塔设备课程设计

1、 化工机械设备课程设计第 1 页 共 34 页 目 录设计任务书.2参考数据.31、塔体的设计条件.42、按计算压力计算塔体和封头的厚度.53、塔设备质量载荷计算.64、风载荷与风弯矩计算.105、地震载荷计算.15六、偏心弯矩计算.17七、各种载荷引起的轴向应力.17八、筒体和裙座危险截面的强度性校核.20九、塔体水压试验和吊装时的应力校核.24十、基础环设计.26十一、地脚螺栓计算.28塔的机械设计结果.30主要符号说明.31参考文献.33 化工机械设备课程设计第 2 页 共 34 页 塔设备设计任务书塔设备设计任务书一、一、 设计内容 1、根据操作条件选择塔体、裙座材料；2、塔设备机械设

2、计；3、塔设备结构设计；4、编写设计计算说明书，主要内容： 目录； 设计任务书； 设计方案的确定，包括材料选择、塔设备结构设计等； 塔设备机械设计过程； 设计小结； 参考资料； 附图：总装图(单溢流)塔盘板结构示意图；塔板连结结构示意图；塔盘支撑结构示意图（单溢流） ； 化工机械设备课程设计第 3 页 共 34 页裙座与塔体焊缝结构图； 设计参考数据塔体内径/mm2000塔高/mm28000计算压力/MPa1.2设计温度/200设置地区福州地震设防烈度/度8场地土类类设计基本地震加速度0.2g地面粗糙度B 类塔盘数46塔盘存留介质层高度/mm100塔釜存留介质高度/mm2000塔盘间距/mm4

3、50介质密度/kg/m3830人孔间距/m5半圆形平台数平台宽度800平台高度1000保温层材料密度/ kg/m3320保温层厚度/mm115再沸器操作质量/kg3600 化工机械设备课程设计第 4 页 共 34 页一、塔体的设计条件塔体的设计条件1、1、塔体的内径，塔高近2000iDmm似取 H=28000mm；2、计算压力，设计温度 200；1.2cpMpa3、设置地区：基本风压值，20/600mNq 地震设防烈度 8 度，场地土类：类，设计地震分组：第二组，设计基本地震加速度: 0.2g；4、塔内装有 46 层浮阀塔盘，每块塔盘上存有介质高度为，介质100whmm密度为31/830mkg

4、5、沿塔高每 5m 左右开设一个人孔，人孔数为 6 个，相应在人孔处安装的半圆形平台为 6 个，平台宽度 B=800mm，高度为1000mm：再沸器偏心距/mm2000介质腐蚀性无明显腐蚀 化工机械设备课程设计第 5 页 共 34 页6、塔外保温层厚度，保温材料密度 mms115为32/320mkg7、塔体与裙座间悬挂一再沸器，其操作质量为，偏心距 e=2000mm；kgme36008、塔体在 200的条件下工作，介质无明显腐蚀，筒体与封头材料选 Q345R，裙座材料选用 Q235-B，材料的有关性能参数如下：Q345R MPaMPt345 9MPa,81 a,183s MPaE51091.

5、1 Q235-B ；MPaMPaMPast235,113 ,1139、 塔体与裙座对接焊接，焊接接头系数；0.8510、塔体与封头厚度附加量 C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。二、按计算压力计算塔体和封头厚度二、按计算压力计算塔体和封头厚度 化工机械设备课程设计第 6 页 共 34 页1、塔体厚度计算 mmPDPctic74. 72 . 185. 0183220002 . 1 2考虑厚度附加量 C=2mm，经圆整后取mmn122、封头厚度计算mmPDPctic73. 72 . 15 . 085. 0183220002 . 15 . 0 2考虑厚度附加量 C=2mm，经圆整后取。mmn12三

