .9.59.cidt吉林工商学院本科毕业设计2033 1.824034.2757.4cidtPDCm44. .50.cidt取球壳名义厚度:45mm球壳有效厚度:48mm(3) 液压实验实验压力最低值 （4-1）压力实验前的校核球壳应力液压实验所以 符合设计要求。4.3 球壳的质量设计球壳平均直径: 1426cpDm球壳材料密度: 37850/kg充装系数:k=0.85水的密度: 331/球壳外直径:： 02inD保 温 层 =14200+2 46250=14392m（4-吉林工商学院本科毕业设计212）基本雪压值: 2q=30 N/m球面的积雪系数: s.4C1 壳质量 2-929cpn1 m=D0=3.1678501=23.8 kg（4-3）2 物料质量 39324.67.46ik3 液压试验时液体的质量 39391020121.6imDkg 4 雪质量 262640114390.4190.8sqC kgg 5 保温层质量6 柱和拉杆的质量 6m145.kg7 件质量 70.8 作状态下的球罐质量0123456713.4mmkg操作状态下的球壳质量 kg；9 压试验状态下的球罐质量 1367153960.4T kg液压试验状态下的球罐质量 kg；球罐最小质量吉林工商学院本科毕业设计22：球罐最小质量 kg支柱选择 8 根，公称直径 450mm，材料为 16Mn。人孔 2 个，公称直径 500mm，质量 302kg，材料 16Mn。扶梯设计:选择近似球面螺旋线形盘梯，梯子宽度 900mm，侧板宽 100mm。4.4 地震载荷计算 图 4-1 球罐简图4.4.1 自振周期支柱底板底面至球壳中心的距离:H=6024mm支柱数目:n=8支柱材料 20 号钢的常温弹性模量： 3190sEMPa支柱外直径: d=450mm支柱内直径: id430m1 柱横截面的惯性矩: 44 405301523706.66iI m（4-4）支柱底板底面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离: l=6024mm吉林工商学院本科毕业设计232 杆影响系数 2 200646401313.25999llH（4-6）3 罐的基本自振周期3 3301031.460.25910.829976SmT snEI （4-7）4.4.2 地震力综合影响系数: zC=0. 45地震影响系数的最大值: max.23（查 GB 12337-1998 表 15)特征周期: (查 GB 12337-1998 表 16)对应于自振周期 T 的地震影响系数:（4-8）球罐水平力 （4-9）4.5 风载荷计算风载体形系数: 10.4k查 表 得系数: 1.5976（查 GB 12337-1998 表 17 选取）风振系数: 21.3.59716.59K基本风压值: 20=4 N/mq支柱底板底面至球壳中心的距离:H0=6024mm风压高度变化系数: 1.98f (按 GB 12337-1998 表 18 选取)球罐附件增大系数: 2球罐的水平风力：F=430147.6N吉林工商学院本科毕业设计244.6 弯矩计算力臂：由水平地震力和水平风力引起的最大弯矩：4.7 支柱的计算4.7.1 单个支柱的垂直载荷重力载荷操作状态下的重力载荷: 6013.4981.0mgGNn液压试验状态下的重力载荷： 6756.1.720T支柱的最大垂直载荷支柱中心圆半径: R=Ri=4600mm最大弯矩对支柱产生的垂直载荷的最大值(按 GB 12337-1998 表 19 计算)：拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值(按 GB 12337-1998 表 19 计算)：以上两力之和的最大值(按 GB 12337-1998 表计算)：maxmaxmax950.1760.378341.6. .142ij MlFFPRN4.7.2 组合载荷操作状态下支柱的最大垂直载荷：吉林工商学院本科毕业设计256560max1.0.4210.31ijWGFPN液压试验状态下支柱的最大垂直载荷： axm465.3.39101.720.1427.64wTijN4.7.3 单个支柱弯矩偏心弯矩球壳内半径:Rj=4600mm球壳材料的泊松比: 0.3球壳材料 Q345R 的弹性模量: 3E=2610MPa操作状态下支柱的偏心弯矩: 6601 314.7.5.34150.2061oeiRWM NmE（4-10）液压试验状态下支柱的偏心弯矩: 6 61 3190.6871.2401.37901.TeiRWM NmE附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩: 3 7022 230661905760.14.710.326510.soeiEIR NmH （4-11）液压试验状态下支柱的附加弯矩: 3 722 23066190576019.6810.3810.sTeiTEIRM NmH 总弯矩吉林工商学院本科毕业设计26操作状态下支柱的总弯矩 7123.061.ooMNm液压试验状态下支柱的总弯矩 7124.8.TT4.7.4 支柱稳定性校核计算长度系数: 3k单个支柱的横截面积： 2220A=530163.44idm支柱的惯性半径： 27183.96.iIr支柱长细比： 301952.18.iKHr支柱材料 16MnR 钢的常温屈服点: s=4 MPa支柱换算长细比： 352.150.69sE.215（4-12）系数： 23=0.86,.152等效弯矩系数: m截面塑性发展系数: =1.5欧拉临界力: 232 721906.12905.SEXAWN（4-吉林工商学院本科毕业设计2713）支柱材料的许用应力: 245163.MPa.sc操作状态下支柱的稳定性校核： 6 66710.8.531.53079. 