化工设备机械基础课程设计

1、设计参考数据塔体内径/mm2000塔高/mm40000计算压力/MPa0.9设计温度/°C150基木风压值/N/nV300地震设防烈度/度8场地土类I类设计地震分组第二组设计基木地震加速度0. 2g地面粗糙度B类塔盘数70塔盘存留介质层高度/mm90塔盘间距/mm450介质密度/kg/m800保温层厚度/mm100保温层材料密度/ kg/m'300平台宽度1000人孔间距10层塔板半圆形平台数7单位质量/kg/nf150包角180°再沸器操作质量/kg3800再沸器偏心距/mm2000塔体与封头材料Q345R裙座材料Q235-B塔体与封头厚度附加暈/価3裙座附加量/

2、mm3塔体焊接接头系数00. 85目录一、塔体的设计条件 二、按计算压力计算塔体和封头厚度 三、塔设备质量载荷计算 四、风载荷与风弯矩计算10五、地震载荷计算六、偏心弯矩计算七、各种载荷引起的轴向应力八、筒体和裙座危险截面的强度性校核13九、塔体水压试验和吊装时的应力校核1617基础环设计19十一、地脚螺栓计算十二、筒体与封头联接法兰的选取20十三、主要符号说明22十四、个人总结24参考文献273、设置地区：基木风压值如=300N/n?,地震4、塔内装有N=70层浮阀塔盘，塔盘间距450mm,每层塔板上每块塔盘上存有介质高度5、塔壳外表面层100mm,保温层材料的密度§为7个，相应在

3、人孔处安装平台为，平台宽为叫=3800蚣,偏心距e=2000mni；附加量3mm。塔体与裙座对接焊缝，塔体焊接一、塔体的设计条件1、塔体的内径q =2000川，塔高近似取H = 40000""； 2.计算压力P产09Mpu，设计温度15(rC；设防烈度8度，设计基木地震加速度0.2g,地 震分组为第二组；场地土类：I类，地ffi粗糙度B类。为九=90"?w，塔板上介质密度为800kg/m ；300kg/m' O6、沿塔高每10层塔盘开设一个人孔，人孔数1.0m,单位质 1; 150kg/niS 包角 180°。7、塔体与裙座间悬挂一台再沸器，英操

4、作质量8、塔体与封头材料选用Q345R,其中erf = iVO/Wa. a = l70MPa. <7$ = 345M"".E = 1.9x10'Mp" ,裙座材料选用Q235-Bo9、塔体与裙座厚度附加量C=3mni,裙座厚度接头系数0 = 0.85 O对该塔进行强度和稳定计算。二. 按计算压力计算塔体.封头和裙座厚度塔体厚度计算J ="4=0X000= 6如2b9-几 2x170x0.85-0.9考虑厚度附加量O3mm,经圆整后取 = 12"” O2、封头厚度计算0.9x20003、裙座厚度也取12zm«o"

5、=2tc7>-0.5p, = 2x170x0.85-0.5x0.9 =咖考虑厚度附加暈C=3mm»经圆整后取戈=i2min。三. 塔设备质量载荷计算筒体圆筒、封头、裙座质量“如叫=f（D：-D：）xHxQ=彳（2.0242 一 2?） X 40 X 7.85 X10 = 23817畑2、附属间质量叫叫=025 加 01 =5954Rg3、兀托/做户= D； x70x75 = x4x70x75 = 16493kg '44（浮阀塔盘质量75焙/）4、保温层质量他3% =彳(2.024 + 0.2)2 _ 2.024' X (40-3.6) x 300 =7287檢5

