管壳式换热器

1、管壳式换热器（GB151-1999）管壳式换热器的结构组成：a受压元件：壳体、膨胀节、设备法兰、换热管、管箱、管板、接管及法兰DN250）设备主螺柱（M36） b非受压元件：支座、折流板、拉杆c管程：与换热管相连通的空间 d壳程：换热管外部、壳体内部的连通空间2管壳式换热器的设计：a工艺设计：A、Ap换热器直径、换热管规格、材料、数量、长度、排列方式、程数、折流板结构和数量;b机械设计：换热管束级别确定，结构设计，强度、刚度、稳定性计算第一部分传热和换热器基本知识 列管式换热器的工艺设计步骤：1、计算传热量、平均温差，估计总传热系数K，估算传热面积；（1）传热量的计算：Q = w .c （T

2、-T ）= W -c （T -T ）两流体无相变热量衡算式：e c pc c2 clh ph hl h2可知：要想计算传热量，（2）传热温差的计算:（3）传热面积的估算：A需要知道4个温度和2个流量。t A t - A tm = ln( 1 J，或 A tQ A t2OT=K .侦m2、设定换热管规格和管内流体流速，计算换热管数和长度，确定管程数;Adn管束分程：在满足流量和压降的前提下，采用多管程可提高流速，达到强化传热的目的，管程数一般 有1、2、4、6、8、10、12等7种，布管原则为：应尽可能使各管程的换热管数大致相等；分程隔板槽形状简单，密封面长度较短。3、根据换热管数量和排列形式，

3、确定换热器壳体直径；（1）换热管的排列形式：三角形、正方形排列（2）换热管中心距：宜不小于1.25d0，常用管间距详见GB151表12表 12mm换热管外径a10121416192022253032353845505557换热管中心距S1314161922252628323840444857647072分程隔板槽两侧相邻管 中心距（见图12）Sn28303235384042445052566068767880筒体直径估算值：D = l05（3）布管限定范围：固定管板式换热器或U形管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距 离为0.25d0, 一般不小于8mm。4、确定折流板结构和数量；根

4、据换热管最大无支撑跨距确定折流板间距，从而确定折流板数量（在满 足要求的情况下，折流板数量应尽量少）5、核算总传热系数和传热面积，实际传热面积要大于等于计算面积约1015%为宜；传热工艺流程的确定原则：不洁净或易于分解结垢的物料应流经易清洗的一侧，对于只管管束，一般是管内。具有腐蚀性的物料应走管内。压力高的物料走管内。温度很高（热媒）或很低（冷媒）的物料走管内，减少热损失。蒸汽一般走壳程，便于排液，传热系数也大。被冷却物料走壳程，便于散热。一般情况下，气体上进下出，液体下进上出。换热器机械设计：结构设计：强度、刚度、稳定性计算第二部分 设计中出现的共性问题一、换热管管束级别的确定1、换热管GB

5、/T1527铜及铜合金拉制管GB/T3625换热器及冷凝器用钛及钛合金管GB/T6893工业用铝及铝合金拉（轧）制管GB/T8163输送流体用无缝钢管GB/T8890热交换器用铜合金管GB9948石油裂化用无缝钢管GB13296锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管2、换热管束的分级1）采用碳素钢、低合金钢冷拔钢管做换热管时，其管束分为1、11两级。I级管束:较高级冷拔管，用在较重要的场合，如无相变传热、易产生振动的场合。II级管束：普通级冷拔管，用在重沸、冷凝传热、无振动的一般场合。2）不锈钢、铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金管均为高精度、较高精度管，为I

6、级管束。3）由于管束的分级，造成后续设计上的差别：管板上管孔直径的差别（表1621）。折流板（或支持板）上管孔直径的差别（表3540）。管板上钻孔孔桥宽度的差别（表5152）注：降低换热管束级别使用的问题。二、设计压力和设计温度1、设计压力一设定的换热器管、壳程顶部的最高压力。对于同时受管、壳程压力作用的元件，仅在能保证管、壳程同时升、降压时，才可以按压差设计， 否则应分别按管、壳程工作压力来确定设计压力，并应考虑可能存在的最苛刻的管、壳程压力组合。按压差设计时，压差的取值还应考虑在压力试验时可能出现的最大压差值，同时设计者应提出压力 试验的步骤。2、设计温度一换热器在正常工作情况下，设定的元

