设计说明书塔前言

1、大学机械毕业设计业部门以及在环保领域的应用也已趋于成熟。在对常压及中压下的蒸馏、真空蒸馏中填料塔尤其适用。当然对于有大气量的两相接触过程也是比较适用的。随着技术的发展可以：21 世纪塔器的分离技术将会向着复合化、行业化、大型化、节能化等方向发展。本次设计的起始时间是 2013 年 1 月 6 日，通过的悉心指导，本次设计共经历了资料收集、文献的查阅，确定设计方案及编写设计说明书，图纸的设计等过程。也通过这次设计让我们对填料塔的发展历史，组成结构，塔设备的设计和制造过程及塔设备的生产工艺有了更加深刻的认识和理解。进一步的巩固了所学的专业知识，提高了查找资料的能力以及和同学之间相互交流能力，可以说

2、这是对大学四年所学专业知识的一次比较全面的检验总结和巩固。然而我深深的知道本人设计水平有限，知识是无尽的，的实践经验也不足以及其他一些因素的限制，此设计必定会存在很多不足，希望各位、同学批评指正。陈2013.1.6第 2 页 共 60 页大学机械毕业设计第一章 结构设计1.1 填料的选择填料是填料塔的内件，填料的选用主要根据其效率、通量、和压降三个重要的性能参数决定。包括确定填料的种类、规格及材质等。填料分为散装填料和规整填料两种。在进行设计时所选用的填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用较低的条件。此次设计中综合考虑上述因素选用的是50金属环。其物性和形状如表 1-1 及下图

3、1-1 所示：表 1-1外径高× 比表面 空隙率 e/m3 · m-3个数堆积密度干填料因子 a/ e 3/m-1湿填料因d / mm厚积 a/m2 · m-3/个·m-子/m-1/m-1g D/kg·m-3/mm×mm5050 ×112.30.94965003951311301第 3 页 共 60 页大学机械毕业设计图 1-1环（a）钢环；（b）瓷环1.2 填料层高度的选择：填料层的分段：由设计说明书可知为 23.3m,塔体比较的高。当液体沿填料层往时，由于重力等因素的影响会使液体有逐渐方向集中的趋势，进而形成壁流效应。壁

4、流效应会造成填料层气液分布不均匀，从而导致传质效率降低。因此在设计中应考虑将填料层进行分段，设计液体收集分布器。从而保证液体在调料层中分布均匀，同时为上升气体提供横向混合的空间和机会，减小放大效应，提高传质效率。对于散装填料，一般推荐高度见表，表中的 h/D 为分段后高度与塔径比，hmax为的最大填料层高度散装填料分段高度推荐值如表 1-2:故取每段填料层高度为 3.5m，分三段。第 4 页 共 60 页填料类型拉西环环矩鞍环阶梯环环矩鞍h/D2.551058815515Hmax/m£ 4£ 6£ 6£ 6£ 6大学机械毕业设计1.3件及其附件

5、的选择1.3.1 除的选择由于当操作气速较大时，那么就可能会出现塔顶夹带，这不仅会造成物料的流失，也会使塔的效率降低，并且还有可能对环境造成污染。因此为了避免这种情况产生，就需要根据规定在塔顶处设置合适除沫装置，近而减少液体的夹带损失，提高塔的效率，确保后续设备能够正常工作。生产中常用的除沫装置可分为：丝网除、折流板除以及旋流板除沫器。此外，还有多孔材料除及除。根据此次填料塔的设计条件和化学工艺设计手册选用用丝网除。它是应用最的除沫装置之一，具有比表面积大、重量轻、空隙率大以及使用方便等优点。以及除沫效率高、降小的特点。因设计汽提塔的塔径为4000mm，直径较大，故采丝网除，根据化学工艺手册规

6、定丝网块直径应小于塔设备的内直径，并且要安装在塔顶出气口处，所以需要另加一圆筒短节用来安放网块。采用的是下拆式结构，根据规定可知丝网层厚度一般取 100150 。根据设计条件选用 100 （N 型），结构形式如下 1-3：1-31 除1.3.2 填料支承装置的选择根据设计条件塔径为 4000mm 较大，若选用分块式栅板则需要 4 块以上，因此根据设计条件和化学工程师设计手册和化学工艺设计手册选用气体喷第 5 页 共 60 页大学机械毕业设计射支撑板来作为填料的支承。其与分块式栅板相比之下的较大的优点有：自由截面大，一般在 90%以上，流体阻力小。但是其结构却比较复杂。1.3.3 液体再分布器当

