浮閥塔的結(jié)構(gòu)與機(jī)械設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)浮閥塔的機(jī)械與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者: 指導(dǎo)老師:專業(yè)名稱: 化學(xué)工程與工藝學(xué)院:化學(xué)與化工學(xué)院目錄第一章符號(hào)說明2第二章設(shè)計(jì)參數(shù)及要求22.1 設(shè)計(jì)參數(shù)22.2 設(shè)計(jì)要求2第三章塔體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算23.1 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體、封頭和裙座厚度23.1.1 塔體厚度的計(jì)算23.1.2 封頭厚度計(jì)算23.1.3 裙座厚度計(jì)算23.2 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算23.2.1 筒體、封頭、裙座的質(zhì)量23.2.2 塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量23.2.3 保溫層的質(zhì)量23.2.4 平臺(tái)、扶梯的質(zhì)量23.2.5 物料質(zhì)量23.2.6 附屬件質(zhì)量23.2.7 水壓試驗(yàn)時(shí)質(zhì)量2偏心質(zhì)量23.2.9 質(zhì)量匯總23.3 風(fēng)載

2、荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算23.3.1 風(fēng)載荷的計(jì)算23.3.2 風(fēng)彎矩的計(jì)算23.4 地震載荷與地震彎矩的計(jì)算23.4.1 地震載荷的計(jì)算23.4.2 地震彎矩的計(jì)算23.5 偏心彎矩的計(jì)算23.6 最大彎矩23.7 各種載荷引起的軸向應(yīng)力23.7.1 計(jì)算壓力所引起的軸向應(yīng)力23.7.2 操作質(zhì)量所引起的軸向應(yīng)力2最大彎矩引起的軸向應(yīng)力23.8 塔體和裙座危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核2筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核2塔體與裙座的穩(wěn)定性校核23.9 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核23.9.1 水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力23.9.2 水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核23.10 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)23.10.1 基礎(chǔ)環(huán)尺寸23.10.2

3、 基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核23.10.3 基礎(chǔ)環(huán)厚度23.11 地腳螺栓的計(jì)算2地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力23.11.2 地腳螺栓的螺紋小徑2第四章設(shè)計(jì)小結(jié)2參考文獻(xiàn)2第一章符號(hào)說明符號(hào)符號(hào)說明系數(shù)，按照GB150相關(guān)章節(jié)，Mpa塔設(shè)備殼體內(nèi)直徑，mm基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑，mm塔設(shè)備殼體外直徑，mm基礎(chǔ)環(huán)外直徑，mm裙座殼體底部截面的外直徑，mm塔頂管線外徑，mm設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，Mpa風(fēng)壓高度變化系數(shù)，高度取各計(jì)算段頂截面的高度塔設(shè)備底截面處的垂直地震力，N塔設(shè)備任意計(jì)算截面I-I處垂直地震力，N集中質(zhì)量mK引起的基本振型水平地震力，N重力加速度，取g=9.81m/s2塔設(shè)備高度，mm塔設(shè)備頂部至第i

4、段底截面的距離，mm塔設(shè)備第i段頂截面距塔底截面的高度，m第i段集中質(zhì)量距地面的高度，mm、第i計(jì)算段，第i-1計(jì)算段的截面慣性距，載荷組合系數(shù)，取K=1.2體型系數(shù)，取籠式扶梯當(dāng)量寬度，當(dāng)去確切數(shù)據(jù)時(shí)，可取=400mm操作平臺(tái)當(dāng)量寬度，mm偏心質(zhì)點(diǎn)重心至塔設(shè)備中心線的距離，mm第i計(jì)算段長度，mm操作平臺(tái)所在計(jì)算段的長度，mm人孔，接管，法蘭等附屬件質(zhì)量，kg偏心質(zhì)量，kg塔設(shè)備操作質(zhì)量，kg液壓試驗(yàn)時(shí)，塔器內(nèi)充液質(zhì)量，kg塔設(shè)備殼體和裙座質(zhì)量，kg內(nèi)件質(zhì)量，kg保溫材料質(zhì)量，kg平臺(tái)，扶梯質(zhì)量，kg操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量，kg塔設(shè)備第i計(jì)算段的操作質(zhì)量，kg距地面hk處的集中質(zhì)量，kg塔設(shè)備的

