塔機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書缺補(bǔ)強(qiáng)

1、目錄一、選擇材料18二、按計(jì)算壓力計(jì)算筒體和封頭的壁厚18三、塔的質(zhì)量載荷計(jì)算19四、塔的自振周期計(jì)算22五、地震載荷計(jì)算22六、風(fēng)載荷計(jì)算 23七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力25八、筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核26九、筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核27十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1 / 2229十一、地腳螺栓設(shè)計(jì)30十二、補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算32主要符號(hào)說(shuō)明35正文機(jī)械設(shè)計(jì)條件：主要工藝參數(shù)數(shù)據(jù)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)塔體內(nèi)徑D/mm16001. 塔體上每隔6m左右開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔，共10個(gè)人孔2. 相應(yīng)人孔處安裝操作平臺(tái)，平臺(tái)寬B=900mm.單位質(zhì)量150kg/m3.3. 塔體外表面保溫層厚度s=100mm，材料密度2=300

2、kg/m34. 塔器設(shè)置地區(qū)基本風(fēng)壓值q0=500N/m25. 地震烈度為7度6. 場(chǎng)地土為類場(chǎng)地土7. 支座為1200/1800。高度為Hs=5m的圓錐型裙座。8. 塔體焊接接頭系數(shù)=0.85.塔體與裙座對(duì)接焊接。9. 塔體與封頭的壁厚附加量取c=2mm，裙座壁厚附加量取c=2mm塔高H/mm81200計(jì)算壓力pc/MPa1.83操作溫度t/53.3塔板數(shù)Np118塊塔板上清液層高度hL/mm50.3液相介質(zhì)密度L/(kg/m3)443.12 / 22一、 選擇材料塔體16MnR: t=170 MPa, =170 MPa,s=345MPa裙座 Q235-A:t=113MPa, =113 MP

3、a,s=235 MPaE=1.9*105 MPa二、按計(jì)算壓力計(jì)算筒體和封頭的壁厚筒體：(mm)封頭，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：mm加上壁厚附加量C=2mm，并圓整，還應(yīng)考慮剛度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素，取筒體、封頭、和裙座的名義厚度Sn均為20mm，Se=Sn-C=20-2=18mm。三、塔的質(zhì)量載荷計(jì)算1塔殼和裙座的質(zhì)量（1）圓筒質(zhì)量/塔體圓筒總高度：Ho=81.2-5-2.6 =73.6m（2）封頭質(zhì)量查得，DN1600,壁厚20mm的橢圓形封頭的質(zhì)量為250kg，則3 / 22（3）裙座質(zhì)量裙座尺寸：Dis=1800mm,Dos=1836mm,dis=1200mm,dos=1236mm由于錐角

4、小，故用錐體的平均直徑Dim=1500mm。按圓筒計(jì)算：kgkg2.塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量：查表得篩板塔盤質(zhì)量為75kg/m23人孔，法蘭，接管與附屬物質(zhì)量4保溫材料質(zhì)量m03為封頭保溫層質(zhì)量。5平臺(tái)，扶梯質(zhì)量平臺(tái)單位質(zhì)量qp=150 kg/m2 扶梯高度HF=39.7 m籠式扶梯單位質(zhì)量qF=40kg/mn=4為平臺(tái)數(shù)量6操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量7充水質(zhì)量4 / 228全塔操作質(zhì)量45004.83kg9全塔最小質(zhì)量10全塔最大質(zhì)量將全塔分成7段，如圖1所示，各段質(zhì)量載荷列入下表：質(zhì)量1234567合計(jì)m01551.873067.42000.54325.44325.44325.44110.422706.5m0

5、20084.8231611.61611.61611.61537.26276.9m03024465.891007.31007.31007.3923.034434.88m0428172643.37815.37320815.37775.373569.47m050153.45782.65365.52365.52365.52307.812340.46ma137.97766.85500.11081.41081.41081.41027.65676.63mw03414184.69047.8 9047.89047.88416.240085.1m0717.834183.74477.49206.68711.3920