7、填料塔的填料层比较，液流有流造成“壁流”的倾向，进而造成了液体的分布不均匀，甚至还会造成塔中心处的填料都不能被湿润，从而引起“干锥”的现象，大大的降低了填料塔的效率。为了消除这样的现象，提高塔的效率，故将填料层分段，每层填料层间设置液体再分配器，使整个填料度内的填料都能被均匀的喷淋。在本设计中，由于塔径为 4000mm 过大，采用气体喷射支撑板，所以就不需要再设置液体再分布器了。1.3.4 塔吊柱的选择在进行吊柱的选择是要考虑吊柱的方位和回转半径 S，吊柱不仅在经过人工推转后能使经过吊柱的垂线可以转到人孔的附近，而且还可以使吊钩的垂线能够转到平台外，这样以便将所选取的件从塔平台之外的场地上能够

8、吊到塔平台上的人或者是反过来将它内件从塔平台上人吊到塔平台之外的场地上。因此吊柱的方位应当要首先取决于人孔所在的方位。而人孔方位的确定是由管道专业根据设备的布置及配管的要求来确定。其结构如下：第 6 页 共 60 页大学机械毕业设计图 1-3 吊柱其如下表表 1-4SLHf ´ dREL重量标准图号2400 4550 1550 219×10 1000300 120 471HG5-1373-80-26吊杆的材料采用的为 20 号无缝，而其他材料采用的为 A3F 钢。支座垫板的材料与塔体材料采用是相同的。吊柱下端的支承结构所采用的是椭圆形封头。吊杆的计算是以整根管子来作为计算依

9、据的。如果管子的长度不够那么就需要进行拼接，这时应符合以下的要求：a）只拼接一处。b)进行拼接的位置只能是在下图所示的 B 至 C，E 至 W 之间。C）采用的焊接结构应按下图所示。采取的焊缝系数为：0.9.第 7 页 共 60 页大学机械毕业设计图图 1-4封板通过查化学工艺手册可知：用管子来制作的吊柱都是焊有端封板的，那么为了防止雨水的灌入而引起生锈。所以封板上方开直径为f 30 的牵引孔。吊钩通过查化学工艺手册可知：吊钩常用的形式有三种，其中又是以圆钢弯成 U形焊在吊杆上的形式用的最，所以此次设计中采用的就是这种形式。其结构图如下：1.3.5 人孔的设计与选择通过查中民行业标准钢制手人孔

10、此次设计中选用的是“回转盖板式平焊人孔” （HG/T 21516-2005）它的形式如下：第 8 页 共 60 页大学机械毕业设计0.6图 1-6人孔1.3.6 接管的选择通过查中民标准GB9112.288 此次设计中选用的是PN0.6Mpa 平面板式平焊其结构如下图：图 1-7接管具体如下表表 1-5第 9 页共 60 页大学机械毕业设计1.3.7 接管的选取根据设计条件和化学工艺设计将选取如下：气体的管 D 选用的是型号为 DN700mm 的接管液体的进口管选取的是型号为 DN100 的接管液体的出塔接管选取的是型号为 DN150 的接管。1.3.8容器的选择通过查中民标准容器分类与技术条

11、件即（ JB/T4700-2000）,根据化学工艺设计中的设计工艺条件，选用的是乙型平焊法兰。又根据 JB/T 4701-2000 来确定其结构和：选取的是型号为 DN3000mm的。第 10 页 共 60 页公称通径DN管子外径A法兰外径D螺栓心圆直径K螺栓孔径L螺栓法兰厚度C法兰内径B理论重量Kg数量n螺纹Th100114.3210170184M161890.52.95150168.6265225188M1620170.54.75700711.68608102624M2440-大学机械毕业设计图 1-8凹凸面密封表 1-6第二章塔结构的设计2.1 结构设计2.1.1 工作参数操作Pw：常压

