塔设备机械设计(共19页)

1、 2015-2016学年(xunin)化工机械基础课程设计 设计(shj)题目： 塔设备(shbi)机械设计 班 级：姓 名：学 号：指导教师：完成日期：石河子大学化学化工学院化工系化工(hugng)机械(jxi)基础课程设计评分表课程设计名称 塔设备机械设计评 分 标 准得 分1. 设计说明书内容的完整性（20分）设计说明书内容完整，结构层次分明，重点突出，图表齐全。2. 设计过程的规范性和严谨性（60分）设计、计算过程完整，设计依据说明、论证充分，公式、数据引用正确，计算结果正确，符合设计标准及行业规范，达到了任务书规定要求。(计算过程中所采用的公式、数据、图表应注明出处)3. 设计创新性

2、（10分） 设计方案有一定个人见解，能引用较先进的设计理念或设计方法，能结合所学理论课知识对设计问题进行分析总结，并提出改进措施；具有一定独立思考、独立解决问题的能力。4. 文本格式规范性（10分）要求思路清晰，叙述清楚，语句通顺；图表格式规范，标号齐全，符号使用得当。 总评成绩评阅老师签字： 日期： 年 月 日目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc25898 1 设计(shj)任务 PAGEREF _Toc25898 4 HYPERLINK l _Toc15447 2 设计(shj)内容.5 HYPERLINK l _Toc30245 2.1塔壳强度(qingd)

3、计算5 HYPERLINK l _Toc13926 2.2塔器质量计算5 HYPERLINK l _Toc27029 2.3塔的基本自震周期计算8 HYPERLINK l _Toc27029 2.4地震载荷与地震弯矩计算8 HYPERLINK l _Toc27029 2.5风载荷与风弯矩计算10 HYPERLINK l _Toc27029 2.6偏心弯矩计算12 HYPERLINK l _Toc27029 2.7塔体和裙座危险截面的最大弯矩12 HYPERLINK l _Toc27029 2.8圆筒内力校核13 HYPERLINK l _Toc27029 2.9裙座壳轴向应力校核15 HYPE

4、RLINK l _Toc27029 2.10基础环厚度计算16 HYPERLINK l _Toc27029 2.11地脚螺栓计算17 HYPERLINK l _Toc27029 2.12小结（汇总设计结果，附设计结果汇总表）18 HYPERLINK l _Toc27029 3 设计总结191 设计(shj)任务塔设备(shbi)机械设计已知条件(tiojin)为：塔体内径i2200mm，设计压力为1.3MPa，厚度附加量C=2mm，焊接接头系数=0.9，介质密度=750 kg/m3，介质层高度hw=90mm, 基本风压值q0=300N/m2, 偏心质量me=2000kg.已知设计条件分段示意图

5、塔体内径Di2200 mm塔体高度H40000mm设计压力p1.3Mpa设计温度t200塔体材料Q345R许用应力170 MPat170 MPa设计温度下的弹性模量E1.9105MPa常温屈服点s345 MPa厚度附加量C2mm塔体焊接接头系数 0.9介质密度750kg/m3塔盘数N70每块塔盘存留介质层高度hw90mm基本风压值q0300N/m2地震设防烈度8度设计基本地震加速度0.3g场地类型II类地面粗糙度B类（塔体与裙座间）偏心质量me2000kg偏心距e2000mm塔外保温层厚度s100mm保温材料密度2300kg/m3裙座材料Q235-A设计温度下的需用应力t133MPa常温屈服点

6、s235MPa设计温度下的弹性模量Es厚度附加量Cs2mm人孔、平台数8平台类型半圆形平台宽度B1000mm平台高度1000mm平台单位质量150kg/m2地脚螺栓材料Q235-A许用应力bt140MPa腐蚀裕量C23个数n 402 设计(shj)内容首先(shuxin)，选取计算截面(包括(boku)所有危险截面)。本次设计中将全塔分成6段，其中裙座分为2段，筒体分为4段(见分段示意图)。其计算截面分别为0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5.2.1塔壳强度计算 按设计压力计算塔体和封头壁厚计算内容计算公式及数据塔内液柱高度h/mh=2.67（仅考虑塔底至液封盘液面高度）液注静压力p

7、H/MPaPH=10-6gh=10-67509.82.67=0.01960.05P(可忽略)计算压力pc/MPa圆筒计算厚度/mm圆筒设计厚度c/mm圆筒名义厚度n/mm圆筒有效厚度e/mm封头的计算厚度h/mm9.37封头设计厚度hc/mm封头名义厚度hn/mm封头有效厚度he/mm2.2塔器质量计算计算内容计算公式及数据1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5顶)塔段内直径Di/mm2200塔段名义厚度ni/mm12塔段长度li/mm100020607400100001000010075塔设备高度H1/mm40535筒体密度/kg/m37.85103单位筒体质量m1m/kg