6、、平台、扶梯质量加g叫H = - (2.024 + 2)- - 2.024' x 150 x7 x丄 + 40%402=6588焙说明：单位而积质量150/rg/nr ,笼式扶梯单位长度质量40/cg/刖;笼式扶梯总高40川，平台数量为7。6、操作时物料质量他5他 5 =彳 D;h.Np = x2-x 0.09 x70x 800=15834kg说明：物料密度q = 800檢/”，塔板数N=70,塔板上液层高度 h = 0.09PI O7、充水质量为叫= x2-x(40-3. 6)x1000=114354kg其中久=1000畑/品8、各种质量载荷汇总将全塔分为9段，计算各质量载荷(计算中

7、略有近似)段号123456789塔段长度180018006750475047504750475047505900"如+叫1339. 71339. 75023. 93535. 33535. 33535. 33535. 33535. 34391.2叫0052356. 12356. 12356. 12356. 12356. 12356. 12356. 1001351. 3950.9950.9950.9950.9950.9118L 17272982.5902.5902.5902.5902.5902.594& 5叫002262226222622262226222622262002120

8、5.814922.614922.614922. 614922. 614922. 618535.4叫0190019000000001411.73311.713875.810006.810006.810006. 810006. 810006. 81113& 91411.73311.732819. 622667.422667.422667. 422667. 422667.427412.31411.73311.7972& 95859. 95859. 95859.95859. 95859. 96992全塔操作质量"严叫I +叫2 +他3 +加04 +叫5 +叫+叫= 23817

9、 + 16493 + 7287 + 4988 + 1600 + 15834 + 5954 + 3800=79773kg全塔最小质量=加 0 + 02 加 02 + 加 03 + 加04 + 加“ + 加e= 23817 + 0.2x16493 + 7287 + 4988 + 1600 + 5954 + 3800=50745畑水压试验时最大质暈= 如 + "卫 + 叫 + 叫）4 + 叫 + 叫 += 23817 + 16493 + 7287 + 4988 +114354 + 5954 + 1600 + 3800=178293畑四、风载荷与风弯矩计算1、风载荷计算示例以23段为例计算风

10、载荷式中:匕体形系数，对圆筒形容器，K严0.710m高处基木风压值， = 300N/亦风压高度变化系数，查表85得:厶=1.0098；计算段长度，I, = 6150mm脉动影响系数，由表得：V3 = 0.72r,塔的基本自振周期，对等直径、等厚度得圆截而塔:=90.33 X68902 29x4(X)00 or 75*1.9x10x9x2000I一一脉动增大系数，根据自振周期7；,由表查的：1 = 2.5003振型系数，由表得：必3=0108风振系数K4 +警十容严“1935一塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90° ,取下a、b中较大者。*03 = % + 23 + K3 + Kq

11、b% = Dq： + 25$3 + Kj + d(> + 2(5K3 = 400"” ,= 450"?"? , Qj = &p$ = 100“?"?“乙2x1000x1000K, = 2963m«"A6750a<b,取2 = 31703伽= 0-7x1393x300x1.0098x67500x31703x10" = 541376(N)2、各段塔风载荷计算结果塔段号123406789/- / mm180018006750475047504750475047505900術/（yv/2)300K、0.7S（B

12、类）0. 720. 720.720. 760. 790.810. 830. 840. 850. 020. 020. 1080.2120. 340. 480. 650. 825too2. 50心1.0361.036L 193L353L539L7321.9572. 1732. 362心/ W0. 0450. 090. 260. 380. 500.6150. 730.85LOO类）1.001.00L0098L 1422L2467L32821. 40901.47741.56平台数001111111A： 7mm400296.3421. 1421. 1421. 1421. 142L 1421. 1D- /

13、 mm267426743170.33295.13295.13295.13295.13295.13213. 0PJN1047. 161047. 165413.765079.516306.417561.249063.2410552.111466&533、风弯矩计算0-0截而:= Ay+角厶+扌丿 + .+ & |/1+/2 + /3+5+'= 1047.16x900+1047.16x(1800 + 900)+ 5413.76x(1800+ 1800+3375 + 5079.51(1800 +1800 + 6750 + 2375) + 9063.24(3600 + 6750+