7、件金属温度（沿元件金属截面积的温度平均值）。在任何情况下，元件金属的表面温度不得超过材料的允许使用温度。铭牌上的管、壳程设计温度，分别为管程管箱和壳体的设计温度。对于同时受管、壳程温度作用的 元件可按金属温度确定设计温度，也可以取较高侧的设计温度。三、压力试验（耐压试验和泄漏试验）：1、耐压试验：液压、气压和气液组合压力试验三种，优先选用前者。进行气压和气液组合试验时，取9=1.0（1）当管程压力低于壳程压力时，压力试验时，按正常试压就可以。试验压力的最低值按下述规定，试验压力的上限还应满足应力校核的要求。钢制或有色金属换热器的试验压力应不小于）p已L。，（注：液压时取1.25，气压和气液组合

8、试验时取1.10，铸铁材料液压试验，系数取2.00，不允许气试）外压和真空换热器： 说明：p t = 1.25( 1.15) pA、当换热器铭牌上规定有最大允许工作压力时，试验压力公式中应以该最大工作压力代替设计压力，对在用压力容器为工作压力。B、立式换热器卧置压力试验时，试验压力应计入试验介质的液柱静压力。C、当各元件所采用材料不同时，修正系数用各元件应力比值中的最小值。（2）而当管程压力高于壳程压力时，GB151规定：接头试压应按图样规定，或按供需双方商定的方法进 行。出现上述工况时，一般按如下处理方法：1）用0.9ReL的应力值计算壳程的试验压力，以尽量提高壳程试验压力使其达到管程试验压

9、力，但 此时必须注意壳程其它元件是否也能承受在此试验压力下的强度及密封性能。用上述办法不能提高到规定的管程试验压力时，可采取以下办法：若差距不大，可以考虑适当增加厚度；如仍然相差甚远，则只能以壳程允许的最大试验压力试压，其后，再在壳程用氨渗透、卤素渗透 或氦渗透进行补充性试验。2）对于可抽式管束，可先打管程高压，用窥视镜从管板背面检查泄露情况。2、泄漏试验：气密性、氨检漏、卤素检漏、氦检漏气密性试验（PT=p）:当符合下述情况时，应在压力试验合格后作气密性试验。介质为（易燃、）易爆；介质的毒性程度为极度或高度危害；对真空有较严格要求；管、壳程介质互漏会产生严重危害；如有泄漏将危及容器的安全性（

10、如衬里等）和正常操作者。四、饱和蒸汽介质时工作压力与工作温度、设计压力与设计温度的对应问题。五、筒体设计计算和开孔补强计算时筒体壁厚计算公式中焊接接头系数的取值问题。六、排气、排液接管对不允许有气体或不凝性气体存在的空间最上方应设置排气管；对停车需要将液体排净的空间最下方应设置排液管。排气管、排液管的结构：对卧式换热器：对立式换热器：七、筒体（包括管箱筒体）设计：由强度决定的厚度 由刚度决定的厚度 由稳定性决定的厚度1、由强度确定的壁厚 5 = P c : D2 b 冷-p2、由刚度确定的壁厚（壳体与管箱筒体的最小厚度）是指满足制造、运输和安装等刚度要求的厚度表8mm公称直径400 W7007

11、00 1 0001 5002 0002 600浮头式，U形管式810121416固定式管板6810214注：表中数据包括厚度附加匿Cz（按1mm考虑）。表9mm公称直污1400 500W7007001 000 1 500W2 0002 0002 600最小厚度3. 54. 5一6810123、由稳定性要求确定的厚度八.封头的设计一般采用标准椭圆形封头p D1、 满足强度要求的厚度：5 =一云一2b t9 一 0.5 pc2、满足内压作用下的稳定性要求的厚度K1时，为0.30%。九、管板的设计1、管板的有效厚度：对整体管板而言，是指管程分程隔板槽底部的管板厚度减去下列二者之和：a、管程腐蚀裕量超

