塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)(共19頁)

1、 2015-2016學(xué)年(xunin)化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)(shj)題目： 塔設(shè)備(shbi)機(jī)械設(shè)計(jì) 班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：完成日期：石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工系化工(hugng)機(jī)械(jxi)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)評(píng)分表課程設(shè)計(jì)名稱 塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)評(píng) 分 標(biāo) 準(zhǔn)得 分1. 設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容的完整性（20分）設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容完整，結(jié)構(gòu)層次分明，重點(diǎn)突出，圖表齊全。2. 設(shè)計(jì)過程的規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)性（60分）設(shè)計(jì)、計(jì)算過程完整，設(shè)計(jì)依據(jù)說明、論證充分，公式、數(shù)據(jù)引用正確，計(jì)算結(jié)果正確，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范，達(dá)到了任務(wù)書規(guī)定要求。(計(jì)算過程中所采用的公式、數(shù)據(jù)、圖表應(yīng)注明出處)3. 設(shè)計(jì)創(chuàng)新性

2、（10分） 設(shè)計(jì)方案有一定個(gè)人見解，能引用較先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念或設(shè)計(jì)方法，能結(jié)合所學(xué)理論課知識(shí)對(duì)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析總結(jié)，并提出改進(jìn)措施；具有一定獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問題的能力。4. 文本格式規(guī)范性（10分）要求思路清晰，敘述清楚，語句通順；圖表格式規(guī)范，標(biāo)號(hào)齊全，符號(hào)使用得當(dāng)。 總評(píng)成績?cè)u(píng)閱老師簽字： 日期： 年 月 日目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc25898 1 設(shè)計(jì)(shj)任務(wù) PAGEREF _Toc25898 4 HYPERLINK l _Toc15447 2 設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容.5 HYPERLINK l _Toc30245 2.1塔殼強(qiáng)度(qingd)

3、計(jì)算5 HYPERLINK l _Toc13926 2.2塔器質(zhì)量計(jì)算5 HYPERLINK l _Toc27029 2.3塔的基本自震周期計(jì)算8 HYPERLINK l _Toc27029 2.4地震載荷與地震彎矩計(jì)算8 HYPERLINK l _Toc27029 2.5風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算10 HYPERLINK l _Toc27029 2.6偏心彎矩計(jì)算12 HYPERLINK l _Toc27029 2.7塔體和裙座危險(xiǎn)截面的最大彎矩12 HYPERLINK l _Toc27029 2.8圓筒內(nèi)力校核13 HYPERLINK l _Toc27029 2.9裙座殼軸向應(yīng)力校核15 HYPE

4、RLINK l _Toc27029 2.10基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算16 HYPERLINK l _Toc27029 2.11地腳螺栓計(jì)算17 HYPERLINK l _Toc27029 2.12小結(jié)（匯總設(shè)計(jì)結(jié)果，附設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表）18 HYPERLINK l _Toc27029 3 設(shè)計(jì)總結(jié)191 設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)塔設(shè)備(shbi)機(jī)械設(shè)計(jì)已知條件(tiojin)為：塔體內(nèi)徑i2200mm，設(shè)計(jì)壓力為1.3MPa，厚度附加量C=2mm，焊接接頭系數(shù)=0.9，介質(zhì)密度=750 kg/m3，介質(zhì)層高度hw=90mm, 基本風(fēng)壓值q0=300N/m2, 偏心質(zhì)量me=2000kg.已知設(shè)計(jì)條件分段示意圖

5、塔體內(nèi)徑Di2200 mm塔體高度H40000mm設(shè)計(jì)壓力p1.3Mpa設(shè)計(jì)溫度t200塔體材料Q345R許用應(yīng)力170 MPat170 MPa設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量E1.9105MPa常溫屈服點(diǎn)s345 MPa厚度附加量C2mm塔體焊接接頭系數(shù) 0.9介質(zhì)密度750kg/m3塔盤數(shù)N70每塊塔盤存留介質(zhì)層高度hw90mm基本風(fēng)壓值q0300N/m2地震設(shè)防烈度8度設(shè)計(jì)基本地震加速度0.3g場地類型II類地面粗糙度B類（塔體與裙座間）偏心質(zhì)量me2000kg偏心距e2000mm塔外保溫層厚度s100mm保溫材料密度2300kg/m3裙座材料Q235-A設(shè)計(jì)溫度下的需用應(yīng)力t133MPa常溫屈服點(diǎn)