14、4750 X 3 + 2375) +14668.53(3600 + 6750 + 4750 x5 + 聖四)2=1.507 X IO®N 加?M截而:P、厶+4 +A +厶+厶+心V 2/=1047.16x900 + 5413.76x(1800 + 3375)+5079.51x(1800+6750 + 2375) + 6306.41x(1800 + 6750 + 4750 + 2375) +7561.24 x(1800 + 6750 + 4750 x2 + 2375) + 9063.24 x(1800 + 6750 + 4750 x 3 +2375) + 10552.11x(1800

15、 + 6750 + 4750 x4 + 2375) +14668.53 x (1800 +6750+ 4750x5 + -)= 1365x109/V?w2-2截而:f1、+.+坨fI 厶+厶+<5 +专I 2丿I2丿二 541376x3375+507951x(6750+2375)+630641x(6750+4750+2375)+7561.24 X (6750+4750 x 2 + 2375) + 9063.24 x (6750+4750 x 3+2375) + 10552.11x(6750 + 4750x4 + 2375) + 14668.53x(6750+4750x5+2950) 二

16、1.292 X10“ 伽"五. 地震载荷计算取第一振型阻尼比为|,=0.02则衰减指数“0.9 +體器皿T = i,15s塔的总高度 H=40000mm全塔操作质量叫=19113kg 重力加速度g = 98m/r地震影响系数a =20公-帀（丁-57；）仏市表查的a_=0J6 （设防烈度8级）maxrti表查的r =0.3b=(0.05-即 + 0 02 = 0 02375* 8W 03詁 “+0.05 0.02“ 3190.06 + 1.710.06+1.7x0.02a,=z?,0.2-z7,(T-5TJK= 1.319x02°J0.2375(1.75-1.5)x0.16

17、=0.0448计算截面距地面高度h：0-0截面:h=0M截面:h= 1800mm2-2截面:h=3600mm等直径、等厚度的塔，/Dj=40000/2000 = 20>15,按下列方法计算地震弯矩。0-0截而:= 11x0.0448 X 79773 x 9.81 x 4000035= 641x10"NmM 笄=1 25M 畀=& Ot X 10”N nun1-1截面:M；"=昭"£ (10/" -147/"“ + 4/严)E175/25二 8xO.O448x7977?x9.814000074x400(胪 X1800175

18、x40(加+4x180Oh=60x10'N"mM = 125M=75x10SaH2-2截而:M訂=竺賓(0屮5 一 14护5/? + 4/严)£17 5沪8x0.0448 X79773x9.81"“ .心小 “175x40000，'+3600" X 4) = 5 6x1 o'Nm加=(10x40000- -14 x 40000" X 3600M；JL25M 严=7.0x10讪伽六、偏心弯矩计算= 3800x9-81x2000 = 0,7456x10"/V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55

19、 =込 200029 =5omm4x9其中 Q = 4- C = 12-3 = 9inm2、操作质量引起的轴向压应力600截面:屮=也=业=凹竺竺1 = 13.叫A站兀0九冗X 2000 X10裙座的有效厚度无= 4-C=12-3 = 9呦M截面:52767b；-i =哒工=_78361.3x9.81 = gyMPd其中，岬=79773 -1411.7 = 78361.3如 九为人孔截而的截而积,査相关标准得：九=5276亦沪2-2截而:兀 DQfn X 2000 X 9&-2 =止£ = 75049. &X9.81 =】3.02MP"其中，"才2

20、 = 79773-1411.7-3311.7 = 75049.6焙3、最大弯矩引起的轴向应力500截面=max其中，最大弯矩取下式计算值中较大者:=+=(15.07 + 0.7456) X10" = 15.82 X10/V-wwM 阳;=M 芽 + 0.25MT + M. = (8.01 + 0.25 x 15.07 + 0.7456) xl(/ = 12.52 xIO'Nem宀野=醫洱古.96叽式中百裙座人孔截而的抗弯截面系数。查相关标准得:Z 助=2.633 X IO?”"”'其中，最大弯矩取下式计算值中较大者:=Mr+ Me=(1399 + 07456