12、操作温度 Tw：140°C入塔物料：半水煤气水：23.3 米；塔径：4 米塔类型：填料塔环境：衡阳室外第 11页 共 60 页大学机械毕业设计2.2 设计参数的确定2.2.1 设计根据 0580-1998钢制化工容器设计基础规定中的表 4-1 设计选取表的要求，此设计的设备无安全泄放装置，计算Pc 应当取 1.01.1 倍工作压力 Pw，所以计算Pc 为：1.1×0.1Mpa=0.11Mpa，此设计的塔设备内为气相空间，所以此时液柱静应当为：P1=0Mpa；有此可知设计应当为：P=Pc=0.11Mpa.2.2.2 设计温度根据 20580-1998钢制化工容器设计基础规定表

13、 5-1 设计温度选取表要求可得：当塔工作温度 T>15°C 的时候，设计温度 Tc 在工作温度 T 上应当增加1530°C，在这里我们选取 20°C，则可知设计温度为 160°C。2.2.3 塔体材料因为设计温度为 160°C，入塔物料为酸性气体，并且气体当中含有一定的H2，所以应当要考虑氢的腐蚀。根据 HG20581-1998钢制化工容器材料选用规定中的 6.7.3 规定，当设计温度大于等于 200°C 的时候，与氢相接触的化工容器用钢应考虑氢的腐蚀危害。本塔设备设计的温度为 160°C，因此不需要考虑氢的腐蚀作用

14、。设计的为 P=0.11Mpa,应当属于低压设备中的吸收设备，分为一类容器；由于介质腐蚀性未提特殊要求，所以选用 16MnR 作为吸收此塔体的材料。2.2.4试验根据 GB150-1998钢制容器3.8.1 要求来计算试验的为：s s tP =1.25PT第 12 页 共 60 页大学机械毕业设计公式中：PT试验MPaP设计MPas t容器元件材料在设计温度下的应力MPas 容器元件材料在试验温度下的应力MPa由 GB150 的表 4-1 可知 16MnR 在设计温度 160°C 下材料的应力为:s t=170 MPa又已知试验温度下的材料应力s =170 MPa;所以试验的为:s

15、s tPT=1.25P=1.25×0.11×1=0.1375 MPa由上述的的设计条件，根据过程设备设计中关于容器的分类标准可知：该填料塔应当属于一类容器，设计的具体的参数如下表 2-1，受压元件的材质，焊缝系数及试验容器类别：一类设计（MPa）：0.11设计温度：160°C操作介质：半水煤气水主要受压元件材质：16MNR焊缝系数：1试验（ MPa）：0.138表 2-12.2.5 焊缝系数根据过程设备设计可知：A,B 类焊缝均进行 100%的射线检测，因此去焊缝系数为：1.0。2.3 筒体的厚度选择2.3.1 符号：根据查化学工程师手册和过程设备设计中的规定在塔

16、设备设计中有：第 13 页 共 60 页大学机械毕业设计C 厚度附加量（mm）C=C1+C2C1 钢材厚度负偏差（mm）C2 腐蚀裕量（mm） 按设计参数取Di 圆筒的内直径 Di =4000mmP 设计（MPa）按设计参数取P=0.11 MPaPc 计算P 设计温度下圆筒或封头的最大工作，MPaPw 圆筒的最大工作，MPad ddd ed n 圆筒或封头的设计厚度，MPa 圆筒的计算厚度，mm圆筒的有效厚度，mm圆筒的名义厚度，mms t应力，由设计标准s t 可知为 170MPa 16MnR 在 160时的;f 塔体焊缝采面对接焊，进行局部无损检测，所以f 1 ；C2 腐蚀裕量，根据过程设

17、备设计中的工艺条件取 C24 ；2.3.2 设计温度下圆筒的计算厚度由过程设备设计中的设计方法可知：按强度条件，那么筒体所需要的厚度为：Pc Di2s t f - Pd +C2d0.11´ 4000+C22 ´170 ´1 - 0.11=1.29+2 =3.29 其中C2 为腐蚀裕量，无特殊的腐蚀情况下，那么对于碳素钢和低合金钢， C2不小于 1 mm，所以就取C2 =2 mm；C1 为钢材负偏差，使用中若钢板厚度超过了 5mm 时（如 20R、16MnR 和 16MnDR 等）那么可取C1 =0，由此则可得：第 14 页 共 60 页大学机械毕业设计C = C1

