化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計塔設(shè)備機械設(shè)計

化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計PAGE27成績《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》課程設(shè)計報告設(shè)計題目塔設(shè)備機械設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)老師專業(yè)班級教師評語設(shè)計起止日期：至塔設(shè)備設(shè)計任務(wù)書設(shè)計內(nèi)容根據(jù)操作條件選擇塔體、裙座材料；法蘭選型；塔設(shè)備機械設(shè)計；塔設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計；編寫設(shè)計計算說明書，主要內(nèi)容：目錄；設(shè)計任務(wù)書（題目）；設(shè)計方案的確定，包括材料選擇、塔設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計等；塔設(shè)備機械設(shè)計過程；標(biāo)準(zhǔn)零部件的選擇，如法蘭等；設(shè)計小結(jié)；參考資料；附圖：總裝圖法蘭結(jié)構(gòu)圖塔盤板結(jié)構(gòu)示意圖；塔板連結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；塔盤支撐結(jié)構(gòu)示意圖；裙座與塔體焊縫結(jié)構(gòu)圖；設(shè)計參考數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑/mm2000塔高/mm31000計算壓力/MPa1.2設(shè)計溫度/℃200設(shè)置地區(qū)廣州地震設(shè)防烈度/度8場地土類Ⅱ類設(shè)計地震分組第二組設(shè)計基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤數(shù)52塔盤存留介質(zhì)層高度/mm100塔盤間距/mm450塔釜存留介質(zhì)高度/mm100介質(zhì)密度/kg/m3825人孔間距/m5半圓形平臺數(shù)平臺寬度800平臺高度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)腐蝕性無明顯腐蝕目錄一、塔體的設(shè)計條件…………5二、按計算壓力計算塔體和封頭厚度………6三、塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算………………6四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計算……10五、地震載荷計算……………13六、偏心彎矩計算……………15七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力………………15八、筒體和裙座危險截面的強度性校核……17九、塔體水壓試驗和吊裝時的應(yīng)力校核……20十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計………………21十一、地腳螺栓計算…………23十二、筒體與封頭聯(lián)接法蘭的選取…………24參考文獻………27一、塔體的設(shè)計條件1、塔體的內(nèi)徑，塔高近似取H=31000mm；2、計算壓力，設(shè)計溫度200℃；3、設(shè)置地區(qū)：基本風(fēng)壓值，地震設(shè)防烈度8度，場地土類：Ⅱ類，設(shè)計地震分組：第二組，設(shè)計基本地震加速度:0.2g；4、塔內(nèi)裝有52層浮閥塔盤，每塊塔盤上存有介質(zhì)高度為，介質(zhì)密度為；5、沿塔高每5m左右開設(shè)一個人孔，人孔數(shù)為6個，相應(yīng)在人孔處安裝的半圓形平臺為6個，平臺寬度B=800mm，高度為1000mm：6、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：16MnRQ235-B；9、塔體與裙座對接焊接，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、按計算壓力計算塔體和封頭厚度1、塔體厚度計算考慮厚度附加量C=2mm，經(jīng)圓整后取。2、封頭厚度計算考慮厚度附加量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：說明：（1）塔體總高度；（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（封頭曲面深度500mm，直邊高度40mm）；（4）裙座高度3060mm，厚度按12mm計。2、塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量（浮閥塔盤質(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，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、扶梯質(zhì)量說明：由表8-1查得平臺單位面積質(zhì)量，籠式扶梯單位長度質(zhì)量；籠式扶梯總高，平臺數(shù)量為6。5、操作時物料質(zhì)量說明：物料密度，封頭內(nèi)容積，塔釜圓筒部分深度，塔板數(shù)N=52，塔板上液層高度。6、附件質(zhì)量按經(jīng)驗取附件質(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，計算各質(zhì)量載荷（計算中略有近似）塔段0～11～22～33～44～55～頂合計塔段長度/mm10002000700070007000700031000人孔與平臺數(shù)0021126塔板數(shù)00915161252m01/kg59616304172417241724174.9618916.9注：2m裙座+下封頭質(zhì)量=2×596+438=1630，其余為596×各塔段長度m02/kg--2119.53532.53768282612246注：塔盤質(zhì)量=0.785×4×75×各段塔盤數(shù)，塔盤單位面積質(zhì)量為75kg/m2m03/kg-169.471547.81547.81547.81542.436355.3注：保溫材料，下封頭質(zhì)量169.47，其余為單位長度保溫層質(zhì)量×各塔段長度m04/kg40801423.2851.6851.61382.24629.6注：平臺扶梯質(zhì)量，每個平臺質(zhì)量為571.6kg，每米扶梯為40kg，平臺質(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=825×1.18=973.5，其余各段為各段塔板總的存留介質(zhì)質(zhì)量2～3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/kg149407.51043104310431043.74729.3注：附件質(zhì)量=0.25×m1mw/kg—11802198021980219802069487799.4充水質(zhì)量=塔容積×水密度，1～2段為封頭充水質(zhì)量=1.18×1000=1180me/kg—130025003800m0/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水壓試驗時最大質(zhì)量=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me=138476.4kg全塔操作質(zhì)量全塔最小質(zhì)量水壓試驗時最大質(zhì)量四、風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