畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(水煤氣洗滌塔的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì))

1、水煤氣洗滌塔結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)摘要塔設(shè)備是石油煉制，石油化工、天然氣化工等生產(chǎn)工程不可或缺的重要設(shè)備。塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大影響。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。洗滌塔是一種新型的氣體凈化處理設(shè)備。它是在可浮動(dòng)填料層氣體凈化器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而產(chǎn)生的，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢氣凈化、除塵等方面的前處理，凈化效果很好。對(duì)煤氣化工藝來說，煤氣洗滌不可避免，無論什么煤氣化技術(shù)都用到這一單元操作。由于其工作原理類似洗滌過程，故名洗滌塔。洗滌塔與精餾塔類似。本設(shè)備用于煤氣化工段，用于凈化和冷卻粗煤氣。本文主要介紹

2、了洗滌塔的設(shè)計(jì)，著重?cái)⑹隽怂O(shè)備結(jié)構(gòu)的確定、材料的選擇、強(qiáng)度的計(jì)算、地震載荷以及卡曼渦街的計(jì)算等。該洗滌塔分為氣液接觸區(qū)、洗滌區(qū)和氣固，氣液分離區(qū)。粗煤氣從洗滌塔中部進(jìn)入洗滌塔，與激冷水接觸混合，對(duì)粗煤氣進(jìn)行洗滌和凈化。煤氣繼續(xù)向上進(jìn)入泡罩塔板，用冷凝液進(jìn)行再次洗滌，氣體進(jìn)一步凈化。經(jīng)過塔板洗滌后的煤氣上升至旋流板除沫器，分離灰分和液態(tài)水。關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核、卡門渦街Water gas washingtowerstructure andthestrength designAbstractThe tower equipmentisanimportantoil refining, petr

3、ochemical, gas and chemicalproduction engineeringequipment. Towerequipmentperformanceforthe entiredeviceproduct yield, quality, production capacity andconsumptionquotas,as well asall aspects ofwastetreatment andenvironmental protectionhave a significant impact. Therefore,thedesignofthetower equipmen

4、tand research, bythegreat weightofthechemical,oil refiningandotherindustriesThe scrubberisa new type ofgaspurificationequipment. Floatingfillerlayergaspurifieron the basis ofimprovementproduced bywidely used inthepre-treatmentofindustrial waste gas purification, dust andotheraspects ofthepurificatio

5、nworks well. Forcoal gasification process, gas washingisinevitable, no matter what thegasification technologyused inthisunit operation. Duetoitsworking principleissimilartothewashing process, hence the name scrubber. Scrubbersimilar to thedistillation column.Theequipmentused forgaschemical industrys

6、egmentfor thepurificationand coolingofthecrude gas.In this paper,thedesignofthescrubber, focusing on narrativestructureofthetower equipment, material selection,calculationoftheintensity, seismic loadandKamanVortexcalculationThe scrubberisdividedintothegas-liquid contact area, washing areaandthegas-s

7、olid, gas-liquid separation zone. Thecrude gasfromthemiddleofthescrubberintothescrubber, thecontactwiththeshockof cold watermixing,washing andpurifyingthecrude gas.Gasto continue upwardintotheblistertray, againwashedwithcondensateto further purify thegas.Aftertheplateafter washingthegastorisetothecy

8、clonedemisterseparation ofashandliquid water.Keywords:Structural design, Strength check, KamanVortex目錄前言1第一章結(jié)構(gòu)選型及材料選擇31.1結(jié)構(gòu)選型3塔體3封頭3塔盤31.1.4 除沫器3裙座4液位連通管4管件、人孔、法蘭等部件41.1.8 吊耳7吊住7操作平臺(tái)及扶梯7筒體材料的選擇8封頭材料的選擇8塔盤材料的選擇8裙座材料的選擇8其它部件材料的選擇9第二章塔盤的流體力學(xué)計(jì)算102.1泡罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)102.2塔板上的動(dòng)力參數(shù)112.3最大允許氣相負(fù)荷和齒縫開度122.4塔板壓降13第三章筒體與

9、封頭的厚度計(jì)算及壓力試驗(yàn)143.1筒體厚度的計(jì)算143.2封頭厚度的計(jì)算153.3水壓試驗(yàn)校核16筒體水壓校核16封頭水壓校核16第四章塔體的機(jī)械設(shè)計(jì)174.1塔體承受的各種載荷的計(jì)算174.1.1 質(zhì)量載荷的計(jì)算17自振周期的計(jì)算20地震載荷及地震彎矩的計(jì)算：20風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩的計(jì)算24卡門渦街引起的彎矩計(jì)算26偏心彎矩的計(jì)算27各截面最大彎矩的計(jì)算274.2圓筒應(yīng)力校核28第五章裙座的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及穩(wěn)定校核305.1主要構(gòu)成305.2座體設(shè)計(jì)305.3基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)325.4螺栓座的設(shè)計(jì)345.5地腳螺栓的計(jì)算345.6筋板設(shè)計(jì)355.7蓋板設(shè)計(jì)365.8裙座與塔體的鏈接36第六章開孔補(bǔ)強(qiáng)386.