5、當(dāng)量質(zhì)量，取，kg任意計(jì)算截面I-I以上塔式容器的操作質(zhì)量，kg任意計(jì)算截面I-I的基本振型地震彎矩，N.mm底截面0-0處的基本振型地震彎矩，N.mm任意計(jì)算截面I-I處的風(fēng)彎矩，N.mm底截面0-0處的風(fēng)彎矩，N.mm任意計(jì)算截面I-I處的最大彎矩，N.mm基本風(fēng)壓值，N/m2地震影響系數(shù)對應(yīng)于塔設(shè)備基本振型自振周期T1的地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)的最大值基礎(chǔ)環(huán)計(jì)算厚度，mm圓筒的有效厚度，mm封頭的有效厚度，mm各計(jì)算截面的圓筒的有效厚度，mm裙座的有效厚度，mm圓筒的名義厚度，mm封頭的名義厚度，mm裙座的名義厚度，mm管線保溫層厚度，mm圓筒保溫層厚度，mm由壓力引起的軸向應(yīng)力，Mpa

6、由垂直載荷引起的軸向應(yīng)力，Mpa由彎矩引起的軸向應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用軸向壓應(yīng)力，Mpa試驗(yàn)介質(zhì)的密度，kg/cm3第二章設(shè)計(jì)參數(shù)及要求2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)表2-1 浮閥塔設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求工作壓力/MPa1.0塔體內(nèi)徑/mm1000設(shè)計(jì)壓力/ MPa1.20塔高/m14.48工作溫度/100設(shè)計(jì)壽命/a10設(shè)計(jì)溫度/150浮閥（泡罩）規(guī)格/個(gè)數(shù)介質(zhì)名稱CH3CH2OH,H2O浮閥（泡罩）間距mm介質(zhì)密度/（kg/m3）800保溫材料厚度/mm110設(shè)計(jì)基本地震加速度0.4g保溫材料密度/（kg/m3）350基本風(fēng)壓/（N/m2）400塔盤上存留介質(zhì)層高度/mm50抗震設(shè)防烈度7殼體

7、材料Q235-B場地類別內(nèi)件材料06Cr19Ni10塔形裙座材料Q235-B塔板數(shù)目/個(gè)27偏心質(zhì)量/kg4000塔板間距/mm400偏心距/mm2000地面粗糙度（類）B2.2 設(shè)計(jì)要求塔體每4.25m安裝一層操作平臺(tái)，平臺(tái)寬1.0m，單位質(zhì)量150kg/m3，包角360°。焊接接頭系數(shù)0.85，殼體厚度附加量3mm，裙座厚度附加量2mm。第三章塔體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體、封頭和裙座厚度3.1.1 塔體厚度的計(jì)算計(jì)算壓力，。圓筒的計(jì)算厚度：名義厚度：有效厚度：。3.1.2 封頭厚度計(jì)算封頭的計(jì)算厚度：名義厚度：有效厚度：。3.1.3 裙座厚度計(jì)算裙座厚度也取。3

8、.2 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算計(jì)算前先對塔進(jìn)行分段，以地面為0-0截面，裙座人孔為1-1截面，塔底封頭焊縫為2-2截面，塔板間第一個(gè)人孔為3-3截面，塔板間第二個(gè)人孔為4-4截面，塔板間第三個(gè)人孔為5-5截面，塔頂為6-6截面。表3-1 塔體分段長度0-11-22-33-44-55-61500240027154250425029903.2.1 筒體、封頭、裙座的質(zhì)量塔與裙座總高度：鋼材的密度：圓筒殼、裙座和封頭質(zhì)量：表3-2塔體分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-6373.4597.5675.91058.11058.1744.43.2.2 塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量浮閥塔塔盤單位質(zhì)量(參考化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)

