《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告-塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)

1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)PAGE 28成 績(jī) 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目 塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 專業(yè)班級(jí) 教師評(píng)語(yǔ) 設(shè)計(jì)起止日期： 至 塔設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)操作條件選擇塔體、裙座材料；法蘭選型；塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)；塔設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，主要內(nèi)容：目錄；設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（題目）；設(shè)計(jì)方案的確定，包括材料選擇、塔設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程；標(biāo)準(zhǔn)零部件的選擇，如法蘭等；設(shè)計(jì)小結(jié)；參考資料；附圖：總裝圖法蘭結(jié)構(gòu)圖塔盤(pán)板結(jié)構(gòu)示意圖；塔板連結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；塔盤(pán)支撐結(jié)構(gòu)示意圖；裙座與塔體焊縫結(jié)構(gòu)圖；設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑/mm2000塔高/mm31000計(jì)算

2、壓力/MPa1.2設(shè)計(jì)溫度/200設(shè)置地區(qū)廣州地震設(shè)防烈度/度8場(chǎng)地土類類設(shè)計(jì)地震分組第二組設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤(pán)數(shù)52塔盤(pán)存留介質(zhì)層高度/mm100塔盤(pán)間距/mm450塔釜存留介質(zhì)高度/mm100介質(zhì)密度/kg/m3825人孔間距/m5半圓形平臺(tái)數(shù)平臺(tái)寬度800平臺(tái)高度1000保溫層材料密度/ kg/m3315保溫層厚度/mm105再沸器操作質(zhì)量/kg3800再沸器偏心距/mm2000介質(zhì)腐蝕性無(wú)明顯腐蝕目錄一、塔體的設(shè)計(jì)條件 5二、按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度 6三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算6四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算 10五、地震載荷計(jì)算 13六、偏心彎矩計(jì)算 15七、各種載

3、荷引起的軸向應(yīng)力 15八、筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度性校核 17九、塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核 20十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 21十一、地腳螺栓計(jì)算 23十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取 24參考文獻(xiàn)27一、塔體的設(shè)計(jì)條件1、塔體的內(nèi)徑，塔高近似取 H=31000mm；2、計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度200；3、設(shè)置地區(qū)：基本風(fēng)壓值，地震設(shè)防烈度8度，場(chǎng)地土類：類，設(shè)計(jì)地震分組：第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度: 0.2g；4、塔內(nèi)裝有52層浮閥塔盤(pán)，每塊塔盤(pán)上存有介質(zhì)高度為，介質(zhì)密度為；5、沿塔高每5m左右開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔，人孔數(shù)為6個(gè)，相應(yīng)在人孔處安裝的半圓形平臺(tái)為6個(gè)，平臺(tái)寬度B=800mm，高度為1000mm：6、

4、塔外保溫層厚度，保溫材料密度 為7、塔體與裙座間懸掛一再沸器，其操作質(zhì)量為，偏心距e=2000mm；8、塔體在200的條件下工作，介質(zhì)無(wú)明顯腐蝕，筒體與封頭材料選16MnR，裙座材料選用Q235-B，材料的有關(guān)性能參數(shù)如下：16MnR Q235-B ；9、 塔體與裙座對(duì)接焊接，焊接接頭系數(shù)；10、塔體與封頭厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。二、按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度1、塔體厚度計(jì)算 考慮厚度附加量C=2mm，經(jīng)圓整后取。2、封頭厚度計(jì)算考慮厚度附加量C=2mm，經(jīng)圓整后取。三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算1、筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量圓筒質(zhì)量： 封頭質(zhì)量： 裙座質(zhì)量： 說(shuō)明：（1）塔體

5、總高度； （2）查的DN2000mm，厚度12mm的圓筒質(zhì)量為596kg/m； （3） 查的DN2000mm，厚度12mm的橢圓形封頭質(zhì)量為438kg/個(gè)（封頭曲面深度500mm，直邊高度40mm）； （4）裙座高度3060mm，厚度按12mm計(jì)。2、塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量（浮閥塔盤(pán)質(zhì)量75）3、保溫層質(zhì)量 其中，為封頭保溫層的質(zhì)量，169.47kg/個(gè)，密度為其保溫層外容積為橢圓封頭的曲面方程為 所以其殼體外容積為4、平臺(tái)、扶梯質(zhì)量 說(shuō)明：由表8-1查得平臺(tái)單位面積質(zhì)量，籠式扶梯單位長(zhǎng)度質(zhì)量；籠式扶梯總高，平臺(tái)數(shù)量為6。5、操作時(shí)物料質(zhì)量說(shuō)明：物料密度，封頭內(nèi)容積，塔釜圓筒部分深度，塔板數(shù)N=52，塔

