1000立方米天然气球罐设计（全套CAD图+说明书+翻译）
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1000立方米天然气球罐设计
摘要：近来年，由于科技的飞速发展，球罐的制造工艺水平也逐步提升。我国的大型球罐容器也在这个时期得到广泛应用，例如石油化工和城市燃气等工程建设中。此次球罐设计主要分为两个主要部分，首先详细进行球罐的整体结构设计，然后附上相关外文文献及对应的中文翻译。本次球罐的设计压力大小为1.6MPa，操作温度为40℃，设计的厚度为38mm,其中球壳材料选用16MnR，支柱的支承形式采用赤道正切式支柱的形式。耐压试验选择水压试验，其试验压力值为1.7MPa。为了保证球罐有足够的稳定性，应采用拉杆连接形式，球壳采用三带混合方式，这样才能保证承受一定的风载荷与地震在和，同时也能确保罐体的制造质量也便于球罐的平衡性调节。
关键词：球罐，压力，校核，调节。
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机械工程学院毕业设计 毕业设计（论文）任务书 学 院： 机械工程学院 题 目： 1000然气球罐设计 机械工程学院毕业设计 论文 (设计 ) 内容及要求： 一 、 毕业设计（论文）原始依据 装置参数 ： 工作压力 操作温度 40 物料 :天然气 全容积 1000 、 毕业设计（论文）主要内容 设计图纸折合 0#图 3 张以上（其中手工绘图不少于 1 张 1#图）。设计说明书 12000 字以上，并有 2000 3000 字的外文文献翻译和 300 字左右中英文摘要。 三 、 毕业设计（论文）基本要求 设计符合最新国家标准及行业标准。设计图样达到工程设计施工图水平。 机械工程学院毕业设计 四 、 毕业设计（论文）进度安排 献查阅 题报告 体设计 强度校核 图及编写说明书 五 、 主要参考文献 化工设备设计全书（球罐） 制球形储罐 制压力容器 指导老师： 年 月 日 机械工程学院毕业设计 本科生毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 1000然气球罐设计 设计（论文）题目来源 自选课题 设计（论文）题目类型 工程设计 起止时间 、 设计（论文）依据及研究意义： 天然气的一大优势在于环保，其含硫、粉尘及 其它有害物质的比重很低，对温室效应的影响较低；同时天然气的经济适用性相比其它燃料也有一定优势，能极大为人们节省更多的能源 ;天然气还有一个很重要的优点在于它的稳定性及安全性，为人们的生活带来极大的方便。 与常用的圆筒形容器相比球罐具有以下优势： 对比表面积与占地面积方面，球罐都比较小，这就代表在同等条件下球罐的空间要求较小和耗材量较小，这样有利于资源的充分利用。 （ 2）对于承载能力方面球罐同样占有一定优势，即在材料相同、直径相当、内压相同等情况下，圆筒形容器所需的厚度为球罐容器的 2 倍，所以球罐容器 具有节省材料的优点。 机械工程学院毕业设计 二、 设计（论文）主要研究的内容、预期目标（技术方案、路线）： 1000 立方米天然气球罐为本次的设计任务 其主要任务： （ 1） 球罐的工艺设计：计算并设计内径、壁厚、地脚螺栓、拉杆及支柱等，并对其进行强度计算及校核，绘制图纸等。 （ 2） 技术构思与实践：第一步先选择合适的材料，接下来计算球罐的尺寸，然后进行强度计算并校核。 三、设计（论文）的研究重点及难点： 重点是： 球罐的尺寸计算和确定以及强度计算和校核。 难点是： 由于本次设计的球罐为高压储罐而且考虑了各种载荷，其难点是对球壳以及一些球罐 附件件的强度计算及校核。 四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 1 月 7 日至 1 月 9 日：搜集一些与球罐相关的知识，对其有一个大致的了解； 1 月 9 日至 1 月 14 日：对所要进行的设计有一个整体构思，整理相关文献； 1 月 14 日至 1 月 16 日：编写开题报告并，为设计打好基础； 3 月 1 日至 4 月 1 日：计算所需的数据，进行总体设计； 4 月 2 日至 5 月 1 日；进行强度校核； 5 月 1 日至 6 月 1 日：绘图，最后完成设计说明书。 