12、出管程分程隔板槽深度的部分；b、壳程腐蚀裕量与管板在壳程侧的结构开槽深度二者中的较大值。对复合管板而言，复层可计入有效厚度中，当复层材料强度低于基层时，要相应折减。管板厚度：应不小于下列三者之和：管板的强度计算厚度或规定的最小厚度，取大者；壳程腐蚀裕量或结构开槽深度，取大者；管程腐蚀裕量或分程隔板槽深度，取大值。管板的最小厚度：是满足结构设计和制造要求、不包括腐蚀裕量的厚度。视换热管胀接和焊接取不同 的厚度。见GB151第和条2、管板计算（1）力学模型：承受均布载荷、放置在弹性基础上、且受管孔均匀削弱的当量圆平板。（3）设计条件的四种危险组合：如果不能保证ps和pt在任何情况下都能同时作用时，

13、则不允许以壳程压力和管程压力的压力差 进行管板设计。如ps和pt之一为负压时，还应考虑压差的危险组合。1）不带法兰的管板：ps/0，pt=0，不计膨胀变形差；ps/0，pt=0，同时计入膨胀变形差；pt/0，ps = 0，不计膨胀变形差；pt/0，ps = 0，同时计入膨胀变形差。2）其延长部分兼作法兰的管板：除应考虑以上的组合之外，还应考虑到法兰力矩对管板强度的影响（4）管板应力的调整：在设计中，管板应力超过许用应力后，为使其满足强度要求，可采用两种方法 调整厚度。1）增加管板厚度：增加管板厚度，可以大大提高管板的抗弯截面模量，有效地降低管板应力，因此一般在压力引起的 管板应力超过许用应力时

14、，通常采取增加管板厚度的方法。2)降低壳体轴向刚度：由于管束和壳体是刚性连接，当管束与壳壁的温差较大时，在换热管和壳体上将产生很大的轴向热 应力，从而使管子产生较大的变形量，出现挠曲现象，使管板应力增加。这时可采取降低壳体轴向刚度 的方法，如设置膨胀节。3、膨胀节的设置设置条件当以下任意一条不能满足时：a、壳体中的轴向应力不能满足强度条件时；b、管子中的轴向应力不能满足强度条件时；c、管子稳定性不够时；d、管子的拉脱力过大时。4、分程隔板槽：a、槽深宜不小于4mm；b、分程隔板槽的宽度：碳钢12mm，不锈钢11mm；c、分程隔板槽拐角处的倒角一般为45，倒角宽度近似等于分程垫片的圆角半径。十、

15、折流板(或支持板)设计弓形折流板的缺口高度：应使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。单弓形缺口弦高宜取he (0.200.45) Di，弓形折流板的缺口应切在管排中心线以下，或切于两排管孔的小桥之间。折流板的间距：折流板最小间距一般木圆筒内直径的1/5，且不小于50mm；特殊情况也可取更小的间距;换折流板最大间距应满足最大无支撑:跨距要求乙按换热管的外彳全和材料:查 GB151表42确:定。4557最大无支铜管1 1OO1 3001 5 001 8502 2002 5002 7503 200撑踌距有色金雇管7508509501 1OO1 3001 6001 9002 2002 4002 80

16、0折流板的布置：折流板一般应按等距离布置、管束两端的折流板尽可能的靠近壳程进出口接管。卧式换热器的壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应水平上下布置，若气体中含有少量液体时，则应在 缺口朝上的折流板的最低处开通液口；若液体中含有少量的气体时，则应在缺口朝下的折流板最高处开(a)(b)(c)卧式换热器、冷凝器和重沸器的壳程介质为气、液相共存或液体中含有固体物料时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口，如上右图(C)所示。(4)折流板的固定：拉杆-定距管结构。拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。拉杆邮径和数量分别见古表43和表444 4 4 -14 Vd V25mm25拉杆直径a1O121

17、 6* 44直径 DZ , mm王立 +T -SL 径 dg mm400A4OO 7 00A7OO 900A9OO-VI 300A1 30。 1 500 V1 8008003000mm 时，取 LB= (0.50.7) L；尽量使Lc和LC/相近。固定支座应尽量布置在大管端或多管端耳式支座在换热器上的布置应按下列原则确定：a、DNW800mm时，至少安装两个支座，且应对称布置；b、DN800mm时，至少安装四个支座，且应均匀布置。十四、管箱、浮头盖的热处理碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过1/3圆筒内直径的管 箱，在施焊后作消除应力热处理，设备法兰密封面应在热处