6、、塔设备质量载荷计算三、塔设备质量载荷计算1、筒体圆筒、封头、裙座质量01m圆筒质量： kgm1442921.245961封头质量： 2438 2876mkg裙座质量： kgm182406. 35963 kgmmmm1712918248761442932101说明：（1）塔体总高度；mHH21.2404. 0206. 365. 00 （2）查的 DN2000mm，厚度 12mm 的圆筒质量为596kg/m； 化工机械设备课程设计第 7 页 共 34 页 （3） 查的 DN2000mm，厚度 12mm 的椭圆形封头质量为 438kg/m（封头曲面深度 500mm，直边高度 40mm） ； （4）

7、裙座高度 3060mm，厚度按 12mm 计。2、塔内构件质量02mkgDmi1083346752785. 0467542202（浮阀塔盘质量 75）2/kg m3、保温层质量03mkgmHDDmnisni6214320)18. 154. 1 (232021.24)012. 022()115. 02012. 022(785. 02)2()22(42203202203 其中，为封头保温层的质量，kg03m4、平台、扶梯质量04m22041(222 )(22) 42insinsPFFmDBDnqq H kg453210803452274015065 . 0)115. 02012. 022()8 .

8、 02115. 02012. 022785. 022说明：由表 8-1 查得平台单位面积质量，笼式扶梯单位长度质量2150/Pqkg m 化工机械设备课程设计第 8 页 共 34 页；笼式扶梯总高，平台数量40/Fqkg mmHF27为 6；平台宽度 B=800mm.5、操作时物料质量05mkgVhDNhDmfiwi1765983018. 18308 . 14785. 0830461 . 04785. 04411021205说明：物料密度，封头内容积31/830mkg，塔釜圆筒部分深度，塔板数31.18fVmmh8 . 10N=46，塔板上液层高度。0.1whm6、 附件质量am按经验取附件质

9、量为kgmma42821712925. 025. 0017、充水质量为wm kgVHDmwfwiw78379100018. 12100021.242785. 024202 其中31000/wkg m8、各种质量载荷汇总 化工机械设备课程设计第 9 页 共 34 页将全塔分为 6 段，计算各质量载荷（计算中近似）塔段01122334455顶合计塔段长度/mm10002000700060006000600028000人孔与平台数0012126塔板数00913141046m01/kg5961630417235763576357917129注：2m 裙座+下封头质量=2596+438=1630，其余为

10、 596各塔段长度m02/kg-211930623297235510833注：塔盘质量=0.785475各段塔盘数，塔盘单位面积质量为 75kg/m2m03/kg-11517301483148314036214注：保温材料，下封头质量 115，其余为单位长度保温层质量各塔段长度m04/kg4080856139181513504532注：平台扶梯质量，每个平台质量为 575.4kg，每米扶梯为 40kg，平台质量算法同前m05/kg-979703733883649260617659 化工机械设备课程设计第 10 页 共 34 页全塔操作质量kgmmmmmmmmea6425036004282176

11、5945326214108331712905040302010全塔最小质量kgmmmmmmmea379243600428245326214108332.0171292.0040302min01注：封头内的物料质量=8301.18=979，其余各段为各段塔板总的存留介质质量23 段为塔釜直筒段存留介质质量+9 块塔板上存留的介质质量ma/kg149 4071043894 8948954282注：附件质量=0.25m1mw/kg11802198018840188401753978379充水质量=塔容积水密度，12 段为封头充水质量=1.181000=1180me/kg130023003600m0/

12、kg78545111925713794137141218964250各塔段最小质量78535321110073807427770037924全塔操作质量=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=64250kg全塔最小质量=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=37924kg水压试验时最大质量=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me=124969kg 化工机械设备课程设计第 11 页 共 34 页水压试验时最大质量kgmmmmmmmmewa124969360078379428245326214108331712904030201max四、风载荷与风弯矩计算四、风

13、载荷与风弯矩计算1、风载荷计算示例以 23 段为例计算风载荷3P)(10633302313NDlfqKKPe式中：体形系数，对圆筒形容器，1K7 . 01K10m 高处基本风压值，0q20/600mNq 风压高度变化系数，查表 8-5 得1.003f3f计算段长度，3lmml70003脉动影响系数，由表 8-7 得：0.723v3v塔的基本自振周期，对等直径、等厚1T 化工机械设备课程设计第 12 页 共 34 页p1p2p3p4p5p6 度得圆截面塔： 33011033.90ieDEHmHT )(8678. 0102000101091. 128000642502800033.90335s脉动