6、6.68501.445004.8mmax717.834371.27879.31788917394178891661082749.5mmin717.834030.23626.97551.87056.47551.87107.937642.8長(zhǎng)度/mm70043003700800080008000800040700人孔平臺(tái)00110114塔板數(shù)00119191916745 / 22表1 各塔段質(zhì)量載荷 圖1四、塔的自振周期計(jì)算五、地震載荷計(jì)算查得：max=0.23(設(shè)計(jì)地震烈度7級(jí)) Tg=0.3（類場(chǎng)地土，近震）地震影響系數(shù)但1應(yīng)不小于0.2max故取10.046結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)Cz=0.5H/D

7、i=33.1>15,必須考慮高震型影響。確定危險(xiǎn)截面，如圖1所示，00截面為裙座基底截面，11為裙座人孔處截面，22為裙座與塔體焊縫處截面。6 / 22 計(jì)算危險(xiǎn)截面的地震彎矩：00截面 11截面22截面六、風(fēng)載荷計(jì)算1風(fēng)力計(jì)算1）風(fēng)振系數(shù) 各計(jì)算塔段的風(fēng)振系數(shù)K2i由計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于下表中表2 各塔段的風(fēng)振系數(shù)塔段1234567高度hit/m0.758.716.724.732.740.72.85i0.720.720.720.790.850.850.887 / 22zi0.00340.0210.08120.2510.48840.73421fi0.110.80.9481.17741.32

8、991.45781.5677K2i1.06341.0538651.175761.4799781.889652.22012.59982）有效直徑Dei 設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90º角，取平臺(tái)構(gòu)件的投影面積A=0.5m2，則Dei取下式計(jì)算值中的較大者。Dei=Doi+2si+K3+ K4Dei=Doi+2si+K4+do+2ps式中，塔和管線的保溫層厚度sips=100mm，塔頂管線外徑do=325mm，K3=400mm，各塔段Dei計(jì)算結(jié)果列于表3中表3 各塔段的有效直徑/mm塔段1234567長(zhǎng)度li/mm700430037008000800080008000K3400K40027

9、0.27125125125125Dei252523462231.320862086208620863）水平風(fēng)力計(jì)算由式Pi=K1K2iq0 fi liDei×10-6(N)計(jì)算塔段水平風(fēng)力計(jì)算結(jié)果列于下表中：表4 各塔段水平風(fēng)力計(jì)算結(jié)果塔段1234567K107K2i1.0631.0541.1761.47991.88672.222.5998q05008 / 22fi0.110.80.9481.17741.32991.45781.5677長(zhǎng)度li/mm700430037008000800080008000Dei2525234622312086208620862086Pi72.36297

10、73221101781467818903238052風(fēng)彎矩計(jì)算計(jì)算危險(xiǎn)截面的風(fēng)彎矩00截面11截面22截面七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力1計(jì)算壓力引起的軸向拉應(yīng)力12操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力200截面11截面9 / 2222截面3最大彎矩引起的軸向應(yīng)力3最大彎矩取下式計(jì)算值中較大者：計(jì)算結(jié)果如下：（單位：N.mm）Mmax0-0Mmax1-1Mmax2-23計(jì)算如下：八、筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核1筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核1）強(qiáng)度校核 筒體危險(xiǎn)截面22處的最大組合軸向拉應(yīng)力2-2max組拉=1 +2-22+2-23=130.77MPa軸向許用應(yīng)力：Kt=173.4MPa因?yàn)?-2max組拉

11、< Kt故滿足強(qiáng)度條件10 / 222）穩(wěn)定性校核 筒體危險(xiǎn)截面22處的最大組合軸向壓應(yīng)力2-2max組壓=2-22+2-23=90.3756MPa許用軸向壓應(yīng)力 cr =minKB, Kt其中 按GB150鋼制壓力容器中的規(guī)定，由A=0.094/(Ri/Se)=0.0025查圖得：B=118MPa則算得cr =141.6MPa因?yàn)?2-2max組壓< cr 故滿足穩(wěn)定性條件2裙座的穩(wěn)定性校核 裙座危險(xiǎn)截面00及11處的最大組合軸向壓應(yīng)力00max組壓=002+003=51.0488MPa11max組壓=112+113=39.93147MPaA=0.094/(Ri/Se)0.001

