化工设备机械基础课程设计

1、设计参考数据塔体内径/mm2000塔高/mm40000计算压力/MPa0.9设计温度/150基本风压值/N/nf300地震设防烈度/度8场地土类I类设计地震分组第二组设计基本地震加速度0. 2g地面粗糙度B类塔盘数70塔盘存留介质层高度/mm90塔盘间距/mm450介质密度/kg/n?800保温层厚度/mm100保温层材料密度/ kg/m3300平台宽度1000人孔间距10层塔板半圆形平台数7单位质量/kg/m?150包角180再沸器操作质量/kg3800再沸器偏心距/mm2000塔体及封头材料Q345R裙座材料Q235-B塔体及封头厚度附加量/mm3裙座附加量/mm3塔体焊接接头系数0. 8

2、5目录一、塔体的设计条件3二、按计算压力计算塔体和封头厚度4三、塔设备质量载荷计算4四、风载荷及风弯矩计算6五、地震载荷计算10六、偏心弯矩计算 11七、各种载荷引起的轴向应力11八、筒体和裙座危险截面的强度性校核 13九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 16十、基础环设计 17十一、地脚螺栓计算19十二、筒体及封头联接法兰的选取20十三、主要符号说明22十四、个人总结 2427参考文献一、塔体的设计条件1、塔体的内径。=2000？，塔高近似取 H = 40000 ；2.计算压力=0.9Mp ，设计温度150C；3、设置地区：基本风压值加=300N/m2,地震 设防烈度8度，设计基本地震加速度

3、0.2g,地 震分组为第二组；场地土类：I类，地面粗糙度 B类。4、塔内装有N=70层浮阀塔盘，塔盘间距 450mm,每层塔板上每块塔盘上存有介质高度 为儿= 90?,塔板上介质密度为800kg/m3 ；5、塔壳外表面层100mm,保温层材料的密度 300kg/m3 o6、沿塔高每10层塔盘开设一个人孔，人孔数 为7个，相应在人孔处安装平台为，平台宽 1.0m,单位质量 150kg/nf,包角 180。7、塔体及裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量 为?, = 3800kg ,偏心距 e=2000mm；8、塔体及封头材料选用Q345R,其中 af = 170A/Pa, a = 170MPa, 0s

4、 = 345Mpa,E = L9x 10Mpa ,裙座材料选用Q235-B。9、塔体及裙座厚度附加量C=3mm,裙座厚度 附加量3mm。塔体及裙座对接焊缝，塔体焊接 接头系数。= 0.85 o对该塔进行强度和稳定计算。二、按计算压力计算塔体、封头和裙座厚度1、塔体厚度计算pR2brp-几0.9x20002x170x0.85-0.9=6.25mm考虑厚度附加量C=3mm,经圆整后取5 = 12mm o2、封头厚度计算PR0.9x2000o =：= 6.242打夕-0.5几 2x170x0.85-0.5x0.9考虑厚度附加量C=3mm,经圆整后取心=12 o3、裙座厚度也取12。三、塔设备质量载荷

5、计算1、筒体圆筒、封头、裙座质量加/H01=J(D;-D;)xHxp=(2.0242 - 22) x 40 x 7.85 x 103=23817kg2、附属间质量”ma = 0.25?o = 5954kg3、塔内构件质量恤2=D；x70x75 = -x4x70x75 = 16493(浮阀塔盘质量75依/)4、保温层质量?。3%3 = ?(2.024 + 0.2)2 - 2.0242 x (40 _3.6)x 300=7287kg5、平台、扶梯质量仙俑=( (2.024 + 2)2 - 2,0242 x 150x7 x1 + 40x40=6588依说明：单位面积质量150口/4,笼式扶梯单位长度

