《化工机械基础》课程教学资源（实验指导）机械设计实例-塔设备（图片版）

8.2塔体与裙座的机械设计举例8.2.1设计条件塔体与裙座的机械设计条件如下：（1）塔体内径D=2000mm，塔高近似取H=40000mm（2）计算压力p。=1.1MPa，设计温度t=200JCL(3)设置地区：基本风压值 go=400 N/m2，地震设防烈度为 8 度,场地土类:1类,设计地震分组;第牛Toc二组,设计基本地震加速度为 0. 3g。E(4)塔内装有 N=70层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为h=100mm，介质密度为pl=800Tkg/m0+（5)沿塔高每5m左右开设一个人孔，人孔数为二8个（图8-25），相应在人孔处安装半圆形平台8个TosIT平台宽度为B=900mm，高度为1000mm，(6)塔外保温层厚度为8.=100mm，保温材料ose密度为pz=300kg/m(7)塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量7T为m。=4 000 kg，偏心距e=2 000mm司（8）塔体与封头材料选用16MnR，其LJ=170HHMPa,Lo]=170 MPa,o,=345 MPa,E=1. 9×10MPa.（9）裙座材料选用Q235-B。(10)塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数LΦ=0.85中（11）塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚0度附加量C=2mm山o（12)浮阀塔其他有关工艺尺寸如图8-25 所示。图8-25浮阀塔

【8.2.2按计算压力计算塔体和封头厚度表8-13(a)塔体和封头厚度计算1.塔体厚度计算8-202x170x8.80-1.1-7.64（mm）考虑厚度附加量C-2mm，经困整，取%—12mm封头厚度计采用标准精圆形封头1-7.63(mm)考虑厚度附加量C=2mm经圆整.取o.-12mm【8.2.3塔设备质量载荷计算表8-13(b)塔设备质量载荷计算1.简体圆筒、封头，座质量.训简质量：m-596X36.79-21926.84(kg）招充质放：mz=438×2-876（kg+12684877827624627（kg）说明：（1）塔体圆筒总高度为H。-36.79m(3）套得DN2000mm.摩度12mm的圆形封实质量为438kg/m（封头曲面深度5gm，直边高度（4)招座高度3060mm（厚度按12mm计）2.塔内构件质量m=#D×75×70=0.785×23×75×70-16485（kg）（由表8-1套得浮阀塔盘质量为75kg/m2）3.保温层质量mo-[D+28+28)-（D+28）2Hpm+2mo0.785（2+2×0.012+2×0.1)*-（2+2×0.012)7×36.79×300+2(1.54-1.18)X3007577Ckg其中.mo3为封头保温层质量，kg4.平台、扶梯质量m28.+22+R广8X15=0.785[(2+20.012+2×0.168571说明：由表8-1查得，平台质量：4m=150kg/mz，宠式扶梯质量1g-40kg/m笼式扶梯总高：Hp=39m，平台数量：n=8

5. 操作时物料质量 meDihwNp+Dhop+V0.785×2*×0.1×70×800+0.785×2×117584+4521.6+944=23050（kg8m，塔签圆简部分深度ho-1.8m塔板层数N=70塔说明：物料密度pl=800kg/m：封头容积Vi=板上液层高度h=0.1m6. 附件质量 "按经验取附件质量为=0-25m7.充水质量00+2×1.18X1000=117880(kg其中·p000.k8.各种质量载荷汇总如图8-26 所示，将全塔分成6段，计算下列各质量载荷（计算中略有近似）塔段塔段长度／mm100020001000010.000人孔与平台数塔板数ma/kg16304172moe/kgma /kgmou/kgmos/kg526m/kg7mi/kg323mt/kgmo/kg393187各塔段最小质量/kg全塔操作质量/kg=moi+全塔最小质量/kgnminmg0.2moa水压试验时最大质量/kgmmx=mol+mo2+mo3mol+m.+mw+me=183583