14、增大系数，根据自振周期 ，由1T 表 8-6 查的：2.27振型系数，由表 8-8 得：3z0.193z风振系数23K311. 100. 119. 072. 027. 21133323fvKz塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成3eD90，取下 a、b 中较大者。30334.2eisa DDKK30340.22eispsb DDKd 化工机械设备课程设计第 13 页 共 34 页，mmK4003mmd4000mmpss1153 a.)(4577000100080022234mmlAK)(3111457400115220243mmDeb.)(3341230457400115220243mmDe取

15、mmDe33413)(1287710334170001600311. 17 . 0106633302313NDlfqKKPe2、各段塔风载荷计算结果塔段号123456mmli/100020007000600060006000)/(20mNq6001K0.7类Bi0.720.720.720.760.800.82zi0.020.020.190.420.771.002.27iK21.0331.0391.3111.7252.402.86mhit/1310162228 化工机械设备课程设计第 14 页 共 34 页3、风弯矩计算0-0 截面：2 2265432162121100llllllPllPlPM

16、w20001000(1287750010001648500728100026715300070002000100015889)3500 )300060006000700020001000(34231)3000600070002000mmN 910656. 116564535001-1 截面：类Bfi0.640.721.001.161.281.39平台数002112/mm4K00457.1266.7266.7533.3/iDmm262426243341315131513417NPi/728164812877158892671534231 化工机械设备课程设计第 15 页 共 34 页222654

17、3263232211lllllPllPlPMw30007000200015889)35002000(1287710001648 )30006000600070002000(34231)300060007000200026715 mmN 910565. 115653735002-2 截面：222654364343322llllPllPlPMw)300060007000(26715)30007000(15889350012877 )3000600060007000(34231 mmN 910384. 11384481500五、地震载荷计算五、地震载荷计算取第一振型阻尼比为02. 01则衰减指数 9

18、5. 002. 055 . 002. 005. 09 . 00.86781T塔的总高度 H=28000mm全塔操作质量 64250kg0m重力加速度 29.81/gm s 化工机械设备课程设计第 16 页 共 34 页地震影响系数12max1()gTlT 由表 8-2 查的（设防烈度 8 级）16. 0max由表 8-3 查的40. 0gT 319. 102. 07 . 106. 002. 0050. 017 . 106. 005. 01112 1011. 0116. 0319. 18678. 04 . 095. 0max211lTTg计算截面距地面高度 h：0-0 截面：h=01-1 截面：

19、h=1000mm2-2 截面：h=3000mm等直径、等厚度的塔，28000/2000=14，iDH /按下列方法计算地震弯矩。0-0 截面： mmNgHmME80100 10156. 82800081. 9642501011. 0351635161-1 截面： 化工机械设备课程设计第 17 页 共 34 页)41410(17585 . 35 . 25 . 35 . 20111 hhHHHgmME 100028000142800010(2800017581. 9642501011. 085 . 25 . 35 . 2)100045 . 3mmN 810749.72-2 截面：)41410(17

20、585 . 35 . 25 . 35 . 20122 hhHHHgmME 300028000142800010(2800017581.9642501011.085.25.35.2 )300045 . 3mmN 810934. 66、偏心弯矩计算偏心弯矩计算 mmNgemMee710063. 770632000200081. 93600七、各种载荷引起的轴向应力七、各种载荷引起的轴向应力1、计算压力引起的轴向压应力1MPaDPeic601042 . 1200041 化工机械设备课程设计第 18 页 共 34 页其中mmCne102122、操作质量引起的轴向压应力20-0 截面：MPaDgmAgm

21、esissb04.1010200014. 381. 964250000000002裙座的有效厚度mmCnes102121-1 截面：MPaAgmsm62.105863081. 963465110112其中，为人孔截面的kgm6346578564250110smA截面积，查相关标准得：258630mmAsm2-2 截面：MPaDgmei93. 910200014. 381. 982.63556220222其中，kgm599333532785642502203、最大弯矩引起的轴向应力30-0 截面MPaSDMZMesissb00.55102000785. 01027.17428200max00ma

