板式塔设计计算说明书DOC

1、一、设计任务1. 结构设计任务完成各板式塔的总体结构设计，绘图工作量折合A1图共计4张左右，具体包括以下内容：各塔总图1张A0或A0加长；各塔塔盘装配及零部件图2张A1 02. 设计计算内容完成各板式塔设计计算说明书，主要包括各塔主要受压元件的壁厚计算及 相应的强度校核、稳定性校核等内容。二、设计条件1. 塔体内径Di = 2000mm，塔高巴=59.299m ;2. 设计压力pc=2.36MPa，设计温度为t =90 C ;3. 设置地区：山东省东营市，基本风压值qo=48OPa,地震设防烈度8度，场地土类别III类，地面粗糙度是B类；4. 塔内装有N=94层浮阀塔盘；开有人孔12个，在人孔

2、处安装半圆形平台12 个，平台宽度B=900mm，高度为1200mm ;5.塔外保温层厚度为S s=100mm，保温层密度p 2=350 kg / m3;三、设备强度及稳定性校核计算1. 选材说明已知东营的基本风压值 q=480Pa，地震设防烈度8度，场地土类别III类；塔壳与裙 座对接；塔内装有N=94层浮阀塔盘；塔外保温层厚度为S s=100mm，保温层密度p32=350kg/m ；塔体开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台 12个，平台宽度B=900 mm， 高度为1200 mm ；设计压力 pc=2.36MPa，设计温度为t = 90 C ；壳3 mm，裙座厚度附加量 2 mm ；焊接

3、接头系数取为 0.85；塔内径D = 2000mm。 通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用Q345R。对该塔进行强度和稳定计算。2. 主要受压元件壁厚计算本部分应包括常压塔的主要筒体及椭圆封头等重要受压元件的壁厚计算，裙座厚度先按经验值取。I塔壳和封头材料选用 Q345R ReLCRoJ =325,jt =l85MPa（166 兰36）直径Di = 2000mm段圆筒及封头：圆筒：pPcD2.36 汉 2000“仆t15.12mm2 30m，因此要同时计算顺风向和横风向载荷。塔设备第一自振周期T1 =1.1.79 ED： D：)(1)顺风向水平风力计算64m0H=1.79539s64 沢

4、 131605. 19 沢 59.299 31.911051063. 14(2. 0444 - 24)塔设备第二自振周期二 0. 285塔设备第三自振周期364mHmH4EI=-28544.E二(D - Di )64131605.1959.299 31.9115 163. 14 (2.0444 一 24)=0. 404sT3 =0.102嘗=0.102364m0HE二(D： - Di4)二 0. 10264131605. 1959.299 1.911051 063. 14( 2 . 04 4 4 - 24)工 0. 145s因地面粗糙度是 B类，基本风压 q = q0塔设备中第i计算段所受的水

5、平风力按下式计算:Pi = K1 K2i fi qoli Dei式中各参数按线性插值由标准查得，计算结果列于表2表2段号i123456789K10.7q0(N/m2)480fi1111.0741.2951.4571.5891.6971.755h(m)0.85.41.4610101010101.639sv4 -心=1 + i zi fi1.0431.0431.0681.2941.5631.8662.2702.4632.482z2.959vi0.720.720.720.7740.8130.8430.8610.8760.879zi0.020.020.0320.1380.3030.5060.7920.

6、9581.0am)0001.81.21.21.21.80Dei(m)3.5593.0602.5684.4443.8443.8443.8444.4442.644P(N)997.85790.81345.422185.223320.429122.537098.244238.16342.5(2)顺风向弯矩计算0-0截面风弯矩：MW 二P1P221 1)P3(1 2 I 1)P9(占1 81 7 244 27. 77m/ s 60. 4 04 0. 2 5因为v *c2 rd，故应同时考虑第一振型和第二振型的振动。 横风塔顶振幅： 49=6. 10010 N.mmI- I截面风弯矩：M= P2雷诺数 R

7、e =69v D a = 69 36. 87 2 2 4 4 5. 71 1064105 时，R(匕l2).P9(19l8l7l6l5 l4l3 I2)2 2 29=5. 96410 N.mmII- ll截面风弯矩：MW -F4(176607800)P5(l 5 / 217660 - 7800).2 =p/寸18 l7 I 61517660 一 7800)4. 80610CL =0.2 N.mmM/川P417660 - 85002Ill-Ill截面风弯矩:叱 17660 一 8500)9=4. 700 疋 10 N.mmP9( 2I 8丨6I 517600 - 8500)(3 )横风向振幅计算