厂8.2.4风载荷与风弯矩计算表8-13(c)风载荷计算示例风载荷计算示例附图以2-3段为例计算风载荷Pa（图8-26）：=KKagofilDaX型系数文贸简形10m高处基本风压值，40=400N风压高度变化系数，查表8-5得：f计算段长度，1-700脉动影响系数，由表8-7查得：M=0.7塔的基本自振周期，对等直径、等厚度圆截面塔：T. 0.3H/X90.33×4001.910510×2000×11.75(s脉动增大系数，根据自振周期TI·由表8-6查得：-2.59振型系数，由表8-8查得：中a=0.11一风振系数Ku-1+enta1+2.59X0.72×0.11.20一塔有效直径。设笼式扶梯与塔项管线成90°，取以下a.b式中较大者a.Da=D+28+K,+Kb.D=-Da+28a+K,+d.+2Kg=400mm.d.取400mm.8=0m=100mrK-22A_21X00×1000-257(mm）a.D=2024+2×100+400+257=2881（mm）b.Dam=2024+2×100+257+400+200=3081(mm取Da=3081mm=KKgofalDax0.7×1.205X400×18.0810012770以上述方法计算出各段风载荷，列于表8-13中

各段塔风戴荷计算结果表8-13(d)告平台数益Dm号计算段盒%KiKaid.0.70.720.00752.591.0220.642624481100040026242.591.097:0.7211620004002.037082.591.2051.72777.00001104002.591.5731.25203641852110000400.350318425 256100004002.591.9951.423184335321000040059241110.70.851.000表 8-13(e)风弯矩计算截面0M--P+P(4+）++P（++h+h+4++号）4810+1161(100+20)+ 277(100+2 000+)10.000）18521X（1000+200025 256×(1000+2 000+7000+10 000+100)+00+10.000+100）33532×（1000+21173620000022000072.1327X10(Nmm)截面1-1M=P号+P（+）++P（+h+L+s+）116120+277（200+18 521(000+000）25256×（2000+7000+10000+10000）33532×（2 000+7000+10 000+10000+10000）1161000+40 023500+259 294 000+606 144000+1140 08800020467105002.0467X10*（N.mm）截面2-2M=P+P（++）++P（++4++）72+18 521(70)25 26（7001000++33532(70001000100+）25469500+222252000+555632000+10730240001-0803750.mm

厂8.2.5地震弯矩计算地震弯矩计算时，为了便于分析、计算，可将图8-26简化成图8-27。表8-13（0)地震弯矩计算示例取第一抵型脉动增大系数为 51-0.02h.=35000时装减指数0.9095T-1.75塔的总高度H=40.000mm全塔操作质量mo-88753kghs=25000重力加速度=9.81m地震影响系数a1-[m20.27-（T)-5T）am0O由表8-2查得amx=0.24（设防烈度8级）由表8-3查得T-0.30h.-150000.02+（0.05-5）/8-0.02+（0.050.02）/8-0.0240.005-7-0.02-1.319α=[1.319×0.20.050.024×(1.755×0.30)]×0.240.065计算截面距地面高度h：h,=6500一0截面：h一1mh:二300011起面1.000.mr2-2截面：h=3000mm图8-等直径、等厚度的塔，H/D—4000/2000=20>15，按下列方法计算地震弯矩。地震弯矩计算表8-13(g)戴面0一Me-0-1gaimogh058010.35×10（N·mm)Mg-=1.25Mg-*-1.25X10.35×10%-12.94×10（N·mm)（供参号）截面1-M-r-BamR（10H-14H-h+4h+）0=9.99×10(N·mm)<10*（N.mm）（供参考）ME-1.25M1-25X9-99X10°

续表截面2-2M3-CaTmOR(1OH375X40.0=9.26×10（N·mm)供参考4-=1.25M-=1.25×9.26厂8.2.6偏心弯矩计算偏心弯矩计算表 8-13(h)00×9.81×2000=0.784.8X10（N.mm)M=m-ees「8.2.7各种载荷引起的轴向应力表 8-13(i)各种载荷引起的轴向应力1.计算压力引起的轴向拉应力。1.1X2000=55(MPa)P其中，8=8-C-122.操作质量引起的轴向压应力。截面0一13.86（MPa)令糖座厚度 8,=12mm;有国库面187963x9.814.72 (Ma)其中，m-1=88 753-790=87.963 (kg)Am为人孔截面的截面积，查相关标准得：Am截面2-2m-k-13.0其中，m-=88753-790-4.393-83570（kg）)A-D83.最大弯矩引起的轴向应力o3截面0-0M-M81070.42（M）D其中，M-=M-+M.=21.327×10*+0.7=22.1118X10（N.m0+M=12.94X10+0.25×21.327×10+0.7848XTmax.25M19.06×10*（Z#—D8126