机械工程学院毕业设计 五、进行设计（论文）所需条件： 1、准备好相关重要文献： 化工设备设计全书（球罐） 制球形储罐 制压力容器 2、在网上搜集与天然气有关的文献及资料。 2、认真学习球罐相关知识并了解其基本结构。 3、整理设计思路及方案，准备所需要的东西。 六、指导教师意见： 签名： 年 月 日 机械工程学院毕业设计 I 1000 立方米天然气球罐设计 摘要 ： 近来年，由于科技的飞速发展，球罐的制造工艺水平也逐步提升。我国的大型球罐容器也在这个时期得到广泛应用，例如石油化工和城市燃气等工程建设中。此次球罐设计主要分为两个主要部分，首先详细进行球罐的整体结构设计，然后附上相关外文文献及对应的中文翻译。本次球罐的设计压力大小为 作温度为 40，设计的厚度为 38中球壳材料选用 16柱的支承形式采用赤道正切式支柱的形式。耐压试验选择水压试验，了保证球罐有足够的稳定性，应采用拉杆连接形式，球壳采用三带混合方式，这样 才能保证承受一定的风载荷与地震在和，同时也能确保罐体的制造质量也便于球罐的平衡性调节。 关键词 ：球罐，压力，校核，调节。 机械工程学院毕业设计 000 立方米天然气球罐设计 In to of is in as of of of 0 , of 816by to In to so as to in of 毕业设计 (论文 ) 题 目 1000 学院名称 机械工程学院 毕业设计 (论文 )综述 报 告 题 目 1000大型球罐设计 学院名称 机械工程学院 1. 本设计（课题）研究的目的和意义 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。 球罐 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 50 ,操作压力一般在 3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。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（见彩图）。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。制造球罐的材料要求强度高，塑性特别是冲韧性要好，可焊性及加工工艺性能优良。球罐的焊接、热处理及质量检验技术是保证质量的关键。 2. 本设计（课题）国内外研究历史与现状 随着世界各国 综合国力和科学技术水平的提高，球形容器的制造水平也正在高速发展。近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气的建设中，大型化球形容器得到了广泛应用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球形容器被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氮、液氢、液氨、氧气、氮气、天然气、城市煤气、；压缩空气等物料；在原子能发电站，球形容器被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。总之，随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广泛。 3. 目前存在的主要问题 球罐的选材、支座 的选择、裙座设计、开孔补强设计、垫片以及焊接材 料的选择。 4. 本设计（课题）拟解决的关键问题和研究方法 本设计的重点是： 筒体和封头、开孔及补强等尺寸计算，以及强度计算和校核。 难点是： 由于本次设计的球罐 考虑了各种载荷， 其难点是对罐体以及一些塔罐 件的强度计算及校核。 研究方法：封头选用标准椭圆形封头，支座选择柱式支座 ，开孔补强用补强圈补强等，并且要考虑自振周期、风载荷和地震载荷。 