6、质量404/?；笼式扶梯总高40,，平台数量为7。6、操作时物料质量/5mM = - D;hNp = -x2ix 0.09 x70x 8008 44=15834kg说明：物料密度夕= 8004/儿 塔板数N=70,塔板上液层高度 =0.09/?/ o7、充水质量为mw = ?x2 x(40-3. 6)x1000=114354kg其中 p = 10000/nt8、各种质量载荷汇总将全塔分为9段，计算各质量载荷(计算中略有近似)段号1234567S9塔段长度500十，心1339. 71339. 75023. 93535. 33535. 33535. 33535. 33535. 34391.2005

7、2356. 12356. 12356. 12356. 12356. 12356.12356. 1小001351.3950.9950.9950.9950.9950.91181. 17272982.5902.5902.5902.5902.5902.5948. 5，心26222622262226222620021205. 814922.614922.614922. 614922. 614922. 618535. 4，200001411.73311. 713875. 810006.810006.810006. 810006. 810006. 811138.91411.73311.732819. 622

8、667. 422667. 422667.422667.422667. 427412.3%Mn1411.73311.79728. 95859. 95859. 95859. 95859. 95859. 96992全塔操作质量?0 =阳 01 + 加 02 + ?。3 + 叫）4 + ?。5 + ma + 阳，= 23817 + 16493 + 7287 + 4988 + 1600 + 15834 + 5954 + 3800=79773依全塔最小质量min =血。1 + .2/02 + 加03 + ?04 + %= 23817 + 0.2x16493 + 7287 + 4988 + 1600 + 5

9、954 + 3800=50745必水压试验时最大质量帆 max = 知 + 机。2 +）3 + ?。4 + 机 + 机卬 += 23817 + 16493 + 7287 + 4988 +114354 + 5954 + 1600 + 3800=178293小四、风载荷及风弯矩计算1、风载荷计算示例以23段为例计算风载荷片6二长陷3%3。”1。一6（乂）式中：用体形系数，对圆筒形容器，K, = 0.7%10m高处基本风压值，% = 300N/力风压高度变化系数，查表8-5得：A = 1.009813计算段长度，h = 6750v3脉动影响系数，由表得：匕=0.72塔的基本自振周期，对等直径、等厚度

10、得圆截而塔：7 =90.331N ESQ：-3。爵冷小。一，脉动增大系数，根据自振周期小由表查的：= 2.50处振型系数，由表得：痣3 = 0.108K2i风振系数K” = l +与血 ，2.50x0.72x0.108 一 -=1 += 1.1931.0098Dei一一塔的有效直径。设笼式扶梯及塔顶管线成90 ,取下a、b中较大者。”。3 =+ 23力 + K3 + K4bDc =与 + 2% + 储 + 4)+ 2%K3 = 400 , 4)= 450mm , Jv3 =斗5 = 1002x1000x10006750=296.3/7?/?XXa ： LUJ z q生一 至 宝0U V31 J

11、10 in r-. y_ 1生i.-i r-二 1I-3-r 10 m r-z IJI u-。0号008 一P尸旃川人叱= 0.7x1.193x300xl.0098x67500x3170.3xl0-6=5413.76( W)2、各段塔风载荷计算结果塔段号1234L06789lt / mmL000夕 o/(N/2)300K0.7匕（及类）0. 720. 720. 720. 760. 790.810. 830. 840. 85四0. 020. 020. 1080.2120. 340. 480. 650. 8251.002. 50七1.0361.0361. 1931.3531.5391.7321.9

12、572. 1732. 362hjm0. 0450. 090. 260. 380. 500.6150. 730. 851.00类）1.001.001.00981. 14221. 24671.32821.40901.47741.56平台数001111111Kjmm00296.3421. 1421.1421.1421. 1421. 1421. 1Di / mm267426743170.33295.13295.13295.13295.13295.13213.0PJN1047.161047. 165413.765079.516306.417561.249063.2410552.1114668.533、风

13、弯矩计算0-0截面：M：_0 = 6 +巴 A +4 + +尺+，2+，3+，4+，5+与乙.乙）乙）= 1047.16x900+1047.16x(1800 + 900) + 5413.76x(1800+1800+3375 + 5079.51(1800 + 1800 + 6750 + 2375) + 9063.24(3600 + 6750+4750 x 3 + 2375) + 14668.53(3600 + 6750 + 4750 x5 +=1.507 x 10 N mm1-1截而:(，2+ + 6，2+h + h+ k +2)= 1047.16x900 + 5413.76x(1800 + 3

