典型化工设备设计_塔设备的典型化工设备设计_机械设计

1、第第6章章 塔设备及其机械设计基础塔设备及其机械设计基础塔设备平面简图第四节 塔体与裙座的强度设计一一.塔体载荷分析：塔体载荷分析：1.自重载荷：自重载荷：m01塔设备的壳体与裙座质量；m02塔设备内件质量（塔板或填料及其支撑装置）；m03保温材料质量；m04平台扶梯质量；m05操作时塔内物料质量；ma人孔法兰接管等附件质量；mw液压试验时塔内充液质量；me偏心质量。操作质量操作质量：m0= m01+ m02 +m03 +m04 +m05 +ma +me水压试验质量水压试验质量：mmax= m01+ m02 +m03 +m04 +mw +ma +me 吊装质量吊装质量：mmin= m01+ 0

2、.2m02 +m03 +m04 +ma +me将质量离散：简化力学模型多质点体系的悬臂梁发生地震时的受力（1）.水平地震力水平地震力任一段集中质量mk所引起的基本振型水平地震力为： Fk=CZ1k mkg N式中CZ结构综合影响系数，圆筒形直立设备取0.5； 1 对应于设备基本自振周期T1的地震影响系数； k基本振型参与系数； mk任一段（第k段）塔体的操作质量。（2）.垂直地震力垂直地震力地震烈度为8度或9度地区的塔设备考虑垂直地震力。垂直地震力的作用点：塔器底截面。计算式：Fv=vmaxmeqg式中vmax垂直地震影响系数最大值，取0.6 max 。 meq塔器的当量质量，取0.75m0

3、。（3）.地震弯距地震弯距悬臂梁的弯矩：任一质点mk对塔底(0-0截面）的弯矩为：kkEhFM00 所有质点（k=1,2,n)对塔底截面的弯矩和为：niiiEhFM100 对于等直径、等壁厚塔器的底截面地震弯矩为：mm)(N gHmCMZE01003516地震载荷分布图 塔的迎风面受到风压载荷，并随高度而增加。 将风压按塔的高度离散，任一计算段的风载荷，就假定是集中作用在该段中点的风压合力：（1）.力学模型的简化：（2）.风载荷的计算风载荷的计算影响风载荷的因素： 所在地区的基本风压值q0(距地面10米高处的风压）； 塔器高度、直径、截面形状以及自振周期。任一计算段的水平风力为：(N) Dlf

4、qKKpeiiiii602110式中K1塔体形状系数； K2风振系数（与塔自振周期有关）； qo10米塔高处的基本风压值； fi风压高度变化系数；li计算段的高度；Dei该计算段的 有效直径。（3）.风弯矩计算风弯矩计算风弯矩图)2()2(21101010000nnnWllllpllplpM 风载荷对基底截面的弯矩：4.偏心载荷偏心载荷塔设备顶部悬挂有分离器、冷凝器等附属设备，其重力对塔体产生偏心载荷。 偏心载荷引起的弯矩：Me=mege 5.介质压力载荷介质压力载荷设计压力p；水压试验时的液柱压力。二二.自支撑式塔设备塔体壁厚的确定方法自支撑式塔设备塔体壁厚的确定方法1.塔设备的危险截面：塔

5、设备的危险截面：0-0截面基底；1-1截面人孔截面；2-2截面塔体与裙座连接焊缝截面。位于塔体上的危险截面位于塔体上的危险截面 2-2截面截面。2. 塔体应力组合（塔体应力组合（2-2截面）截面）组合轴向应力的构成： 1介质压力引起的轴向应力； 2塔体自重引起的轴向应力； 3塔体所受弯矩引起的轴向应力。例如，内压操作内压操作的塔设备在2-2截面处的应力组合：位于背风面，组合轴向应力为： =1-2-3 位于迎风面，组合轴向应力为： =1-2+3 内压塔在停车时和操作时的应力组合：操作时停车时外压塔设备的应力组合：操作时停车时3.塔体壁厚的确定方法塔体壁厚的确定方法（1）依据内压容器或外压容器壁厚

6、设计方法确定塔体有效壁厚Se1。（2）塔体稳定验算。根据（1）假定一有效壁厚Se2。 计算压力引起的轴向应力：214eicSDp。矩参与组合时计入此项弯矩为地震弯垂直地震力，仅在最大以上塔体的质量；任意计算截面式中v22F / )(iimSDFgmiieiiiViiii 自重载荷及垂直地震力引起的轴向应力：弯矩在塔体中引起的轴向应力：eiiWiiEeiiWiieiiiiiMMMMMMSDM%25max785. 0/max22max3式中稳定条件：稳定条件：组合轴向压应力要满足：tcriiKKBminmax压式中K载荷组合系数，取K=1.2; B见书p168。（3）塔体拉应力验算）塔体拉应力验算

7、依前述，假设一有效壁厚Se3。计算1,2,3，并进行组合，满足如下强度条件：。载荷组合系数，取式中拉1.2KKmaxtiiK（4）水压试验应力）水压试验应力验算验算确定塔壳体试验压力引起的环向应力环向应力和轴向应力轴向应力，验算是否满足强度条件和稳定条件。由试验压力引起的环向应力：eieiiTTSSDp2)(液柱静压力）（水压试验组合轴向应力的确定水压试验组合轴向应力的确定：由试验压力引起的轴向应力：eiiTSDp41由液压试验时重力引起的轴向应力：eiiiiSDgm14. 3max2由弯矩引起的轴向应力：eiieiiWSDMM23785. 03 . 0液压试验时的强度液压试验时的强度和稳定性

8、判据和稳定性判据：crssTK9 . 09 . 032321式中K载荷组合系数，取K=1.2; cr许用轴向压应力，KBKscr9 . 0min塔体壁厚确定方法：(1)根据内(外)计算压力,确定容器设计计算壁厚，确定一有效壁厚Se1;(2)参照Se1，进行稳定性验算，确定一有效壁厚Se2;(3)参照Se2，进行塔体拉应力验算，确定一有效壁厚Se3;(4)取Se1、 Se2 、Se3中较大者，加上壁厚附加量，并考虑安装运输等对刚度的要求，最终确定塔体壁厚；(5)水压试验验算。三三 裙座设计裙座设计四个部分：1.座体座体-承受并传递塔体载荷。2.基础环基础环-将载荷传递到基础上。3.螺栓座螺栓座-固定塔于基础上。4.管孔管孔-人孔、排气孔、引出管孔。（二）（二）.裙座的设计方法裙座的设计方法1.座体设计：座体设计：（1）按塔体壁厚设定一有效壁厚Ses。