化工設備機械基礎課程設計

1、設計參考數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑/mm2000塔高/mm40000計算壓力/MPa0.9設計溫度/°C150基木風壓值/N/nV300地震設防烈度/度8場地土類I類設計地震分組第二組設計基木地震加速度0. 2g地面粗糙度B類塔盤數(shù)70塔盤存留介質層高度/mm90塔盤間距/mm450介質密度/kg/m800保溫層厚度/mm100保溫層材料密度/ kg/m'300平臺寬度1000人孔間距10層塔板半圓形平臺數(shù)7單位質量/kg/nf150包角180°再沸器操作質量/kg3800再沸器偏心距/mm2000塔體與封頭材料Q345R裙座材料Q235-B塔體與封頭厚度附加暈/価3裙座附加量/

2、mm3塔體焊接接頭系數(shù)00. 85目錄一、塔體的設計條件 二、按計算壓力計算塔體和封頭厚度 三、塔設備質量載荷計算 四、風載荷與風彎矩計算10五、地震載荷計算六、偏心彎矩計算七、各種載荷引起的軸向應力八、筒體和裙座危險截面的強度性校核13九、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核1617基礎環(huán)設計19十一、地腳螺栓計算十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取20十三、主要符號說明22十四、個人總結24參考文獻273、設置地區(qū)：基木風壓值如=300N/n?,地震4、塔內(nèi)裝有N=70層浮閥塔盤，塔盤間距450mm,每層塔板上每塊塔盤上存有介質高度5、塔殼外表面層100mm,保溫層材料的密度§為7個，相應在

3、人孔處安裝平臺為，平臺寬為叫=3800蚣,偏心距e=2000mni；附加量3mm。塔體與裙座對接焊縫，塔體焊接一、塔體的設計條件1、塔體的內(nèi)徑q =2000川，塔高近似取H = 40000""； 2.計算壓力P產(chǎn)09Mpu，設計溫度15(rC；設防烈度8度，設計基木地震加速度0.2g,地 震分組為第二組；場地土類：I類，地ffi粗糙度B類。為九=90"?w，塔板上介質密度為800kg/m ；300kg/m' O6、沿塔高每10層塔盤開設一個人孔，人孔數(shù)1.0m,單位質 1; 150kg/niS 包角 180°。7、塔體與裙座間懸掛一臺再沸器，英操

4、作質量8、塔體與封頭材料選用Q345R,其中erf = iVO/Wa. a = l70MPa. <7$ = 345M"".E = 1.9x10'Mp" ,裙座材料選用Q235-Bo9、塔體與裙座厚度附加量C=3mni,裙座厚度接頭系數(shù)0 = 0.85 O對該塔進行強度和穩(wěn)定計算。二. 按計算壓力計算塔體.封頭和裙座厚度塔體厚度計算J ="4=0X000= 6如2b9-幾 2x170x0.85-0.9考慮厚度附加量O3mm,經(jīng)圓整后取 = 12"” O2、封頭厚度計算0.9x20003、裙座厚度也取12zm«o"

5、=2tc7>-0.5p, = 2x170x0.85-0.5x0.9 =咖考慮厚度附加暈C=3mm»經(jīng)圓整后取戈=i2min。三. 塔設備質量載荷計算筒體圓筒、封頭、裙座質量“如叫=f（D：-D：）xHxQ=彳（2.0242 一 2?） X 40 X 7.85 X10 = 23817畑2、附屬間質量叫叫=025 加 01 =5954Rg3、兀托/做戶= D； x70x75 = x4x70x75 = 16493kg '44（浮閥塔盤質量75焙/）4、保溫層質量他3% =彳(2.024 + 0.2)2 _ 2.024' X (40-3.6) x 300 =7287檢5