18、理后加工；除图样另有规定外，奥氏体不锈钢制管箱、浮头盖可不进行热处理。十五、防冲板的设置管程设置防冲板的条件：当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s时，应设置防 冲板，以减少流体的不均匀分布和换热管管端的冲蚀。壳程设置防冲板(导流筒)的条件：a、当壳程进口管流体的p v2值为下列值时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒：非腐蚀、非磨蚀性的单相流体，p v22230kg/ (ms2)者；其他液体，包括沸点下的液体，p v2740 kg/ (ms2)者；b、有腐蚀或有磨蚀的气体，蒸汽及气液混合物，应设置防冲板；c、当壳程进出接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒，以减少流体流

19、动死区。防冲板的结构、尺寸：a、防冲板外表面到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的1/4；b、防冲板的直径或边长，应大于接管外径50mm；c、防冲板的最小厚度：碳钢为4.5mm，不锈钢为3mm。防冲板的固定：a、焊在圆筒上；b、用U形螺栓固定在换热管上；c、焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在靠近管板的第一块折流板上。十六、防短路结构（1）旁路挡板；（2）挡管； （3）中间挡板。第三部分计算软件计算软件一SW6:使用SW6进行换热器设计时，首先应输入一系列的设计条件，例如：主体设计参数;筒体数据；管板数据；前端管箱数据；后端管箱数据；前端管箱法兰数据；筒体法兰数据；第四部分换热器的校审要点1、操作参

20、数和设计参数：工作介质、工作压力、工作温度、毒性、易爆性、液位高度等；设计2、设计标准和规范选用是否正确 3、容器类别的划定 4、介质和用材（包括焊材）的相容性与选取5、介质为饱和蒸汽时工作压力和工作温度、设计压力和设计温度之间的关系6、 压力试验时管程和壳程的试验压力确定7、管束级别（1、11）的确定 8、壳体厚度强度厚度、刚度厚度、稳定性厚度；9、折流板的间距和厚度 10、防冲板的设置11、管板与壳体的焊接结构 12、卧置换热器的折流板的布置13、液位静压计入计算压力的原则14、卧置换热器鞍座安装位置的确定15、关于封头探伤合格级别的确定16、开孔补强计算，确定开孔处筒体、封头计算厚度时焊

21、接接头系数的取值问题17、 新老标准的混用18、带有分程隔板的管箱出图和热处理问题19、管板上孔桥宽度的确定20、容器法兰或管法兰上螺孔的布置一跨中布置21、法兰允许使用的压力级别22、换热面积的填写23、图面错误钢制塔式容器（JB/T4710-2005）1、2、3、4、塔设备属于分离设备（代号：S） 塔设备一般同时具有传质和传热功能。如蒸馏、萃取、吸收等 计算手段：物料衡算、热量衡算和相平衡关系。塔设备的设计内容1.工艺计算2结构设计（总体结构和内件结构设计）3强度、刚度和稳定性计算 根据塔板效率，确定实际塔板数量实际塔板数=理论塔板数/塔板效率说明：对于填料塔而言:填料高度=理论塔板数x等

22、板高度（HETP）HETP:填料高度/理论板一、本标准的适用范围裙座自支承的单台、非夹套塔式容器 设计压力pW35MPa 高度H10m、且H/D5其中：H 一总高；D 一塔壳的平均直径。对等直径塔为其公称直径；对不等直径塔式容器：二、设计（计算）压力与设计温度d = D 14 + D +对工作压力小于0.1MPa的内压塔式容器、设计压力取不小于0.1MPa；H 2 H裙座壳和地脚螺栓的设计温度取使用地区月平均最低气温的最低值加20C。其他同GB150O三、塔式容器应考虑的载荷 a.压力（含液柱静压力）载荷；b.重力载荷；c.风载荷： 顺风向载荷 横风向载荷；d.地震载荷：水平地震力垂直地震力。

