化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計

設(shè)計參考數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑/mm2000塔高/mm40000計算壓力/MPa0.9設(shè)計溫度/150基本風壓值/N/300地震設(shè)防烈度/度8場地土類類設(shè)計地震分組第二組設(shè)計基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤數(shù)70塔盤存留介質(zhì)層高度/mm90塔盤間距/mm450介質(zhì)密度/kg/m3800保溫層厚度/mm100保溫層材料密度/ kg/m3300平臺寬度1000人孔間距10層塔板半圓形平臺數(shù)7單位質(zhì)量/150包角180再沸器操作質(zhì)量/kg3800再沸器偏心距/mm2000塔體與封頭材料Q345R裙座材料Q235-B塔體與封頭厚度附加量/3裙座附加量/3塔體焊接接頭系數(shù)0.85目錄一、塔體的設(shè)計條件 3二、按計算壓力計算塔體和封頭厚度 4三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算4四、風載荷與風彎矩計算6五、地震載荷計算 10六、偏心彎矩計算 11七、各種載荷引起的軸向應力 11八、筒體和裙座危險截面的強度性校核 13九、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核 16十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 17十一、地腳螺栓計算 19十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取 20十三、主要符號說明 22十四、個人總結(jié) 24參考文獻 27一、塔體的設(shè)計條件1、塔體的內(nèi)徑，塔高近似取；2.計算壓力，設(shè)計溫度150；3、設(shè)置地區(qū)：基本風壓值=300N/m，地震設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度0.2g，地震分組為第二組；場地土類：I類，地面粗糙度B類。4、塔內(nèi)裝有N=70層浮閥塔盤，塔盤間距450mm，每層塔板上每塊塔盤上存有介質(zhì)高度為，塔板上介質(zhì)密度為800kg/m；5、塔殼外表面層100mm，保溫層材料的密度300kg/m。6、沿塔高每10層塔盤開設(shè)一個人孔，人孔數(shù)為7個，相應在人孔處安裝平臺為，平臺寬1.0m，單位質(zhì)量150kg/，包角180。7、塔體與裙座間懸掛一臺再沸器，其操作質(zhì)量為，偏心距e=2000mm；8、塔體與封頭材料選用Q345R,其中，裙座材料選用Q235-B。9、塔體與裙座厚度附加量C=3mm，裙座厚度附加量3mm。塔體與裙座對接焊縫，塔體焊接接頭系數(shù)。對該塔進行強度和穩(wěn)定計算。二、按計算壓力計算塔體、封頭和裙座厚度1、塔體厚度計算 考慮厚度附加量C=3mm，經(jīng)圓整后取。2、封頭厚度計算考慮厚度附加量C=3mm，經(jīng)圓整后取。3、裙座厚度也取12mm。三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算1、筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量2、 附屬間質(zhì)量 3、塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 （浮閥塔盤質(zhì)量75）4、保溫層質(zhì)量 5、平臺、扶梯質(zhì)量 說明：單位面積質(zhì)量，籠式扶梯單位長度質(zhì)量；籠式扶梯總高，平臺數(shù)量為7。6、操作時物料質(zhì)量說明：物料密度，塔板數(shù)N=70，塔板上液層高度。