10、1人孔M2、M3 （DN=500)開口的補(bǔ)強(qiáng)386.2人孔M1（DN=500）開口的補(bǔ)強(qiáng)406.3 N1（DN=300）開口的補(bǔ)強(qiáng)426.4 N2（DN=80）的補(bǔ)強(qiáng)436.5 N3/N8（DN=200）的補(bǔ)強(qiáng)456.6 N4（DN=100）的補(bǔ)強(qiáng)466.7 N5（DN=600）的補(bǔ)強(qiáng)486.8 N6（DN=300）的補(bǔ)強(qiáng)506.9 N7(DN=300)的補(bǔ)強(qiáng)516.10 T（測(cè)溫口）的補(bǔ)強(qiáng)53結(jié)束語55參考文獻(xiàn)56致謝57前言塔設(shè)備能夠?yàn)闅?、液或液、液兩相進(jìn)行充分接觸提供適宜的條件，即充分的接觸時(shí)間、分離空間和傳質(zhì)傳熱的面積，從而達(dá)到相際間質(zhì)量和熱 量交換的目的，實(shí)現(xiàn)工藝所要求的生產(chǎn)過程，生

11、產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。所以塔設(shè)備的性能對(duì)整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等方面部有著重大的影響。塔設(shè)備的投資費(fèi)用及鋼材耗量?jī)H次于換熱設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在化工和石油化工生產(chǎn)裝置中，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占全部工藝設(shè)備總投資的25.39，在煉油和煤化生產(chǎn)裝置中占34.85；其所消耗的鋼材重量在各類工藝設(shè)備中所占比例也是比較高的，如年產(chǎn)250萬噸常減壓蒸餾裝置中，塔設(shè)備耗用鋼材重量占45.5，年產(chǎn)120萬噸催化裂化裝置中占48.9，年產(chǎn)30萬噸乙烯裝置中占2528.3?？梢娝O(shè)備是煉油、化工生產(chǎn)中最重要的工藝設(shè)備之一，它的設(shè)計(jì)、研究、使用對(duì)化工、煉油等工藝的發(fā)展起著重大的作用。本

12、洗滌塔采用了塔設(shè)備中的板式塔。洗滌塔是一種新型的氣體凈化處理設(shè)備。它是在可浮動(dòng)填料層氣體凈化器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而產(chǎn)生的，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢氣凈化、除除塵等方面的前處理，凈化效果很好。對(duì)煤氣化工藝來說，煤氣洗滌不可避免，無論什么煤氣化技術(shù)都用到這一單元操作。由于其工作原理類似洗滌過程，故名洗滌塔。洗滌塔與精餾塔類似，由塔體，塔板，等組成。由于洗滌塔是進(jìn)行粗分離的設(shè)備，所以塔板數(shù)量一般較少，通常不會(huì)超過十級(jí)。 洗滌塔適用于含有少量粉塵的混合氣體分離，各組分不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，且產(chǎn)物容易液化，粉塵等雜質(zhì)（也可以稱之為高沸物）不易液化或凝固。當(dāng)混合氣從洗滌塔中部通入洗滌塔，由于塔板間存在產(chǎn)物組分液體，產(chǎn)物組分氣體

13、液化的同時(shí)蒸發(fā)部分，而雜質(zhì)由于不能被液化或凝固，當(dāng)通過有液體存在的塔板時(shí)將會(huì)被產(chǎn)物組分液體固定下來，產(chǎn)生洗滌作用，洗滌塔就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)和制造的。本設(shè)備用于氣化工段。根據(jù)其工藝作用，該洗滌塔由下段的氣液接觸區(qū)、中段的洗滌區(qū)和上端的氣液分離區(qū)組成。粗煤氣進(jìn)入洗滌塔進(jìn)行洗滌，洗滌完畢后由塔體上端煤氣出口管道排出。綜合考慮了強(qiáng)度，剛度以及經(jīng)濟(jì)性，對(duì)該洗滌塔做出了如下設(shè)計(jì)。由于作者水平有限，有不足之處望讀者提出寶貴意見，在此深表感謝。 車凱 2012/6/10第一章 結(jié)構(gòu)選型及材料選擇1.1結(jié)構(gòu)選型塔體由于本設(shè)備塔徑較大，達(dá)到4100mm，屬于大塔徑設(shè)備，且氣液處理量較大。所以本設(shè)備選用板式塔。封

