课程设计辅导塔器2

1、设计室安排设计室安排 01、07班班 东院东院 222教室教室 02、03班东院班东院 223教室教室 04、05、06 、08班东院班东院 156教室教室 答疑时间答疑时间 14、15周周 周二、四、六全天周二、四、六全天 点名、签到、设计过程考核点名、签到、设计过程考核 化工过程与设备化工过程与设备课程设计辅导课程设计辅导 设备的机械设计设备的机械设计 1课程设计的目的和意义课程设计的目的和意义 1. 综合运用化机基础课程及其它相关课程的知识，并使 之得到巩固和深化； 2. 培养正确的工程设计思想，掌握设备机械设计的基本方法 和步骤; 3. 熟悉常用的设计规范和标准的使用； 4. 训练机械

2、制图能力； 5. 培养分析问题和解决问题的能力。 二、设计任务、设计任务 （一）工艺条件 采用前面化工原理课程设计的工艺条件和计算结果。 （二）机械设计内容 1. 确定设计依据 2.结构设计（绘制结构草图） 3.材料选择 4.强度设计（强度和稳定性计算） 5. 标准化零部件选择（人孔、接管、接管法兰） 6. 开孔补强计算 7. 绘制1号装配图一张 8. 编写设计说明书 三、设计方法和步骤三、设计方法和步骤 1.设计依据设计依据 钢制压力容器 GB150 1998 及其相关标准 压力容器安全技术监察规程 1999 钢制塔式容器 JB4710 2000 钢制管壳式换热器 GB151 1999 2.

3、结构设计结构设计 塔内件结构 塔盘结构 在设计说明书中，绘制工艺结构草图， 标注形位尺寸。 塔顶、塔釜尺寸 各种接管的位置、方位 人孔数量、位置 裙座结构 塔总体结构 3.材料选择材料选择（要写出选材理由和依据） 分析影响材质的各种因素； 明确标准规定和选材原则； 确定出塔体、支座、塔内件、零部件的材质 （1）考虑压力 （2）考虑温度 （3）考虑介质性质 是否有毒、易燃、易爆 （4）考虑安全监察、管理 属几类容器 4.强度设计强度设计（强度和稳定性计算） （一）计算步骤 （1）按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚Se和Seh ； （2）设定各截面处筒体有效壁厚Sei、封头有效壁厚Seh 、裙座

4、壳有效壁厚Ses ； （3）选取若干计算截面（包括所有危险截面），计算各种载荷； （4）计算塔在各种载荷作用下的轴向应力； （5）筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 计算塔在多种载荷联合作用下的组合轴向应力，并应满足 相应的强度和稳定性条件。否则须重新设定壁厚，直至满 足全部校核条件为止； （6）筒体和裙座水压试验应力校核 （7）基础环设计 （8）地脚螺栓计算 4.强度设计强度设计（强度和稳定性计算） （二）计算方法 （1）按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚）按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚Se和和Seh 确定设计参数（说明理由） Pc、 t、 、 C1、 C2 、 n。 c t ic P

5、 DP S 2 筒体计算壁厚： 设计壁厚： 2 2 C p Dp S c t ic d 名义壁厚： 圆整量 2 12 CC p Dp S c t ic n 有效壁厚： )( 21 ccss ne c t ic p Dp S 5.0 2 封头计算壁厚： （标准椭圆形封头） 设计壁厚： 5 . 0 2 2 C p Dp S c t ic d 名义壁厚： 5 .0 2 12 圆整量 CC p Dp S c t ic n 有效壁厚： )( 21 ccss neh （2）设定塔各截面处的壁厚）设定塔各截面处的壁厚（若取等截面塔，则各截面处壁 厚相等） 筒体名义壁厚Sni和有效壁厚Sei （可参照Se设定

6、） Sei应不小于Se 封头名义壁厚Snhi和有效壁厚Sehi （可参照S eh 设定） Sehi应不小于S eh 裙座壳有效壁厚Ses ，Ses应不小于6 mm； （3）选取若干计算截面（包括所有危险截面）选取若干计算截面（包括所有危险截面） 计算各种载荷计算各种载荷 37000 90009000 900050004000 1000 P6 P5 P4 P3 P2 P1 00 11 2 2 塔体及裙座机械计算简图 偏心载荷 风载荷 地震载荷 质量载荷 00 11 22 质量载荷计算质量载荷计算 塔操作质量：mo = mo1+ mo2+ mo3+ mo4+ mo5+ ma+ me 塔最大质量：