8、/m545筒体高度H1/mm36490筒体质量m1/kg封头质量m2/kg裙座高度H3/mm3060计算内容计算公式及数据1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5顶)裙座质量m3/kg塔体质量m01/kg450.81435.53651.84856.324856.327344.01塔段内件质量m02/kg(浮阀塔盘质量)2165.34856.84856.88078.1保温层质量m03/kgm03封头保温层质量，（kg）200.51984.62132.52132.51732.6平台、扶梯质量m04/kg平台质量qp150kg/m2 笼式扶梯质量qF40kg/m平台数量n8 笼式扶梯

9、高度HF39m=4(+2+2+2B)2-(+2+2)212nqp+qFHF=4(2.2+20.012+20.00939+21)2-(2.2+20.012+21)20.58150+4039=1634.98 17400.8422.5422.5364.1操作时塔内物料质量m05/kg15237456.25236.85236.86350.7人孔、接管、法兰等附件质量ma/kg按经验取附件质量为：102.5354.6845.61322.51322.51701计算内容计算公式及数据01122334455顶充液质量mw/kg1573.52356432459.232459.230015.6偏心质量me/kg再

10、沸器：me200014002600操作质量m0/kg678.93620.718951.922402.820931.919234.8最小质量mmin/kg1162313114269152351519615214.45最大质量mmax/kg8654596.345682598755458939360.752.3塔的基本自震周期计算计算内容计算公式及数据塔体内直径Di/mm2200塔体有效厚度e/mm10塔设备高度H，mm40535操作质量m0/kg85821塔设备的自振周期T1/s2.4地震载荷与地震弯矩计算各段操作质量mi/kg678.93620.718951.922402.820931.9192

11、34.8各点距地面高度50020306760154602546035495地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5顶)hi1.51.121049.151045.561051.921064.061066.69.106mihi1.57.601063.311081.0510104.3010107.5010101.2910112.581011hi31.251088.371093.0910113.710121.6510134.471013mihi38.4910103.0310135.8610158.2910163.45101

12、78.6010171.291018A/B2.0107基本振型参与系数k10.002340.01870.110.3850.8261.37阻尼比 0.02衰减指数=0.9+0.05-i0.5-5i=0.9+0.05-0.020.5-50.02=0.975阻尼调整系数22=1+0.05-i0.06+1.7i=1+0.05-0.020.06+1.70.02=1.319地震影响系数最大值 maxmax0.24（设计烈度为8度，设计基本地震加速度0.3g时）各类场地土的特征周期TgTg0.4（地震分组为第二组，类场地土）地震影响系数1Tg=0.4T1=1.525Tg=50.4=2.0水平地震力Fk1/N1

13、.3457.0617577269.214571.822209.19垂直地震影响系maxmax=0.65max=0.650.24=0.156当量质量meq/kg取meq=0.75m0=0.7585821=64365.75底面垂直地震力Fv0-0/NFv0-0=maxmeqg=0.15664365.759.8=98402.363.41057.351061.281083.461085.331086.83108i=16 1.70109任意质量i处垂直地震力Fvi/N Fvi=k=16mkhkFv0-0=98402.361.70108196.84254.4574091200277.73085203953

14、46任意计算截面i处垂直地震力Fv1-1Fv1-1=k=1nFvi0-0截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面174150174114173360160251.4底截面处地震弯矩/Nmm地 震 载 荷 与 地 震 弯 矩 计 算计算内容计算公式及数据1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5顶)底截面处地震弯矩/Nmm截面11处地震弯矩/Nmm=81m0g175H2.5(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)=80.086858219.81175405352.5(10405353.5-14405352.51000+410003.5)=1.30109截面22处地

15、震弯矩/Nmm=81m0g175H2.5(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)=80.086858219.81175405352.5(10405353.5-14405352.53060+430603.5)=1.201092.5 风载荷与风弯矩计算计算内容计算公式及数据1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5顶)各计算段的外径DOi/mm塔顶管线外径dO/mm480第i段保温层厚度si/mm100管线保温层厚度 ps/mm100笼式扶梯当量宽度K3400各计算段长度li/mm100020607400100001000010076操作平台所在计算段的长度l0/mm206074

16、00100001000010076平台数011222各段平台构件的投影面积A/mm2091059105181051810518105计算内容计算公式及数据1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5顶)操作平台当量宽度K4/mm操作平台当量宽度K4/mm0873.8243.2360360362.7各计算段的有效直径Dei/mm37084581.83951.2406840684070.734284301.83671.2378837883790.7取最大值Dei/mm37084581.83951.2406840684070.7各计算段顶截面距地面的高度hit/m13.0610.4620