23、需要时还要考虑其他外力载荷。c.从载荷性质上分，载荷又可分为：静载荷和动载荷。其区别：a.载荷大小、方向甚至作用点等不随时间 变化的是静载荷，随时间变化的是动载荷。b.动载荷使结构产生加速度，引起结构振动。而静载荷不会 引起振动。c.动载荷计算与结构自身的振动特征（如自振频率或周期、振型与阻尼）有关，而静载荷仅 与载荷大小、约束条件有关。四、塔式容器应考虑工况：a,水压试验工况；b.操作工况；c.检修工况（应包括安装工况）五、腐蚀裕量 A.塔体：a）应根据预期寿命和介质；利用金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量；b）各元件受到腐蚀程度不同时，分别确定其腐蚀裕量；c）介质：压缩空气，水或水蒸汽，材质为

24、碳 素钢或低合金钢时，腐蚀裕量木1mm。B.裙座和地脚螺栓a）裙座腐蚀裕量取C2木2mm； b）地脚螺栓的腐蚀裕量，取C2木3mm。六、 最小厚度 A.容器壳体（不包括c2） a）碳素钢、低合金钢制为2/1000DN、且木3毫米；b）高合金钢制，木2mm。B,裙座壳 JB/T4710规定裙座壳的名义厚度不得小于6mm。地脚螺栓地脚螺栓小径，规范并无限制，但工程上一般不小于M24，最大不超过M100O基础环板a）板式螺栓座：基础环板的最小厚度在新标准中没有具体规定，但老标准中规定木16mm。筋板厚度一般木2/3基础环厚度，盖板厚度一般木基础环板厚度。b）管式螺栓座：标准中基础环板的最小厚度一般木

25、18mmo七、许用应力 A.塔式容器壳体（含裙座壳体）按GB150材料一章选取。B,非受 压元件 a）地脚 螺栓：Q235A a =147MPaQ345 a =170MPa采用其他碳素钢nsN1.6；其他低合金钢nsN2.0b）基础环、盖板和筋板：碳素钢a =147 MPa低合金钢a =170 MPa八、压力试验原则：试验压力、温度和介质均按照GB150O注意：A、当塔器铭牌上规定有最大允许工作压力时，试验压力公式中应以该最大工作压力代替设计 压力。B、塔器卧置压力试验时，试验压力应计入试验介质的液柱静压力。C、真空塔器：液压和气压PT=1.25P九、结构设计1、塔体：应满足GB150的要求2

26、、裙座：A、结构形式：圆筒形和圆锥形。优先选用圆筒形裙座；当DN25，或DN1m且H/DN30时可选用圆锥形裙座。标准要求：圆锥形裙座的半锥顶角。W15，无论圆筒形或圆锥形裙座壳其名义厚度不得小于6mmo3、 筒体与裙座的连接型式对接结构：要求裙壳外径宜与塔壳外径相同。焊缝应采用全焊透连续焊。搭接结构：a）尺寸要满足要求，搭接接头的角焊缝要填满。b）当裙壳与圆筒搭接时，封头的环焊缝 应磨平，并按JB/T4730要求100%无检合格。4、当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳应开缺口，R和L的尺寸与封头名义厚度有 关，具体查表7-3 o当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400C时，应

27、设置隔气圈，表3-1隔气圈与封头切线距离L塔体内径Di W18001800 OiW 30003000 4500L150200250300塔式容器裙座上应设置排气孔；在裙座有保温或防火层时，应改为排气管，排气孔和排气管的规格和数量见表7-4和7-5o表74排气孔规格和数量mm塔式容器内直径i60012001400 - 24002400.排气孔尺寸800800 100排气孔数量，个24N4排气孔中心线至裙座壳顶端的距离140180220表75排气管规格和数量mm塔式容器内直径600-12001400 - 24002400排气管规格89x489x4”08x4排气管数量，个24N4排气管中心线至裙座壳

28、顶端的距离H140180220地脚螺栓座 由基础环、筋板、盖板和垫板组成，结构如图所示，该结构适用于予埋地脚螺栓和非予 埋地脚的情况。螺栓规格LkBCA ( O )乙3S G巳乙1匕5Ud2廿3d4M24 x 32005545160 ( 190 )7012161213010050274050M27 x 32006050170 ( 200 )7512181214011060304350M3O x 3.52506555180 ( 210 )8014201415012070334550M36 x 42507060200 ( 230 )8516221616013080395050M42 x 4.530

29、07565210 ( 240 )9018241817014090456060M48 x 53008070220 ( 260 )100202620190150100516570M56 x 5.53508575240 ( 280 )110223022210170110597580M64 x 63509080260 ( 300 )120223224220180120678590M72 x 64009585280 ( 320 )1302436262401901307595100M76 x 640010090290 ( 340 )13524402625020014079100110M8O x 64501