7、mmax = mo1+ mo2+ mo3+ mo4+ma+ mw+ me 塔最小质量： mmin = mo1+ 0.2mo2+ mo3+ mo4+ma + me mo1 塔壳体和裙座质量，kg； mo2 内件质量，kg； mo3 保温材料质量，kg； mo4 平台、扶梯质量，kg； mo5 操作时塔内物料质量，kg； ma 人孔、接管、法兰等附件质量，kg； mw 液压试验时，塔内充液质量，kg； me 偏心质量，kg。 塔壳体和裙座质量 mo1 （1） 圆筒质量m1 钢 oio HDDm)( 4 22 1 式中： Ho 塔体圆筒总高度（已由工艺计算求得） m Di 、 Do分别为塔的内、外直

8、径 m 钢 材料的密度 kg/m3 （2）封头质量m2 根据封头的公称直径DN和壁厚，查取相应标准。 （3）裙座质量m3 钢 sisos HDDm)( 4 22 3 式中： Hs裙座高度 m Di 、 Do分别为裙座的内、外直径 m mo1 = m1 + m2 + m3 塔内件质量 mo2 查化机基础教材P236 表8-1 或课程设计教材P437 表9-21 得浮阀（或筛板）塔盘单位质量 q kg/m2 则 人孔、法兰、接管与附属物质量 ma qNDm pio 2 2 4 塔板数 p N 1 25. 0 oa mm 保温材料质量 mo3 32 2 2 3 2)2( 4 ooosoo mHDDm

9、 2 / 03 / 3 ）（封头保温层质量 ffo VVmm （查封头标准）带保温层封头的容积 （查封头标准）不带保温层封头的容积 3/ 3 mV mV f f 3 2 / mkg保温层材料密度 m s 保温层厚度 平台、扶梯质量 mo4 FFpsosoo HqnqDBDm 2 1 )2()22( 4 22 4 qp 平台单位质量，150 kg/m2 ； B 平台宽， 取B = 900 mm ； n 平台数量，在每个人孔处安装一个平台； qF 笼式扶梯单位质量，40 kg/m； HF 扶梯高度，根据塔高确定。 操作时塔内物料质量 mo5 LfLoiLpLio VhDNhDm 22 5 44 h

10、L 塔盘上清液层高度 m （工艺设计确定） ho 塔釜深度 m （工艺设计确定） 充水质量 mw wfwoi VHDm 2 4 2 w 全塔操作质量 mo aoooooo mmmmmmm 54321 全塔最小质量 mmin aoooo mmmmmm 4321min 2 . 0 全塔最大质量 mmax waoooo mmmmmmm 4321max 将各段质量载荷列表 123456合计 mo1 mo2 mo3 mo4 mo5 ma mw mo mmax mmin 塔段长度 人孔、平台数 塔段号 质量 塔板数 地震载荷计算地震载荷计算 塔的自振周期计算 3 3 1 1033.90 ie o DES

11、Hm HT 由课程设计P437表9-22查得： （设计地震烈度7级） 23.0 max 由表9-23查得 场地土的特征周期：Tg = 0.3 (类场地土，近震。) 地震影响系数 max 9.0 1 1 )( T T g 结构综合影响系数Cz = 0.5 ii E ii E MM 25.1 计算：当H/D15，或 H20m 时，必须考虑高振型影响， 这时，地震弯矩按下式计算： 计算危险截面的地震弯矩 0-0（基底）截面： mm)N ( 25.1 mm)N ( 35 16 00 00 1 00 EE oZE MM gHmCM 1-1（裙座人孔）截面： mm)N ( 25.1 mm)N ( 4141