14、頭本設(shè)備的最高工作壓力達(dá)到6.49MPa所以本設(shè)備封頭采用半球型封頭。塔盤本設(shè)備采用分塊式溢流塔盤（圓泡罩塔盤），它由塔板、降液管、受液槽、溢流堰和氣液解除原件組成。1.1.4 除沫器在塔內(nèi)操作氣速較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)塔頂霧沫夾帶，這不但造成物料的損失，也使塔的效率降低，同時(shí)還可能造成污染。為了避免造成這種狀況，需在塔頂設(shè)置除沫裝置，從而減少液體的夾帶損失。本設(shè)備采用旋流板除沫器，它由固定的葉片組成，如風(fēng)車狀，夾帶液滴的氣體通過葉片時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象，在離心力的作用下將液滴甩到塔壁上，從而實(shí)現(xiàn)氣液分離，除沫效率高達(dá)95%以上。裙座本設(shè)備采用圓筒式裙式支座液位連通管液位連通管是用來觀察設(shè)備內(nèi)部液位變化的一

15、種裝置，為設(shè)備操作提供了一些依據(jù)。一般用于兩種目的：意識(shí)通過測(cè)量液位確定容器中物料的高度，以保證生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)所需的物料。二是通過測(cè)量液面確定連續(xù)生產(chǎn)是否正常，以便控制過程的進(jìn)行。 管件、人孔、法蘭等部件接管、人孔、法蘭等部件尺寸見表1-11-4表1-1接管表（HG 20592-1997、 GB/T12459）符號(hào)名稱公稱直徑/mm外徑/mm壁厚/mm內(nèi)孔截面積/cm2管長(zhǎng)/mm質(zhì)量/kg密封形式T測(cè)溫口202532.841500.262RFN1煤氣出口3003258749.9125015.63RFN2放空口8089451.532001.68RFN4氮?dú)馊肟?00108478.542002

16、.05RFN7黑水出口300d1×s1d2×s2RH2RF324×10415×101000200RFN8灰水入口200d1×s1d2×s2RH2RF219×6273×8650 200RFN3洗滌液入口200d1×s1d2×s2abcH2RF219×6273×82521095620090°彎頭坡口處外徑/mm中心至端面/mmRFN5水煤氣入口600630914N6塔底黑水出口300325457RF表1-2人孔表垂直吊蓋不銹鋼人孔（突面RF）(HG21517-2005)

17、公稱壓力PN/MPaM公稱直徑DN/mmdw×sDD1b0bb11.0500530×10715650363434b2ABH1H2H3螺栓數(shù)螺柱數(shù)36410300200116528M24×95M24×125表1-3法蘭表突面對(duì)焊鋼制管法蘭，PN=11.0MPa（GB/T9115.1-2000）公稱直徑mm鋼管外徑A1連接尺寸法蘭及蓋厚度C法蘭高度H質(zhì)量法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量螺紋Th法蘭法蘭蓋kg202512082.5184M1620522.001.928089230180268M2432789.109.3710010826521

18、0308M27369013.914.02002194303603612M275213051.054.33003255855004216M3368170119.4131.66006109408385124M48102170203250表1-4密封面尺寸公稱直徑DN/mmfffWXYZ20243365051358024310612012110510024.53.512914915012820024.53.523925926023830024.53.534336336434230024.53.53433633643426002546496756766481.1.8 吊耳塔設(shè)備的吊耳一般僅在設(shè)備吊裝時(shí)

19、使用一次，因此吊耳的安全可靠性應(yīng)放在首位。側(cè)壁板式吊耳（SP型吊耳）適用于DN1000mm的重型設(shè)備吊裝。因此本設(shè)備采用SP型吊耳吊住安裝在室外，無框架的整體塔設(shè)備，為了安裝和拆卸內(nèi)件，往往在塔頂設(shè)置吊住。吊住尺寸如（表1-5）表1-5本設(shè)備吊柱尺寸SLH× Rel1質(zhì)量/kg260048501350219×101000300120691操作平臺(tái)及扶梯操作平臺(tái)應(yīng)設(shè)置在人孔，塔頂?shù)踝〉冉?jīng)常需要檢修和操作的地方。操作平臺(tái)的寬度應(yīng)根據(jù)檢修需要而定，一般為0.8-1.2m。平臺(tái)內(nèi)邊緣與塔壁應(yīng)留有間隙，以便進(jìn)行設(shè)備的保溫，涂漆的工作。本設(shè)備采用半圓形操作平臺(tái)，為了檢修人員的安全，操作

