(完整word版)塔设备课程设计

1、化工机械设备课程设计目录设计任务书 2参考数据 3一、塔体的设计条件 4二、按计算压力计算塔体和封头的厚度 5三、塔设备质量载荷计算 6四、风载荷与风弯矩计算 10五、地震载荷计算 15六、偏心弯矩计算 17七、各种载荷引起的轴向应力 17八、筒体和裙座危险截面的强度性校核 20九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 24十、基础环设计 26十一、地脚螺栓计算 28塔的机械设计结果 30主要符号说明 31参考文献 33第 1 页 共 33 页化工机械设备课程设计塔设备设计任务书一、设计内容1、根据操作条件选择塔体、裙座材料；2、塔设备机械设计；3、塔设备结构设计；4、编写设计计算说明书，主要内容：

2、 目录； 设计任务书； 设计方案的确定， 包括材料选择、 塔设备结构设计等； 塔设备机械设计过程； 设计小结； 参考资料； 附图：总装图 （单溢流）塔盘板结构示意图；塔板连结结构示意图； 塔盘支撑结构示意图（单溢流） ； 裙座与塔体焊缝结构图；设计参考数据塔体内径 /mm2000塔高 /mm28000计算压力 /MPa1.2设计温度 / 200设置地区福州地震设防烈度 / 度8场地土类类设计基本地震加速度0.2g地面粗糙度B类塔盘数46塔盘存留介质层高度/mm100塔釜存留介质高度/mm2000塔盘间距 /mm450介质密度 /kg/m 3830人孔间距 /m5半圆形平台数平台宽度800平台高

3、度1000保温层材料密度 / kg/m3320保温层厚度 /mm115再沸器操作质量/kg3600再沸器偏心距 /mm2000介质腐蚀性无明显腐蚀第 3页共 33 页化工机械设备课程设计、塔体的设计条件一、1、塔体的内径 Di 2000mm ，塔高近似取 H=28000mm；2、计算压力 pc 1.2Mpa ，设计温度 200；3、设置地区：基本风压值 q0 600N /m2 ， 地震设防烈度 8 度，场地土类：类， 设计地震分组：第二组，设计基本地 震加速度 : 0.2g ；4、塔内装有 46 层浮阀塔盘，每块塔盘上 存有介质高度为 hw 100mm ，介质密度 为 1 830kg / m3

4、5、沿塔高每 5m左右开设一个人孔， 人孔 数为 6 个，相应在人孔处安装的半圆 形平台为 6 个，平台宽度 B=800mm， 高度为 1000mm：6、塔外保温层厚度 s 115mm，保温材料密度为 2 320kg / m37、塔体与裙座间悬挂一再沸器，其操作质量为 me 3600kg ，偏心距 e=2000mm；t8、塔体在 200的条件下工作，介质无明显腐蚀，筒体 与封头材料选 Q345R，裙座材料选用 Q235-B，材料 的有关性能参数如下：Q345R t 183MPa, 189MPa, s 345MPa5E 1.91 105 MPaQ235-B113MPa, 113MPa, s 23

5、5MPa ；9、塔体与裙座对接焊接，焊接接头系数0.85 ；10、塔体与封头厚度附加量 C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。二、按计算压力计算塔体和封头厚度1、塔体厚度计算第9页共 33 页PcDi2 tPc1.2 20002 183 0.85 1.27.74mm考虑厚度附加量 C=2mm，经圆整后取 n 12mm2、封头厚度计算PcDi2 t0.5Pc7.73mm1.2 20002 183 0.85 0.5 1.2考虑厚度附加量 C=2mm，经圆整后取 n 12mm三、塔设备质量载荷计算1、筒体圆筒、封头、裙座质量 m01圆筒质量：m159624.21 14429kg封头质量：m24382

6、 876kg裙座质量：m35963.06 1824kgm01 m1 m2 m3 14429 876 1824 17129kg说 明 ： （ 1 ） 塔 体 总 高 度H0 H 0.65 3.06 2 0.04 24.21m ；（ 2）查的 DN2000mm，厚度 12mm 的圆筒质量为596kg/m；（ 3） 查的 DN2000mm，厚度 12mm 的椭圆形封头 质量为 438kg/m（封头曲面深度 500mm，直边高度 40mm）；（4）裙座高度 3060mm，厚度按 12mm 计。2、塔内构件质量 m0222m02 Di 2 75 46 0.785 22 75 46 10833kg 4(浮