21、)xl08 = 14733xNM"?+ O.25M J + Mf = (7.5 + 0.25 x 13.9 + 0.7456) x 10" =11.72 X 1O"N22截面:& J 莖=止="X1O：= 48孟 mmZ0.785 X 2000-X 94其中，最大弯矩M和弭又下式计算值中较大者:初益=M：2 + m严(129 + O7456)xlOX = 1365xlO 吶"切M二f=M；2+0.25M 汀+ M'= (7 + 0.25 X 12.9+ 0.7456) X10"=10.97 xlO"N&quo

22、t;"”八. 筒体和裙座危险截面的强度性校核1、筒体的强度与稳定性校核22截面:筒体危险截而2-2处的最大组合轴向拉力b：爲附:,2-2点汛拉=5 -+ crj- =50-13.02 + 48,28 = 8526MPab紀仲=8526枷d < Kcrb = 173.4呦d因为b；爲抢Kb9,故满足强度条件。其中，轴向许用应力：K打0 = 12X170 X0.85 = 173 4MPa2、塔体与裙座的稳定性校核2-2截而:筒体危险截而2-2处的最大组合轴向压力b；爲休:b订:组压=b厂 + b；- = 13.02 + 48.28 = 61.3MPa许用轴向压应力:Ho =爲取其中

23、较小假按GB-150钢制压力容器中的规定，由查相应的材料图(16MnR)得 B=106Mpa, j = 170M/x/KB = 12 X W6 = 127 2MPa口K刃“2x170 = 204Mf/取【"了论耐九点"2。因为b紀avR =613Ma vb“ = 13SMpa ,故满足稳定性条件。M截面:塔体1-1处的最大组合轴向压应力或1 砂 k+ 况"=14.57 +55.96 = 7O53MPa由 A= = O.OOO84查相应的材料图（Q235-B）得B = 1075MPg，刃=门0叭KB = 29MPa ,取q旳加。Ka =2G4MPa因为，心他&

24、; =7O53切d<0打=129Mpa ,故满足稳定性条件。0-0截而塔体0-0处的最大组合轴向压应力= b；i + b；i = 13.84+ 55.95 = 6979MPa因为，=6979MM= 129Mpa,故满足稳定性条件。各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截而0-01-12-2塔体与裙座有效厚mm999截面以上操作质量忒'/kg79773. 978361.375049. 6计算截而面积才.'/ tnnr為二 5654867A. =52767A =56548.67截而的抗弯截面系数Z- / mmZ = 2.8x10'Zj 263x10?Z =2.82x

25、10'最大弯矩顺1.507x10'1.39x101.29x109最大允许轴向拉应力K<7173.4最大允许压应力KB138135.6135.6204计算压力引起的向拉应力 bj Mpa0050操作质量引起的向压应 力虫/ Mpa13. 8414. 5713. 02最大弯矩引起的轴向应力炉Mpci55. 9555. 9648. 28最大组合轴向拉应力俎 IMpu85. 26最大组合轴向压应力69. 7970. 5361. 3强度与稳定校核强度满足强度条件稳定性满足稳定性条件九、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

26、起的环向应力b2x9_(E + 液柱静压力)(q+%)_(l25 + 039)x(2000 + 9)b = 169.09MPrtpM十X5 需“w由试验压力引起的轴向拉应力5竺=1.125x2000 =62上咖* 4厲 4x9(3)最大质量引起的轴向压应力b?b宀臺73569.6x9.81 =3O3MM. 也 3.14x2000x9(4)由弯矩引起的轴向应力巧 0.3M針+M" 03x129x109+07456x10"“叭'=1632MPd-X2000-X94-D-S.4' «2、水压试验应力校核(1)筒体环向应力校核0.960 = °9