6、s235MPa設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量Es厚度附加量Cs2mm人孔、平臺(tái)數(shù)8平臺(tái)類型半圓形平臺(tái)寬度B1000mm平臺(tái)高度1000mm平臺(tái)單位質(zhì)量150kg/m2地腳螺栓材料Q235-A許用應(yīng)力bt140MPa腐蝕裕量C23個(gè)數(shù)n 402 設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容首先(shuxin)，選取計(jì)算截面(包括(boku)所有危險(xiǎn)截面)。本次設(shè)計(jì)中將全塔分成6段，其中裙座分為2段，筒體分為4段(見分段示意圖)。其計(jì)算截面分別為0-0、1-1、2-2、3-3、4-4、5-5.2.1塔殼強(qiáng)度計(jì)算 按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算塔體和封頭壁厚計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)塔內(nèi)液柱高度h/mh=2.67（僅考慮塔底至液封盤液面高度）液注靜壓力p

7、H/MPaPH=10-6gh=10-67509.82.67=0.01960.05P(可忽略)計(jì)算壓力pc/MPa圓筒計(jì)算厚度/mm圓筒設(shè)計(jì)厚度c/mm圓筒名義厚度n/mm圓筒有效厚度e/mm封頭的計(jì)算厚度h/mm9.37封頭設(shè)計(jì)厚度hc/mm封頭名義厚度hn/mm封頭有效厚度he/mm2.2塔器質(zhì)量計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)塔段內(nèi)直徑Di/mm2200塔段名義厚度ni/mm12塔段長度li/mm100020607400100001000010075塔設(shè)備高度H1/mm40535筒體密度/kg/m37.85103單位筒體質(zhì)量m1m/kg

8、/m545筒體高度H1/mm36490筒體質(zhì)量m1/kg封頭質(zhì)量m2/kg裙座高度H3/mm3060計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)裙座質(zhì)量m3/kg塔體質(zhì)量m01/kg450.81435.53651.84856.324856.327344.01塔段內(nèi)件質(zhì)量m02/kg(浮閥塔盤質(zhì)量)2165.34856.84856.88078.1保溫層質(zhì)量m03/kgm03封頭保溫層質(zhì)量，（kg）200.51984.62132.52132.51732.6平臺(tái)、扶梯質(zhì)量m04/kg平臺(tái)質(zhì)量qp150kg/m2 籠式扶梯質(zhì)量qF40kg/m平臺(tái)數(shù)量n8 籠式扶梯

9、高度HF39m=4(+2+2+2B)2-(+2+2)212nqp+qFHF=4(2.2+20.012+20.00939+21)2-(2.2+20.012+21)20.58150+4039=1634.98 17400.8422.5422.5364.1操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量m05/kg15237456.25236.85236.86350.7人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量ma/kg按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為：102.5354.6845.61322.51322.51701計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂充液質(zhì)量mw/kg1573.52356432459.232459.230015.6偏心質(zhì)量me/kg再

10、沸器：me200014002600操作質(zhì)量m0/kg678.93620.718951.922402.820931.919234.8最小質(zhì)量mmin/kg1162313114269152351519615214.45最大質(zhì)量mmax/kg8654596.345682598755458939360.752.3塔的基本自震周期計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)塔體內(nèi)直徑Di/mm2200塔體有效厚度e/mm10塔設(shè)備高度H，mm40535操作質(zhì)量m0/kg85821塔設(shè)備的自振周期T1/s2.4地震載荷與地震彎矩計(jì)算各段操作質(zhì)量mi/kg678.93620.718951.922402.820931.9192

11、34.8各點(diǎn)距地面高度50020306760154602546035495地 震 載 荷 與 地 震 彎 矩 計(jì) 算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)hi1.51.121049.151045.561051.921064.061066.69.106mihi1.57.601063.311081.0510104.3010107.5010101.2910112.581011hi31.251088.371093.0910113.710121.6510134.471013mihi38.4910103.0310135.8610158.2910163.45101

12、78.6010171.291018A/B2.0107基本振型參與系數(shù)k10.002340.01870.110.3850.8261.37阻尼比 0.02衰減指數(shù)=0.9+0.05-i0.5-5i=0.9+0.05-0.020.5-50.02=0.975阻尼調(diào)整系數(shù)22=1+0.05-i0.06+1.7i=1+0.05-0.020.06+1.70.02=1.319地震影響系數(shù)最大值 maxmax0.24（設(shè)計(jì)烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.3g時(shí)）各類場地土的特征周期TgTg0.4（地震分組為第二組，類場地土）地震影響系數(shù)1Tg=0.4T1=1.525Tg=50.4=2.0水平地震力Fk1/N1