20、平臺(tái)設(shè)有欄桿，欄桿選用DN=25mm的鋼管，高度1.2m。本設(shè)備采用籠式扶梯。筒體材料的選擇 筒體材料如（表1-6）表1-6筒體材料鋼號(hào)鋼板標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)許用壓力（250）13MnNiMoRGB/T713-正火+回火190MPa封頭材料的選擇本設(shè)備封頭材料的選用與筒體相同。塔盤材料的選擇塔盤材料如（表1-7）表1-7塔盤材料鋼號(hào)熱處理狀態(tài)屈服強(qiáng)度0.2/MPa抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長(zhǎng)率s/%0Cr18Ni9（304）固溶205520401.2.4裙座材料的選擇裙座材料如（表1-8）表1-8裙座材料鋼號(hào)鋼板標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)厚度/mmb/MPas/MPa許用應(yīng)力/MPa(250)16MnDRGB3531正

21、火>1636470295134其它部件材料的選擇其他部件的材料視具體情況而定。第二章塔盤的流體力學(xué)計(jì)算本設(shè)備采用泡罩塔盤，選用標(biāo)準(zhǔn)圓泡罩（JB1212-1999）。2.1泡罩的結(jié)構(gòu)參數(shù)泡罩參數(shù)如（表2-1）表2-1 泡罩參數(shù)與尺寸（mm）名稱材料類（0Cr18Ni9）公稱直徑Dn150泡罩外徑D1×壁厚S1158×1.5泡罩頂部外徑D3152升氣管外徑D2×壁厚S2108×4總高度H1107升氣管高度H264泡帽高度H373泡帽頂端至齒縫高度H4-支架至泡帽底端高度H545齒縫高度h35齒縫寬度b1R4/13.5齒縫數(shù)目n28齒縫節(jié)距f17.7升氣

22、管孔徑d1106升氣管凈面積F1，cm273.05回轉(zhuǎn)面積F2，cm278.90環(huán)形面積F3，cm285.10齒縫總面積F4，cm2102.5F2/F11.08F3/F111.17泡帽質(zhì)量，kg1.40圖1-1(圓泡罩)2：泡罩底隙，我國泡罩標(biāo)準(zhǔn)中，選取泡罩底細(xì)為10mm。3：泡罩排列，選取泡罩220個(gè)，分10排排列。2.2塔板上的動(dòng)力參數(shù)1：溢流堰高度hw=hT+hr+h+hss（式2-1）hT泡罩的底隙=10mmhss靜液封高度=20mmh-縫高度=35mmhr=10mmhw=75mm 2：靜液封和動(dòng)液封(1) 靜液封取hss=20mm(2) 動(dòng)液封hdshds=hss+how+2（式2-

23、2）=46mm式中：how-堰上清液層高度-塔板上液面梯度2.3最大允許氣相負(fù)荷和齒縫開度 1：最大允許氣相負(fù)荷Vm 取矩形齒縫：Vm=1.683F4h(L-G)G（式2-3）=1.683×102.5×10-435(799.4-31.62)31.62 =110.6m3/s 2：齒縫開度hs 對(duì)于矩形齒縫：Vs=1.683mF4hhs32L-GG（式2-4） 286645=1.683×220×102.5×10-435hs32×5hs=10mm2.4塔板壓降hp=hc+hs+hl(m液柱)（式2-5）式中：hc氣體通過升氣管，回轉(zhuǎn)通道和環(huán)

24、隙的局部阻力，m液柱;hs-齒縫開度,m;hl-氣體通過動(dòng)液封的液層阻力，m液柱。1泡罩的局部阻力hchc=kcGL(VSmF1)2（式2-6） =0.30×1.62799.4×(2866453600220×73.05×10-4)2=29mm(DN=150D的泡罩，kc=0.30) 2液層阻力hlhl=hds（式2-7）查表得充氣系數(shù)=0.65hl=0.65×46=30mmhp=29+30+10=69mm（m液柱）第三章 筒體與封頭的厚度計(jì)算及壓力試驗(yàn)3.1筒體厚度的計(jì)算基本參數(shù)：工作壓力：正常：6.25MPa最高：6.49MPa工作溫度：24