一、潘家祯编写的压力容器材料实用手册碳钢及合金钢 决定压力容器安全性的内在因素是材料的状态和性能，外在因素是载荷、时间和环境条件。合理选择零部件材料，可以 确保压力容器在全寿命周期内安全可靠地运行。故压力容器材料的 一般规定： a） 压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定。 b） 压力容器用材应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等 )、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。 c） 压力容器专用钢材的磷含量（质量分数，下同）不应大于 硫含量不应大于 用于焊接压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于 压力容器用钢的主要形状是板、管和锻件，钢板材料选用的一般原则： a） 所需钢板厚度小于 8，在碳素钢与低合金高强度钢之间，应尽量采用碳素钢钢板(多层容器用材除外 )。 b） 在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用 B、 C）、 20R、 16钢板。 c） 所需不锈钢厚度大于 12，应尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式。 d） 碳素钢用于介质腐蚀性不强的常压、低 压容器，壁厚不大的中压容器。 e） 低合金高强度钢用于介质腐蚀性不强，壁厚 8压力容器。 f） 珠光体耐热钢用作抗高温氢或硫化氢腐蚀或设计温度 350 650的压力容器用耐热钢。 g） 不锈钢用于介质腐蚀性较高（如电化学腐蚀、化学腐蚀）、防铁离子污染或设计温度 500的耐热钢或设计温度 2000两种规格。其有效厚度应不小于封头 内直径的 其他椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的 根据计算得到的筒体或封头的名义厚度，对其进行强度校核。 结论：我所设计的 3000 尾气洗涤塔 中采用标准椭圆形封头，既便于加工，受力也比较有利。 三、贺匡国编写的化工容器及设备简明设计手册 开孔及补强设计： 为使压力容器能正常操作和维护，在壳体和封头上常设置工艺管口、人孔、手孔、试镜等，故需在壳体和封头上开孔并安装接管。压力容器上的开孔最好是圆形，在特殊条件下也可以采用椭圆形或长圆形孔。长圆形开孔的两侧为平行线，两端为半圆形。由管子或圆形接管形成的开孔，若轴线未与容器器壁或封头相垂直，则应在设计时考虑用椭圆形开孔。对于椭圆形开孔和长圆形开孔，其长、短轴之比最好不大于 2。 容器开孔后，不 仅 削弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应力，这种高应力通常可达到容器筒体一次总体薄膜应力的 3 倍，某些场合甚至会达到 5，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力以及温差产生的热应力。又由于材质和制造缺陷等各种因素的综合作用，开孔接管附近就成为压力容器的破坏源主要疲劳破坏和脆性裂口。因此，压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。 常见补强结构有补强圈结构、后壁接管补强和整锻件补强三种，由于补强圈结构简单、补强面积大，所以在中低压容器中应 用最多。 补强圈补强结构，是采用一补强圈来增强开孔边缘处的金属强度。考虑到焊接的方便，通常是把补强圈放在壳体外侧进行单面补强。补强圈材料、厚度一般与壳体相同。 开孔补强设计就是指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值，目前通用的是开孔补强设计准则是基于弹性失效设计准则的等面积补强法。 结论：我所设计的 3000 尾气洗涤塔 中适用于开孔补强中的补强圈补强。 