12、0 175 8 11 11 5 .35 .25 .3 5 .2 1 11 EE oZ E MM hhHH H gmC M 2-2（筒体与裙座连接处）截面： mm)N ( 25. 1 mm)N ( 41410 175 8 22 22 5 . 35 . 25 . 3 5 . 2 122 EE oZ E MM hhHH H gmC M 式中：h 计算截面距地面的高度，mm 风载荷计算风载荷计算 风力计算 风振系数 由（9-26）式计算各塔段的风振系数K2i，计算结果列于表中： 123456 计算截面距地面高度 hit / m 脉动增大系数 (B类) 脉动影响系数i (B类) 振型系数 风压高度变化系

13、数 fi (B类) 塔 段 号 项 目 i zii i f v K 1 2 水平风力计算 由式（9-25）计算各塔段的水平风力： (N) 10 6 021 eiiiii DlfqKKP 各段有关参数及计算结果列于表中 123456 体型系数 K1 取0.7 风振系数 K2i 基本风压值 风压高度变化系数 塔第i 段计算长度 有效直径 水平风力 塔段号 项 目 2 0 N/m / q i f mm/ i l /mm ei D N / i p 风弯矩计算 0-0截面 ： (N.mm) ) 2 () 2 ( 2 6 543216 2 12 1 1 00 w l lllllp l lp l pM 1-

14、1截面： mm)(N ) 2 () 2 ( 2 6 54326 3 23 2 2 11 w l llllp l lp l pM 2-2截面： (N.mm) ) 2 () 2 ( 2 6 5436 4 34 3 3 22 w l lllp l lp l pM （4）各种载荷引起的轴向应力各种载荷引起的轴向应力 计算压力引起的轴向拉应力计算压力引起的轴向拉应力1 MPa)( 4 1 e ic S DP 操作质量引起的轴向压应力操作质量引起的轴向压应力2 1-1截面截面： (MPa) 11 11 2 sm o A gm 0-0截面截面 ： (MPa) 0000 00 2 esis o sb o SD

15、 gm A gm Asm 裙座人孔处截面的截面积， mm2 由式（9-43a）计算 )2( mesmmesimsm ASSbSDA mmm SlA2 lm bmSm DimSes 2-2截面截面： (MPa) 22 22 2 ei o SD gm 最大弯矩引起的轴向应力最大弯矩引起的轴向应力3 最大弯矩取下式计算值中较大者： iiii E ii iiii MMM MM wmax wmax 25.0 计算结果列表： 截 面 0-01-12-2 mmN / max ii M (MPa) 4 2 00 max 00 max 00 3 esis sb SD M Z M 各危险截面的3计算如下： ) 2

16、 ( 4 2 m es immesimsm Z S DbSDZ 22 ) 2 () 2 (2 mim mesm bD lSZ (MPa) 11 max 11 3 sm Z M ）得由式（截面系数裙座人孔处截面的抗弯b sm Z439 , mm 3 lm bmSm DimSes (MPa) 4 2 22 max 22 max 22 3 ei SD M Z M （5）筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核）筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 筒体的强度与稳定性校核筒体的强度与稳定性校核 强度校核 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力 组拉 22 max (MPa) 22 3 22 21 22

17、max 组拉 K 22 max t 组拉 校验，是否满足强度条件： 稳定性校核 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力 组压 22 max (MPa) 22 3 22 2 22 max 组压 2-2 maxcr 组压 校验，是否满足稳定性条件： 许用轴向压应力： 取其中较小值 KB t K cr B 系数，MPa； 按GB150-1998钢制压力容器中的规定， ei SR A / 094. 0 由：查相应的材料图得出 B = MPa K 载荷组合系数，取 K=1.2 裙座的稳定性校核裙座的稳定性校核 裙座危险截面0-0及1-1处的最大组合轴向压应力： (MPa) (MPa) 11 3 11

18、2 11 max 00 3 00 2 00 max 组压 组压 校验，是否满足稳定性条件： 11 max 00- max cr cr 组压 组压 许用轴向压应力： 取其中较小值 KB t K cr （6）筒体和裙座水压试验应力校核）筒体和裙座水压试验应力校核 筒体水压试验应力校核筒体水压试验应力校核 由试验压力引起的环向应力 (MPa) 2 P (MPa) 25.1 T T ei eii t S SD PP 液柱静压力 试验压力 校验，是否满足： 9.0 s 由试验压力引起的轴向应力1 (MPa) 4 1 ei iT S DP 水压试验时,重力引起的轴向应力2 (MPa) 22 max 22

