《化工机械基础》第8章-塔设备的机械设计

塔设备第8章塔设备的机械设计塔设备平面简图第八章塔设备的机械设计8.1

塔体与裙座的机械设计8.1.1.自支承式塔设备所受载荷：1.自重载荷：m01—塔设备的壳体与裙座质量；m02—塔设备内件质量（塔板或填料及其支撑装置）；m03—保温材料质量；m04—平台扶梯质量；m05—操作时塔内物料质量；ma—人孔法兰接管等附件质量；mw—液压试验时塔内充液质量；me—偏心质量。操作质量：m0=m01+m02+m03

+m04+m05

+ma+me水压试验质量：mmax=m01+m02+m03

+m04+mw

+ma+me

吊装质量：mmin=m01+0.2m02+m03

+m04

+ma+me将质量离散：简化力学模型———多质点体系的悬臂梁发生地震时的受力2.地震载荷及塔体内力（1）.水平地震力任一段集中质量mk所引起的基本振型水平地震力为：

Fk=CZα1ηkmkgN式中CZ——结构综合影响系数，圆筒形直立设备取0.5；

α1——对应于设备基本自振周期T1的地震影响系数；

ηk——基本振型参与系数；mk——任一段（第k段）塔体的操作质量。（2）.垂直地震力地震烈度为8度或9度地区的塔设备考虑垂直地震力。垂直地震力的作用点：塔器底截面。计算式：Fv=αvmax·meq．g式中αvmax——垂直地震影响系数最大值，取0.6αmax。

meq——塔器的当量质量，取0.75m0

。3.地震弯距悬臂梁的弯矩：任一质点mk对塔底(0-0截面）的弯矩为：

所有质点（k=1,2,……n)对塔底截面的弯矩和为：

对于等直径、等壁厚塔器的底截面地震弯矩为：地震载荷分布图

塔的迎风面受到风压载荷，并随高度而增加。

将风压按塔的高度离散，任一计算段的风载荷，就假定是集中作用在该段中点的风压合力：（1）.力学模型的简化：3.风载荷及塔体内力（2）.风载荷的计算影响风载荷的因素：所在地区的基本风压值q0(距地面10米高处的风压）；塔器高度、直径、截面形状以及自振周期。任一计算段的水平风力为：式中K1——塔体形状系数；

K2——风振系数（与塔自振周期有关）；

qo——10米塔高处的基本风压值；

fi——风压高度变化系数；li——计算段的高度；Dei——该计算段的有效直径。（3）.风弯矩计算风弯矩图

风载荷对基底截面的弯矩：4.偏心载荷塔设备顶部悬挂有分离器、冷凝器等附属设备，其重力对塔体产生偏心载荷。

偏心载荷引起的弯矩：Me=meg·e5.介质压力载荷——设计压力p；水压试验时的液柱压力。7.1.2.自支撑式塔设备塔体壁厚的确定方法1.塔设备的危险截面：0-0截面——基底；1-1截面——人孔截面；2-2截面——塔体与裙座连接焊缝截面。位于塔体上的危险截面——2-2截面。2.塔体应力组合（2-2截面）组合轴向应力的构成：σ1——介质压力引起的轴向应力；σ2——塔体自重引起的轴向应力；σ3——塔体所受弯矩引起的轴向应力。例如，内压操作的塔设备在2-2截面处的应力组合：位于背风面，组合轴向应力为：σ=σ1-σ2-σ3位于迎风面，组合轴向应力为：σ=σ1-σ2+σ3内压塔在停车时和操作时的应力组合：操作时停车时外压塔设备的应力组合：操作时停车时3.塔体壁厚的确定方法（1）依据内压容器或外压容器壁厚设计方法确定塔体有效壁厚Se1。（2）塔体稳定验算。根据（1）假定一有效壁厚Se2。●计算压力引起的轴向应力：●自重载荷及垂直地震力引起的轴向应力：●弯矩在塔体中引起的轴向应力：稳定条件：组合轴向压应力要满足：式中K——载荷组合系数，取K=1.2;B——见书p168。（3）塔体拉应力验算依前述，假设一有效壁厚Se3。计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：（4）水压试验应力验算确定塔壳体试验压力引起的环向应力和轴向应力，验算是否满足强度条件和稳定条件。由试验压力引起的环向应力：水压试验组合轴向应力的确定：由试验压力引起的轴向应力：由液压试验时重力引起的轴向应力：由弯矩引起的轴向应力：液压试验时的强度和稳定性判据：式中K——载荷组合系数，取K=1.2;[σ]cr——许用轴向压应力，塔体壁厚确定方法：(1)根据内(外)计算压力,确定容器设计计算壁厚，确定一有效壁厚Se1;(2)参照Se1，进行稳定性验算，确定一有效壁厚Se2;(3)参照Se2，进行塔体拉应力验算，确定一有效壁厚Se3;(4)取Se1、Se2、Se3中较大者，加上壁厚附加量，并考虑安装运输等对刚度的要求，最终确定塔体壁厚；(5)水压试验验算。8.2裙座设计四个部分：1.座体---承受并传递塔体载荷。2.基础环---将载荷传递到基础上。3.螺栓座---固定塔于基础上。