7、阀塔盘质量 75 kg / m2 )3、保温层质量 m03其中， m0'3 为封头保温层的质量， kg4、平台、扶梯质量 m042 2 1m04 4(Di 2 n 2 s 2B)2 (Di 2 n 2 s)2 2nqP qFHF20.785 2 2 0.012 2 0.115 2 0.8)2 (222 0.012 2 0.115) 2 0.5 6 150 40 273452 1080 4532kg说明： 由表 8-1 查 得平台单位面积质量qP 150kg / m2 ， 笼 式 扶 梯 单 位 长 度 质 量 qF 40kg / m ；笼式扶梯总高 HF 27m ，平台数量为 6；平台

8、宽度 B=800mm.5、操作时物料质量 m0522m05Di hwN 1Di h0 1 Vf 1440.785 4 0.1 46 830 0.785 4 1.8 830 1.18 830 17659kg说明：物料密度 1 830kg / m3 ，封头内容积 Vf 1.18m3 ，化工机械设备课程设计塔釜圆筒部分深度 h0 1.8m ，塔板数 N=46，塔板上液 层高度 hw 0.1m 。6、附件质量 ma按经验取附件质量为ma 0.25m01 0.25 17129 4282kg7、充水质量为 mw78379kg22mwDi2 wH 0 2Vf w 0.785 22 24.21 1000 2

9、1.18 1000w 4 i w 0 f w其中 w 1000kg / m38、各种质量载荷汇总将全塔分为 6 段，计算各质量载荷（计算中近似）塔段01122334455顶合计塔段长度 /mm10002000700060006000600028000人孔与平台数0012126塔板数00913141046m01/kg5961630417235763576357917129注： 2m裙座 +下封头质量 =2×596+438=1630，其余为 596×各塔段长度m02/kg-211930623297235510833注：塔盘质量 =0.785 × 4× 75&

10、#215;各段塔盘数，塔盘单位面积质量为75kg/m2m03/kg-11517301483148314036214注：保温材料，下封头质量 115，其余为单位长度保温层质量×各塔段长度m04/kg4080856139181513504532注：平台扶梯质量，每个平台质量为 575.4kg ，每米扶梯为 40kg，平台质量算法同前m05/kg-979703733883649260617659注：封头内的物料质量 =830× 1.18=979 ，其余各段为各段塔板总的存留介质质量2 3段为塔釜直筒段存留介质质量 +9 块塔板上存留的介质质量ma/kg14940710438948

11、948954282注：附件质量 =0.25 × m1mw/kg11802198018840188401753978379充水质量 =塔容积×水密度， 12 段为封头充水质量 =1.18 ×1000=1180me/kg130023003600m0/kg78545111925713794137141218964250各塔段最小质量78535321110073807427770037924全塔操作质量 =m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=64250kg全塔最小质量 =m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=37924kg水压试验时最大质量 =

12、m01+m02+m03+m04+mw+ma+me=124969kg第 9页共 33 页化工机械设备课程设计全塔操作质量m0 m01 m02m03m04m05 ma4282 360017129 10833 6214 4532 1765964250 kg全塔最小质量m minm01 0.2m 02m 03 m 04mame171290.210833621445324282360037924kg水压试验时最大质量mmax m01 m02 m03 m04 ma mw me17129 10833 6214 4532 4282 78379 3600 124969kg四、风载荷与风弯矩计算1、风载荷计算示例

13、以 23 段为例计算风载荷 P3P3 K1K23q0 f3l3De3 10 6(N)式中：K1 体形系数，对圆筒形容器， K1 0.7 q0 10m高处基本风压值， q0 600N /m2 f3风压高度变化系数，查表 8-5得 f3 1.00 l3 计算段长度， l3 7000mm v3 脉动影响系数，由表 8-7 得：v3 0.72 T1塔的基本自振周期，对等直径、等厚度得圆截面塔：第 33 页 共 33 页T1 90.33HEm0eHDi3 10 3p64250 2800010 20003 10 390.33 28000 1.91 1050. 8678( s)z3脉动增大系数，表 8-6