6. 参考文献 【 1】徐灏，机械设计手册 M，北京：机械工业出版社， 1998 【 2】于永泗，齐民，机械工程材料 M，大 连：大连理工大学出版社， 2007 【 3】郑津洋，董其伍，桑芝富，过程设备设计 M，北京：化学工业出版社， 2006 【 4】刘道德等，化工设备的选择与设计 M，长沙：中南大学出版社， 2002 【 5】秦叔经，叶文邦 ,化工设备设计全书 (换热器 ) M ,北京：化学工业出版社， 2003 【 6】黄振仁，魏新利，过程装备成套技术设计指南 M，北京：化学工业出版社， 2003 【 7】 贾绍义，柴诚敬 化工传质与分离过程（第二版） M 志文， 【 8】 钢制压力容器 S，北京：国家质量技术监督局， 2011 【 9】 刘湘秋，常用压力容器手册 M，北京：机械工业出版社， 2004 【 10】方书起，化工设备课程设计指导 M，北京：化学工业出版社， 2010 【 11】丁伯民，黄正林，化工容器 M，北京：化学工业出版社， 2003 【 12】潘国昌，郭庆丰，化工设备设计 M，北京：清华大学出版社， 1996 【 13】压力容器安全技术监察规程 S，北京：国家质量技术监督局， 1999 【 14】 刘鸿文编 .材料力学 M 2004 【 15】 徐英 朱萍 球罐和大型储罐 化学工业出版社 2007 机械工程学院毕业设计 . 1 罐的特点 . 1 罐的分类 . 1 2. 总体结构设计方案确定 . 2 要设计参数的确定： . 2 计支柱的结构： . 3 . 5 合式结构排板的计算： . 5 号说明 . 5 道板尺寸计算： . 5 . 12 . 14 厚的计算与确定 . 14 (1). 确定实验压力 . 14 力实验校核 . 15 体球壳的质量计算与确定： . 15 震力的计算与确定 . 17 载荷 . 18 矩的计算 . 19 柱的计算 . 20 脚螺栓计算 . 25 柱底板 . 26 于拉杆的计算 . 30 . 33 柱与球壳连接焊缝的强度校核 . 36 6. 附件的设置 . 37 7. 制造及组装 . 40 料要求 . 40 体球壳板的下料、成型与运输 . 42 场组装 . 43 焊接工艺 . 44 损检测 . 45 后整体热处理 . 45 力试验和气密性试验 . 46 8. 英文文献翻译 . 48 参考文献 . 56 谢 辞 . 57 机械工程学院毕业设计 V 引 言 天然气中甲烷占大多数，还有少量其它乙、丙、丁烷等烷烃，天然气被誉为最环保、最安全的绿色燃料之一。天然气的比重比空气还轻，它无毒且不含一氧化碳，燃烧时安全且无污染。天然气的蕴藏丰富，所以天然气逐渐取代煤气、石油等传统能源，这样能很大程度上缓解能源短缺问题并有效减少二氧化碳的排放并缓解全球性的温室效应。我国的天然气分布主要在南部和东部，北部和西部相对稀少，天然气探明可采储量大约在 亿立方米，到 2020 年，我国天然气累计 探明可采量可达 6万亿立方米以上，天然气的年产量将从目前的 700 亿立方米增加到 1200亿立方米至 1500亿立方米。就天然气的价格而言，目前我国现行的天然气价格普遍在 2 /立方米，相对于其他能源而言有着一定的价格优势，所以其作为一种新能源具备一定的市场优势，是广大消费者优先选择的能源之一。天然气不会自身爆炸，必须满足一定要求它才会燃烧，就是其在空气中的浓度要达到一定要求后才可燃烧。另外，天然气对人体无危害，因为其中不含类似一氧化碳等有毒物。由于天然气比重比空气轻所以及易扩散，在发生泄漏事故的时候会很快地扩散 从而减少爆炸的危险性，这相对于其它燃料更加具有安全性。天然气普遍采用燃气管道运输方式，那样更方便更快捷，省去了运输过程中带来的各种问题，燃气可直接通往每家每户，给居民生活带来极大的方便。天然气不仅环保、价格便宜，其成分简单，相对其它燃料燃烧更彻底，燃烧获得的能量多，燃烧利用率更高，燃烧和运输方便，不需要使用复杂的设备，燃烧后的主要成分是水和二氧化碳，不会产生其它运输不便的废物和废渣，因此节省了大量的人力、物力成本。 