計算1、風(fēng)載荷計算示例以2~3段為例計算風(fēng)載荷式中：——體形系數(shù)，對圓筒形容器，——10m高處基本風(fēng)壓值，——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表8-5得：——計算段長度，——脈動影響系數(shù)，由表8-7得：——塔的基本自振周期，對等直徑、等厚度得圓截面塔： ——脈動增大系數(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)載荷計算結(jié)果塔段號1234561000200070007000700070005000.70.720.720.720.7690.8060.8320.020.020.1580.3980.7381.0002.331.0341.0341.2651.602.052.3513101724311.001.001.001.1841.3181.434平臺數(shù)002112/mm00457.2228.6228.6457.2263426343301.023072.423072.423301.02953.24953.2410231.21426020337.227254.13、風(fēng)彎矩計算0-0截面： 1-1截面：2-2截面： 五、地震載荷計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)量重力加速度地震影響系數(shù)由表8-2查的（設(shè)防烈度8級）由表8-3查的計算截面距地面高度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，，按下列方法計算地震彎矩。0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 六、偏心彎矩計算七、各種載荷引起的軸向應(yīng)力1、計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，最大彎矩取下式計算值中較大者：2-2截面： 其中，最大彎矩取下式計算值中較大者：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2-2截面：筒體危險截面2-2處的最大組合軸向拉力： 因為，故滿足強度條件。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。因為，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。因為，，故滿足穩(wěn)定性條件。0-0截面塔體0-0處的最大組合軸向壓應(yīng)力因為，,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(yīng)力校核1、筒體水壓試驗時各種載荷引起的應(yīng)力(1)由試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力 (2)由試驗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、水壓試驗應(yīng)力校核(1)筒體環(huán)向應(yīng)力校核 因為，故滿足要求。 (2)最大組合軸向拉應(yīng)力校核 許用應(yīng)力：因為，故滿足要求。(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。因為，故滿足要求。十、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計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，計算基礎(chǔ)環(huán)的厚度。 設(shè)地腳螺栓直徑為M42，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為，故此塔設(shè)備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR，螺栓個數(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，計算壓力，溫度200℃，查表6-2，確定法蘭結(jié)構(gòu)為長頸對焊法蘭，查附錄12選取材料16Mn，公稱壓力PN=1.6Mpa。2、查相關(guān)手冊得法蘭基本數(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。法蘭圖見附圖塔的機械設(shè)計結(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)計基礎(chǔ)環(huán)尺寸基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核滿足要求地腳螺栓設(shè)計直徑M42，個數(shù)20個主要符號說明 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)， 裙座殼底部內(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管的長度， 人孔或較大管線引出孔加強管的厚度， 塔計算段的有效直徑， 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， 計算截面以上的操作質(zhì)量， 計算壓力， 塔i-i計算段的水平風(fēng)力， 基本風(fēng)壓值， 塔的基本自振周期， 對應(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， 脈動增大系數(shù) 脈動影響系數(shù) 由計算壓力引起的軸向應(yīng)力， 由重力引起的軸向應(yīng)力， 設(shè)計溫度下筒體材料的許用應(yīng)力， 設(shè)計溫度下材料的許用軸向壓應(yīng)力， 設(shè)計溫度下裙座材料的許用應(yīng)力， 振型系數(shù)參考文獻[1] 路秀林，王者相.化工設(shè)備設(shè)計全書塔設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.[2] 陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2004.[3]刁玉瑋，王立業(yè).化工設(shè)備機械基礎(chǔ)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.[4]匡國柱，史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.[5]董大勤.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004。目錄TOC\o"1-3"\u第一章項目概要 11.1項目背景 11.2項目建設(shè)內(nèi)容與工期 21.3投資估算和資金籌措 31.3.1投資估算 31.3.2資金籌措方案 31.4效益分析 41.4.1經(jīng)濟效益 41.4.2社會效益 51.4.3生態(tài)效益 5第二章項目區(qū)概況 62.1自然概況 62.2社會經(jīng)濟狀況 8第三章項目建設(shè)的必要性和可行性 103.1項目區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素 103.2項目建設(shè)的必要性 103.3項目建設(shè)的可行性 13第四章水資源評價及水利工程設(shè)施 144.1項目區(qū)水資源概況 144.2水利工程措施 14第五章規(guī)劃設(shè)計 185.1指導(dǎo)思想 185.2選項原則 185.3建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) 185.4道路建設(shè) 195.5建設(shè)規(guī)模 205.6規(guī)劃布局 20第六章開發(fā)任務(wù)與開發(fā)原則