《化工机械基础》第8章-塔设备的机械设计

1、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+ 0.2m

2、02 +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=CZ1k mkg N 式中CZ结构综合影响系数，圆筒形直立设备取0.5； 1 对应于设备基本自振周期T1的地震影响系数； k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=vmaxmeqg 式中vmax垂直地震影响系数最大值，取0.6 max 。 meq塔器的当

3、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

4、）； qo10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=mege,5.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： 1介质压力引起的轴

5、向应力； 2塔体自重引起的轴向应力； 3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： =1-2-3 位于迎风面，组合轴向应力为： =1-2+3,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=

6、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1,2,3，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; 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。 4.管孔-人孔、排气孔、引出管孔。,8.2.1 裙座结构,8.2.2.裙座的设计方法,1.座体设计： （1）按塔体壁厚设定一有效壁厚Ses。 （2）验算裙座危险截面