机械工程学院毕业设计 第 1 页 共 60 页 罐的特点 1000 立方米天然气球罐为 本次的设计任务，与常用的圆筒形容器相比球罐具有以下优势： （ 1）对比表面积与占地面积方面，球罐都比较小，这就代表在同等条件下球罐的空间要求较小和耗材量较小，这样有利于资源的充分利用。 （ 2）受力均匀 （ 3）对于承载能力方面球罐同样占有一定优势，即在材料相同、直径相当、内压相同等情况下，圆筒形容器所需的厚度为球罐容器的 2倍，所以球罐容器具有节省材料的优点。 球罐的缺点在于其加工、制造及安装较为复杂。 罐的分类 球罐具有复杂多样的结构，一般按照其形状、 支承方式和构造不同进行分类，不同的使用条件下（湿度、温度、地震、压力等）具有不一样的形式。 （ 1）根据球罐支承结构分为裙式、柱式、高架、半埋入式支承等 （ 2）根据球罐球壳的不同组合方式可分为纯足球瓣式球罐、纯橘瓣式球罐和足球橘瓣混合式球罐 （ 3）按球罐的壳体层数分为单层和双层壳体 （ 4）按球罐外形的形状可分为椭球和圆形 机械工程学院毕业设计 第 2 页 共 60 页 2. 总体结构设计方案确定 要设计参数的确定： 介质：天然气 球罐内径： D=12300公称容积： 1000计温度： 40 设计压力： P=壳分带数： N=3 支柱根数： F=8 各带球心角 /分块数： 上极： ： ： ：混合式排板结构球罐 罐体球壳的内直径约为 11981标准可使用混合式三带排板 17261，可分为上极、下极、赤道带（如上图） ,支柱 8根，支柱选用材料为钢管。 计支柱的结构： （ 1）连接方式： 球壳、支柱间根据 （ 2）受力特点： 支柱支撑具有受力均匀的特点，它承受 着整个容器的重量，而且其设计结构便于施工及组合，也能对罐体进行简单的调整，操作起来极为方便，使用范围很广泛，其弹性范围较大，能够承受较大程度的变形。 （ 3）防火设计： 因为球罐内一般装有易燃气体，为了防范火灾发生时突然情况，在罐体上方应当设计安全通气孔。当遇到火灾时才不至出现由于罐体内的温度及压力升而导致罐体塌陷、支柱断裂及爆炸等危险情况。为了避免火灾的发生，在罐体内表层可以附上一层防火性能较好的防火材料，那样也能有效的防范火灾的发生。 （ 4）附件设计： 球罐设计出了最重要的罐体设计 外，其附件的设计也尤为重要，附件的安全及连接性直接影响到整个球罐的性能。常有附件有接管、法兰、盘梯、洒水孔、人孔、压力表及安全阀等等，其设计思路在后文会进行详细讲述。 机械工程学院毕业设计 第 4 页 共 60 页 （ 5）支柱结构： 由于支柱有上述特点，所以在本次设计中可选用 机械工程学院毕业设计 第 5 页 共 60 页 合式结构排板的计算： 号说明 225 （ 360/16） 分瓣数 16 (如上图 ) 1 4 0 0 2 1 3 2 道板尺寸计算： 图 2弧长 L =180 080 = 弦长 L =20)=270)=7141B = = 机械工程学院毕业设计 第 6 页 共 60 页 弧长 1B =0)=16 x 长 1B =20)=2长 2B =6 x=长 2B =22=长 D =2R )2(c o s)2(c o 02 =2co s)270(co 2 = 长 D =90= 板（图 2寸计算： 图 21B = B =D = 机械工程学院毕业设计 第 7 页 共 60 页 对角线弧长与弦长最大间距： H= )2(12 = )11244( = 长 1B =2 21 =1244s 62252 长 1B =9090622514.3 长 0D = 2 1B = 2 长 0D =90长 2B =212 )=211244 )=长 2B =180 )2( 21 8 0 2x 11)( 4462 =） 极中板（图 2寸计算： 图 2 1B = B =L =L = 机械工程学院毕业设计 第 8 页 共 60 页 对角线弦长与弧长的最大间距： A= )2(s (s 1212 =长 2B =1801长 2B =21)=长 2L =180 )2(R 21 =长 2L =212 )=长 1L =A)2s )2c o s (2R 211 =长 1L =90长 