22、x003 化工机械设备课程设计第 19 页 共 34 页其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：iiMmaxmmNMMMMmmNMMMewEew88000000max880000max1000.1310)7063. 056.1625. 0156. 8(25. 01027.1710)7063. 056.16(1-1 截面：MPaZMsm11.59276770001036.16811max113式中裙座人孔截面的抗弯截面系数。查相关smZ标准得：=27677000smZ3mm 其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：iiMmaxmmNMMMMmmNMMMewEew88111111max881111max1

23、037.1210)7063. 065.1525. 0749. 7(25. 01036.1610)7063. 065.15(2-2 截面：MPaDMZMei34.46102000785. 01055.14428222max22max223 化工机械设备课程设计第 20 页 共 34 页其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：iiMmaxmmNMMMMmmNMMMewEew88222222max882222max1010.1110)7063. 084.1325. 0934. 6(25. 01055.1410)7063. 084.13(八、筒体和裙座危险截面的强度性校核八、筒体和裙座危险截面的强度性校核

24、1、筒体的强度与稳定性校核2-2 截面：筒体危险截面 2-2 处的最大组合轴向拉力：22max组拉MPa41.9634.4693. 960223222122max组拉 MpaKMpa7 .18641.96t22max组拉因为，故满足强度条件。 tK22max组拉其中，轴向许用应力： MPaK7 .18685. 01832 . 1t2、塔体与裙座的稳定性校核 2-2 截面： 筒体危险截面 2-2 处的最大组合轴向压力：22max组压MPa27.5634.4693. 922322222max组压 化工机械设备课程设计第 21 页 共 34 页 许用轴向压应力： 取其中较小值。 tCrKKB按 GB

25、-150 钢制压力容器中的规定，由 00094. 010/1000094. 0/R0.094Aie查相应的材料图(Q345R,200)得 B=115Mpa, C0 Mpat183则，取 MPaKMPaKBt6 .2191832 . 11381152 . 1。 2 . 1,138KMPaCr因为，故满足稳定 MpaMpacr13827.5622max组压性条件。1-1 截面：塔体 1-1 处的最大组合轴向压应力MPa73.6911.5962.1011311211max组压由 00094. 0101000094. 0/R0.094Aises查相应的材料图（Q235-B,200）得 ,C0MPaB5

26、 .107 化工机械设备课程设计第 22 页 共 34 页, Mpat113K=1.2。则，取。 MPaKMPaKBtcr6 .135129 MPacr129因为，故满足稳 MpaMpacr12973.6911max组压定性条件。0-0 截面塔体 0-0 处的最大组合轴向压应力因为，MPa04.6500.5504.1000300200max组压,故满足稳定性条件 MpaMpacr12904.6500max组压计算危险截面项目0-01-12-2塔体与裙座有效厚 mm101010截面以上操作质量/kg0i im642506346559933 化工机械设备课程设计第 23 页 共 34 页计算截面面

27、积2/i iAmm62800sbA58630smA62800A 截面的抗弯截面系数3/i iZmm5314 10sbZ5276.77 10smZ5314 10Z 最大弯矩max/i iMN mm81027.1781036.1681055.14最大允许轴向拉应力 /tKMpa 173.4-KB129129138最大允许压应力 tK135.6135.6204计算压力引起的向拉应力1/ Mpa0060操作质量引起的向压应力2/i iMpa10.0410.629.93最大弯矩引起的轴向应力3/i iMpa55.0059.1146.34最大组合轴向拉应力max/i iMpa-96.41 化工机械设备课程