6、板上液層高度。6、 附件質(zhì)量按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為充水質(zhì)量為 其中各種質(zhì)量載荷匯總將全塔分為6段，計(jì)算各質(zhì)量載荷（計(jì)算中略有近似）塔段01122334455頂合計(jì)塔段長(zhǎng)度/mm10002000700070007000700031000人孔與平臺(tái)數(shù)0021126塔板數(shù)00915161252m01/kg59616304172417241724174.9618916.9注：2m裙座+下封頭質(zhì)量=2596+438=1630，其余為596各塔段長(zhǎng)度m02/kg-2119.53532.53768282612246注：塔盤(pán)質(zhì)量=0.785475各段塔盤(pán)數(shù)，塔盤(pán)單位面積質(zhì)量為75kg/m2m03/kg-169.4

7、71547.81547.81547.81542.436355.3注：保溫材料，下封頭質(zhì)量169.47，其余為單位長(zhǎng)度保溫層質(zhì)量各塔段長(zhǎng)度m04/kg40801423.2851.6851.61382.24629.6注：平臺(tái)扶梯質(zhì)量，每個(gè)平臺(tái)質(zhì)量為571.6kg，每米扶梯為40kg，平臺(tái)質(zhì)量算法同前m05/kg-973.56113.583885.753885.753367.6518226.2注：封頭內(nèi)的物料質(zhì)量=8251.18=973.5，其余各段為各段塔板總的存留介質(zhì)質(zhì)量23段為塔釜直筒段存留介質(zhì)質(zhì)量+9塊塔板上存留的介質(zhì)質(zhì)量ma/kg149407.51043104310431043.74729

8、.3注：附件質(zhì)量=0.25m1mw/kg11802198021980219802069487799.4充水質(zhì)量=塔容積水密度，12段為封頭充水質(zhì)量=1.181000=1180me/kg130025003800m0/kg7854560.518919.115032.715268.214336.968902.3各塔段最小質(zhì)量785358711109.98320.983708708.4940881.3全塔操作質(zhì)量=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=68902.29kg全塔最小質(zhì)量=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=40881.3kg水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量=m01+m02+

9、m03+m04+mw+ma+me=138476.4kg全塔操作質(zhì)量全塔最小質(zhì)量水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量 四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算1、風(fēng)載荷計(jì)算示例以23段為例計(jì)算風(fēng)載荷式中：體形系數(shù)，對(duì)圓筒形容器，10m高處基本風(fēng)壓值，風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表8-5得： 計(jì)算段長(zhǎng)度，脈動(dòng)影響系數(shù)，由表8-7得：塔的基本自振周期，對(duì)等直徑、等厚 度得圓截面塔： 脈動(dòng)增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，由 表8-6查的：振型系數(shù)，由表8-8得：風(fēng)振系數(shù)塔的有效直徑。設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90，取下a、b中較大者。，取2、各段塔風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果塔段號(hào)1234561000200070007000700070005000.70.720.720

10、.720.7690.8060.8320.020.020.1580.3980.7381.0002.331.0341.0341.2651.602.052.3513101724311.001.001.001.1841.3181.434平臺(tái)數(shù)002112/mm00457.2228.6228.6457.2263426343301.023072.423072.423301.02953.24953.2410231.21426020337.227254.13、風(fēng)彎矩計(jì)算0-0截面： 1-1截面： 2-2截面：五、地震載荷計(jì)算取第一振型阻尼比為則衰減指數(shù)塔的總高度 H=31000mm全塔操作質(zhì)量 重力加速度 地

11、震影響系數(shù)由表8-2查的（設(shè)防烈度8級(jí)）由表8-3查的計(jì)算截面距地面高度h：0-0截面：h=01-1截面：h=1000mm2-2截面：h=3000mm等直徑、等厚度的塔，按下列方法計(jì)算地震彎矩。0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 六、偏心彎矩計(jì)算七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力1、計(jì)算壓力引起的軸向壓應(yīng)力其中2、操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力0-0截面：裙座的有效厚度1-1截面：其中，為人孔截面的截面積，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得：2-2截面：其中，3、最大彎矩引起的軸向應(yīng)力0-0截面其中，最大彎矩取下式計(jì)算值中較大者：1-1截面：式中裙座人孔截面的抗彎截面系數(shù)。查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得：=27677000 其中，最大彎矩取

12、下式計(jì)算值中較大者：2-2截面： 其中，最大彎矩取下式計(jì)算值中較大者：八、筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度性校核1、筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核2-2截面：筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向拉力：因?yàn)?，故滿足強(qiáng)度條件。其中，軸向許用應(yīng)力：塔體與裙座的穩(wěn)定性校核 2-2截面： 筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向壓力： 許用軸向壓應(yīng)力： 取其中較小值。按GB-150 鋼制壓力容器中的規(guī)定，由 查相應(yīng)的材料圖(16MnR)得B=115Mpa, 則，取。因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。1-1截面：塔體1-1處的最大組合軸向壓應(yīng)力由 0.00093查相應(yīng)的材料圖（Q235-B）得 ,則，取。因?yàn)椋蕽M足穩(wěn)定性條件。0-0截面