12、489查得：B101MPa 則cr =minKB, Kt121.2MPa因?yàn)?00max組壓< cr 11max組壓< cr 故滿足穩(wěn)定性條件九、筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核1筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核1）由試驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力11 / 22試驗(yàn)壓力 =(pT+液柱靜壓力)(Di+Sei)/(2Sei)=135.3895MPa0.9s=263.93MPa因?yàn)?lt;0.9s故滿足要求2）由實(shí)驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力1 1= pTDi/(4Sei)=66.797MPa3）水壓試驗(yàn)時(shí)，重力引起的軸向應(yīng)力22-22=4）由彎矩引起的軸向應(yīng)力35）最大組合軸向拉應(yīng)力校核2-2max組拉=1+222+

13、223=79.3269MPa許用應(yīng)力：0.9Ks=316.71MPa因?yàn)?2-2max組拉<0.9Ks故滿足要求6）最大組合軸向壓應(yīng)力校核22max組壓=222+223=37.8731MPa軸向許用壓應(yīng)力cr =minKB,0.9Ks141.6MPa因?yàn)?2-2max組壓< cr 故滿足要求12 / 222裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核1）水壓試驗(yàn)時(shí)，重力引起的軸向應(yīng)力2002= 112= 2）由彎矩引起的軸向應(yīng)力33）最大組合軸向壓應(yīng)力校核00max組壓=002+003=22.8205MPa11max組壓=112+113=18.6193MPa軸向許用應(yīng)力cr =minKB,0.9 Ks=1

14、21.2MPa因?yàn)?0max組壓< cr 11max組壓< cr 故滿足要求十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1基礎(chǔ)環(huán)尺寸取 Dob= Dis+(160400)= 2100mm Dib= Dis(160400)= 1600mm2基礎(chǔ)環(huán)應(yīng)力校核13 / 22選用100號(hào)混凝土的許用壓力Ra=5MPa因?yàn)?bmax<Ra故滿足要求3基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時(shí)，計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)厚度Sbb=0.5(DobDos)=132mm設(shè)地腳螺栓直徑為M36，l=160mm，則b/l=0.825查表得Mx=0.142bmaxb2=-9838.68N.mm/mm My=0.0872bmaxl2=6842.21N.mm/mm取Ms

15、=Mx=9838.68N.mm/mm基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力b =140MPa基礎(chǔ)環(huán)厚度 取Sb=26mm十一、地腳螺栓設(shè)計(jì)1 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力14 / 22所以取B=2.8644MPa2 地腳螺栓直徑因?yàn)锽>0，故此塔須安裝地腳螺栓。取地腳螺栓個(gè)數(shù)n=40,地腳螺栓材料的許用應(yīng)力bt =210MPa查表，取地腳螺栓為M36，故選用36個(gè)M48的地腳螺栓，滿足要求。以上各項(xiàng)計(jì)算均滿足強(qiáng)度條件及穩(wěn)定性條件，塔的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果列于表5中。表5 乙烷乙稀精餾塔機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表塔的名義厚度筒體Sn=18mm,封頭Snh=18mm,裙座Sns=18mm塔的載荷及其彎矩質(zhì)量載荷m0=45004.

16、8kg, ,風(fēng)彎矩,地震彎矩,各種載荷引起的軸向應(yīng)力計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力16 / 22操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力，最大彎矩引起的軸向應(yīng)力，最大組合軸向拉應(yīng)力2-2max組拉=130.77MPa最大組合軸向壓應(yīng)力00max組壓=51.0488MPa，11max組壓=39.93147MPa，2-2max組壓=90.3756MPa強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核強(qiáng)度校核2-2max組拉=130.77MPa< Kt=173.4MPa滿足強(qiáng)度條件穩(wěn)定性校核00max組壓=51.0488MPa<cr =121.2MPa，11max組壓=39.93147MPa<cr =121.2MPa，2-2max組壓=9