9、，大連理工大學(xué)出版社)塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量：表3-3塔內(nèi)構(gòu)件分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-600176.6588.8588.8235.53.2.3 保溫層的質(zhì)量保溫層密度：則保溫層質(zhì)量：表3-4溫層分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-600370.9580.6580.6408.53.2.4 平臺(tái)、扶梯的質(zhì)量平臺(tái)單位質(zhì)量，籠式扶梯單位質(zhì)量。則：表3-5平臺(tái)、扶梯分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-660961038.41121.41121.41071.03.2.5 物料質(zhì)量板上液層高度，介質(zhì)平均密度則物料質(zhì)量：表3-6操作物料分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-60010

10、5.9353.2353.2141.33.2.6 附屬件質(zhì)量依經(jīng)驗(yàn)?。罕?-7附件分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-693.4149.4169.0264.5264.5186.13.2.7 水壓試驗(yàn)時(shí)質(zhì)量表3-8充水分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-6002123.33336.23336.22347.2偏心質(zhì)量偏心質(zhì)量：表3-9偏心分段質(zhì)量0-11-22-33-44-55-604006000003.2.9 質(zhì)量匯總塔器操作質(zhì)量：塔器最大質(zhì)量：塔器最小質(zhì)量：表3-10質(zhì)量匯總表塔段號(hào)0-11-22-33-44-55-6塔體分段質(zhì)量373.4597.5675.91058.11058.1

11、744.4塔內(nèi)構(gòu)件分段質(zhì)量00176.6588.8588.8235.5保溫層分段質(zhì)量00370.9580.6580.6408.5平臺(tái)、扶梯分段質(zhì)量60961038.41121.41121.41071.0操作物料分段質(zhì)量00105.9353.2353.2141.3附件分段質(zhì)量93.4149.4169.0264.5264.5186.1充水分段質(zhì)量002123.33336.23336.22347.2偏心分段質(zhì)量0400600000操作時(shí)分段質(zhì)量526.81242.93136.73966.63966.62786.8最大質(zhì)量26020.4kg最小質(zhì)量14869.5kg3.3 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算3.3.

12、1 風(fēng)載荷的計(jì)算（1）風(fēng)載荷計(jì)算公式查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P402風(fēng)載荷的計(jì)算，可得計(jì)算公式：式中：體形系數(shù)，對圓筒形容器，；10m高處基本風(fēng)壓值，；風(fēng)壓高度變化系數(shù)；計(jì)算段長度；塔的有效直徑，設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90°；風(fēng)振系數(shù)，由于塔高，?。?）有效直徑的計(jì)算當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線成90°，取下列公式中較大者：其中，mm（3）計(jì)算結(jié)果表3-11 風(fēng)載荷的計(jì)算結(jié)果塔段號(hào)0-11-22-33-44-55-6li/mm150024002715425042502990q0/(N/m)400fi(B類)1.01.01.01.01.141.25Dei/mm191019102536.62

13、270.62270.61910Pi/N1363.742128.983420.374815.935490.133397.993.3.2 風(fēng)彎矩的計(jì)算（1）0-0截面（2）1-1截面（3）2-2截面表3-12 風(fēng)彎矩的計(jì)算結(jié)果00截面11截面22截面3.4 地震載荷與地震彎矩的計(jì)算3.4.1 地震載荷的計(jì)算自震周期的計(jì)算：其中，鋼材Q235B的彈性模量，則：第二振型與第三振型自震周期分別近似?。海瑢⑺馗叨确较蚍殖?段，視每段高度之間的質(zhì)量為作用在該高度1/2處的集中質(zhì)量，各段集中質(zhì)量對該載荷面所引起的地震力及地震彎矩見下表（參考化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P416）。表3-13 地震載荷的計(jì)算結(jié)果塔段號(hào)0-