30、0595310 ( 360 )14026402827022015083110120M90 x 6450115105330 ( 380 )15028463028023016093120130表3-2 地脚螺栓座尺寸表mm8,引出孔mm表7-6引出孔尺寸引出管直径d20、2532、4050、7080、 100125、 150200250300350350引出孔的 加强管无缝钢管0133x40159x4.50219x6。273x80325x8-卷焊管0200025003000350040004500500J+150注1：引出管在裙座内用法兰连接时，加强管通道内径应大于法兰外径。注2：引出管保温（冷）

31、后的外径加上25mm大于表中的加强管通道内径时，应适当加大加强管通道内径。舟盘出孔加强管采用卷悍管时.瞒-船等干融高JW.但不大干16皿9-查孔表 札：登丁尺L-11-11塔式容器内径W7008001600 1600圆形di250450500长圆形日J一200225切4004501数 量111 2圆形检查孔加强管长度：DN1000, L=250 10,吊柱十、应力计算和校核1、塔器强度计算和稳定性校核步骤塔设备的轴向强度和稳定性校核必须考虑正常操作、停工检修、压力试验等三种工况，基本计算步骤为:按设计条件，初步确定塔的厚度和其他尺寸；计算塔设备危险截面的载荷，包括重量载荷、风载荷、地震载荷和偏

32、心载荷等；危险截面的轴向强度和稳定性校核。设计计算裙座、基础环板和地脚螺栓等2.塔器质量计算1.塔体、裙座质量：m012.塔内件（如塔盘、填料）质量：m023.保温层质量：m034.平台及扶梯质量：m04 5.操作时物料质量：m056.塔附件（人孔、接管、法兰等）质量：ma 7.水试时充水质量：mW8.偏心（载荷）质量：me质量叠加：操作质量：m0= m01+ m02+ m03+m04+m05+ma+ me最大质量： mmax= m01+ m02+ m03+m04+ma+mw+ me最小质量： mmin= m01+ 0.2m02+ m03+m04+ma说明：a）当空塔吊装时，无保温层、平台和扶

33、梯，则最后一式中不计m03、m04。b）部分部件的经验质量：C）附属件的质量一般取ma=0.25m01表D-1 质量参考值名称笼式扶梯开式扶梯钢制平台圆泡罩塔盘形泡罩塔盘单-位质量40 kg/m(15-24) kg/m150 kg/m2150 kg/m2150 kg/m2名称舌形塔盘筛板塔盘浮阀塔盘塔盘充液重单位质at75 kg/m265 kg/m275 kg/m270 kg/m23、自振周期如果把塔设备视为具有多个自由度的体系，则它就具有多个固有频率（周期），其中最低的频率3 1，称为“基本频率”，与基本频率相对的周期（T1=2n /3 1）就叫“基本周期”。频率从低到高排序，分别就叫“第一

34、、第二、第三振动频率（3 1、3 2、3 3）”等，相应地， 与其相对应的周期分别叫“第一、第二、第三自振周期”对应于任意一个频率，体系中各质点振动后的变形曲线称为振型。与塔设备前三个振动频率相对应的振型 A、等直径、等厚度塔的固有周期计算模型：顶端自由、底部固定、质量沿高度均匀分布的悬臂梁（弹性连续体），T = 90.33 H 气 x 10-31V Et5 D3 高振型计算当H/D15，且H20m时要考虑高振型影响。T按JB/T4710附录B计算，对等直径、等壁厚的塔式容器，可近似取:T2 = 针，影响自振周期的因素T = 90.33 H1与塔的总质量m0的0.5次方成正比；与塔的壁厚0 e

35、的0.5次方成反比。D、变直径或变厚度塔的固有周期T = 114.8q匕 x 10 - 3;E15 D 3 e i与塔的高径比H/D的1.5次方成正比;EHL-EtIi =1 i iH 3iEt Ii = 2 i -1 i -1质量折算法：将一个多自由度体系用一个折算的集中质量来代替，从而将一个多自由度体系简化为 个单自由度体系。4、地震载荷 地震名词术语：震级：表示地震大小的尺度，用震源释放能量大小度量。烈度：某一地区地面各类结构物和建筑物宏观破坏程度。表4-2震中区域烈度与震级的关系震级M456788级以上烈度4 56778910112基本烈度：指在一定期限内，一个地区可能普遍遭遇到的最大