13、.3457.0617577269.214571.822209.19垂直地震影響系maxmax=0.65max=0.650.24=0.156當(dāng)量質(zhì)量meq/kg取meq=0.75m0=0.7585821=64365.75底面垂直地震力Fv0-0/NFv0-0=maxmeqg=0.15664365.759.8=98402.363.41057.351061.281083.461085.331086.83108i=16 1.70109任意質(zhì)量i處垂直地震力Fvi/N Fvi=k=16mkhkFv0-0=98402.361.70108196.84254.4574091200277.73085203953

14、46任意計(jì)算截面i處垂直地震力Fv1-1Fv1-1=k=1nFvi0-0截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面174150174114173360160251.4底截面處地震彎矩/Nmm地 震 載 荷 與 地 震 彎 矩 計(jì) 算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)底截面處地震彎矩/Nmm截面11處地震彎矩/Nmm=81m0g175H2.5(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)=80.086858219.81175405352.5(10405353.5-14405352.51000+410003.5)=1.30109截面22處地

15、震彎矩/Nmm=81m0g175H2.5(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)=80.086858219.81175405352.5(10405353.5-14405352.53060+430603.5)=1.201092.5 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)各計(jì)算段的外徑DOi/mm塔頂管線外徑dO/mm480第i段保溫層厚度si/mm100管線保溫層厚度 ps/mm100籠式扶梯當(dāng)量寬度K3400各計(jì)算段長度li/mm100020607400100001000010076操作平臺(tái)所在計(jì)算段的長度l0/mm206074

16、00100001000010076平臺(tái)數(shù)011222各段平臺(tái)構(gòu)件的投影面積A/mm2091059105181051810518105計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)1(01)2(12)3(23)4(34)5(45)6(5頂)操作平臺(tái)當(dāng)量寬度K4/mm操作平臺(tái)當(dāng)量寬度K4/mm0873.8243.2360360362.7各計(jì)算段的有效直徑Dei/mm37084581.83951.2406840684070.734284301.83671.2378837883790.7取最大值Dei/mm37084581.83951.2406840684070.7各計(jì)算段頂截面距地面的高度hit/m13.0610.4620

17、.4630.4640.536風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi 查表5-231.01.01.01.251.421.56體型系數(shù)K10.7基本風(fēng)壓值q0/N/m2300塔設(shè)備的自振周期T1/s1.52q0T123001.522=693.12脈動(dòng)增大系數(shù)（B類） 查表5-242.39脈動(dòng)影響系數(shù)i（B類） 查表5-250.720.720.720.790.830.85hit/H0.0250.0750.260.50.751第i段振型系數(shù)zi1.0 查表5-260.020.020.0680.340.6121.00各計(jì)算段的風(fēng)振系數(shù)K2i1.0341.001.1171.5141.8552.302各計(jì)算段的水平風(fēng)力Pi/

18、N1073.52732.69144.8215563000341242.5計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)01122334455頂0-0截面的風(fēng)彎矩/Nmm1-1截面的風(fēng)彎矩/Nmm2-2截面的風(fēng)彎矩/Nmm2.6偏心彎矩計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)偏心質(zhì)量me/kg2000偏心距e/mm2000偏心彎矩Me/Nmm2.7塔體和裙座危險(xiǎn)截面的最大彎矩計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)0-0截面1-1截面2-2截面2.881092.6081092.3881093.2311093.0811092.856109最大彎矩/Nmm3.2311093.0811092.8561092.8圓筒內(nèi)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)0-0截面1

19、-1截面2-2截面有效厚度 ei/mm10筒體內(nèi)徑Di/mm2200計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量m0i-i/kg8582185142.181521.4設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力1/MPa0071.5操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力2/MPa12.1812.0811.57最大彎矩引起的軸向應(yīng)力3/MPa85.0081.0575.13載荷組合系數(shù)K1.2系數(shù)A設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力t/MPa（Q345R，200）， （Q235-B，200），105105170系數(shù)B/MPa（Q345R，200），（Q235-A，200），9393118KB/MPa111.6111.6141.6Kt/MPa126126204許用軸向

