1、化工設備機械基礎課程設計PAGE 28成 績 化工設備機械基礎課程設計報告 設計題目 塔設備機械設計 學生姓名 學 號 指導老師 專業班級 教師評語 設計起止日期： 至 塔設備設計任務書設計內容根據操作條件選擇塔體、裙座材料；法蘭選型；塔設備機械設計；塔設備結構設計；編寫設計計算說明書，主要內容：目錄；設計任務書（題目）；設計方案的確定，包括材料選擇、塔設備結構設計等；塔設備機械設計過程；標準零部件的選擇，如法蘭等；設計小結；參考資料；附圖：總裝圖法蘭結構圖塔盤板結構示意圖；塔板連結結構示意圖；塔盤支撐結構示意圖；裙座與塔體焊縫結構圖；設計參考數據塔體內徑/mm2000塔高/mm31000計算

2、壓力/MPa1.2設計溫度/200設置地區廣州地震設防烈度/度8場地土類類設計地震分組第二組設計基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤數52塔盤存留介質層高度/mm100塔盤間距/mm450塔釜存留介質高度/mm100介質密度/kg/m3825人孔間距/m5半圓形平臺數平臺寬度800平臺高度1000保溫層材料密度/ kg/m3315保溫層厚度/mm105再沸器操作質量/kg3800再沸器偏心距/mm2000介質腐蝕性無明顯腐蝕目錄一、塔體的設計條件 5二、按計算壓力計算塔體和封頭厚度 6三、塔設備質量載荷計算6四、風載荷與風彎矩計算 10五、地震載荷計算 13六、偏心彎矩計算 15七、各種載

3、荷引起的軸向應力 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力校核 20十、基礎環設計 21十一、地腳螺栓計算 23十二、筒體與封頭聯接法蘭的選取 24參考文獻27一、塔體的設計條件1、塔體的內徑，塔高近似取 H=31000mm；2、計算壓力，設計溫度200；3、設置地區：基本風壓值，地震設防烈度8度，場地土類：類，設計地震分組：第二組，設計基本地震加速度: 0.2g；4、塔內裝有52層浮閥塔盤，每塊塔盤上存有介質高度為，介質密度為；5、沿塔高每5m左右開設一個人孔，人孔數為6個，相應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、

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，其操作質量為，偏心距e=2000mm；8、塔體在200的條件下工作，介質無明顯腐蝕，筒體與封頭材料選16MnR，裙座材料選用Q235-B，材料的有關性能參數如下：16MnR Q235-B ；9、 塔體與裙座對接焊接，焊接接頭系數；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，經圓整后取。2、封頭厚度計算考慮厚度附加量C=2mm，經圓整后取。三、塔設備質量載荷計算1、筒體圓筒、封頭、裙座質量圓筒質量： 封頭質量： 裙座質量： 說明：（1）塔體

5、總高度； （2）查的DN2000mm，厚度12mm的圓筒質量為596kg/m； （3） 查的DN2000mm，厚度12mm的橢圓形封頭質量為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、塔內構件質量（浮閥塔盤質量75）3、保溫層質量 其中，為封頭保溫層的質量，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、扶梯質量 說明：由表8-1查得平臺單位面積質量，籠式扶梯單位長度質量；籠式扶梯總高，平臺數量為6。5、操作時物料質量說明：物料密度，封頭內容積，塔釜圓筒部分深度，塔板數N=52，塔

6、板上液層高度。6、 附件質量按經驗取附件質量為充水質量為 其中各種質量載荷匯總將全塔分為6段，計算各質量載荷（計算中略有近似）塔段01122334455頂合計塔段長度/mm10002000700070007000700031000人孔與平臺數0021126塔板數00915161252m01/kg59616304172417241724174.9618916.9注：2m裙座+下封頭質量=2596+438=1630，其余為596各塔段長度m02/kg-2119.53532.53768282612246注：塔盤質量=0.785475各段塔盤數，塔盤單位面積質量為75kg/m2m03/kg-169.4