18、 + C2 = 2 + 0 = 2mm。又根据钢制容器（GB150-1998）中的相关规定：对于低合金钢制的容器，不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于 3 mm。所以圆筒设计的厚度为：d C = d + C = 3 + 2 = 5mm查钢材标准的规格，取圆筒的名义厚度为： d n =10 mm,2.4 球形封头的厚度选择2.4.1 符号同 1.5.1.1 注释2.4.2 设计温度下球形封头的计算厚度根据过程设备设计采用标准的椭圆封头，封头的设计厚度为：0.11´ 4000Pc Di2s t f - 0.5 pd + C +2d22 ´170 ´ 0.85 - 0.5

19、´ 0.112.46 ；根据钢材标准的规格，同时为了便于焊接，所以取封头与筒体等厚，因此：d n =10 ；第三章 填料塔载荷分析及强度的校核3.1 载荷分析容器受到介质，支撑反力等多种载荷的作用时候。确定全周期内容器所受到的各种载荷，是正确设计容器的前提。分析载荷作用下容器的应力和变形，是容器设计的重要理论基础。载荷是指能够在容器上产生应力应变的因素，如介质，风载荷，载荷等。第 15 页 共 60 页大学机械毕业设计3.1.1 塔体上各项载荷计算：根据化工工艺设计手册及过程设备设计有：塔设备的操作质量为： m0 = m01 + m02= m01 + m塔设备的最大质量为： mmax

20、塔设备的最小质量为： mmin塔体总质量m01 ，= m01 + 0.2其中筒体质量m1 ：根据查的表得，1（10 厚）筒节钢板所具有的质筒节的具有的容积为：7.065m3 ；量为：737 ； 1那么根据设计要求可知筒体质量 m1=23×737=16951 ；3封头质量m2 ：根据查的表可得 EHA 椭圆封头的容积为：3.817m ；其壁10 质量为：m2=775 ；裙座的质量m3 ：根据查的表可知裙座的质量为：Q 2211 3那么塔体的质量应为：m01m1+m2+m3=16951+775×2=20712 ；塔段内件的质量为： m02 (kg)根据公式：填料质量体积

21、5;堆积密度 p×（4）2×10.5×39529302 ；4塔段内其他内件的质量约为 50 ；所以塔段内件的质量应为：m0229302+5029352 ；保温层质量m03 (kg) ：根据要求可知（ d 50 ，第 m3 质量 0.5t）si所以其质量应为：m031086.9 ；平台、扶梯的质量m04 （ kg ）：根据设计要求有操作平台共有五层，每层约为 500 及斜梯（总的高度为 20m，每 5m 的重量为：125 ）所以平台、扶梯的质量应为：m045×500+4×1253000 ；操作时物料质量m05 （ kg ）：第 16 页 共 60

22、 页大学机械毕业设计料液 m052%容积0.02×（18×7.065+2×3.817）×10002696 ；人孔、接管、等附件的质量应为： ma ， (kg)按经验取附件的质量为： ma =0.25 m01 = 0.25´ 20712 = 5178 kg充液质量mw , (kg) p×42×18×103127170 充水质量mw4根据上述的计算那么有：塔设备的操作质量m0 = m01 + m02 + m03 + m04 +20712.961944.9 ；塔设备的最小质量mmin = m01 + 0.2m02 + m

23、03 +=20712+0.2×29352.9=35767.3 塔设备的最大质量mmax = m01 + m02 + m03 + m=20712.9=189194.9 3.1.2载荷与弯矩的算载荷是指作用在容器上的力，它产生于支撑容器的地面突然和容器对的反应。时，作用在容器上的十分复杂的，为了简化设计的计算，通常采用数，把力简化当量剪力和弯矩。当发生的时候，塔设备作为悬臂梁，在载荷的作用下就会产生弯曲变形。所以安装在七度或者是七度以上烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出它的载荷。使设计做到安全规范。首先，根据设计手册中的方法选取计算截面（包括截面）。该设计中将分为 4 段。其计

24、算的截面分别标为：0-0、1-1、2-2、3-3，其中 0-0、1-1、= 0.5数为： CZ2-2 为截面。根据设计手册取综合第 17 页 共 60 页大学机械毕业设计根据过程设备设计第二版的表 7-9 取第二组类场地土所对应的的特性周期为Tg =0.3根据过程设备设计第二版的表 7-10 取设防烈度为 7 时为a max =0.08。数最大值数根据场地土的特性周期及塔的自振周期由分析设计方法确定，并且不得小于0.2a max= 0.08 ´ 0.2 = 0.0016 ,即ö0 9ö0 9æ Tæ0.3a = ç÷ga m