20、壓應(yīng)力cr/MPa取以上兩者中小值111.6 111.6141.6Kt/MPa107.1 107.1173.40圓筒最大組合壓應(yīng)力（2+3）/MPa對(duì)內(nèi)壓塔器（滿足要求）97.1893.1386.7圓筒軸向應(yīng)力校核和圓筒穩(wěn)定校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)0-0截面1-1截面2-2截面圓筒最大組合拉應(yīng)力（12+3）/MPa對(duì)內(nèi)壓塔器（滿足要求）72.8268.97135.06塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)試驗(yàn)介質(zhì)的密度（介質(zhì)為水）/kg/m31000液柱高度HW/m37.97液柱靜壓力H/9.81/MPa0.37有效厚度ei/mm10筒體內(nèi)徑Di/mm22002-2截面最大質(zhì)量mT

21、2-2/kg試驗(yàn)壓力pT/MPa筒體常溫屈服點(diǎn)s/MPa3452-2截面0.9Ks/MPa372.62-2截面KB/MPa111.6壓力試驗(yàn)時(shí)圓筒材料的許用軸向壓應(yīng)力cr/MPa取以上兩者中小值111.6試驗(yàn)壓力引起的周向應(yīng)力T/MPa液壓試驗(yàn)時(shí)：（滿足要求）試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力T1/MPa重力引起的軸向應(yīng)力T2/MPa塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)彎矩引起的軸向應(yīng)力T3/MPa壓力試驗(yàn)時(shí)圓筒最大組合應(yīng)力/MPa液壓試驗(yàn)時(shí)：（滿足要求）（滿足要求）2.9裙座殼軸向應(yīng)力校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)0-0截面積Asb/mm20-0截面系數(shù)Zsb/mm3KB/MPa111.6Kts

22、/MPa126裙座許用軸向應(yīng)力/MPa取以上兩者中小值111.60-0截面組合應(yīng)力/MPa檢查孔加強(qiáng)管長度lm/mm150檢查孔加強(qiáng)管水平方向的最大寬度bm/mm450檢查孔加強(qiáng)管厚度m/mm12裙 座 軸 向 應(yīng) 力 校 核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)Am1-1截面處裙座筒體的截面積Asm/mm21-1截面處的裙座筒體截面系數(shù)Zsm/mm3Zsm=2lm(22-22)=210150(11002-2252)3.23h-h截面處的裙座殼截面系數(shù)Zsm/mm3Zsm= 2200210-2(45022005-3.23)=3.461-1截面組合應(yīng)力/MPa2.10基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)裙座內(nèi)徑

23、Dis/mm2200裙座外徑Dos/mm基礎(chǔ)環(huán)外徑Dob/mm基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑Dib/mm基礎(chǔ)環(huán)伸出寬度b/mm相鄰兩筋板最大外側(cè)間距l(xiāng)/mm160基礎(chǔ)環(huán)面積Ab/mm2基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)Zb/mm3基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力b/MPa水壓試驗(yàn)時(shí)壓應(yīng)力b1/MPa操作時(shí)壓應(yīng)力b2/MPa混凝土基礎(chǔ)上的最大壓力bmax/MPa取以上兩者中大值3.57b/l基 礎(chǔ) 環(huán) 設(shè) 計(jì)計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)矩形板力矩Cx、Cy系數(shù)查表5-27得，Cx=-0.1498,Cy=0.0842對(duì)X軸的彎矩Mx/Nmm/mm對(duì)Y軸的彎矩My/Nmm/mm計(jì)算力矩Ms/Nmm/mm取以上兩者中大值10481.8有筋板時(shí)基礎(chǔ)環(huán)厚度/mm 經(jīng)圓整取2.11地腳螺栓計(jì)算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)最大拉應(yīng)力B1/MPa最大拉應(yīng)力B2/MPa基礎(chǔ)環(huán)中螺栓承受的最大拉應(yīng)力B取以上兩者中大值 塔設(shè)備必須設(shè)置地腳螺栓地 腳 螺 栓 計(jì) 算計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)地腳螺栓個(gè)數(shù)n40地腳螺栓材料的許用應(yīng)力bt/MPa對(duì)Q-235A，取地腳螺栓腐蝕裕量C2/mm地腳螺栓取地腳螺栓螺紋小徑d1/mm故取M42地腳螺栓滿足要求2.12小結(jié)