6、、平臺、扶梯質量加g叫H = - (2.024 + 2)- - 2.024' x 150 x7 x丄 + 40%402=6588焙說明：單位而積質量150/rg/nr ,籠式扶梯單位長度質量40/cg/刖;籠式扶梯總高40川，平臺數(shù)量為7。6、操作時物料質量他5他 5 =彳 D;h.Np = x2-x 0.09 x70x 800=15834kg說明：物料密度q = 800檢/”，塔板數(shù)N=70,塔板上液層高度 h = 0.09PI O7、充水質量為叫= x2-x(40-3. 6)x1000=114354kg其中久=1000畑/品8、各種質量載荷匯總將全塔分為9段，計算各質量載荷(計算中

7、略有近似)段號123456789塔段長度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全塔操作質量"嚴叫I +叫2 +他3 +加04 +叫5 +叫+叫= 23817

9、 + 16493 + 7287 + 4988 + 1600 + 15834 + 5954 + 3800=79773kg全塔最小質量=加 0 + 02 加 02 + 加 03 + 加04 + 加“ + 加e= 23817 + 0.2x16493 + 7287 + 4988 + 1600 + 5954 + 3800=50745畑水壓試驗時最大質暈= 如 + "衛(wèi) + 叫 + 叫）4 + 叫 + 叫 += 23817 + 16493 + 7287 + 4988 +114354 + 5954 + 1600 + 3800=178293畑四、風載荷與風彎矩計算1、風載荷計算示例以23段為例計算風

10、載荷式中:匕體形系數(shù)，對圓筒形容器，K嚴0.710m高處基木風壓值， = 300N/亦風壓高度變化系數(shù)，查表85得:厶=1.0098；計算段長度，I, = 6150mm脈動影響系數(shù)，由表得：V3 = 0.72r,塔的基本自振周期，對等直徑、等厚度得圓截而塔:=90.33 X68902 29x4(X)00 or 75*1.9x10x9x2000I一一脈動增大系數(shù)，根據(jù)自振周期7；,由表查的：1 = 2.5003振型系數(shù)，由表得：必3=0108風振系數(shù)K4 +警十容嚴“1935一塔的有效直徑。設籠式扶梯與塔頂管線成90° ,取下a、b中較大者。*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、各段塔風載荷計算結果塔段號123406789/- / mm180018006750475047504750475047505900術/（yv/2)300K、0.7S（B

12、類）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類）1.001.00L0098L 1422L2467L32821. 40901.47741.56平臺數(shù)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、風彎矩計算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 +專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. 地震載荷計算取第一振型阻尼比為|,=0.02則衰減指數(shù)“0.9 +體器皿T = i,15s塔的總高度 H=40000mm全塔操作質量叫=19113kg 重力加速度g = 98m/r地震影響系數(shù)a =20公-帀（丁-57；）仏市表查的a_=0J6 （設防烈度8級）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計算截面距地面高度h：0-0截面:h=0M截面:h= 1800mm2-2截面:h=3600mm等直徑、等厚度的塔，/Dj=40000/2000 = 20>15,按下列方法計算地震彎矩。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/嚴)E175/25二 8xO.O448x7977?x9.814000074x400(臚 X1800175

18、x40(加+4x180Oh=60x10'N"mM = 125M=75x10SaH2-2截而:M訂=竺賓(0屮5 一 14護5/? + 4/嚴)£17 5滬8x0.0448 X79773x9.81"“ .心小 “175x40000，'+3600" X 4) = 5 6x1 o'Nm加=(10x40000- -14 x 40000" X 3600M；JL25M 嚴=7.0x10訕伽六、偏心彎矩計算= 3800x9-81x2000 = 0,7456x10"/V七、各種載荷引起的軸向應力1、計算壓力引起的軸向壓應力55