14、375) + 5079.51x(1800 +6750 + 2375) + 6306.41x(1800 + 6750 + 4750 + 2375) + 7561.24 x(l 800 + 6750 + 4750 x2 + 2375) + 9063.24 x(1800 + 6750 + 4750 x 3 +2375) + 10552.11x(1800 + 6750 + 4750 x4 + 2375) +14668.53 x(1800 + 6750 + 4750 x5 += 1.365x1097.2-2截而:+ .+蝇 13 +八 +/5 + :=5413.76 x 3375 + 5079.51 x

15、 (6750 + 2375) + 6306.41 x (6750 + 4750+2375) +7561.24 x (6750 + 4750 x 2 + 2375) + 9063.24 x (6750 + 4750 x 3 + 2375) + 10552.11 x (6750 + 4750 x 4+2375) +14668.53 x (6750+4750 x 5+2950) 二 1.292 x IO。五、地震载荷计算取第一振型阻尼比为4=0.02则衰减指数9+线倦=。95(=1.75s塔的总高度 H=40000mm全塔操作质量加=79773依重力加速度g=9.Sm/s2地震影响系数q=初2奴工一

16、5方）只皿由表查的%皿=016 （设防烈度8级）由表查的工=0.37l =1+0.02 = 0.023755- = 1 + 5- = 1319 -0.06 + 1.70.06 + 1.7x0.02a 尸见 0Z-%(T5TJKx= 1.319x O.20-95 - 0.2375(1.75 -1.5) x0.16= 0.0448计算截而距地而高度h：0-0 截面:h=01-1 截而：h= 1800mm2-2 截而：h=3600mm15,按下列方法计等直径、等厚度的塔，H/D, =40000/2000 = 20算地震弯矩。0-0截而:=X 0.0448 X 79773 x 9.81 x 40000

17、 35= 6.41xlO8/Vww“L = 1= 8.01 X 0nN nun1-1截而:M/i = M空(IO”“ 一142.5 + 4产) 1754 25二 8x0.0448x79773x9.81400Go. * 义 4Go 峭 x 175X400002-5+4 x 18OO3 5 = 6,0 x 108 W - mmM1 二 1.25ML=7.5x1()Sn,加加2-2截面：,2-2 =.吗峥(OH 3, _14”25 力+4/5)175 25=8 X 0.0448 X097;X 9.81乂 4(x)0035-14 x 4000025 x 3600175x4000(?+360()35x4

18、) = 5.6x10”加/.= 125M 产二 zoxlO./加六、偏心弯矩计算Me = mege = 3800 x9.81x 2000 = 0.7456 xlO8/V-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?=50MPaPD 2000x0.95 = -JL =14&4x9其中今=用_0 = 12_3 = 9mm2、操作质量引起的轴向压应力.0-0截而:寸=*=今=里3 = 13.84Asb 4。、汽 x 2000 x 10裙座的有效厚度第=用-C = 12 -3 = 9mm1-1截而:4=警=-党”7.57MR,其中，”=79773-1411.7 = 78361.3依，为

19、人孔截面的截面积,查相关标准得：A = 52767?/rI2-2截而:(T；-2 = 7、)49C = 13.02MR/九71： x 2000 x 9其中, 唁2 = 79773-1411.7-3311.7 = 75049.6必3、最大弯矩引起的轴向应力q0-0截面一682x1：_ = 55.95MPa 0.785x2000 x 9其中，最大弯矩“二取下式计算值中较大者:黑=ML + Me = (15.07 + 0.7456)x 10s = 15.82 xio8- mm 肾=M+ 025M 7 + A/ =(8.01 + 0.25 x 15.07 + 0.7456)xlO8 = 12.52xl