14、11-22-33-44-55-6備注373.4579.4675.91058.11058.1744.475027005257.5874012990166100.02050.1400.3810.8171.4812.1410.07670.8382.5778.64615.66515.93543.7380.00160.1180.9827.06423.19334.11365.4710.1370.9372.5475.4599.89114.301106.681166.063584.1612026.2421790.9722166.490.2801.6133.5549.24813.74512.36440.8041

15、54.36889.201958.75097.37575.96815.122490.522490.4822336.123.4.2 地震彎矩的計(jì)算因?yàn)?，故不考慮高振型影響。（1）0-0截面地震彎矩（2）1-1截面地震彎矩（3）2-2截面地震彎矩表3-14地震彎矩的計(jì)算結(jié)果00截面11截面22截面3.5偏心彎矩的計(jì)算偏心質(zhì)量，偏心距偏心彎矩：3.6最大彎矩表3-15最大彎矩的比較計(jì)算內(nèi)容00截面11截面22截面最大彎矩取較大者，為地震彎矩控制。3.7各種載荷引起的軸向應(yīng)力3.7.1 計(jì)算壓力所引起的軸向應(yīng)力計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力表3-16 計(jì)算壓力所引起的軸向應(yīng)力00截面11截面22截面003.7.

16、2 操作質(zhì)量所引起的軸向應(yīng)力計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量：00截面11截面22截面14696.210188.98599.6（1）0-0截面裙座的有效厚度（2）1-1截面人孔，則：（3）2-2截面其中，表3-17 操作質(zhì)量所引起的軸向應(yīng)力00截面11截面22截面5.7394.0473.838最大彎矩引起的軸向應(yīng)力（1）0-0截面（2）1-1截面裙座人孔截面的抗彎截面系數(shù)：則：（3）2-2截面：表3-18 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力00截面11截面22截面49.39553.60741.3103.8塔體和裙座危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力發(fā)生在正常操作時(shí)的2-2截面上，

17、筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向拉應(yīng)力：因?yàn)?，故滿足強(qiáng)度條件。其中，軸向許用應(yīng)力：塔體與裙座的穩(wěn)定性校核（1）2-2截面：筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向壓力：許用軸向壓應(yīng)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(yīng)的材料圖(Q235-B)得，則，取。因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。（2）1-1截面：塔體1-1處的最大組合軸向壓應(yīng)力由查相應(yīng)的材料圖（Q235-B）得,則，取。因?yàn)椋蕽M足穩(wěn)定性條件。（3）0-0截面塔體0-0處的最大組合軸向壓應(yīng)力因?yàn)椋?故滿足穩(wěn)定性條件。表3-18 各危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定校核匯總項(xiàng)目計(jì)算危險(xiǎn)截面0-01-12-2塔體與裙座有效厚mm887截面以上

18、操作質(zhì)量14696.210188.98599.6計(jì)算截面面積251202470025120截面的抗彎截面系數(shù)6.280×1065.337×1066.280×106最大彎矩3.102×1082.861×1082.270×108最大允許軸向拉應(yīng)力-115.26最大允許壓應(yīng)力139.2139.2138135.6135.6135.6計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力0042.857操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力5.7394.0473.838最大彎矩引起的軸向應(yīng)力49.39553.60741.310最大組合軸向拉應(yīng)力-88.005最大組合軸向壓應(yīng)力55.13457.65445.148強(qiáng)度與穩(wěn)定校核強(qiáng)度滿足強(qiáng)度條件穩(wěn)定性滿足穩(wěn)定性條件3.9塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核3.9.1 水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力（1）試驗(yàn)壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力液柱靜壓力：）（2）由試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力(3)最大質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力(4)由彎矩引起的軸向應(yīng)力3.9.2 水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核（1）筒體環(huán)向應(yīng)力校核滿足要求。（2）最大組合軸向拉應(yīng)力校核（3）最大組合軸向壓應(yīng)力校核滿足要求。3.10 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)3.10.1 基礎(chǔ)環(huán)尺寸基礎(chǔ)環(huán)外徑：基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：3.10.2 基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核混凝土基礎(chǔ)上的最大壓應(yīng)力：其中，基礎(chǔ)環(huán)截面積和截