19、2 eiS D gm 由弯矩引起的轴向应力3 (MPa) 4 3 .0 2 22 w 22 3 eii SD M 最大组合轴向拉应力校核 (MPa) 22 3 22 21 22 max 组拉 校验，是否满足强度条件： 9 . 0 2-2 max s K 组拉 最大组合轴向压应力校核 (MPa) 22 3 22 2 22 max 组压 取其中较小值轴向许用压应力 9 . 0 : KB s K cr 2-2 maxcr 组压 校验，是否满足稳定性条件： 裙座水压试验应力校核裙座水压试验应力校核 水压试验时，重力引起的轴向应力2 (MPa) (MPa) 11 max11 2 00 max00 2 s

20、m esis A gm SD gm Asm 裙座人孔处截面的截面积， mm2 由式（9-43a）计算 由弯矩引起的轴向应力3 (MPa) 4 3.0 2 00 w00 3 esis SD M (MPa) 3 .0 11 w11 3 sm Z M mm 439 , 3 ）得由式（截面系数裙座人孔处截面的抗弯b sm Z 最大组合轴向压应力校核 (MPa) (MPa) 11 3 11 2 11 max 00 3 00 2 00 max 组压 组压 cr cr 11 max 00 max 压组 压组 校验，是否满足稳定性条件： 取其中较小值轴向许用压应力 9 .0 s cr K KB Di.sSs

21、Di.b Do.b Sb b （7）基础环设计）基础环设计 基础环尺寸基础环尺寸 取 Dob = Dis + (160400) （mm） Dib = Dis (160400) （mm） 基础环的应力校核基础环的应力校核 bb b o b b A gm Z M A gm Z M max 00 w 00 max max 3 . 0 取其中较大值 Zb 基础环的抗弯截面系数，mm3 ob ibob b D DD Z 32 )( 44 Ab 基础环的面积，mm2 )( 4 22 ibobb DDA a b R max. 校验，是否满足强度条件： Ra 混凝土许用应力，MPa 若选用75号混凝土，则 R

22、a = 3.5 MPa 基础环厚度基础环厚度 (mm) 6 b s b M S 参见图9-67（b），按有筋板时，计算基础环的厚度Sb 基础环材料的许用应力，对低碳钢取 =140MPa b b s M计算力矩，Nmm/mm，取矩形板X、Y轴的弯矩Mx、My 中绝对值较大者，Mx、 My按表9-29 计算 圆整量CSS bnb )(且 (Sb)n 12 mm （8）地脚螺栓计算）地脚螺栓计算 地脚螺栓承受的最大拉应力 b o b E bb B A gm Z MM A gm Z M 00 w 00 min 00 w 25. 0 取其中较大值 当 时，塔设备自身稳定，但应设置一定数量的地脚 螺栓，以

23、固定位置； 当 时，塔设备必须设置地脚螺栓。 0 B 0 B 地脚螺栓直径 )mm( 4 21 C n A d bt bB 圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24 d1 地脚螺栓的螺纹根部直径，mm； n 地脚螺栓个数，一般取4的倍数； C2 腐蚀裕度，一般取3mm； bt 地脚螺栓材料的许用应力，MPa 地脚螺栓材料一般选用Q235-A或16Mn， 对Q235-A， =147 MPa； 对16Mn， =170 MPa。 bt bt 在以上各项计算均满足强度条件及稳定性条件后， 将塔的机械设计结果列于表中。 塔 的 名 义 壁 厚 塔的载荷及其弯矩 质 量 载 荷 风 弯 矩 地 震 弯 矩 各种载荷引起的轴向应力 计算压力引起的轴向应力 操作质量引起的轴向应力 最大弯矩引起的轴向应力 最大组合轴向拉应力 最大组合轴向压应力 塔机械设计结果汇总表 强度及稳定性校核 强 度 校 核 稳 定 性 校 核 水压试验时的应力校核 筒 体 裙 座 基础环设计 基 础 环 尺 寸 基 础 环 的 应 力 校 核 地 脚 螺 栓 设 计 5. 标准化零部件选择（人孔、接管、接管法兰） 6. 开孔补强计算 等面积补强的设