17、0.3756MPa<cr =141.6MPa均滿足穩(wěn)定性條件塔的名義厚度筒體Sn=18mm,封頭Snh=18mm,裙座Sns=18mm水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核筒體=135.3895MPa<0.9s=263.93MPa2-2max組拉=79.3269MPa<0.9Ks=316.71MPa22max組壓=37.8731MPa<cr=141.6MPa均滿足強(qiáng)度條件裙座00max組壓=22.8205MPa<cr =121.2MPa,11max組壓=18.6193MPa<cr =121.2MPa均滿足穩(wěn)定性條件基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)尺寸Dob=2100mm，Dib=1600mm

18、，Sb=26mm基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核bmax=MPa<Ra=5MPa 滿足要求地腳螺栓設(shè)計(jì)地腳螺栓直徑M36 地腳螺栓個(gè)數(shù)n=36十二、補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：（此處只對(duì)人孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算）1 部分參數(shù)：Di=1200mm Sn=18mm p=1.672 MPa t=52.52人孔采用內(nèi)伸式530×18。內(nèi)伸長(zhǎng)度30mm。17 / 22腐蝕裕量c2=2mm。開(kāi)孔未通過(guò)焊縫。由于人孔材料與通體材料均取16MnR。則，fr=1鋼板負(fù)偏差，c1=0.8mm人孔鋼管負(fù)偏差：c1=tn×0.15=2.7mm2 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判斷1） 補(bǔ)強(qiáng)判別Sn=18mm>12mm 允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管

19、公稱直徑Dn=80mm。本接管公稱直徑Dn>80mm。故需考慮補(bǔ)強(qiáng)。2） 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開(kāi)孔直徑：d=di+2c=d<Di/2=900mm，故可采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行計(jì)算。3） 開(kāi)孔所須補(bǔ)強(qiáng)面積A 筒體計(jì)算厚度=10.47mmB 開(kāi)孔削弱面積 A=d+2(tn-c)(1-fr)=d=5251.7mm24） 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍A 有效寬度MAXB=2d=1003.2mm, B=d+2n+2tn=573.6mm所以B=1003.2mmB.有效高度外側(cè)有效高度17 / 22MIN所以h1=95mm內(nèi)側(cè)有效高度MIN所以h2=30mm5） 有效補(bǔ)強(qiáng)面積A 筒體多余金屬面積筒體有效厚度e=16mm

20、筒體多余金屬A1=(B-d)( e-)-2(tn-c)( e-)(1-fr)=(B-d)( e-)=2773.8 mm2B.接管的多余金屬面積接管計(jì)算厚度接管的多余金屬面積A2=2h1(tn-t-c)fr+2h2(tn-c-c2)fr=2733.8 mm2C.補(bǔ)強(qiáng)區(qū)焊縫面積A3=2×1/2×18×18=144 mm2D.總有效補(bǔ)強(qiáng)面積A1+A2+A3=5831.6mm26） 計(jì)算結(jié)果A1+A2+A3=5831.6mm2>5377.4 mm218 / 22計(jì)算表明，由于接管管壁較厚，結(jié)構(gòu)本身多余金屬。已滿足補(bǔ)強(qiáng)要求，故無(wú)須另補(bǔ)強(qiáng)。因?yàn)榇颂幵O(shè)考慮風(fēng)載。故對(duì)塔最下

21、兩個(gè)人孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。其他不予補(bǔ)強(qiáng)。主要符號(hào)說(shuō)明符號(hào)意義與單位符號(hào)意義與單位A操作平臺(tái)的投影面積，mm2MEi-i塔第ii截面處的地震彎矩，N·mmAb基礎(chǔ)環(huán)的面積，mm2Mmaxi-i塔第ii截面處的最大彎矩，N·mmAab裙座底部截面積，mm2Mwi-i塔第ii截面處的風(fēng)彎矩，N·mmAsm裙座人孔處截面積，mm2mmax塔的最大質(zhì)量，kgB用于確定許用軸向壓應(yīng)力的系數(shù)，MPammin塔的最小質(zhì)量，kgb基礎(chǔ)環(huán)外部的徑向?qū)挾龋琺mm0塔的操作質(zhì)量，kgCz結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，m0i-i計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量，kgDei塔計(jì)算段的有效直徑，mpc計(jì)算壓力，MPaDi筒體的內(nèi)直徑，mPi塔