14、查的：根据自振周期 T1 ，由2.27振型系数，由表 8-8 得：z30.19K23 风振系数K 23 1v3 z31 2.27 0.72 0.19 1.3113 1.00De3 塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90°，取下 a、b 中较大者。a.De3 D0i 2s3K3 K4b.De3 D0i 2s3K4 d0psK42A228001000457( mm)l37000a.De3202421154004573111(mm)b.De3202421154004572303341(mm)取 De33341mm400mm，400mm，d0K3s3 ps 115mmP3K1K 23q0

15、f3l3De3100.7 1.311 600 1 7000 3341 10 12877(N)2、各段塔风载荷计算结果塔段号123456li /mm1000200070006000600060002q0 /(N /m2)600K10.7i B 类0.720.720.720.760.800.82zi0.020.020.190.420.771.002.27K2i1.0331.0391.3111.7252.402.86hit / m1310162228fi B类0.640.721.001.161.281.39平台数002112K4 /mm00457.1266.7266.7533.3Di /mm2624

16、26243341315131513417Pi / N7281648128771588926715342313、风弯矩计算0-0 截面：P1l21P2 l1l22P6 l1 l2 l3 l 4 l5l62728 500 1648 1000 50012877 (1000 20003500) 15889 1000 2000 7000 3000 26715 10002000 7000 6000 3000) 34231 (10002000 7000 6000 60003000)91656453500 1.656 109N mm1-1 截面：1 1l2l3M w P2 2 P3 l2 322P6 l2 l

17、3 l4 l5l621648 1000 12877 (2000 3500)15889 2000 7000 3000267152000 7000 60003000) 34231 (2000 7000 6000 60003000)1565373500 1.565 109 N mm2-2 截面：2 2 l 3 M wP3P4 l3l4P6 l3 l 4l5 l6l5w 3 225212877350015889(7000 3000)26715 (7000 6000 3000)34231 (7000 6000 6000 3000)91384481500 1.384 109 N mm五、地震载荷计算取第一

18、振型阻尼比为 1 0.02则衰减指数0.90.05 0.02 0.950.5 5 0.020.8678塔的总高度 H=28000mm全塔操作质量 m0 64250kg重力加速度 g 9.81m / s2地震影响系数 1 (Tg ) 2 maxlT1由表 8-2 查的 max 0.16（设防烈度0.408 级）由表 8-3查的 Tg0.05 12 1 0.06 1.7 11 0.050 0.020.06 1.7 0.021.3190.950.4 0.950.86781.319 0.16 10.1011计算截面距地面高度 h：0-0 截面： h=01-1 截面： h=1000mm2-2 截面： h

19、=3000mm等直径、等厚度的塔， H /Di 28000/2000=14， 按下列方法计算地震弯矩。0-0 截面：ME'0 0 16 1m0gH 16 0.1011 64250 9.81 28000 8.156 108 NmmE 35 1 0 351-1 截面：M E'1 1 8 1m02g.5 (10H 3.5 14H 2.5h 4h3.5 )E 175H 2.58 0.1011 64250 9.81175280002.5(1028000 3.514 28000 2 .5 10004 10003.5 ) 7.749 108 N mm2-2 截面：'2 2E8 1m0

20、 g175H 2.5 (10H 3.514H 2.5h 4h3.5)8 0.101117564250 9.81280002.5(1028000 3.51428000 2.530004 30003.5) 6.934 108 N mm六、偏心弯矩计算Me mege 3600 9.81 2000 70632000 7.063 107 N mm七、各种载荷引起的轴向应力 1、计算压力引起的轴向压应力 1PcDi 2000 1.21 c i 60MPa1 4e 4 10其中 e n C 12 2 10mm2、操作质量引起的轴向压应力20-0 截面：00 0 00 0 m0 gm0 g2AsbDis es

21、64250 9.8110.04MPa3.14 2000 10裙座的有效厚度 esn C 12 210mm1-1 截面：111 1 m0 g2Asm63465 9.815863010.62MPa其中， m01 1 64250 785 63465kg ， Asm为人孔截面的截面积，查相关标准得： Asm 58630mm22-2 截面：22222m0 gDi63556.82 9.813.14 2000 109.93MPa其中， m02 2 64250 785 3532 59933kg3、最大弯矩引起的轴向应力 355.00MPa0-0 截面0000M m0ax000M m0ax03ZsbDis Se