25、ax = ç´ 0.08 = 0.036 > 0.2a max÷è T1 øè 0.72 ø设备的任意截面 I - I 距地面的高度为h ，那么基本振型在截设等直径、等壁面 I - I 处产生的弯矩应当为：Ha mg=1.6 1x1 5dx =8a1mgHòòhM I -I=(x - h)dF(10H 3 5 -14hH 2 5 + 4h3 5 )EIk1H 1 5175H 1 5h上式中m 为塔高度上的质量，即m = m0 / H当塔设备 H/D15 或 H20m 时，应当还需要考虑高振型影响，这

26、时应根据第一、二、三振型，分别计算塔设备的水平力及弯矩。然后再根据振型组合的方法来确定作用于k 质点处的最力和弯矩。而这样的计算方法是很复杂的，因此在进行稳定和其他验算的时候，可按由第一振型的一种简化计算方法I -II -I EIM= 1.25M计算的结果来估算弯矩即：公式来计算E由此可得：操作质量为： m0 = 61944.9kg ；当量质量为： meq = 0.75m0 = 0.75 ´ 61944.9 = 46458.7kg ；数为：a v max= 0.65 ´ 0.08 = 0.052 ；垂直的力：F 0-0= a· m· g = 0.052

27、´ 46458.7 ´ 9.8 = 23675.4N底截面处垂直的vv maxeq底截面处弯矩为：= 1.25M 0-0 = 1.25 ´ 16 a m gHM 0-0EEI1 035第 18 页 共 60 页大学机械毕业设计161.25× 35 ×0.036×61944.9×9.81×233002.91×108 N × mm那么在截面 1-1 处弯矩应为：1-1M E1-11.25M EI= 1.036 ´= 1.25´175´2.48×108 N &#

28、215; mm截面 2-2 处的弯矩应为：2-2M E2-2= 1.25M EI= 1= 1.25´ 8´36175= 7.87 ´107 N * mm截面 3-3 处的弯矩应为：-333-3ME= 1.25M EI= 1´0360.8= 1.25´175=0.9×107 N × mm3.1.3 填料塔自振周期的计算在进行塔设备的振动分析时，一般的情况下是不考虑平台及外部接管的限制作用和地基变形的影响，而是将塔设备看成是顶端是自由，而底部是刚性固定，质量沿高度方向连续分布的悬臂梁，根据过程设备设计第二版 （7-5）式第一振型

29、计算式可知其基本的震型自振周期T1 (s) 为：mH 4T = 1.791EI式中 I = p D 3d =´ 33 ´ 0.008 = 84 ´10-3 (m4 )8pie8第 19 页 共 60 页大学机械毕业设计其中m 为塔高度上的质量即m = m0 / H ，所以有：H 361944.9 ´ 23.332.1´1011 ´ 84 ´10-3mT = 1.79= = 1.79 0EI= 3.75(s)1而振动的周期为：61944.9 ´ 23.3 = 6.15(s)mH= 0.8´T 0.8SQ24

30、465式中 Q 总剪力 Q350×23.3×324465 N；显然可得实际振动的周期未超过最大振动的 周期。3.1.4 设计的塔体的风载荷及风力矩的计算各计算段的外径均为 Doi = D + 2d = 4000 + 2´10 = 4020mm ；in塔顶处的管线是气体的出口，根据化学工艺手册取塔顶管线的直径为：D0=350 由化学工艺手册取第i 段保温层的厚度为： d si = 50mm ； 根据设计要求取得在管线上的保温层厚度为： d PS = 50mm ；选用的扶梯为笼式，它的当量宽度应为： K3 =400mm；å A = 9 ×105 m

31、m2 ；取各段平台构件所形成的的投影面积为：= 2å AK4l所以操作平台当量宽度应改为：，0塔设备迎风面的所要考虑的有效直径 Dei 应当是该段所有受风构件迎风面宽度的总和。所以当将塔顶管线和笼式扶梯布置成为 180°时，塔设备迎风面所形成的有效直径 Dei 应为：= Doi + 2dsi + K3 + K4 + d0 + 2d piDei而当塔顶管线和所选用的笼式扶梯布置成为 90°时, Dei 则应选取下列两式之间第 20 页 共 60 页大学机械毕业设计较大的那个值。= Doi + 2d si + K3 + K4= Doi + 2d si + K4 + d