25、2245材料許用應(yīng)力t=190MPa最大工作壓力pw=6.49MPa開設(shè)安全閥，安全閥開啟壓力pk=pw+（0.1050.11）=6.6MPa取設(shè)計(jì)壓力P=1.1pw=7.14MPa計(jì)算壓力pc=P=7.14MPa取焊接接頭系數(shù)=1.00（1） 計(jì)算厚度=pc×Di2t-pc= 7.14×41002×190-7.14=79.7mm（式3-1）（2） 設(shè)計(jì)厚度d=+C2(取C2=2mm)（式3-2）d=79.7+2=81.7m （3） 名義厚度n=d+C1（取C1=0mm）（式3-3）n=81.7mm圓整至82mm（4） 有效厚度 e=n-C1-C2=80mm（式3

26、-4）圓筒的最大允許工作壓力: pw=2eDi+ et=2×80×190×14100+80=7.2MPa(滿足設(shè)計(jì)要求)（式3-5）=minbnb，sns，stns=190MPa3.2封頭厚度的計(jì)算取焊接接頭系數(shù)=1.00，材料許用壓力t=190MPa（1） 計(jì)算厚度=pcDi4t-pc=7.14×41004×190-7,14=38.89mm（式3-6）（2） 設(shè)計(jì)厚度d=+C2(取C2=2mm)（式3-7）d=38.9+2=40.9mm（3） 名義厚度n=d+C1（取C1=0mm）（式3-8） n=40.9mm圓整至41mm（4）有效厚度 e

27、=n-C1-C2=39mm（式3-9）pc=7.14MPa0.6t=114MPa（滿足彈性要求）計(jì)算應(yīng)力t=pc（Di+e）4e=189MPa<190MPa（符合要求）（式3-10）封頭允許最大工作壓力pw：pw=4et（Di+e）=4×39×190×14100+39=7.1MPa（符合要求）（式3-11）3.3水壓試驗(yàn)校核3.3.1筒體水壓校核PT=1.25Pt=8.925MPa (式3-12）T=pTDi+e2e=8.925×4100+802×80=233Mpa0.9s=342MPa（式3-13）(符合設(shè)計(jì)要求)3.3.2封頭水壓校核

28、 PT=1.25Pt=8.925MPaT=pT(Di+e)2e=8.925×(4100+80)2×80=233Mpa0.9s=342MPa(符合設(shè)計(jì)要求)第四章塔體的機(jī)械設(shè)計(jì)4.1塔體承受的各種載荷的計(jì)算4.1.1 質(zhì)量載荷的計(jì)算（1）塔設(shè)備的操作質(zhì)量：m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me(kg)（式4-1（2）塔設(shè)備液壓試驗(yàn)時(shí)的質(zhì)量（最大質(zhì)量）mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me（kg）（式4-2）（3）設(shè)備吊裝時(shí)的質(zhì)量（最小質(zhì)量）mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me（kg）（式4-3）式中m01：塔設(shè)備殼體

29、（包括裙座）質(zhì)量，kgm02：塔設(shè)備內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量，kgm03：塔設(shè)備保溫層的質(zhì)量，kgm04：平臺(tái)，扶梯質(zhì)量，kgm05：操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量，kgma：人孔、法蘭、接管等附件質(zhì)量，kgmw：液壓試驗(yàn)時(shí)，塔設(shè)備內(nèi)充液質(zhì)量，kgme：偏心質(zhì)量，kg筒體質(zhì)量：筒體長(zhǎng)度10540mm1m高筒體質(zhì)量：mxmx=24.66×10-3（Di+p）p=24.66×10-3×4180×80 =8246.3kg單個(gè)封頭質(zhì)量：mymy=12×（4.1393-4.1003）×7.98×103 =4361kg裙座質(zhì)量：mz座體質(zhì)量mz1=44.140

30、2-4.1002×5×7.85×103 =10155kg附件質(zhì)量mz2=3874kgmz=mz1+mz2=14029kgm01=8246.3×10.54+4361×2+14029=103538kgm02=150×13.2×4=7920kgm03=44.282-4.182×14.64×120=1167kg（本設(shè)備采用復(fù)合碳酸鋁棉做保溫材料，密度=120kg/m3,厚度=100mm）m04=5728kgm05=V=804×186=149544kgma=0.25m01=25884kgmw=水V=100

31、0×186=186000kgme=691kg塔設(shè)備的操作質(zhì)量：m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=103538+7920+1167+5728+149544+25884+691 =294472kg塔設(shè)備液壓試驗(yàn)時(shí)的質(zhì)量（最大質(zhì)量）mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me =103538+7920+1167+5728+186000+25884+691=328529kg設(shè)備吊裝時(shí)的質(zhì)量（最小質(zhì)量）mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=103538+0.2×7920+1167+25884+691 =132864kg將全塔