19、 =込 200029 =5omm4x9其中 Q = 4- C = 12-3 = 9inm2、操作質量引起的軸向壓應力600截面:屮=也=業(yè)=凹竺竺1 = 13.叫A站兀0九冗X 2000 X10裙座的有效厚度無= 4-C=12-3 = 9呦M截面:52767b；-i =噠工=_78361.3x9.81 = gyMPd其中，岬=79773 -1411.7 = 78361.3如 九為人孔截而的截而積,査相關標準得：九=5276亦滬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、最大彎矩引起的軸向應力500截面=max其中，最大彎矩取下式計算值中較大者:=+=(15.07 + 0.7456) X10" = 15.82 X10/V-wwM 陽;=M 芽 + 0.25MT + M. = (8.01 + 0.25 x 15.07 + 0.7456) xl(/ = 12.52 xIO'Nem宀野=醫(yī)洱古.96嘰式中百裙座人孔截而的抗彎截面系數(shù)。查相關標準得:Z 助=2.633 X IO?”"”'其中，最大彎矩取下式計算值中較大者:=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，最大彎矩M和弭又下式計算值中較大者:初益=M：2 + m嚴(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. 筒體和裙座危險截面的強度性校核1、筒體的強度與穩(wěn)定性校核22截面:筒體危險截而2-2處的最大組合軸向拉力b：爲附:,2-2點汛拉=5 -+ crj- =50-13.02 + 48,28 = 8526MPab紀仲=8526枷d < Kcrb = 173.4呦d因為b；爲搶Kb9,故滿足強度條件。其中，軸向許用應力：K打0 = 12X170 X0.85 = 173 4MPa2、塔體與裙座的穩(wěn)定性校核2-2截而:筒體危險截而2-2處的最大組合軸向壓力b；爲休:b訂:組壓=b廠 + b；- = 13.02 + 48.28 = 61.3MPa許用軸向壓應力:Ho =爲取其中

23、較小假按GB-150鋼制壓力容器中的規(guī)定，由查相應的材料圖(16MnR)得 B=106Mpa, j = 170M/x/KB = 12 X W6 = 127 2MPa口K刃“2x170 = 204Mf/取【"了論耐九點"2。因為b紀avR =613Ma vb“ = 13SMpa ,故滿足穩(wěn)定性條件。M截面:塔體1-1處的最大組合軸向壓應力或1 砂 k+ 況"=14.57 +55.96 = 7O53MPa由 A= = O.OOO84查相應的材料圖（Q235-B）得B = 1075MPg，刃=門0叭KB = 29MPa ,取q旳加。Ka =2G4MPa因為，心他&

24、; =7O53切d<0打=129Mpa ,故滿足穩(wěn)定性條件。0-0截而塔體0-0處的最大組合軸向壓應力= b；i + b；i = 13.84+ 55.95 = 6979MPa因為，=6979MM= 129Mpa,故滿足穩(wěn)定性條件。各危險截面強度與穩(wěn)定校核匯總項目計算危險截而0-01-12-2塔體與裙座有效厚mm999截面以上操作質量忒'/kg79773. 978361.375049. 6計算截而面積才.'/ tnnr為二 5654867A. =52767A =56548.67截而的抗彎截面系數(shù)Z- / mmZ = 2.8x10'Zj 263x10?Z =2.82x

25、10'最大彎矩順1.507x10'1.39x101.29x109最大允許軸向拉應力K<7173.4最大允許壓應力KB138135.6135.6204計算壓力引起的向拉應力 bj Mpa0050操作質量引起的向壓應 力蟲/ Mpa13. 8414. 5713. 02最大彎矩引起的軸向應力爐Mpci55. 9555. 9648. 28最大組合軸向拉應力俎 IMpu85. 26最大組合軸向壓應力69. 7970. 5361. 3強度與穩(wěn)定校核強度滿足強度條件穩(wěn)定性滿足穩(wěn)定性條件九、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核1、筒體水壓試驗時各種載荷引起的應力(1) 由試驗壓力和液柱靜壓力引

26、起的環(huán)向應力b2x9_(E + 液柱靜壓力)(q+%)_(l25 + 039)x(2000 + 9)b = 169.09MPrtpM十X5 需“w由試驗壓力引起的軸向拉應力5竺=1.125x2000 =62上咖* 4厲 4x9(3)最大質量引起的軸向壓應力b?b宀臺73569.6x9.81 =3O3MM. 也 3.14x2000x9(4)由彎矩引起的軸向應力巧 0.3M針+M" 03x129x109+07456x10"“叭'=1632MPd-X2000-X94-D-S.4' «2、水壓試驗應力校核(1)筒體環(huán)向應力校核0.960 = °9