32、0 + 2d piDeiDei根据查过程设备设计第二版的表 7-5 可得：风压高度变化系数可根据各计算段顶截面距地面高度hit / H 而得，计算如下：f1 = 1.00, f 2 = 1.00, f3 = 1.00, f 4 = 1.25体型系数 K1 风压在不同体型的结构表面分布亦不相同，对细长的圆柱形塔体结构，取体型系数为： K1 =0.7.风振系数 K 2 ：塔设备设计时考虑风载荷的脉动的性质和塔体的动力特性而折算的系数。K 2 则按下式计算H £ 20m 时，取> 20m 时， H当1.70 。而当= 1 + evifZiK2ifiH 为23.3m 大于 20m，通过

33、计算得：K2=1.8根据此次设计的条件，前面已求出塔设备自振周期T1 = 3.75s ，根据化工设备机械基础的表 17-2，取衡阳地区基本风压值为 350 N / m2q T 2=350× (3.75) = 4921.8720 1q T 2假设土地粗糙度类别为 B 类，则由值查过程设备设计第二版的表 7-60 1得脉动增大系数为： x =3.28，数n i 分别为查过程设备设计第二版表 7-7 得，脉动n1 =0.72，n 2 =0.72，n 3 =0.72，n 4 =0.79查过程设备设计第二版表 7-8，根据表结合hit / H 式子可得第i 段振型系数fz1= 0.02,fz2

34、 = 0.05,fz3 = 0.38,fz4 = 1.00为：第 21 页 共 60 页大学机械毕业设计为了简化计算且偏安全计算，则各段都均取Dei=3020+2×50+400+450=4070 ；根据 Pi = K1 K 2 i q0 fili Dei ×10-6 计算各段的水平风力：P' = K K q f L' D ×10-6=0.7×1.8×0.00035×1.0×1000×4070=1794.8 N11 21 0 1 1 e1 K K q f l D ×10-6=0.7×

35、;1.8×0.00035×1.0×5000×4070=8974 NP21 22 0 2 2 ei×10-6=0.7×1.8×0.00035×1.0×8000×4070=14358.4 NP KK q f l D31 23 0 3 3 eiP K K q f l D ×10-6=0.7×1.8×0.00035×1.0×9000×4070=16153.2 N41 24 0 4 4 e4M I -I根据材料力学的弯矩计算公式可得塔设备任意截面

36、 I - I 处的风弯矩为：WlM I -I= P+ P (liWii+1 i2所以塔设备底截面（0-0 截面）的风弯矩应为：M= P+ P (l + l2 ) +l0-01W1 22 12=1794.8× 1000×（1000 + 5000 ）.4×（1000 + 5000 + 8000 ）222.2×（1000 + 5000 + 8000 + 9000 ）=4.75×10821-1 截面风弯矩应为：l2lM 1-1= P+ P (l +) + P (l +3W23 24 2225000.4 × （ 5000 + 8000=8974

37、 × （）.2 ×22（ 5000 + 8000 + 9000 ）2=4.34×1082-2 截面风弯矩应为：= P+ P (l + l4 )l3M 2-2W34 322=14358.4×（ 8000 ）.2×（ 8000 + 9000 ）22=2.59×108第 22页 共 60 页大学机械毕业设计3.1.5 偏心弯矩M e由于本设计中的塔体上并没有悬挂附属设备或其他附件，因此偏心弯矩应为：M e = 03.1.6 最大弯矩M i-i + M根据材料力学中计算弯矩的公式及考虑的因素可知：最大弯矩取e 和WM i-i + 0.25M

38、i-i + Me 两者中的较大值。通过计算可得其计算值如下表 2-2：EW表 2-2最大弯矩选择计算公式及数据计算内容00 截面11 截面22 截面M i-i + M4.75×1084.34×1082.59×108WeM i-i + 0.25M i-i + M4.09×1083.56×1081.43×108EWe最大弯矩 M i-i4.75×1084.34×1082.59×108max3.2 塔设备强度校核由于塔设备大多都是安装在室外，靠的是裙座底部的那些地脚螺栓来固定在混凝土的基础上，所以通常称为这样的