17、.4630.4640.536风压高度变化系数fi 查表5-231.01.01.01.251.421.56体型系数K10.7基本风压值q0/N/m2300塔设备的自振周期T1/s1.52q0T123001.522=693.12脉动增大系数（B类） 查表5-242.39脉动影响系数i（B类） 查表5-250.720.720.720.790.830.85hit/H0.0250.0750.260.50.751第i段振型系数zi1.0 查表5-260.020.020.0680.340.6121.00各计算段的风振系数K2i1.0341.001.1171.5141.8552.302各计算段的水平风力Pi/

18、N1073.52732.69144.8215563000341242.5计算内容计算公式及数据01122334455顶0-0截面的风弯矩/Nmm1-1截面的风弯矩/Nmm2-2截面的风弯矩/Nmm2.6偏心弯矩计算计算内容计算公式及数据偏心质量me/kg2000偏心距e/mm2000偏心弯矩Me/Nmm2.7塔体和裙座危险截面的最大弯矩计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面2.881092.6081092.3881093.2311093.0811092.856109最大弯矩/Nmm3.2311093.0811092.8561092.8圆筒内力校核计算内容计算公式及数据0-0截面1

19、-1截面2-2截面有效厚度 ei/mm10筒体内径Di/mm2200计算截面以上的操作质量m0i-i/kg8582185142.181521.4设计压力引起的轴向应力1/MPa0071.5操作质量引起的轴向应力2/MPa12.1812.0811.57最大弯矩引起的轴向应力3/MPa85.0081.0575.13载荷组合系数K1.2系数A设计温度下材料的许用应力t/MPa（Q345R，200）， （Q235-B，200），105105170系数B/MPa（Q345R，200），（Q235-A，200），9393118KB/MPa111.6111.6141.6Kt/MPa126126204许用轴向

20、压应力cr/MPa取以上两者中小值111.6 111.6141.6Kt/MPa107.1 107.1173.40圆筒最大组合压应力（2+3）/MPa对内压塔器（满足要求）97.1893.1386.7圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面圆筒最大组合拉应力（12+3）/MPa对内压塔器（满足要求）72.8268.97135.06塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度（介质为水）/kg/m31000液柱高度HW/m37.97液柱静压力H/9.81/MPa0.37有效厚度ei/mm10筒体内径Di/mm22002-2截面最大质量mT

21、2-2/kg试验压力pT/MPa筒体常温屈服点s/MPa3452-2截面0.9Ks/MPa372.62-2截面KB/MPa111.6压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力cr/MPa取以上两者中小值111.6试验压力引起的周向应力T/MPa液压试验时：（满足要求）试验压力引起的轴向应力T1/MPa重力引起的轴向应力T2/MPa塔设备压力试验时的应力校核计算内容计算公式及数据弯矩引起的轴向应力T3/MPa压力试验时圆筒最大组合应力/MPa液压试验时：（满足要求）（满足要求）2.9裙座壳轴向应力校核计算内容计算公式及数据0-0截面积Asb/mm20-0截面系数Zsb/mm3KB/MPa111.6Kts

22、/MPa126裙座许用轴向应力/MPa取以上两者中小值111.60-0截面组合应力/MPa检查孔加强管长度lm/mm150检查孔加强管水平方向的最大宽度bm/mm450检查孔加强管厚度m/mm12裙 座 轴 向 应 力 校 核计算内容计算公式及数据Am1-1截面处裙座筒体的截面积Asm/mm21-1截面处的裙座筒体截面系数Zsm/mm3Zsm=2lm(22-22)=210150(11002-2252)3.23h-h截面处的裙座壳截面系数Zsm/mm3Zsm= 2200210-2(45022005-3.23)=3.461-1截面组合应力/MPa2.10基础环厚度计算计算内容计算公式及数据裙座内径

23、Dis/mm2200裙座外径Dos/mm基础环外径Dob/mm基础环内径Dib/mm基础环伸出宽度b/mm相邻两筋板最大外侧间距l/mm160基础环面积Ab/mm2基础环截面系数Zb/mm3基础环材料的许用应力b/MPa水压试验时压应力b1/MPa操作时压应力b2/MPa混凝土基础上的最大压力bmax/MPa取以上两者中大值3.57b/l基 础 环 设 计计算内容计算公式及数据矩形板力矩Cx、Cy系数查表5-27得，Cx=-0.1498,Cy=0.0842对X轴的弯矩Mx/Nmm/mm对Y轴的弯矩My/Nmm/mm计算力矩Ms/Nmm/mm取以上两者中大值10481.8有筋板时基础环厚度/mm 经圆整取2.11地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据最大拉应力B1/MPa最大拉应力B2/MPa基础环中螺栓承受的最大拉应力B取以上两者中大值 塔设备必须设置地脚螺栓地 脚 螺 栓 计 算计算内容计算公式及数据地脚螺栓个数n40地脚螺栓材料的许用应力bt/MPa对Q-235A，取地脚螺栓腐蚀裕量C2/mm地脚螺栓取地脚螺栓螺纹小径d1/mm故取M42地脚螺栓满足要求2.12小结