8、临界风速计算:Vc1Da1St2. 2444. 42m/ s2. 5390. 2Vc2 二DaT2S当 Hd/H(4. 42)06 二(36. 87)0 时，=1.56阻尼比取为.=0.01応3 14截面惯性矩 I(D(4-Di4)(20444 -20004) =7.14 1010mm46464横风塔顶振幅诒Ced1049.4匚启10. 2 22441.25 4.4225929941. 56-49. 4 汉 0. 01 汉 1. 91 汉 105 疋 7. 14 汉 1010=0. 0319m(4)横风向弯矩计算共振时临界风速风压作用下的顺风向风力列于表3中表3段号i1234567890.7q

9、oCN/m2)qlpvc21 =12.60fi1111.0741.2951.4571.5891.6971.755li(m)0.85.41.4610101010101.639sv冲-K2i _1 + i zifi1.0261.0261.0421.1821.3491.5371.7871.9061.918z1.833vi0.720.720.720.7740.8130.8430.8610.8760.8790.020.020.0320.1380.3030.5060.7920.9581.05)0001.81.21.21.21.80Dei (m)3.5593.0602.5684.4443.8443.8443

10、.8444.4442.644P(N)25.78149.5934.47532.09528.22629.53766.46898.85128.66mk(kg)1128.497617.282032.0722898.5823754.1724052.0323158.4524420.882521.8顺风向弯矩：0-0截面风弯矩：0 0ll12I319M cF=R-1+P2(Z+h) + P3(+I2+h)十+P9(十18+16 十15 十14 +13+12+h)2 2 2 28=1. 28110 N.mmI- I截面风弯矩：Mc-P?11 P3(h I2) P9Q l8 I7 l6 I5 I4 I3 - l

11、2)2 2 28=1. 25210 N.mmII- ll截面风弯矩：it it 17660 - 780015Mwr - P4P( 294108 N.mm17660 - 7800)22= 1.002 x 108 N.mmP9(L18 I7 I6 I 517660 - 7800)2III- Ill截面风弯矩：8=0. 98010 N.mm17660 - 8500 P与 17660 _ 8500)P9(寸 I 8I7 I 61517660 - 8500)横风向弯矩:0-00-0Mca2 f 22 ： ： 3.14 29= ()2YTmh k1 珂-7)2 0. 0319 2. 763 109T1l-

12、l8二 5. 39810 N. mm面-2：工 29Mca=()2Ytmk仇T1k =2T1-8 )；1(23.14)2(2. 53900. 03192. 71010%ll-ll 截面：Mla_二2二 2 9()2YT?Tk =4g(hk-7800) k1=（2 3.14）2 0.0319 2. 242 109 2. 539=4.380X108Nmm9III-III截面：MQ M （）2齐gg - 8500） ik 二23. 14 298= （T）2.319 2 195 109 r 288 10细血组合风弯矩:0-0截面：M0_0M0卫二 6. 100 109N.mmW,（占）2（M0/）2

13、二 5. 548 108N.mm= 6.100109N.mmI-I截面：M _-Mj5. 964 109N.mmWJmJT2 +（皿卩）2 = 5. 440 x 108N.mm9二 5. 96410 N.mmll-ll截面:mJH = 4. 806 汉 109N.mm（皿匚）2 （d 4. 493108N .mm= 4.806109N.mmIII-III 截面:mJI-M = 4. 700 汉 109N.mmJ2（McZ）2 二 4. 399108N .mm= 4.700109N.mm6. 地震弯矩计算地震设防烈度8度，取max =0.16 ;因场地土类别III类，则特性周期Tg = 0.55

14、s 阻尼比取为 二0. 010 05 E阻尼调整系数2=11.5190. 06 + 1.70 05 -衰减指数0. 9 + 0. 5 +连=0-978T 0 55地震影响系数：1 =( g) 2：砲=(斗1)0.81- 519 0- 16 = 0.0544T2. 539则0-0截面的地震弯矩：o_o 1621616ME11mgH1m0gH =0.0544 131605. 199.8592993535359二 1. 90210 N. mmI- I截面的地震弯矩：M打1，(10日 5 一14h H 2.5 4h 3.5) = 1.866 109 N.mmII- ll截面的地震弯矩：M e1II.