36、烈度。设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。（1）水平地震力计算 基本振型水平地震力F = a 门 m g基本振型参与系数，式8-101k 1 1k k地震影响系数，见图8-4对应于设防烈度的地震影响系数最大值a max值见下表。表8-1对应于设防烈度a响值设防烈度789设计基本地鼬速度0.1g0,血0雹0寿0.4g地震影响系数最大值。响0.080.120.160.24032Tg：场地土的特征周期值（表示场地土最主要的振动特性）：与场地土类别（i、ii、m、w）和设计地震分组（共三组）有关。表8-2各类场地土的特征周期值设计地震分组场地土类别InmIV第一组0.25

37、0.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0350.450.650.90注：场地土的类别详见建筑抗震设计规范建筑场地的划分地段类别地质、地形、地貌有利地段稳定基石，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土。不利地段软弱土，液化土，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断层破碎带、半填半挖地基等）危险地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等级发震断裂带上可能发生地表位错的部位。土的类型岩土名称和性状土层剪切波速（土层刚度）（m/s）坚硬土或岩石中硬土中软土软弱土土的类型III m稳定岩石，密实的碎石土Vs 5

38、00中密、稍密的碎石土，500Nvs250稍密的砾、粗、中砂，250Nvs140淤泥和淤泥质土，松散的砂，VsW140 场地土类别 W场地覆盖层厚度（m）坚硬土或岩石 0中硬土 5 N5中软土 50软弱土 80设防烈度、设计基本地震加速度值和设计地震分组确定:按GB50011-2001建筑抗震设计规范附录A “我 国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”确定。附录A：我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组（河南省）：（1）抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g第一组：新乡（4个市辖区），新乡县，安 阳（4个市辖区），安阳县，鹤壁（3个市辖区）

39、，原阳，延津，汤阴，淇县，卫辉，获嘉，范县，辉县。（2）抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g：第一组：郑州（6个市辖区），濮阳，濮阳 县，长垣，封丘，修武，武陟，内黄，浚县，滑县，台前，南乐，清丰，灵宝，三门峡，陕县，林州注： 上标*指该城镇的中心位于本设防区和较低区的分界线，下同。（3） 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g：第一组：洛阳（6个市辖区），焦作（4个 市辖区），开封（5个市辖区），南阳（2个市辖区），开封县，许昌县，沁阳，博爱，孟州，巩义，偃师， 济源，新密，新郑，民权，兰考，长葛，温县，荥阳，中牟，杞县*，许昌*。（4）抗震设防烈度为6度，设计

40、基本地震加速度值为0.05g：第一组：（未提到县市）。第二组：汝州，睢县，永城。第三组：卢氏，洛宁，渑池。（2） 垂直地震力垂直地震只有在八度和九度区才需验算。F 0-0 =a m gmax塔器底部截面处总的垂直地震力为：式中：a Vmax垂直地震影响系数的最大值，取a Vmax=0.65a max；meq一塔设备的当量质量，取meq=0.75m0，kg；m0塔设备操作时的质量，kg（3）地震弯矩：由于水平地震力的作用，在塔设备的任意计算截面I-I处，基本振型的地震弯矩为：_ -nM i -1 = * F （h h ）k = i对等直径、等壁厚塔器在任意截面I-I和底截面0-0的基本振型地震弯

41、矩分别为：Mi-1 =& 1mg（10H3.514hH2.5+ 4h3.5）M 0-0= !LamgHE1175 H 2.5E1351说明：当H/D15且H20m时要考虑高振型影响。高振型的计算参照JB/T4710附录B，但由于其计算比较复杂，厂般是按第一振型的计算结果估算（旧标中的规定），即：M i -1 = 1.25 M i -1EE 15、风载荷（1）名词术语风压：当风以一定速度运动时，垂直于风向的平面上所受到的压力。基本风压：风载荷的基准压力，按我国荷载规范规定为十米高度处五十年一遇十分钟的最大平均风速， 按q0=1/2p v02计算得出的，新标准规定，不得小于0.3KN/m2 （而旧