32、沿高分為5段，各段質(zhì)量如（表4-1）：表4-1塔體各段質(zhì)量(kg)段號(hào)12345m01+ma822216645427714860115433m020007920910m030163363420384m04479111714561682994m05014472482405586922512mw018000600006948828000m08701323979283011449240233mmax87013592510459012811145721mmin8701179254459052287169934.1.2自振周期的計(jì)算因?yàn)楸舅榈戎睆?、等厚度塔設(shè)備 =0.1s（式4-4）4.1.3地震載荷

33、及地震彎矩的計(jì)算：地震烈度為8度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.30g。 amax=0.24.二類場(chǎng)土地。設(shè)計(jì)地震分組為第一組，特 征周期Tg=0.35。 取一階振型阻尼比i=0.01=0.9+0.05-i0.5+i=0.973（式4-5）1=0.02+（0.05-i）8=0.025（式4-6）2=1+0.05-i0.06+1.7i=1.519 （式4-7）水平地震力：F1k=11kmkg（式4-8）垂直地震力：Fv0-0=avmaxmeqg（avmax=0.65 amax， meq=0.75m0）（式4-9）表4-2各段幾種質(zhì)量對(duì)該載荷面所引起的地震力及地震彎矩塔段號(hào)12345mikg87013239

34、79283011449240233himm725325072791219216380hi1.5（×106）0.01950.1850.6211.3462.096mihi1.5（×109）0.6785.99357.647154.10682.879mihi3（×1014）0.033111.12358.9312074.9131767.731ABA=i=15mihi1.5=301.303×109B=i=15mihi3=4212.728×1014 AB=7.152×10-7 1k=hk1.5AB0.01390.1300.4440.9631.499

35、0.97321.51911=TgT2 amax=1.234F1kN1491519225081331333345743516mihi（×106）6.308105.290675.7091395.886659.016avmaxavmax=0.65×amax=0.65×0.24=0.156 meq/kg meq=0.75m0=220854Fv0-0/NFv0-0=avmaxmeqg=337641FviN749125078027116582478287Fvi-i/N325639313132232861圖4-1 塔的地震載荷計(jì)算簡(jiǎn)圖因?yàn)镠Di=4.37<15且H<

36、20m，故不考慮高振型影響。（1）0-0截面處地震彎矩： ME0-0=k=15F1kH1k=3.21×1010Nmm（式4-10）(2)1-1截面處地震彎矩： ME1-1=k=25F1khk-1500=2.82×1010Nmm（式4-11）(3)2-2截面出地震彎矩：ME2-2=k=35F1khk-5000=1.92×1010Nmm（式4-124.1.4風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩的計(jì)算圖4-2 塔的風(fēng)載荷計(jì)算簡(jiǎn)圖 取q0=500Nm2（十米高出基本風(fēng)壓值） K1=0.7（體型系數(shù)）fi=1.005m、1.0010m、1.14（15m）K2i=1.7（塔高H20，K2i=1.7

37、）本塔采用籠式扶梯與塔頂管線成90°.Dei=Doi+2si+K4+d02ps（式4-13）d0=325mmDoi=4260mmsi=100mmps=50mmK4=1000mm表4-3其它計(jì)算結(jié)果塔段號(hào)12345長(zhǎng)度/m01.51.5559.5599.55914.82514.82517.936q0/(Nm2)500fi(B類)1.001.001.001.001.10li/mm7253500455952663111Dei/mm57655765588558855885Pi/N248612005159631843910893因該塔HDi=4.37<15且H<30m，故不考慮橫風(fēng)

38、向風(fēng)振。（1）0-0截面風(fēng)彎矩 Mw0-0=p1l12+p2l1+l22+p5l1+l2+l52 =5.14×108Nmm（式4-14） (2) 1-1截面風(fēng)彎矩Mw1-1=p2l22+p3l2+l32+p5l2+l3+l52 =4.72×108Nmm（式4-15） (3)2-2截面風(fēng)彎矩Mw2-2=p3l32+p4（l3+l4+l52）+p5l4+l52 =2.93×108Nmm（式4-16）4.1.5卡門渦街引起的彎矩計(jì)算計(jì)算雷諾數(shù)Re=D0g（式4-17）式中：D0-塔體外徑，D0=Di+2n=4100+2×82=4264mm-水平風(fēng)速，=30.4