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

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

9、m03+m04+mw+ma+me=138476.4kg全塔操作質量全塔最小質量水壓試驗時最大質量 四、風載荷與風彎矩計算1、風載荷計算示例以23段為例計算風載荷式中：體形系數，對圓筒形容器，10m高處基本風壓值，風壓高度變化系數，查表8-5得： 計算段長度，脈動影響系數，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，根據自振周期，由 表8-6查的：振型系數，由表8-8得：風振系數塔的有效直徑。設籠式扶梯與塔頂管線成90，取下a、b中較大者。，取2、各段塔風載荷計算結果塔段號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平臺數002112/mm00457.2228.6228.6457.2263426343301.023072.423072.423301.02953.24953.2410231.21426020337.227254.13、風彎矩計算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塔的總高度 H=31000mm全塔操作質量 重力加速度 地

11、震影響系數由表8-2查的（設防烈度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力1、計算壓力引起的軸向壓應力其中2、操作質量引起的軸向壓應力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，查相關標準得：2-2截面：其中，3、最大彎矩引起的軸向應力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。查相關標準得：=27677000 其中，最大彎矩取

12、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，軸向許用應力：塔體與裙座的穩定性校核 2-2截面： 筒體危險截面2-2處的最大組合軸向壓力： 許用軸向壓應力： 取其中較小值。按GB-150 鋼制壓力容器中的規定，由 查相應的材料圖(16MnR)得B=115Mpa, 則，取。因為，故滿足穩定性條件。1-1截面：塔體1-1處的最大組合軸向壓應力由 0.00093查相應的材料圖（Q235-B）得 ,則，取。因為，故滿足穩定性條件。0-0截面

13、塔體0-0處的最大組合軸向壓應力因為，,故滿足穩定性條件。 各危險截面強度與穩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截面以上操作質量/kg68902.968117.2963556.82計算截面面積截面的抗彎截面系數最大彎矩最大允許軸向拉應力173.4最大允許壓應力129129138135.6135.6204計算壓力引起的向拉應力0060操作質量引起的向壓應力10.7611.409.93最大彎矩引起的軸向應力47.8551.4740.91最大組合軸向拉應力-90.98最大組合軸向壓應力58.6162.8750.84強度與穩定校核強度滿足強度條件穩定性滿足穩定

14、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起的環向應力 (2)由試驗壓力引起的軸向拉應力(3)最大質量引起的軸向壓應力(4)由彎矩引起的軸向應力2、水壓試驗應力校核(1)筒體環向應力校核因為，故滿足要求。(2)最大組合軸向拉應力校核 許用應力：因為，故滿足要求。(3)最大組合軸向壓應力校核軸向許用壓應力 取其中較小值。, 取。因為，故滿足要求。十、基礎環設計1、基礎環尺寸取 2、基礎環的應力校核取其中較大值，(1)(2) 取選用75號混凝土，其許用應力，故滿足要求。3、基礎環厚度按有筋板時，計算基礎環的厚度。 設地腳螺栓直徑為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，基礎環材料（20R）的許用應力，C=3mm,基礎環厚度，取。十一、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，其中， (1) (2)取其中較大值，2、地腳螺栓的螺紋小徑因為，故此塔設備必須安裝地腳螺栓。選取螺栓材料16MnR，螺栓個數為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、筒體與封頭聯接法蘭的選取1、根據筒體內徑，計算壓力，溫度200，查表6-2，確定法蘭結構為長頸對焊法蘭，查附錄12

16、選取材料16Mn，公稱壓力PN=1.6Mpa。2、查相關手冊得法蘭基本數據：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計結果塔的名義壁厚筒體，封頭，裙座塔的載荷及其彎矩質量載荷風彎矩地震彎矩基礎環設計基礎環

17、尺寸基礎環的應力校核滿足要求地腳螺栓設計直徑M42，個數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，裙座殼底部內直徑，裙座殼有效壁厚，裙座人孔截面處裙座殼的內直徑，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，基礎環內直徑，基礎環外直徑，裙座大端外直徑，E設計溫度下材料的彈性模量，風壓高度變化系數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截面處的風彎矩，塔的最大質量，塔的最小質量，塔的操作質量，計算截面以上的操作質量，計算壓力，塔i-i計算段的水平風力，基本風壓值，塔的基本自振周期，對應的地震影響系數地震影響系數的最大值管線保溫層厚度，脈