39、塔设备为自支撑式塔。塔器除了要承受介质的之外，塔器设备还要承受一些其他各种重量（包括件，塔体，操作平台，保温层，扶梯等附件的重量等等）、偏心载荷、管道推力、风载荷及载荷的作用等等。并且还由于在正常操作，停工检修，试验等这三种工况之下，塔器所受到的载荷也是并不相同的，那么为了确保塔设备的安全性，就必须要对其进行轴向强度的校核及其稳定性的校核。第 23 页 共 60 页大学机械毕业设计3.2.1 塔体的强度及轴向稳定性验算。根据前面的计算有：0-0，1-1，2-2 段以上的操作质量分别为 61944.9，53171.6，26585.8kg根据过程设备设计中的设计要求有：塔底截面（1-1）各项轴向应

40、力的计算如下： 0.11´ 3000 10.31Mpa ；pDi4des 14 ´ 8m1-1 · g53171.6 ´ 9.8s 06.9Mpa ；2pD · de3.14 ´ 3000 ´ 8iM 1-14.34 ´ 108smax7.67Mpa；30.785D 2d0.785 ´ 30002 ´ 8ie塔底 1-1 截面抗压强度及轴向稳定性验算如下：K s ts max s 2 +s 3 £ K stcr上式中s cr 为筒体轴向压缩稳定的应力 ；tdes t B0.06 EtM

41、pa ；crRiK 载荷组合系数，K1.2E t 设计混充下材料的弹性模量则有： Et 200Gpa=2.0×105Mpades t =0.06 Et=0.06×2.0×105×6/600=104Mpa ；crRiK s t = 1.2 ´170 = 204由于s max 10.31+6.917.21Mpa<K st= 1.2 ´104 = 124.8cr因此塔底 1-1 截面满足抗压强度的要求及轴向的稳定条件。根据过程设备设计的设计要求对塔底截面的抗拉强度进行校核：s max s1 s 2 +s 3 £ K s fe

42、t第 24 页 共 60 页大学机械毕业设计因为K s t fe 1.2×170×0.85173.4Mpa ；s max =10.31-6.9+7.67=11.08M Pa < K s fet显然满足抗拉强度的条件。综合上述各项校核数据表明，厚度为d n 10 的塔体可以满足整个塔体的强度、刚度及稳定性要求。符合设计标准。3.4 裙座的强度及稳定性较核3.4.1 裙座各截面的校核根据化学工艺手册的设计要求，采用 Q235-B 钢作为裙座材料，座厚度为： d ns 12 ，厚度的附加量为：C2 ， 那么裙座的有效厚度应为： d es 12-210 ；根据计算公式可得裙座

43、底部 00 截面的轴向应力计算如下：当操作时由质量引起的压应力为：Q 0-0 · g61944.9 ´ 9.8s 2 pD d 3.14 ´ 3000 ´10 6.44M Pa；is es最大弯矩引起的 00 截面处的弯曲应力为：M 0-04.75 ´108smax6.7 MPa ；30.785D 2des0.785 ´ 30002 ´10is裙座底部 00 截面的强度及轴向稳定性校核为：K s ts max s 2 + s 3 £ K stcrs由于裙座材料采用 Q235-B 钢，则查表可得 s t s 113

44、MPa；而std/ R0.06×2.0×105×11/600220 MPa >s 0.06EcresisPs即裙座出现失稳之前，材料已达到了其弹性极限，因此强度是该塔的主要制约因素。但又由于s max s 2 + s 3 6.44+6.713.14 MPa ；第 25 页 共 60 页大学机械毕业设计因此满足强度及稳定性的要求。3.4.2 焊缝强度的校核根据化学工艺设计对塔裙座与塔体采用的是对接焊，焊缝承受的组合拉应力：M 1-1Q1-1 · g4.34 ´10853171.6 ´ 9.8s max-0.785D 2despD

45、d0.785 ´ 30002 ´103.14 ´ 3000 ´10itit es6.14-5.53=0.61 MPa <0.6K s =0.6×1.2×77=55.4 MPatW由此可知焊缝强度足够。上式中s 为焊缝材料在操作温度下的t应力值。W3.5 水压试验时塔的强度和稳定性验算3.5.1 水压试验时各截面的校核水压试验塔体中 11 截面的强度条件应当满足：(P + P ' )(D + de) £s0.9s ftiT2d fs ee上式中的 P 为液柱的静，因为塔体的高度约 15m,所以取 P0.15 MP