13、塔體0-0處的最大組合軸向壓應(yīng)力因?yàn)椋?故滿足穩(wěn)定性條件。 各危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定校核匯總項(xiàng)目計(jì)算危險(xiǎn)截面0-01-12-2塔體與裙座有效厚mm101010截面以上操作質(zhì)量/kg68902.968117.2963556.82計(jì)算截面面積截面的抗彎截面系數(shù)最大彎矩最大允許軸向拉應(yīng)力173.4最大允許壓應(yīng)力129129138135.6135.6204計(jì)算壓力引起的向拉應(yīng)力0060操作質(zhì)量引起的向壓應(yīng)力10.7611.409.93最大彎矩引起的軸向應(yīng)力47.8551.4740.91最大組合軸向拉應(yīng)力-90.98最大組合軸向壓應(yīng)力58.6162.8750.84強(qiáng)度與穩(wěn)定校核強(qiáng)度滿足強(qiáng)度條件穩(wěn)定性滿足穩(wěn)定

14、性條件九、塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核1、筒體水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力(1)由試驗(yàn)壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力 (2)由試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力(3)最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力(4)由彎矩引起的軸向應(yīng)力2、水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核(1)筒體環(huán)向應(yīng)力校核因?yàn)?，故滿足要求。(2)最大組合軸向拉應(yīng)力校核 許用應(yīng)力：因?yàn)椋蕽M足要求。(3)最大組合軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力 取其中較小值。, 取。因?yàn)?，故滿足要求。十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1、基礎(chǔ)環(huán)尺寸取 2、基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核取其中較大值，(1)(2) 取選用75號(hào)混凝土，其許用應(yīng)力，故滿足要求。3、基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時(shí)，計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)的厚度。 設(shè)地腳螺栓直徑為M4

15、2，由表8-11查得l=160mm，則b/l=140/160=0.88，由表8-10查得 。取，基礎(chǔ)環(huán)材料（20R）的許用應(yīng)力，C=3mm,基礎(chǔ)環(huán)厚度，取。十一、地腳螺栓計(jì)算1、地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力取其中較大值，其中， (1) (2)取其中較大值，2、地腳螺栓的螺紋小徑因?yàn)?，故此塔設(shè)備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR，螺栓個(gè)數(shù)為n=20，C=3mm。 取地腳螺栓為M42。由表8-12查得M42的螺紋小徑d=37.219mm，故選用20個(gè)M42的地腳螺栓，滿足要求。十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取1、根據(jù)筒體內(nèi)徑，計(jì)算壓力，溫度200，查表6-2，確定法蘭結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，查附錄12

16、選取材料16Mn，公稱壓力PN=1.6Mpa。2、查相關(guān)手冊(cè)得法蘭基本數(shù)據(jù)：D=2215mm，D1=2155mm，D2=2110mm，D3=2090mm，D4=2087mm螺紋孔直徑d=33mm，法蘭厚度b=102mm，高頸尺寸H=190mm，h=56mm，螺栓為。3、根據(jù)公稱直徑DN=2000mm，查附錄13-3，得螺柱材料為40MnVB，查表6-6得，螺母材料為40Mn。4、壓緊密封面選取平面密封面，選用纏繞型墊片，D=2089mm，d=2039mm， 墊片種類為石棉式石墨填充帶。法蘭圖見(jiàn)附圖塔的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果塔的名義壁厚筒體，封頭，裙座塔的載荷及其彎矩質(zhì)量載荷風(fēng)彎矩地震彎矩基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)

17、尺寸基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核滿足要求地腳螺栓設(shè)計(jì)直徑M42，個(gè)數(shù)20個(gè)主要符號(hào)說(shuō)明裙座人孔處截面的面積，裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，裙座殼底部?jī)?nèi)直徑，裙座殼有效壁厚，裙座人孔截面處裙座殼的內(nèi)直徑，裙座人孔截面處水平方向的最大寬度，人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的長(zhǎng)度，人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的厚度，塔計(jì)算段的有效直徑，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑，基礎(chǔ)環(huán)外直徑，裙座大端外直徑，E設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，風(fēng)壓高度變化系數(shù)H塔的總高度，塔第i段頂截面距地面的高度，塔第i-i截面處的地震彎矩，塔第i-i截面處的最大彎矩，塔第i-i截面處的風(fēng)彎矩，塔的最大質(zhì)量，塔的最小質(zhì)量，塔的操作質(zhì)量，計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量，計(jì)算壓力，塔i-i計(jì)算段的水平風(fēng)力，基本風(fēng)壓值，塔的基本自振周期，對(duì)應(yīng)的地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)的最大值管線保溫層厚度，脈