1B =2c o s ()2s 2 211 =长 1B =90长 D = 22 11 BL =长 D =902） 侧极板（图 2寸计算： 机械工程学院毕业设计 第 9 页 共 60 页 图 2极侧板 弦长 1L =21)12 )/A=长 1L =90=长 2L =212 )/H=弧长 2L =90=21)12 )/A=中 前 1 =长 2B =180 2长 2B =22)=长 1B =1801R=B = B =L =L = 机械工程学院毕业设计 第 10 页 共 60 页 弦长 D = 21B =长 D =903) 2寸计算： 图 2边板 弧长 1L =20)=长 1L = 2 0)=长 3L =222 )/H=长 3L =90长 2B =180 2长 2B =22)= 式中 2 =2180 0 2= 22 12 )/H=B = B =L =L = 机械工程学院毕业设计 第 11 页 共 60 页 3 =90 =2 23)=长 1B =1802长 1B =22)=长 D = 3112 =长 D =90长 2L =1804R=长 2L = 2 3)= 机械工程学院毕业设计 第 12 页 共 60 页 坡口设计原则及重要性： 球罐的组装连接大部分主要靠焊接，而焊接环节中坡口的设计尤为重要，所以坡口设计需要合理，其主要依据原则为方便安装，检验容易，而且性价比要高，坡口焊缝处的连接强度一定要满足要求，这样才能保证罐体的稳定性及强度要求 。 焊缝系数的确定： 焊缝系数为坡口设计中很重要的因素，因此确定焊缝系数成为很重要的一项任务，现阶段，焊缝系数大都采用 =1 的结构设计，这样才能满足罐体连接强度要求和其它指标。 影响坡口的各种因素： （ 1）焊接方法对坡口的影响： 采用自动焊时：视情况而定可采取不同的坡口，这需要看所选用的焊接的具体情况，一一对应来进行。 采用气电垂直自动焊时，这也需要根据焊接的具体情况来选择不同的坡口形式，具体同自动焊一样。 采用手工焊接时： 其坡口形式可选择 型等不对称的坡口形式，具体是焊接情况而定。 （ 2）罐体球壳材料厚度对坡口的影响： 采用不对称的 在球壳材料厚度较小的情况下，其坡口的立足点要进行反面抛处理，而后才能进行焊接处理，这样才能保证其强度和设计达到所需要求。 机械工程学院毕业设计 第 13 页 共 60 页 采用 在球壳材料厚度低于 30时采用手工焊的情况下，这时候一般选择 样才能保证其结构达到设计要求，才能表现出设计的力学性能要求。 （ 3）焊缝所在位置对坡口的影响 当焊缝焊接方式采用手工焊接时，同时采用不堆成的 X 型坡口时，一般情况都把小坡口设计在外侧，一般把全部环峰的坡口放在内侧以及把处于赤道带环峰和上级板上纵缝的坡口放在内侧。反过来的情况，把处于下级带的纵缝、赤道带上的环峰的大坡口放在外侧为宜。 （ 4）焊接的工艺对坡口的影响 下图为 型坡口的结构和尺寸要素，坡口设计需要根据一定的标准来进行，坡口的三要素也最为重要，它包括间隙、钝边尺寸及角度的大小三个要素，确定此三要素后才能确定坡 口的结构尺寸。一般在实际工程应用中常采用的坡口形式为不对称的 X 型坡口。坡口的设计标准有 和 等。 图 4 坡口形式 机械工程学院毕业设计 第 14 页 共 60 页 厚的计算与确定 (1). 确定实验压力 由于本次设计任务中给定的设计压力为 定任务中的设计温度为 40 H* *g*10据上式可求出试验压力 为 2)球罐的壳体材经上面选定为 1材料的抗拉强度为 b=450材料的许用应力为 t=150 14143 表P （常温条件下） 此材料的焊缝系数可选取为： =（ 此材料的腐蚀裕量可选定为 2材料的厚度负偏差可知为 0 所以其厚度附加量可得： C=2 1363 表P ） 可得液柱的高度 H=225=9960得液体的静压力为： P= 6225*960*10得计算压力为 机械工程学院毕业设计 第 15 页 共 60 页 综上所述可求得罐体球壳壁厚为： 1= 4 84691 式P = 2 = 整后得 =38力实验校核 计算水压条件下试验压力值 有上面式中： P=得： =157行压力试验前需要对球壳的应力进行校核： 罐体球壳的有效厚度必须满足以下几个条件应满足： 在进行液压试验时，； 在上式中得：球壳材料的常温屈服点为 305，此值是在常温条件情况下查表所得。 