22、s4817.27 1080.785 2000 2 10其中，最大弯矩 M mi aix 取下式计算值中较大者：M m0ax0 Mw0 0 Me (16.56 0.7063) 108 17.27 108 N mmM m0ax0 M E0 0 0.25M w0 0 M e (8.156 0.25 16.56 0.7063) 108 13.00 108N mm1-1 截面：11311maxsm816.36 1082767700059.11MPa式中 Zsm裙座人孔截面的抗弯截面系数。查相关标准得：Z sm =27677000mm3其中，最大弯矩 Mmi aix取下式计算值中较大者：1 11 1 8

23、8M m1a1x M 1w 1 M e (15.65 0.7063) 108 16.36 108N mmM m1a1x M1E1 0.25M 1w1 Me (7.749 0.25 15.65 0.7063) 108812.37 108N mm2-2 截面：22322max22maxDi2 e4814.55 1080.785 20002 1046.34MPa其中，最大弯矩 Mmi aix取下式计算值中较大者：M m2ax2 M w2 2 Me (13.84 0.7063) 108 14.55 108 N mm22 22 2 2 8M m2ax2 M E2 2 0.25M w2 2 M e (6.

24、934 0.25 13.84 0.7063) 108 11.10 108 N mm八、筒体和裙座危险截面的强度性校核1、筒体的强度与稳定性校核2-2 截面：筒体危险截面 2-2 处的最大组合轴向拉力 m2ax2组拉22 max组拉22222360 9.93 46.34 96.41MPam2ax2组拉 96.41Mpa K t 186.7Mpa因为 m2ax2组拉 K t ，故满足强度条件。其中，轴向许用应力： K t 1.2 183 0.85 186.7MPa2、塔体与裙座的稳定性校核2-2 截面：筒体危险截面 2-2 处的最大组合轴向压力 m2ax2组压22 max 组压2222239.93

25、 46.34 56.27MPaKB许用轴向压应力： Cr KB t 取其中较小值Kt按 GB-150 钢制压力容器中的规定，由0.094 Ri / e0.0941000/100.00094查相应的材料图(Q345R,200 0C ) 得 B=115Mpa,t 183MpaKB1.2 115 138MPat1.2 183 219.6MPaCr 138 MPa , K1.2。因为m2ax2组压56.27Mpacr138Mpa ，故满足稳定性条件。1-1 截面：塔体 1-1 处的最大组合轴向压应力11max 组压1 1 12310.6259.11 69.73MPa由A0.094 0.094Ris /

26、es 1000es 10查相应的材料图B 107.5MPat113Mpa ,K=1.2。则 crKB129MPatKt 135.6MPa因为，11 max 组压69.73Mpa定性条件。0.00094( Q235-B,200 0C ) 得，取 cr 129MPa 。cr 129Mpa ，故满足稳0-0 截面塔体 0-0 处的最大组合轴向压应力00max 组压20 0 30 0 10.04 55.00 65.04MPa 因 为 ，m0ax0组压 65.04Mpa cr 129Mpa , 故满足稳定性条件项目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚 mm101010截面以上操作质量 m0i

27、i /kg642506346559933计算截面面积i i 2 A / mmAsb 62800Asm 58630A 62800截面的抗弯截面系数Zi i / mm3Zsb 314 105Zsm 276.77105Z 314 105最大弯矩 Mmi iax/ N mm17.27 10816.36 10814.55 108最大允许轴向拉应力173.4-tK /Mpa最大允许压应力KB129129138tK135.6135.6204计算压力引起的向拉应力 1 / Mpa0060操作质量引起的向压应力 2i i /Mpa10.0410.629.93最大弯矩引起的轴向应 力 3i i /Mpa55.00

28、59.1146.34最大组合轴向拉应力 mi aix / Mpa-96.41最大组合轴向压应力 mi aix / Mpa65.0469.7356.27强度与稳定校核强度满足强度条件稳定性满足稳定性条件各危险截面强度与稳定校核汇总化工机械设备课程设计九、塔体水压试验和吊装时的应力校核1、筒体水压试验时各种载荷引起的应力(1) 由试验压力和液柱静压力引起的环向应力(Pt 液柱静压力) (Di ei ) 1.5 0.28 2000 10 T 2 ei 2 10178.9MPa189 pT 1.25P t 1.25 1.2 1.549MPa t 183液柱静压力 H 1000 28 0.28(MPa)