27、 x345x 0.85 = 263 9MP"因為bf = 1819Mpa V 09bW = 16909Mpd ,故滿足要求。(2) 最大組合軸向拉應力校核唸組拉=b 一屮 + 寸2 =62.5-30.13+16.32 = 59.39MH7許用應力:O9b$0 = 0.9 x345x 0.85 = 263 9MPd因為唸紐拉=5939Mpd<09bg = 2639Mw7，故滿足要求。(3) 最大組合軸向壓應力校核b指:如 E = b；2 + C7；"- = 30 13 +16.32 = 46A5MPa軸向許用壓應力 &一(詈取其中較小假09b£ = 0

28、.9 X 345 = 3105MPd麗Kg.2>H06“27.2咖'取 0e27.2M 九。因為唸ffljK = 3557M/m < b" = 127.2M/M >故滿足要求。十.基礎環(huán)設計1、基礎環(huán)尺寸取 % = D 社 +300 = 2000 + 300 = 2300 itvti取其中較大值，刃maxM豐 I "?ogZ. 4O3M穿+M,嚴£諾Z.4Ifmax32x23004-D,J)=0.785x(2300- -I700-)=1884000»zn-（1）巧=莖 + 處=皿2" 79773x9.81 =2.304

29、咖Zb 48.3756 X10"1884000+/«,g _ 03x15.07x10+0.7456x10"&3756x10=+=乙人+ 聞 93x9.81 “99 咖1884000取 b0=2.3O4M 加選用75號混凝土，其許用應力R“=35MPa,故滿足要求。3、基礎環(huán)厚度按有筋板時，計算基礎環(huán)的厚度S異b = -(D砧-£>"-2Qj = -(2300-2000-18)= 141也加2 2設地腳螺栓直徑為M42,由表查得l=160mm,則 6/1=140/160=0. 88,由表查得=-0 14825葉J, =_0 1482

30、 X 2.304 X14 F =-67884N"m =0.0848(7；/- =0.0848x2.304x160 =5001.7N"用。=678&4N mm ,基礎環(huán)材料（2OR ）的許用應力d = 133MPa t C=3mm,基礎環(huán)厚度氐=+ C = f+ 3 = 20.50",取 4 =22"個。卜一、地腳螺栓計算1、地腳螺栓承受的最大拉應力取其中較大值，b嚴A 4M笄+0.25M穿+M, 叫 g"可其中，油=50745畑M嚴= 8.01x10 吶 MW砒= 15.07 "ON MH叫=19113kg乙=&375

31、6x10SwFA =1884000"加b廠空如壬Zb 4&3756x10"=15.07山 + 0.7456山 _50745281 =】1884000/c、M畀+0.25M嚴+Me” 4_& 01xl0"+025xl507xl(/+07456xl0"79773x9.81&3756x10"1884000= 1.08MP«取其中較大值，cr = l62MM2、地腳螺栓的螺紋小徑因為力>0,故此塔設備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR>螺栓個數(shù)為n=20i 凡=163枷“，C=3mm。4=晤車+ C

32、=亞L®吋+ 3 = 37.5沏V 和b加V 3.14x163x20取地腳螺栓為M42。由表8-12查得M42的螺紋小徑d=37 219mnb故選用20個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9=2000切，計算壓力Pc = °9M",溫度15(rC,查表6-2,確定法蘭結構為長頸對焊法蘭,查附錄12選取材料16Mm公稱壓力PN=1.6Mpao2、查相關手冊得法蘭基本數(shù)據(jù):D=2215mm» Dl=2155mnb D2=2110mra, D3=2090mnb D4=2087mm螺紋孔直徑d=33mnb法蘭厚度b=102mm,高頸尺寸H=190mm,h=56mm.6 = 2Qmm,<t, = 22""兒b? = 36mm , 螺栓為 M30x64 o3、根據(jù)公稱直徑