39、ms -空氣重度，15時(shí)，=12.02N/m3 -空氣粘度, 15時(shí)，=1.79×10-5Pa.s帶入上式得：Re= 4.264×30×12.021.79×10-5×9.8=8.87×106Re>3.5×106，固受到卡門渦街的影響升力的計(jì)算（1） 升力：由于渦旋交替產(chǎn)生及脫落而在沿風(fēng)向的垂直方向產(chǎn)生的推力稱升力F1=CLv2A2式中：F1-升力，N - 空氣密度，kg/m3 v - 風(fēng)速，m/s A - 沿風(fēng)向的投影面積，等于塔徑乘以塔高，m2CL- 升力系數(shù)F1=CLv2A2=0.2×1.29×

40、30.42×4.1×133552=6528N（式4-18）（2）塔設(shè)備風(fēng)誘導(dǎo)的激振頻率Fv=StvD=0.27×30.44.464=1.83Hz（式4-19）（3）臨界風(fēng)速vcn=5fcnD=159.43m/s（式4-20）Cv1vcn，無法達(dá)到臨界風(fēng)速，不會(huì)產(chǎn)生共振。4.1.6偏心彎矩的計(jì)算Me=megle式中：me-偏心質(zhì)量，kg g -重力加速度，9.8m/s2 le-偏心質(zhì)量到塔體中心線的距離，mmMe=megle=691×9.8×2400=1.62×107Nmm4.1.7各截面最大彎矩的計(jì)算（1）塔底截面：Mmax0-0=M

41、w0-0 ME0-0+0.25Mw0-0（式4-21）=5.14×108Nmm3.22×1010Nmm所以Mmax0-0=3.22×1010Nmm（2）1-1截面： Mmax1-1=Mw1-1 ME1-1+0.25Mw1-1（式4-22）=4.72×108Nmm2.83×1010Nmm所以Mmax1-1=2.83×1010Nmm（3）2-2截面：Mmax2-2=Mw2-2 ME2-2+0.25Mw2-2（式4-23）=2.93×108Nmm1.93×1010Nmm所以Mmax2-2=1.93×1010Nm

42、m4.2圓筒應(yīng)力校核根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要驗(yàn)算塔殼2-2截面處操作時(shí)和壓力試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如（表4-4）：表4-4計(jì)算截面截面2-2計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量m02-2/kg253374塔殼的有效厚度e/mm80計(jì)算截面的橫截面積A/mm2,A=Die1029920計(jì)算界面的斷面系數(shù)Z/mm3,Z=4Di2e1.05×109最大彎矩Mmax2-2(N.mm)1.93×1010 計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力1/MPa, 1=pcDi4e91重力引起的軸向應(yīng)力2/ MPa2=m02-2+Fv2-2A0.55彎矩引起的軸向應(yīng)力3/MPa3=Mmax2-2Z18.38最大組合壓應(yīng)力2+

43、3cr18.93190(符合設(shè)計(jì)要求)最大組合拉應(yīng)力1-2+3Kt 108.83228(符合設(shè)計(jì)要求)計(jì)算截面的風(fēng)彎矩Mw2-2/MPa2.93×108N.mm液壓試驗(yàn)時(shí)計(jì)算截面以上塔的質(zhì)量mT2-2/kg283903壓應(yīng)力引起的軸向應(yīng)力1/MPa,1=ptDi4e 114重力引起的周向應(yīng)力2/ MPa2=mT2-2gA 2.70彎矩引起的軸向應(yīng)力3/MPa3=0.3Mw2-2Z8.37環(huán)向應(yīng)力/ MPa=PT+液柱靜壓力（Di+ei）2ei0.9s0.2 233342（符合設(shè)計(jì)要求）液壓試驗(yàn)時(shí)最大組合壓應(yīng)力/ MPa, 2+3cr11.07190（符合設(shè)計(jì)要求）液壓試驗(yàn)時(shí)最大組合拉

44、應(yīng)力/MPa1-2+30.9s（0.2） 119.67342（符合設(shè)計(jì)要求）第五章裙座的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及穩(wěn)定校核5.1主要構(gòu)成圓筒形裙座由如下幾部分構(gòu)成：（1） 座體它的上端與塔體封頭焊接在一起，下段焊在基礎(chǔ)環(huán)上 。座體承受塔體的全部載荷，并把載荷傳遞到基礎(chǔ)環(huán)上去。（2） 基礎(chǔ)環(huán)基礎(chǔ)環(huán)是塊環(huán)形墊板，它把由座體傳下來的載荷，再均勻的傳遞到基礎(chǔ)上去。（3） 螺栓座由蓋板和筋板組成，供安裝地腳螺栓用，以便地腳螺栓把塔設(shè)備固定在基礎(chǔ)上。（4） 管孔在裙座上有檢修用的檢查孔、引出孔、排氣孔等。5.2座體設(shè)計(jì) 驗(yàn)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力：（1）0-0截面：裙座為圓筒形，則A=1.1D0e2=0.0004（式5-1）查GB