29、(2) 由试验压力引起的轴向拉应力 1PT Di1.549 2000 77.46MPa4 ei 4 10(3) 最大质量引起的轴向压应力 24第 # 页 共 33 页22222mmax gDi e124969 9.813.14 2000 1019.52MPa(4) 由弯矩引起的轴向应力 32 2 0.3MW2 2 M e3Di Sei0.3 13.84 108 0.7063 1080.785 20002 1015.47MPa化工机械设备课程设计2、水压试验应力校核(1) 筒体环向应力校核0.9 s 0.9 345 0.85 263.9MPa因为 T 178.9Mpa 0.9 s 263.9Mp

30、a ，故满足要求。(2) 最大组合轴向拉应力校核22max 组拉221222377.46 19.52 15.47 73.41MPa许用应力：0.9 S0.9 345 0.85 263.9MPa第 45 页 共 33 页因为 m2ax2组拉 73.41Mpa 0.9 s 263.9Mpa ，故满足要求。(3) 最大组合轴向压应力校核22 max 组压2-2222319.52 15.4734.99MPa轴向许用压应力cr0.9KB取其中较小值cr138MPa 。0.9 s 0.9 345 310.5MPaKB 1.2 115 138MPa因 为 m2-a2x组压 34.99Mpa cr 138Mp

31、a ，故 满 足要 求。十、基础环设计1、基础环尺寸取 Dob Dis 300 2000 300 2300mmibDis3002000 300 1700mmDIS=2000Dob=2300Dib=1700l=1602、基础环的应力校核00max取其中较大值，m0gAbbmax0.3M w0MemmaxgAbZbDo4bDi4b3.14 2300 4 1700432Dob32 23008.3768310 mm(1)bmax(2)bmax2 Ab4 DobM00M maxZbmog0.3M W0Zb0MDi2b0.78522300221700221884000mm21088.376 10817.2

32、76425018840009.81 2.396Mpa88mmaxg0.3 16.56 108 0.7063 108Ab8.376 108124969 9.8118840001.328Mpa取 bmax 2.396MPa选用 75 号混凝土，其许用应力 Ra3.5MPa，故满足要求。3、基础环厚度按有筋板时，计算基础环的厚度 b 。 11b Dob Dis 2 es 2300 2000 20 140mm2 ob is es 2设地脚螺栓直径为 M 42，由表 8-11 查得 l=160mm，则 b/l=140/160=0.88 ，由表 8-10 查得22M x 0.1482 bmaxb20.14

33、82 2.396 14026960N mm22M y 0.0848 bmaxl 2 0.0848 2.396 1602 5201N mm。取 Ms Mx 6253.9N mm，基础环材料 （Q245R）的许用应力 b 133MPa ，C=3mm,基础环厚度6 6960 3133 320.72mm ，取 b 21mm。一、地脚螺栓计算1、地脚螺栓承受的最大拉应力取其中较大值，00M w0 0M e mmingZbAbBM0E00.25M w0 0 Mem0gZbAb其中， mmin 37924kgME0 0 8.156 108 N mmMw0 0 16.56 108 N mm m0 64250k

34、gZb 8.376 108mm32Ab 1884000mm200(1)MWMe mmin gZbAb8816.56 108 0.7063 108 37924 9.818 1.864Mpa8.376 108 1884000(2) BM E0 0 0.25M W0 0 M eZbm0g8 8 88.156 108 0.25 16.56 108 0.7063 108 64250 9.81 8.376 108 18840001.218MPa取其中较大值， B 1.864Mpa2、地脚螺栓的螺纹小径因为 B 0 ，故此塔设备必须安装地脚螺栓。选取螺栓材料 30CrMoA，螺栓个数为 n=28， bt 150Mpa ，C=3mm。C4 1.864 18840003.14 28 15035.64mm取地脚螺栓为 M42。由表 8-12 查得 M42的螺纹小 径 d=37