1.5208478298.2MPaomopexcWMAZ液压试验状态下支柱的稳定性校核: 6 66710.8.7241.7240953. 1.508891.MPamTTpEXcWAZ支柱稳定性校核通过4.8 地脚螺栓计算拉杆作用在支柱上的水平力拉杆和支柱间的夹角: 1801802.sin27sinarcarc34.64o ooRtgtgl（4-14 ）拉杆作用在支柱上的水平力: 5max1.203.86027.5ocijFPtgtgN（4-15）支柱底板与基础的摩擦力:吉林工商学院本科毕业设计28支柱底板与基础的摩擦系数: 0.3sf支柱底板与基础的摩擦： min25476.9810.3746.2sgFf N（4.16）地脚螺栓因 sc球罐必须设置地脚螺栓每个支柱上的地脚螺栓个数: dn=2地脚螺栓材料: sQ235-A, MPa地脚螺栓材料的许用剪切应力: 0.4.94sB地脚螺栓的螺纹小径: 86027.5496.21.31.331.7csBBdFCmn（4-16）选取 M36 的地脚螺栓。4.9 支柱底板图 4-2 支柱与底板简图4.9.1 支柱底板直径基础采用钢筋混凝土，其许用压应力: 地脚螺栓直径: d=32mm吉林工商学院本科毕业设计29选取底板直径: 860bDm4.9.2 底板厚度底板的压应力: 6max2241.740.978bcbWMPaD底板外边缘至支柱外表面的距离: 605312blm底板材料:Q235-B 1MPas底板材料的许用弯曲应力: 21543.Pa.sb底板的腐蚀裕量: 3bCm底板厚度: 2 23.9716534.14bcbl m(4-17)选取底板厚度: 5bm4.10 拉杆计算4.10.1 拉杆载荷计算拉杆螺纹小径的计算拉杆的最大拉力: 5max1.20213.cos34ijToPFN(4-18)拉杆材料: 0=MPa钢 管拉杆材料的许用应力: 21543.MPa.sT拉杆的腐蚀裕量： 2TCm吉林工商学院本科毕业设计30拉杆螺纹小径： 1523.1.3. 8.144TTFdCm(4-19)选取拉杆的螺纹公称直径为 M484.10.2 拉杆连接部位的计算销子直径销子材料 35， =265MPas销子材料的许用剪切应力：p0.4.10s销子直径： 523.8.0.16TpPFdm选取销子直径: 3pm耳板材料: sQ25-B.Ma耳板材料的许用压应力: 204.5P1.sc耳板厚度:13.92045TcpcFmd(4-20)选取耳板厚度为 m4.10.3 翼板的厚度翼板材料: sQ235-B, =MPa翼板厚度:s.9251.492 3ca m(4-21)选取翼板厚度为: 1m吉林工商学院本科毕业设计314.10.4 焊接强度验算A 焊缝单边长度: 150LmA 焊缝焊脚尺寸: S支柱或耳板材料屈服点的较小值: 205MPas角焊缝系数: 0.6a焊缝许用剪切应力： .4.649asaW (4.22)耳板与支柱连接焊缝 A 的剪切应力校核: 15231.58P.4.0T WFLS(4-23)B 焊缝单边长度: 2mB 焊缝焊脚尺寸: 1拉杆或翼板材料屈服点的较小值:焊缝许用剪切应力: 0.4.2150.6MPasaW拉杆与翼板连接焊缝 B 的剪切应力校核： 2153.6.97P.8.0T WFLS(4-24)吉林工商学院本科毕业设计32图 4-3 拉杆连接示意图4.11 支柱与球壳连接最低点 a 的应力校核4.11.1a 点的应力（如图 4-4 所示）支柱与球壳连接焊缝单边的弧长为: 球壳 a 点处的有效厚度: 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: 464max .39100.31.720.387107.6.5MPa225WTieFGL 图 4-4 支柱与球壳连接简图a 点的纬向应力：操作状态下 a 点的液柱高度: 3629.50629.5oahm液压试验状态下 a 点的液柱高度: 717T操作状态下物料在 a 点的液柱静压力:吉林工商学院本科毕业设计339 921062.50.810.37MPaoaphg (4-25)液压试验状态下液体在 a 点的液柱静压力: 9 937.0.5Ta 操作状态下 a 点的纬向应力:1 1.371423149.6MPa4osieaoPD液压试验状态下 a 点的纬向应力:1 2.0951420319.Pa4Tsiea4.11.2 a 点的应力校核操作状态下 a 点的组合应力: 149.6154.2Maoao液压试验状态下 a 点的组合应力: 7986PTT应力校核: 154.23PatoMP98.609.5129.Tas校核通过。4.12 支柱与球壳连接焊缝的强度校核maxoiGF和 max0.3WTiF两者之中的较大值：64ax1.871097oi N 464 6max .3100.3.2.38.72WTiF N6ax.1.70TiG支柱与球壳连接焊缝焊脚尺寸： Sm支柱与球壳连接焊缝的剪切应力： 61.72045.9MPa1.4WLS(4-26)吉林工商学院本科毕业设计34支柱或球壳材料屈服点的较小值: 205MPas焊缝的许用剪切应力：0.4.205.649sW应力校核： 5.9MPa.W则 通 过第五章 工厂制造及现场组装5.1 工厂制造原材料的检验：制造厂应按照图纸和相关技术条件进行钢板检验。主要包括： 化学成分。 拉伸试验。 弯曲试验。 冲击试验。 尺寸及外观检查。 超声波探伤检查。瓣片成型方法 球壳板的瓣片是钢板经过压机的压力冲压加工以达到要求的形状。考虑本设备多方面因素，采用温压成型。同时注意材料的脆化效应。5.2 现场组装依本球罐特点，组装时宜采用整体组装法中的单片组装法，此方法因单片组装，无需很大能力的吊起机器，综合各种因素，单片组装法较为合适。组装设备及工具：起重设备 此设计选用汽车