28、设计第 24 页 共 34 页 各危险截面强度与稳定校核汇总九、塔体水压试验和吊装时的应力校核九、塔体水压试验和吊装时的应力校核1、筒体水压试验时各种载荷引起的应力(1)由试验压力和液柱静压力引起的环向应力 10210200028. 05 . 12)(eieiitTDP液柱静压力） MPa9 .178 MPaPptT549. 11831892 . 125. 125. 1 液柱静压力)(28. 0281000MPaH(2)由试验压力引起的轴向拉应力1最大组合轴向压应力max/i iMpa65.0469.7356.27强度满足强度条件强度与稳定校核稳定性满足稳定性条件 化工机械设备课程设计第 25

29、 页 共 34 页MPaDPeiiT46.771042000549. 141 (3)最大质量引起的轴向压应力2MPaDgmei52.1910200014. 381. 912496922max222(4)由弯矩引起的轴向应力3MPaSDMMeiieW47 0107063. 01084.133 . 043 . 02882222232、水压试验应力校核(1)筒体环向应力校核MPas9 .26385. 03459 . 09 . 0因为，故满足要求。MpaMpasT9 .2639 . 09 .178(2)最大组合轴向拉应力校核MPa41.7347.1552.1946.77223

30、222122max组拉 许用应力：MPaS9 .26385. 03459 . 09 . 0 化工机械设备课程设计第 26 页 共 34 页因为，故满足MpaMpa9 .2630.941.73s22max组拉要求。(3)最大组合轴向压应力校核MPa99.3447.1552.192232-2222max组压轴向许用压应力 取其中较小值。 KBscr9 . 0, 取。MPaKBMPas1381152 . 15 .3103459 . 09 . 0 MPacr138因为，故满足要 MpaMpacr13899.342-2max组压求。十、基础环设计十、基础环设计1、基础环尺寸取 mmDDisob23003

31、002000300 mmDDisib17003002000300 化工机械设备课程设计第 27 页 共 34 页Dob=2300DIS=2000Dib=1700b=140l=1602、基础环的应力校核取其中较大值，bbewbbbAgmZMMAgmZMmax00000maxmax3 . 038444410376. 82300321700230014. 332mmDDDZobibobb22222188400017002300785. 04mmDDAibobb(1)MpaAgmZMbobb396. 2188400081. 96425010376. 81027.178800maxmax(2)888ma

32、x00max10376. 8107063. 01056.163 . 03 . 0bbeWbAgmZMM Mpa328. 1188400081. 9124969 化工机械设备课程设计第 28 页 共 34 页取MPab396. 2max选用 75 号混凝土，其许用应力，故满足a5 . 3 MPRa要求。3、基础环厚度按有筋板时，计算基础环的厚度。b mmDDbesisob140202000230021221设地脚螺栓直径为 M42，由表 8-11 查得 l=160mm，则 b/l=140/160=0.88，由表 8-10 查得 mmNbMbx6960140396. 21482. 01482. 0

33、22max。mmNlMby5201160396. 20848. 00848. 022max取，基础环材料（Q245R）的mmNMMxs9 .6253许用应力，C=3mm,基础环厚度 MPab133，取。 mmCMbsb72.203133696066mmb21十一、地脚螺栓计算十一、地脚螺栓计算1、地脚螺栓承受的最大拉应力 化工机械设备课程设计第 29 页 共 34 页取其中较大值，bbewEbbewBAgmZMMMAgmZMM00000min0025. 0其中，kgm37924min mmNME80010156. 8 mmNMw8001056.16 kgm642500 3810376. 8mm

34、Zb 21884000mmAb(1) bbeWBAgmZMMmin00Mpa864. 1188400081. 93792410376. 8107063. 01056.16888 (2)bbeWEBAgmZMMM0000025. 0188400081. 96425010376. 8107063. 01056.1625. 010156. 88888 MPa218. 1取其中较大值，MpaB864. 12、地脚螺栓的螺纹小径 化工机械设备课程设计第 30 页 共 34 页因为，故此塔设备必须安装地脚螺栓。选取螺0B栓材料 30CrMoA，螺栓个数为n=28，C=3mm。 Mpabt150 mmCnAdbtbB64.3531502814. 31884000864. 1441取地脚螺栓为 M42。由表 8-12 查得 M42 的螺纹小径 d=37.129mm，故选用 28 个 M42 的地脚螺栓，满足要求。塔