可查表 知焊缝系数为 得液压试验压力为 上所述可得校核结果为合格，满足设计要求。 体球壳的质量计算与确定： 平均直径计算式： D=12450+42=12492体球壳计算式： * = 38 机械工程学院毕业设计 第 16 页 共 60 页 可得球壳质量 =24922 吨 ) 然气满载情况下质量计算（实际情况按 90%计算）： 1000 x 714kg/m3 ) 进行液体压力实验时液体的重量计算式： 000*1000Kg/00 吨 雪压的质量计算式： /4g） 0 ) 保温层的计算质量式： (D+ t)2 可得 10+400 = 支柱质量与拉杆质量的总和： 罐体中附件的质量总和确定： 处于工作条件下的球罐质量计算式： 2+5 + 进行液压工作状况下的球罐质量： 7 = 满足条件下球罐所需的最小质量确定式： 6+ 球罐单根支柱所受的均布静载荷计算式： 机械工程学院毕业设计 第 17 页 共 60 页 = (103*= 907480N 罐体处于液压试验状况下的计算式： 进行液压实验时罐内液体的质量计算： 000*1000Kg/00 吨 3+7 = (00+103*= 1327吨 震力的计算与确定 (1). 罐体所受的地震水平方向载荷 拉杆对地震力的影响系数的确 定式： = 1 ()2 (3) = 1- (52009000 )2 (3) = 心位置处单位力对水平方向位移的影响： v = 103 =800012*8*192000*08 *103 = 02)T= 2 = 表 5震影响系数的最大值 次天然气球罐设计中取常用的地震烈度 7度，有上表可知道其影响系数最大可取 样就能确定地震力对整个球罐设计的影响。 机械工程学院毕业设计 第 18 页 共 60 页 可得地震力影响系数为： = (= 3)有地震水平力的计算公式可得： 40800* 303824N 载荷 下图为风载荷的风压高度变化系数表和动载系数表，通过图表 4以很清楚的反应不同高度在不同地面粗造度的情况下的变化系数，通过图表 4以很直接的反应不同自震周期下的动载系数，这样就能确定不同情况下风载荷对球罐的影响。 表 5风压高度变化系数 5 机械工程学院毕业设计 第 19 页 共 60 页 球罐罐体基本风压值为： = 600N/风压值高度变化系数的确定： 查表 4= 动载荷系数的确定： 查表 4 = 风振系数的确定 1+算水平风力： = 14 ( 2t)2 0=14 *12450 + 2*65)2 00*0 50933N 算水平载荷的大徐爱 F = 303824N 矩的计算 由弯矩计算式： M= 303824* 2500 = 108 N*矩对各支柱产生的垂直力 i R = 108 *6225 = 30522N 机械工程学院毕业设计 第 20 页 共 60 页 108 *6225 = 21579N 108 *6225 = 0N 由剪切力形成的支柱的垂直载荷： 如图 4示， 水平力 F 的方向为 A 向，拉杆构架的方为角 是有： n 5500* 303824*225 = 33555N 5500* 303824*225 =80410N = = 80410225 = 柱的计算 (1)处于工作状态下的重力载荷： 600 1031111. 4 9. 81 1 . 0 1 1 1 010 机械工程学院毕业设计 第 21 页 共 60 页 处于液压试验情况下的重力载荷： 61753960. 4 9. 81 1 . 7 2 1 010TT 支 柱中心圆半径： 7100 m m最大弯矩对支柱产生的垂直载荷的最大值 (按 23379计算 ) ： 拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值 (按 23379 计算 )： 上面二力相加的最大值为 (按 2337： m a x m a xm a 1 1 7 6 0 . 