15、Ji8rmg3.52.53.5175H1.5 (10H-14h)H)=91. 55210 N.mmIII-III截面的地震弯矩M E1 8 1mg5 (10H 3.5 14h -H 2.5 4h 3) = 1.521 109N.mm 175 H 以上计算是按塔设备基本振型的结果，此塔H/D=30 15且高度大于20m,故还必须考虑高振型的影响。采用一种简化的近似算法，则各截面的 地震弯矩为：ME1.25M E= 2. 378109N.mmMe-=1.25Me1-= 2.333109N. mmME - T.25Me厂二 1.94109N.mmME 一 =1.25ME厂 二 1.901109N.m

16、m7. 各种载荷引起的轴向应力的计算(1)最大弯矩因塔体顶只悬有吊住，故可以忽略偏心弯矩Me。确定最大弯矩时，偏保守的假设风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩同时出现， 且出现在塔设备的同一方向。但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可 能性很小，在正常或停工检修时，取计算截面的最大弯矩为0-0截面：I-I截面:Mmy = “ 严=5.：610皿；= 5.964 “9N.mm（风弯矩控ME口 + 0. 25MJ=3. 824 X 109N.mm制）11-11截面:M H 丿lvlmax加曽6如。皿；= 4.806 5N.mm（风弯矩Me）M + 0. 25MeH = 3. 142 汇 109N.mm控

17、制）o卫max船=6. 100 x 109N.mmMEHO.25M0/ =_109N.mm6. 100109N.mm（风弯矩控III-III 截面:M）imaxme-mJ 川4.700109N.mm0. 25% - 二 3. 076_109N.mm4. 700 109N.mm（风弯矩控制） 水压试验时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，取最大弯矩为M0。= 0. 3Mew= 1.83109N.mmM1 丄=0. 3Mew= 1. 789109N.mmM川 二 0. 3Mew二 1.442109N.mmMhi = 0. 3Mew= 1. 410 109N.mm（2）圆筒的强度及稳定性校核计算1

18、1-11的轴向应力并进行校核，将结果写入表 4中 筒体的有效厚度 飞=22 - 3 =19mm计算截面ll-ll计算截面以上操作质量mkg120827.35计算截面横截面积A DAmm2119380.52计算截面断面系数W = = Dj2酩m m345.969 x 107计算截面最大弯矩MmaxN mm4.806 x 109kb许用轴向压缩应力冋crtMPaKt1. 2 x 150 = 180 （选取）222许用轴向拉应力=MPa188.7操作压力引起的轴向应力 w = PcDiMPa4齢62.11重力引起的轴向应力=mgMPaA9.92Mmax引起的轴向应力6=业竺MPaW80.52组合压应

19、力 =b2 +b3兰CFcrMPa90. 44 c 168组合拉应力 crt =6 cr2乞 KcrtMPa132. 71 c 188. 711-11截面：0.094r=0-00179丰过程设备设计图4-8得B=150MPa。8. 裙座危险截面的强度与稳定校核裙座筒体受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。重量和弯矩在裙座 底部截面处最大，因而裙座底部截面是危险截面。此外，裙座上的检查孔或人 孔、管线引出口有承载削弱作用，这些孔中心横截面处也是裙座筒体的危险截 面。裙座筒体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。 因此，只需校核危险截面的最大轴向压缩应力。(1) 0-0截面裙座

20、按圆锥形裙座进行验算0.5 (3200 - 2000)圆锥半顶角-=arctan4.507800 140 32A =0.094卫=0.00179，查过程设备设计图 4-8得B=150MPa。Ri则二crKBcos2 仇创羽取曰178.89MPaK汀二 222MPa液压许用应力；t二KB cos2 P0. 9KRl工 178. 89MPa，取6t=351MPa178. 89MPa0-0-20- 0m gAm)gD e131605. 199.83.143200168. 02M,M max0-0-3Mma04Mma：6. 100 10643. 14 3. 220. 01647. 40M组合压应力0-

21、0 /% =(0-0 0-0、二 2二 3)1554255.59MPa ：匚crcos ： cos 4. 5=178. 89MPa液压力0-0(0. 3Mw . mnaxg)1WA cos P90. 36. 10010287351.989.843. 1432001673. 58cos 4. 5=73. 81MPa ：二T 二 178. 89MPal-l截面A =0.094=0.00179，查过程设备设计图 4-8得B=150MPa。裙座出入口：lm = 230mm ； bm = 450mm ； m = 18mm ； Dim = 3074.14mm m JI = 130476. 7kgAm XD