7、 充水質(zhì)量為 其中8、 各種質(zhì)量載荷匯總將全塔分為9段，計算各質(zhì)量載荷（計算中略有近似）段號123456789塔段長度1800180067504750475047504750475059001339.71339.75023.93535.33535.33535.33535.33535.34391.20052356.12356.12356.12356.12356.12356.12356.1001351.3950.9950.9950.9950.9950.91181.17272982.5902.5902.5902.5902.5902.5948.50022622262226222622262226222620021205.814922.614922.614922.614922.614922.618535.40190019000000001411.73311.713875.810006.810006.810006.810006.810006.811138.91411.73311.732819.622667.422667.422667.422667.422667.427412.31411.73311.79728.95859.95859.95859.95859.95859.96992 全塔操作質(zhì)量全塔最小質(zhì)量水壓試驗時最大質(zhì)量 四、風載荷與風彎矩計算1、風載荷計算示例以23段為例計算風載荷式中：體形系數(shù)，對圓筒形容器，10m高處基本風壓值，風壓高度變化系數(shù)，查表8-5得：計算段長度，脈動影響系數(shù)，由表得：塔的基本自振周期，對等直徑、等厚 度得圓截面塔： 脈動增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，由 表查的：振型系數(shù)，由表得：風振系數(shù)塔的有效直徑。設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90，取下a、b中較大者。，取2、各段塔風載荷計算結(jié)果塔段號1234567891800180067504750475047504750475059003000.70.720.720.720.760.790.810.830.840.850.020.020.1080.2120.340.480.650.8251.002.501.0361.0361.1931.3531.5391.7321.9572.1732.3620.0450.090.260.380.500.6150.730.851.001.001.001.00981.14221.24671.32821.40901.47741.56平臺數(shù)001111111/mm00296.3421.1421.1421.1421.1421.1421.1267426743170.33295.13295.13295.13295.13295.13213.01047.161047.165413.765079.516306.417561.249063.2410552.1114668.533、風彎矩計算0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 五、地震載荷計算 取第一振型阻尼比為則衰減指數(shù)塔的總高度 H=40000mm全塔操作質(zhì)量 重力加速度 地震影響系數(shù)由表查的（設(shè)防烈度8級）由表查的計算截面距地面高度h：0-0截面：h=01-1截面：h=1800mm2-2截面：h=3600mm 等直徑、等厚度的塔，按下列方法計 算地震彎矩。0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 六、偏心彎矩計算七、各種載荷引起的軸向應力1、計算壓力引起的軸向壓應力其中2、操作質(zhì)量引起的軸向壓應力0-0截面：裙座的有效厚度1-1截面：其中，為人孔截面的截面積，查相關(guān)標準得：2-2截面：其中，3、最大彎矩引起的軸向應力0-0截面其中，最大彎矩取下式計算值中較大者：1-1截面：式中裙座人孔截面的抗彎截面系數(shù)。查相關(guān)標準得：= 其中，最大彎矩取下式計算值中較大者：2-2截面： 其中，最大彎矩取下式計算值中較大者：八、筒體和裙座危險截面的強度性校核1、筒體的強度與穩(wěn)定性校核2-2截面：筒體危險截面2-2處的最大組合軸向拉力：因為，故滿足強度條件。其中，軸向許用應力：2、 塔體與裙座的穩(wěn)定性校核 2-2截面： 筒體危險截面2-2處的最大組合軸向壓力： 許用軸向壓應力： 取其中較小值。按GB-150 鋼制壓力容器中的規(guī)定，由 查相應的材料圖(16MnR)得B=106Mpa, 則，取。因為，故滿足穩(wěn)定性條件。1-1截面：塔體1-1處的最大組合軸向壓應力由 0.00084查相應的材料圖（Q235-B）得 ,則，取。因為，故滿足穩(wěn)定性條件。0-0截面塔體0-0處的最大組合軸向壓應力因為，,故滿足穩(wěn)定性條件。