（续表）栽面1-10122800-76.79(MPa)其中M=ML-1+M-20.467X10++0.7848X10%=21.2518×10(N·mm）ML=M-+0.25M1+M=12.49×10%+0.25×20.467×110+0.7848×1088.39X10*(N.mZ.m为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得；Zm—27677000mm2栽面2-2-278554880011062.26（MPa)其中，M2=1764X108.M-3=M2+0.25M-+M.=11.58×10+0.25X1X108+0.7848X17.06X108(NmmZ-1D88.2.8塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核表8-13（j）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核1.塔体的最大组合轴向拉应力校核截面2—塔体的最大组合轴向应力发生在正常操作时的2-2截面上，其中，LJ-170MPa85:K=1KLo]$=1.2x10X0.55-13.05+62.26=104.21（MPa=104.21MPa<K[a=173.4MPa满足要求2.塔体与裙座的稳定校核面2-2塔体2-2截面上的最大组合轴向压应力-2+2=13.05+62.26=75.31（MPa)=2=75.31MPa<[ola=min(KB,KLo})=min/138,204)=138(MPa)满足要求其中A-0:094-10:010-0.00094查图5-9得(16MmR.200C)B-115MPa.LJ170MPa.2

（续表）藏面1-塔体 1-1 截面上的最大组合轴向压应力1-1+o-1=14.72+76.79=91.51(MPa=91.51MPa[oJzmin(KB.KLo})min(129,135.6)129(MPa)满足要求其中A,:%-10010-0. 00 04查图 5-8得(Q235-AR,200C)B=107.5MPa,LoJ=113MPa,K=1.2.截面0一塔体 0一0截面上的最大组合轴向压应力09-0+0-013.86+70.42-84.28(MPa)=84.28 MPa<[al.=min(KB,KLaJ)=min(129,135.6)=129 (MPa)满足要求。其中,B=107. 5 MPa,LoJ-113 MPa,K-1.2表 8-13(k)各危险截面强度与稳定校核汇总计算危险截面项目0-0-12-2塔体与裙座有效厚度8g/mm101010截面以上的操作质量m/kg887538796383570计算截面面积 Ai-i/mmAs=62800Am=58630A=62800计算截面的抗弯截面系数 Z-/mmZ-314X105Zm=276.77X105Z=314X105最大弯矩M品/N·mm）22.1118×10821.2518×10819.5488X108最大允许轴向拉应力，KLo/MPa173.4KB129129138最大允许轴向压应力/MPaK[a]135.6135.6204计算压力引起的轴向拉应力/MPa0055操作质量引起的轴向压应力/MPa13.8614. 7213.05最大弯矩引起的轴向应力/MPa70.4276.7962.26最大组合轴向拉应力/MPa104.21最大组合轴向压应力/MPa84.2891.5175.31oin<Ktalt强度满足要求强度与稳定校核m<Lolerol<alaohai<[al.-稳定性min(KB,KLaJ)mintKB,KLoJmin(KB.KLal)满足要求满足要芽满足要求

8.2.9塔体水压试验和吊装时的应力校核表8-13（D)水压试验时各种载引起的应力1.试验压力和液柱静压力引起的环向应力F-P+液柱静压(+8_1.375+0,0(2000+10)—178:39(MPa）X10PT-1.25-1.25×1.1×10-1.375(MPa）液柱静压力-yH1000×40-0.4（MPa）2.试验压力引起的轴向拉应力01-D_1375X200-68.75(MP)3.最大质量引起的轴向压应力868）4.弯矩引起的轴向应力0-2-0.3ME-+M_0.31520M-D:8表8-13（m）水压试验时应力校核1.简体环向应力校核0.9g,-0.9X345X0.85-263.9（MPa）T=178.39 MPa<0.9a.-263.9 MPa满足要求2.最大组合轴向拉应力校核02-0-——0+0—68,75-28.68+20.43-60.50(MPa)0.9o=0.9X0.85×345263.9(MPa)2-60.50MPa<0.9o.-263.9MPa满足要求3.最大组合轴向压应力校核%2-*+-28.68+20.4349.11（MPa）=49.11MPaLoJg=min(KB.0.9o.)min(138.310.5)138(MPa)满足要求