27、 x345x 0.85 = 263 9MP"因为bf = 1819Mpa V 09bW = 16909Mpd ,故满足要求。(2) 最大组合轴向拉应力校核唸组拉=b 一屮 + 寸2 =62.5-30.13+16.32 = 59.39MH7许用应力:O9b$0 = 0.9 x345x 0.85 = 263 9MPd因为唸纽拉=5939Mpd<09bg = 2639Mw7，故满足要求。(3) 最大组合轴向压应力校核b指:如 E = b；2 + C7；"- = 30 13 +16.32 = 46A5MPa轴向许用压应力 &一(詈取其中较小假09b£ = 0

28、.9 X 345 = 3105MPd丽Kg.2>H06“27.2咖'取 0e27.2M 九。因为唸ffljK = 3557M/m < b" = 127.2M/M >故满足要求。十.基础环设计1、基础环尺寸取 % = D 社 +300 = 2000 + 300 = 2300 itvti取其中较大值，刃maxM豐 I "?ogZ. 4O3M穿+M,严£諾Z.4Ifmax32x23004-D,J)=0.785x(2300- -I700-)=1884000»zn-（1）巧=莖 + 处=皿2" 79773x9.81 =2.304

29、咖Zb 48.3756 X10"1884000+/«,g _ 03x15.07x10+0.7456x10"&3756x10=+=乙人+ 闻 93x9.81 “99 咖1884000取 b0=2.3O4M 加选用75号混凝土，其许用应力R“=35MPa,故满足要求。3、基础环厚度按有筋板时，计算基础环的厚度S异b = -(D砧-£>"-2Qj = -(2300-2000-18)= 141也加2 2设地脚螺栓直径为M42,由表查得l=160mm,则 6/1=140/160=0. 88,由表查得=-0 14825叶J, =_0 1482

30、 X 2.304 X14 F =-67884N"m =0.0848(7；/- =0.0848x2.304x160 =5001.7N"用。=678&4N mm ,基础环材料（2OR ）的许用应力d = 133MPa t C=3mm,基础环厚度氐=+ C = f+ 3 = 20.50",取 4 =22"個。卜一、地脚螺栓计算1、地脚螺栓承受的最大拉应力取其中较大值，b严A 4M笄+0.25M穿+M, 叫 g"可其中，油=50745畑M严= 8.01x10 吶 MW砒= 15.07 "ON MH叫=19113kg乙=&375

31、6x10SwFA =1884000"加b厂空如壬Zb 4&3756x10"=15.07山 + 0.7456山 _50745281 =】1884000/c、M畀+0.25M严+Me” 4_& 01xl0"+025xl507xl(/+07456xl0"79773x9.81&3756x10"1884000= 1.08MP«取其中较大值，cr = l62MM2、地脚螺栓的螺纹小径因为力>0,故此塔设备必须安装地脚螺栓。选取螺栓材料16MnR>螺栓个数为n=20i 凡=163枷“，C=3mm。4=晤车+ C

32、=亞L®吋+ 3 = 37.5沏V 和b加V 3.14x163x20取地脚螺栓为M42。由表8-12查得M42的螺纹小径d=37 219mnb故选用20个M42的地脚螺栓，满足要求。十二.筒体与封头联接法兰的选取1、根据筒体内径9=2000切，计算压力Pc = °9M",温度15(rC,查表6-2,确定法兰结构为长颈对焊法兰,查附录12选取材料16Mm公称压力PN=1.6Mpao2、查相关手册得法兰基本数据:D=2215mm» Dl=2155mnb D2=2110mra, D3=2090mnb D4=2087mm螺纹孔直径d=33mnb法兰厚度b=102mm,高颈尺寸H=190mm,h=56mm.6 = 2Qmm,<t, = 22""儿b? = 36mm , 螺栓为 M30x64 o3、根据公称直径