各危險截面強度與穩(wěn)定校核匯總項目計算危險截面0-01-12-2塔體與裙座有效厚mm999截面以上操作質(zhì)量/kg79773.978361.375049.6計算截面面積截面的抗彎截面系數(shù)最大彎矩最大允許軸向拉應力173.4最大允許壓應力-138135.6135.6204計算壓力引起的向拉應力0050操作質(zhì)量引起的向壓應力13.8414.5713.02最大彎矩引起的軸向應力55.9555.9648.28最大組合軸向拉應力-85.26最大組合軸向壓應力69.7970.5361.3強度與穩(wěn)定校核強度滿足強度條件穩(wěn)定性滿足穩(wěn)定性條件九、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核1、筒體水壓試驗時各種載荷引起的應力(1)由試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應力 (2)由試驗壓力引起的軸向拉應力(3)最大質(zhì)量引起的軸向壓應力(4)由彎矩引起的軸向應力2、水壓試驗應力校核(1)筒體環(huán)向應力校核因為，故滿足要求。 (2)最大組合軸向拉應力校核 許用應力：因為，故滿足要求。 (3)最大組合軸向壓應力校核軸向許用壓應力 取其中較小值。, 取。因為，故滿足要求。十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計1、基礎(chǔ)環(huán)尺寸取 2、基礎(chǔ)環(huán)的應力校核取其中較大值，(1)(2) 取選用75號混凝土，其許用應力，故滿足要求。3、基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時，計算基礎(chǔ)環(huán)的厚度。 設(shè)地腳螺栓直徑為M42，由表查得l=160mm，則b/l=140/160=0.88，由表查得 。取，基礎(chǔ)環(huán)材料（20R）的許用應力，C=3mm,基礎(chǔ)環(huán)厚度，取。十一、地腳螺栓計算1、地腳螺栓承受的最大拉應力取其中較大值，其中， (1) (2)取其中較大值，2、地腳螺栓的螺紋小徑因為，故此塔設(shè)備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR，螺栓個數(shù)為n=20，C=3mm。 取地腳螺栓為M42。由表8-12查得M42的螺紋小徑d=37.219mm，故選用20個M42的地腳螺栓，滿足要求。十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取1、根據(jù)筒體內(nèi)徑，計算壓力，溫度150，查表6-2，確定法蘭結(jié)構(gòu)為長頸對焊法蘭，查附錄12選取材料16Mn，公稱壓力PN=1.6Mpa。2、查相關(guān)手冊得法蘭基本數(shù)據(jù)：D=2215mm，D1=2155mm，D2=2110mm，D3=2090mm，D4=2087mm螺紋孔直徑d=33mm，法蘭厚度b=102mm，高頸尺寸H=190mm，h=56mm，螺栓為。3、根據(jù)公稱直徑DN=2000mm，查附錄13-3，得螺柱材料為40MnVB，查表6-6得，螺母材料為40Mn。4、壓緊密封面選取平面密封面，選用纏繞型墊片，D=2089mm，d=2039mm， 墊片種類為石棉式石墨填充帶。法蘭圖見附圖塔的機械設(shè)計結(jié)果塔的名義壁厚筒體，封頭，裙座塔的載荷及其彎矩質(zhì)量載荷風彎矩地震彎矩基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計基礎(chǔ)環(huán)尺寸基礎(chǔ)環(huán)的應力校核滿足要求地腳螺栓設(shè)計直徑M42，個數(shù)20個主要符號說明裙座人孔處截面的面積，裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，裙座殼底部內(nèi)直徑，裙座殼有效壁厚，裙座人孔截面處裙座殼的內(nèi)直徑，裙座人孔截面處水平方向的最大寬度，人孔或較大管線引出孔加強管的長度，人孔或較大管線引出孔加強管的厚度，塔計算段的有效直徑，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑，基礎(chǔ)環(huán)外直徑，裙座大端外直徑，E設(shè)計溫度下材料的彈性模量，風壓高度變化系數(shù)H塔的總高度，塔第i段頂截面距地面的高度，塔第i-i截面處的地震彎矩，塔第i-i截面處的最大彎矩，塔第i-i截面處的風彎矩，塔的最大質(zhì)量，塔的最小質(zhì)量，塔的操作質(zhì)量，計算截面以上的操作質(zhì)量，計算壓力，塔i-i計算段的水平風力，基本風壓值，塔的基本自振周期，對應的地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)的最大值管線保溫層厚度，脈動增大系數(shù)脈動影響系數(shù)由計算壓力引起的軸向應力，由重力引起的軸向應力，