20、O8AT-mm1-1截面:齐磬=蟋*=55.96式中乙一一裙座人孔截而的抗弯截面系数。查相关标准得:Zr = 2.633 x 107m/n3其中，最大弯矩/二取下式计算值中较大者：K二=+ Me = (13.99 + 0.7456) xl 0s = 14.733 xlO8 mm v= 10.97x10” 加加八、筒体和裙座危险截面的强度性校核1、筒体的强度及稳定性校核2-2截面：筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉力之乙拉：4/组拉=5 -b； + 庆V =50-13.02 + 48.28 = 85.26A/收组拉=85.26% Ka(p = 73AMpa因为5龙组拉 故满足强度条件。其中，轴

21、向许用应力：Ka= 1.2x 170 x 0.85 = 173 AMPa2、塔体及裙座的稳定性校核2-2截而:筒体危险截而2-2处的最大组合轴向压力端：组球:b=;加=0二 +b；2 = 13.02 + 4828 = 6L3MPa ndA Sil/R_n许用轴向压应力：口。=?取其中较小值。按GB-150钢制压力容器中的规定，由查相应的材料图（16MnR）得 B=106Mpa, a = 170MpaKB = L2xlO6 = 127.2M&r *， 取la,. =12,2MPu,K = T2。K a =1.2x170 = 204MPa L icr因为a;：，- =6L3Afc vb,. = 1

22、38Ma，故满足稳定性条件。1-1截而:塔体1-1处的最大组合轴向压应力工 =b 尸 + b ? = 14.57 + 55.96 = 70.53“尸 max ,HJ K，由 a = - = 0. 00084 R/%查相应的材料图(Q235-B )得B = T075MPa，打=170河/加KB = 29MPa 口.r v，取 b” = 129MR/。K a =204M Pa因为，UM缈k =7。.53MMe=129朋加，故满足稳定性条件。0-0截而塔体0-0处的最大组合轴向压应力碟之山.=o +b = 13.84 +55.95 = 69.79MP。因为，嘘:=69.79 er r = 129Mp

23、a ,故满足稳定性条件。各危险截面强度及稳定校核汇总项目计算危险截面0-01-12-2塔体及裙座有效厚mm999截面以上操作质量 欣7kg79773. 978361. 375049. 6计算截面面积A / mm24 = 56548.674m =52767A =56548.67截面的抗弯截面系数Z J / mm3Zq 2.8 x IO。Z =2.63 X IO7 AWZ =2.82x10，最大弯矩吃/M伽1.507 xlO91.39 xlO91.29xl09最大允许轴向拉应力Kg173.4最大允许压应力KB138Kwr135.6135.6204计算压力引起的向拉应力0/ Mpa0050操作质量引

24、起的向压应力穴/ Mpa13. 8414. 5713. 02最大弯矩引起的轴向应力式/ Mpa55. 9555. 9648. 28最大组合轴向拉应力5L，Mpa85. 26最大组合轴向压应力之，Mpa69. 7970. 5361.3强度及稳定校核强度满足强度条件稳定性满足稳定性条件九、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b_ (Q + 液柱静压力)(9 + /) _ (L125 + 0.39)x (2000 + 9)*通29=169.09MR，p. = 1.25P-i = 1.25x0.9x= i.i 25MPaT a17

25、0(2)由试验压力引起的轴向拉应力巧/W=1.125x2000 = 6254/4x9(3)最大质量引起的轴向压应力/g g 173569.6x9.81= 3OA3MPaIlldA S%DQ, - 3.14x2000x9(4)由弯矩引起的轴向应力与= (MM *0.7456,=,川-x2OOO2x9 42、水压试验应力校核(1)筒体环向应力校核0.9b* = 0.9 x 345 x 0.85 = 263.9MPa因为弓=18L9Mpa 0.95夕=169.09M/% ,故满足要求。(2)最大组合轴向拉应力校核第嘉小=5-8-2+寸2=62.5-30.13+16.32 = 59.39/1%许用应力：0.9/ = 0.9 x 345 x 0.85 = 263.9MPa因为4:制=