3 0 7 81 . 3 7 6 1 0 6 4 0 0 4 3 0 1 4 7 . 60 . 1 1 7 6 0 . 3 0 7 87 1 0 0 7 1 0 01 . 4 2 1 1 0i i jM l (2) 工作状态下支柱所受最大垂直载荷： 6 5 600 m a x 1 . 0 1 1 1 0 1 . 4 2 1 1 0 1 . 1 5 3 1 0i i F P N 进行液压试验时支柱所受最大垂直载荷： m a xm a 34 . 3 9 3 1 01 . 7 2 0 1 0 0 . 3 1 . 4 2 1 1 04 3 0 1 4 7 . 61 . 7 2 4 1 0 i i F 机械工程学院毕业设计 第 22 页 共 60 页 (3)处于工作条件时赤道线的液柱所在高度： 处于液压试验条件下赤道线的液柱所在高度： 处于工 作条件下物料在赤道线上的液柱静压力： 处于液压试验条件下液体在赤道线上的液柱静压力： =体球壳的有效厚度： 处于工作条件下的球壳赤道线上的薄膜应力， 处于液压试验条件下罐体球壳赤道线上的薄膜应力， 罐体球壳的内半径： 7100jR 体球壳材料的泊松比： 罐体球壳材料 16 查表： 3E = 2 0 6 1 0 M P a 工作条件下支柱所受的偏心弯矩： 6 601 31 4 4 . 3 7 7 1 0 0 1 . 1 5 3 1 01 1 0 . 3 4 . 1 5 1 0 6 1 0o e i m 处于液压试验情况下支柱所受的偏心弯矩： 6 61 31 9 0 . 6 8 7 1 0 0 1 . 7 2 4 1 01 1 0 . 3 7 . 9 0 7 1 0 6 1 0T e i m 处于工作状态时支柱所受的附加弯矩： 机械工程学院毕业设计 第 23 页 共 60 页 3 702 2 2 306 6 1 9 1 1 0 5 5 2 3 7 0 5 6 0 . 0 7 1 0 0 1 4 4 . 3 71 1 0 . 3 2 . 6 5 1 1 0 0 0 2 0 6 1 0s o e m 处于液压试验条件下支柱所受的附加弯矩： 3 72 2 2 306 6 1 9 1 1 0 5 5 2 3 7 0 5 6 0 7 1 0 0 1 9 0 . 6 81 1 0 . 3 3 . 3 7 8 1 0 0 0 2 0 6 1 0s T e m 处于工作条件下支柱所受总弯矩的计算： 712 3 . 0 6 6 1 0 .o o M N m m 处于液压试验条件下支柱所受的总弯矩计算： 712 4 . 1 6 8 1 0 M N m m (4)长度系数的确定 : 3 1k每一根支柱所在的横截面积： 2 2 2 2 20A = 5 3 0 5 1 0 1 6 3 3 6 . 344 id d m m 支柱的惯性半径计算式： 552370560 1 8 3 . 91 6 3 3 6 . 3i Ir m 支柱长细比的计算式： 301 9 6 0 0 5 2 . 2 11 8 3 . 9 上式中的长度系数为 1 支柱材料 16的常温屈服点 :s = 245 M P a 机械工程学院毕业设计 第 24 页 共 60 页 支柱换算长细比的确定： 35 2 . 2 1 2 4 5 0 . 6 01 9 1 1 0 其中 系数：23= 0 . 9 8 6 , = 0 . 1 5 2位于弯矩作用所在平面内的轴心处所受压力的支柱稳定系数： =柱的等效弯矩系数： m=1 支柱的截面塑性发展系数： = 每一根支柱的截面系数， 欧拉临界力： 232 72 21 9 1 1 0 1 6 3 3 6 . 3 1 . 1 2 9 1 05 2 . 2 1 支柱所选材料的许用应力： 245 1 6 3 . 3 3 M P 5 1 . 5 工作条件操下对支柱的稳定性校核： 66671 0 . 81 . 1 5 3 1 0 1 1 . 1 5 3 1 00 . 7 8 9 5 5 1
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