45、150圖6-4得B=110MPa故KB=1.2×110=132MPaKst=1.2×134=160.8MPa（min）=132 MPaB=110MPa0.9s=0.9×275=247.5MPa（min）=110MPaZsb=4Dis2es=×41002×204=2.64×108mm3Asb=Dises=×4100×20=257480mm操作時(shí)：Mmax0-0Zsb+m0g+Fv0-0Asb=3.22×10102.64×108+294472×9.8+337641257480=133MPa

46、134MPa(符合設(shè)計(jì)要求)（式5-2）液壓試驗(yàn)時(shí)：0.3Mw0-0Zsb+mmaxgAsb=0.3×5.14×1082.64×108+328529×9.8257480=13.08MPa134MPa(符合設(shè)計(jì)要求) (式5-3）（2）1-1截面：Asm=Dimes-bm+2mes-Am=3.14×4100×20-500+16×20-4000 =251160mm2（式5- 4）Am=2lmm=2×250×8=4000mm2（式5-5）Zm=2eslmDim22-bm22=2×20×250

47、×410022-50022=20346989mm（式5-6）Zsm=4Dim2es-bmDimes2-Zm =3.144×41002×20-500×4100×10-20346989 =263781989mm3（式5-7）操作時(shí)：=119MPa134MPa（符合設(shè)計(jì)要求）=13.02MPa110MPa（符合設(shè)計(jì)要求）5.3基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) (1)基礎(chǔ)環(huán)尺寸的確定：基礎(chǔ)環(huán)外徑：Dob=Dis+160400 =4100+400=4500mm（式5-8）基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：Dib=Dis-160400 =4100-400=3700mm（式5-9）（2）基礎(chǔ)環(huán)厚度的計(jì)

48、算：基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)Zb和截面積AbZb=Dob4-Dib32Dob=45004-3700432×4500=4.85×109mm3（式5-10）Ab=4Dob2-Dib2=3.144×45002-37002=5.15×106 mm2 混凝土基礎(chǔ)的最大壓應(yīng)力（下式中取較大值）bmax= Mmax0-0Zb+ m0g+Fv0-0Ab=3.22×10104.85×109+294472×9.8+3376415.15×1060.3Mw0-0Zb+mmaxgAb=0.3×5.14×1084.85×1

49、09+328529×9.85.15×106 =9.59MPa0.65MPa（式5-11）所以bmax=9.59MPa<Ra=10.0MPa（取200號(hào)混凝土）基礎(chǔ)環(huán)上有筋板時(shí)，基礎(chǔ)環(huán)厚度:b=6Msb查GB150得b=135MPabl=0.5×（4500-3700）/176.65=2.26查JB4710-2005，圖6-7得Mx=-0.0236×4.71×752=-625.25N.mmMy=0.1320×4.71×176.65=19401N.mmMy>Mx，所以Mc=My=19401N.mmb=6Msb=6

50、15;19401135=32mm（式5-12）5.4螺栓座的設(shè)計(jì)螺栓座尺寸如（表5-1）螺栓d1d2aeshill1bM5662684622400200 l70Dob-Dc-2es/25.5地腳螺栓的計(jì)算 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力為：B=Mw0-0+MeZb-mminAb，ME0-0+0.25Mw0-0+MeZb-M0g-Fv0-0Ab（max），（MPa）=5.14×108+1.62×1074.85×109-1328645.15×106，3.21×1010+1.28×108+1.62×1074.85×109- 2

51、94472×9.8-3376415.15×106（式5-13） =0.08,3.73（max），（MPa）B=3.37MPa設(shè)地腳螺栓個(gè)數(shù)n=56，則地腳螺栓的螺紋小徑D1=4BAbnbt+c2=4×3.73×5.15×1063.14×56×147=52.5+356mm（式5-14）所以取螺栓M56,56個(gè)。5.6筋板設(shè)計(jì)筋板的壓應(yīng)力為G=F1nGl2'n=56 ，G=38，l2'=160mm，lk=350mmF1=BAbn=3.73×5.15×10656=343026N G=F1nGl2'=3430262×38×160=28MPa（式5-15）筋板的臨界許用壓應(yīng)力計(jì)算： =0.5lki=0.5×3500.289×28