22、卄 es (* 暇儿AJ=3. 143074. 1416 - 2(450218)16 - 223018】二 155452. 79口吊Wm =2(Dm )-(b)22 2=2 16 2301537.072 - 2252 = 1.119 107mrmjt6WsmDms -、( bmDm -Wm)423074. 14216 _ 2(4503074.1416 _ 1.119107)= 1.190108mrn42重力引起的轴向应力：二2二mg130476.79.8ASm155452. 79二 8. 23MPaMmax引起的轴向应力C3 -5.96410981. 19010二 50. 12MPa组合压应力

23、二广，（二 2= 丁）58. 3558. 53MPa ：二cr = 178. 89MPacos 4. 5cr液压力口 甘 o. 3购+maxk)1TWmASmcos9,0.35. 964101. 190108286223 499. 8155452 7933. 08cos 4. 5二 33. 18MPa ：；T178. 89MPa9.塔体水压试验时的应力校核（校核11-11截面）耐压试验压力Pt二1. 25pk 1Pl= 1.252. 36185/ 185 = 2.95MPa由试验压力引起的周向应力二：（Pt液注静压力）（D，ei）-T 二2M由试验压力引起的轴向应力:(2. 950. 505)

24、( 200019)2190.85二 208.13MPaPt( D、)2.95 (200019)4 x 19=78. 37MPa液压实验时重力引起的轴向应力6 :my- g 287351. 98 9. 8 二D、ei 3. 14200019=23. 59MPa由风弯矩引起的轴向应力6:4(0.3%=Me)2m ei二 24. 15MPaIII-III截面：A=0.094=0.00179，查过程设备设计图4-8得B=150MPaRi校核:a = 208. 13 M y ,贝U MS= Mx =10520.34N.mm则基础环厚度(t b = 185MPa)为：、b = J6Ms/T=6 10520

25、. 34 / 185 二 18.47mm,取、b=32mm【注】基础选用100#混凝土，其许用应力Ra=5.0MPa11.地脚螺栓计算地脚螺栓材料选用Q345地脚螺栓承受的最大拉应力 匚b按下式计算:Me0_00_0%Zbmug6. 100 109108033.69 9.8962.51MPa2. 109 1092.774 1060 _00.25%_ mgZbAb3.903 1 091 31605.91 9.82. 109 1092. 774 106-1. 39MPa故取匚B = 2. 51MPa初选地脚螺栓个数是36地脚螺栓的小径d bt -170MPa）为:3 = 41.06mm_42.51

26、2.7741062 一3. 1436170取地脚螺栓是M56,36个12.裙座与塔壳连接焊缝验算(对接焊缝)MmaJ = M!： = 4. 806 x 109N.mm m0-J =讥一=120827.35kgDit = Di = 2000mm;、es = 116mm0.6K W = 0.6 1.2 185 = 133.2MPa120827. 359. 883. 83MPa3. 14200016m0-Jg= 4 x 4. 806 x 109二Di2：es二Dies_ 3.14 20002 16:0.6- W验算合格。四、典型零部件计算主要是开孔补强的计算内容(1)补强及补强方法判别 补强判别 根

27、据过程设备设计表 4-15,允许不另行补强的最大接 管外径为：89mm。塔器上开孔大小不一，现以人孔为例进行计算。开孔直径 是500mm，查HG21521-2005表3-1、3-2知，所用接管规格为 530 14，且 材料为Q345R，其中厚度附加量取2mm。 补强计算方法判别开孔直径 d 72 502 2 2 = 506mm筒体开孔直径506mm : Di/ 1000mm，且d 520mm，满足等面积法 开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。(2) 开孔所需补强面积筒体计算厚度PcD2：汀-Pc二 15. 12mm2. 36 汉 200021850.85 - 2.36开孔所需补强面积强度削弱系数21,接管有效厚度为 飞 八nt -C =14-2=12mm开孔所需补强面积： A 二 d、：二 50615. 12 二 7650.72mm(3) 有效补强范围有效宽度BB =2d =2 506 =1012mm卄,“取大值B =d 2、n 2、nt =5062 222 14 =578mm故 B =1012mm有效高度外侧有效高度ghi 二 d、nt 二 14 506 = 84.17mm 卄,.