42、标中规定0.25KN/m2）。（2）顺风向水平风力 计算段的水平风力：Pi=K1 K2i fi qo li 风振系数K2i： 计算：对塔高HW20m Dei的塔设备，取K2i=1.70。对塔高H20m的塔设备，则K2i按下式& 一脉动增大系数u i第i段的脉动影响系数 zi第i段的振型系数 fi 一风压高度变化系数高度变化系数：任意高度处风压与10米高度处的风压之比，它是与高度和地面粗糙度有关的系数，荷载规范规定为指数规律：fi=c（h/10）a 。地面粗糙度类别 A类：近海海面及海岛、海岸、湖岸及沙丘地区；B类：田野、乡村、丛林、丘陵 以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区 C类：有密集建筑群的城

43、市城区；D类：有密集建筑群且房屋 较高的城市市区。脉动增大系数Z i：表示脉动风作用下塔式容器的振幅与将脉动载荷以静力方式作用在塔式容器上所 产生的位移之比。它就是动力放大系数。脉动影响系数v i：反映脉动风压沿高度变化及其空间相关性的系数。振型系数 zi塔式容器的顺风 向计算公式仅考虑了第一振型风振，多自由度体基本振型的顺风的风振。塔设备迎风面的有效直径Dei：是该段所有受风构件迎风面的宽度总和 当笼式扶梯与塔顶管线布置成180时:D = D + 25 + K + K + d + 25 ei oi i 340 psD=D+2 5 +K +Keioii34D=D+2 5. +K4 +d 0+

44、2 5当笼式扶梯与塔顶管线布置成90时，Dei取下列两式中的较大值：D. 2 当量直径参考值笼式扶梯:K3 = 400 mm ；操作平合：= 600 mmo风弯矩计算:M - = p J + p （l + j注：当H/D15且H30m时要按附录A计算 2+1 f l 2横风向振动+ P （l + l + -7+T） i + 2 ii +12l+ p （i +1+. +1+ n）6、横风向风振 塔设备的两向振动：（1）顺风向的振动；（2）横风向的振动卡曼漩涡：塔体背后两侧，漩涡交替产生或脱落，并在尾流中有规律的交错排列两行，这个现象在工程 上称为卡曼涡街。卡曼涡街出现的条件：40WRe3.5X1

45、06 （超临界区）。是否发生共振的判别:vvc1不需考虑塔器共振vc1vvc2必须考虑第一振型振动vvc2 考虑一、二振型，取最大值。 Vcn=D fcn /St =5D/Tcn如果发生共振，必须按附录A的方法计算最大风弯矩！c）防振措施（1）改变塔设备的自振周期；（2）增加塔的阻尼；（3）采用扰流装置。7、塔壳强度计算和稳定性校核根据操作压力（内或外压）计算塔体厚度。对正常操作、停工检修及压力试验等工况，分别计算各工况下相应压力、重量和垂直地震力、最进行强度和稳定性校核。大弯矩引起的筒体轴向应力。确定最大拉伸应力和最大压缩应力。如不满足要求，则须调整塔体厚度，重新进行应力校核。（1）由内压或

46、外压引起的筒体轴向应力o 1：说明：Pc为计算压力；（左图）：水压试验时用下式计算：（右图）：8、关于塔设备危险截面的确定o = P14 6eipD 46 ei裙座基础环板处裙座壳体的横截面；通过裙座开孔水平中心线的裙座壳体截面；裙座与塔体封头连接处焊接接头横截面；不等直径塔变截面交界处塔壳横截面；等直径塔变壁厚交界处塔壳横截面9、关于塔设备计算时分段的一点说明裙座高度独立分段；变径或变厚筒节独立分段；尽量均匀分段，一般以5m或10m为一段;尽量以危险截面为分界处。10、 裙座壳体轴向应力校核裙座壳底截面的组合应力校核式为：KB cos2 9f 虬+m0 g+% 一。1 zsbcos 9Asb min 正常操作：说明：仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时，才计入垂直地震力FV。水压试验：cos 0maxeZsbgAsbKB cos2 0 min 0.9 K R虹e L裙座壳体上任意截面处的应力校核呢？11、地脚螺栓地脚螺栓计算的目的有两个：一是正确地固定塔的位置；二是防止塔在倾覆力矩作用