46、a0.9 d S ·f 0.9×235×0.85179.78 MPa0.11´1.25´ (133/170)+ 0.15(1200 + 5.2)35.11 MPa又由于s£ 0.9s ·fTS2´ 5.2´ 0.85显然是满足水压试验的要求。塔体进行水压试验的裙座底部 00 截面进行强度与轴向的稳定性校核：0.9Ks Sm 0-0 · g0.3M 0-0s ' max+max £ K s pD d0.785D 2dTScris esis esS上式中 0.9Ks S 0.9&#

47、215;1.2×235253.8 MPaK s cr S 264 MPa >s P29385 ´ 9.80.3´1.87 ´108由于s'+TS3.14 ´1200 ´100.785 ´1200 ´1027.6+4.9第 26 页 共 60 页大学机械毕业设计0.9Ks S12.5 MPa <K s cr S有上面的计算可知此次设计显然满足强度与轴向稳定性的设计要求。3.6 裙座基础环的选择和设计3.6.1 对填料塔基础环内外径的确定根据化学工艺手册和化学工程师手册的设计标准和要求：取裙座的内径

48、为： Dis = 3000mm取裙座的外径为： Dos = Dis + 2d es = 3000 + 2 ´12 = 3024 ； 取基础环的外径为：Dob=Dis+（160400）=3000+300=3300 ；取基础环的内径为：Dib=Dis-（160400）=3000-300=2700 ；根据查的公式可得：基础环伸出的宽度应为： b = 1 (D - D ) = 1 (mm;obos223.6.2 填料塔基础环的厚度的设计根据化学工艺手册和化学工程师手册的设计标准和要求：对基础环采用的是 n=16 个均布的地脚螺栓来固定在混凝土的基础上，基础环上的相邻两筋板最大外侧的间距为：l

49、=160 ；相应的基础环面积应为： A =(pD- D )= (p3300 - 2700 )= 28.26 ´10 mm ；222252bobib44p (D- D )p (33004 - 27004 )44计算基础环截面的系数为：Zb = 19.46 ´10 mm ；83obib32 ´ 330032Dob对填料塔进行水压试验时的压应力计算如下：M 0-04.75 ´108 + 61944.9 ´ 9.81 =+ mgs= max0 0.46MPa ;b1A19.46 ´10828.26 ´105Zbb操作时的压应力计算如

50、下：0-00.3M+ M + m0.3 ´ 4.75 ´10 + 0189194.9 ´ 9.81g8s= Wemax = += 0.73MPa ；b 219.46 ´10828.26 ´105ZAbb第 27 页 共 60 页大学机械毕业设计根据化学工艺手册和过程设备设计可知：混凝土基础上的最大应为：s b max 取s b1 与s b2 之间的较大值，通过上面的计算可知：s b max =0.73 MPa进而可知两筋板间基础环部分的长宽比应为：b = 138 0.86l160s b maxb2s b maxl2= 0.73´138

51、2 = 13902= 0.73´1602 = 18688 ;根据查矩形板的力矩表可知：Mx = 0.118s bmaxb = 0.118´13902 = 1640N × mm / mm2M y = 0.0972 ´18688 = 1816N × mm / mm计算力矩 M s 则应当取 M x 与 M y 之间的较大值，所以通过上面的计算可得：M s =1816 N × mm / mm ；6 ´18166M s当有筋板时，基础环的厚度由计算公式可得：d = 8.80mm ，s b140b又根据查化学工艺手册知道基础环的厚度一

52、般d b 不小于 16 ，所以取其厚度为： d b =16 ；3.7 地脚螺栓的强度计算由化学工程师手册和化学工艺手册对地脚螺栓进行强度设计：根据计算公式有：M 0-0 + Mmg4.75 ´107 + 035767.3 ´ 9.8最大拉应力s=We - min =-= 0.37MPaB119.46 ´10828.26 ´105ZAbbM 0-0 + 0.25M 0-0 + Mmg - F 0-0最大拉应力s=EWe - 0VB 2ZAbb2.91´108 + 0.25 ´ 4.75 ´108 + 061944.9 ´ 9.8 - 23675.4-= 0.004MPa=19.46 ´10828.26