板式塔设备机械设计

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1、1板式塔设备机械设计任务书1.1设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为:塔体内径Dj = 2000mm，塔高30m，工作压力为1.2MPa，设计温度为300C, 介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用 16MnR,裙座选用 Q235 - A。1.2设计内容(1) 根据设计条件选材；(2) 按设计压力计算塔体和封头壁厚；(3) 塔设备质量载荷计算；(4) 风载荷与风弯矩计算；(5) 地震载荷与地震弯矩计算；(6) 偏心载荷与偏心弯矩计算；(7) 各种载荷引起的轴向应力；(8) 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核；(9) 塔体水压试验和

2、吊装时的应力校核；(10) 基础环设计；(11) 地脚螺栓计算；(12) 板式塔结构设计。1.3.设计要求：(1) 进行塔体和裙座的机械设计计算；(2) 进行裙式支座校核计算；(3) 进行地脚螺栓座校核计算；(4) 绘制装备图(A3图纸)2塔设备已知条件及分段示意图已知设计条件分段示意图塔体内径D i2000mm塔体高度H30000mm设计压力P1.2MPa设计温度，300 C塔体材料16MnR许用应力:b 170MPa:b t144MPa设计温度下弹性模量 E常温屈服点bs345MPa厚度附加量C2mm塔体焊接接头系数40.85介质密度P塔盘数N55每块塔盘存留介质层高度hw100mm基本风

3、压值q0500N/m地震设防烈度7度场地土类别II类地面粗糙度B类偏心质量me4000kg偏心距e2000mm塔外保温层厚度5S100mm保温材料密度P c2材料Q235-A裙座许用应力b rs86MPa常温屈服点bs235MPa设计温度下弹性模量Es厚度附加量Cs2mm人孔，平台数6地材料Q235-A脚螺栓许用应力147MPa腐蚀裕量C23个数n323塔设备设计计算程序及步骤3.1按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计算公式及数据计算压力pc，MPaPc=1.2Mpa圆筒计算厚度5 ,mm+圆筒设计厚度5 ,mmc圆筒名义厚度5 ,mm n圆筒有效厚度5 ,mm e封头计算厚度5 , mm

4、h封头设计厚度5 ,mmhc封头名义厚度5 , mm hn封头有效厚度5 , mmhe3.2塔设备质量载荷计算计算内容计算公式及数据011223344顶塔段内直径D ,mm i2000塔段名义厚度5 , mm ni14塔段长度l ； mm1000200070001000010000塔体高度H, mm30000单位筒体质量m1 ,kg /m695筒体高度H1，mm26230筒体质量mi，kg封头质量m , kg裙座高度H 3, mm3000裙座质量m , kg塔体质量m ,kg016951875.8486569506900.65塔段内件质量m02, kg002591.75654.94712.4保

5、温层质量m03, kg=54730146.21469.92071.61785.3计算内容计算公式及数据011223344顶平台，扶梯质量m04, kg平台质量qN = 150kg / m 2笼式扶梯质量qN = 40kg / m平台数量n=6笼式扶梯总高H - 29mF40801606.61726.61686.8操作时塔内物料质量 m05, kg0900.62764.636031.925026.6人孔、接管、法兰等附件质量m ,kg按经验取附件质量为：173.75468.951216.251737.51725.16充液质量m , kg w01125.723116.932541.727871.1

6、偏心质量m , kg e再沸器：m 400000140026000操作质量m0, kg908.753471.5115914.0826775.5221836.91最小质量mn kg908.752570.9511076.0916216.6813040.39最大质量m , kgmax908.753696.6536266.3553282.344681.413.3自振周期计算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期T1, s3.4地震载荷与地震弯距计算计算内容计算公式及数据011223344顶各段操作质量m , kg908.753471.5515914.0826772.5221836.91各点距地面高度h

7、 ,mmi500200065001500025000计算内容计算公式及数据011223344顶基本振型参与系数门k10.1730.6071.307阻尼比匚i0.02衰减指数Y阻尼调整系数门2地震影响系数最大值amax场地土的特征周期T g地震影响系数a 1水平地震力Fk1, N2.02861.981664.829818.4017231.22垂直地震影响系数aV ,max操作质量m00, kg47263.6当量质量m , kg取 m = 0.75m。= 35447.7底截面处垂直地震力F0-0, N计算内容计算公式及数据垂直地震力Fi-i, NV60.3670.31207839088.84992

8、2.4底截面处地震弯距Mo-o, N mm截面1-1处地震弯距截面2-2处地震弯距3.5风载荷与风弯距计算计算内容计算公式及数据011223344顶各计算段的外径D , mmOi塔顶管线外径dO, mm400第i段保温层厚度5豆,mm100管线保温层厚度5 , mm pS100笼式扶梯当量宽度K3400计算内容计算公式及数据011223344顶各计算段长度l, mmi1000200070001000010000操作平台所在计算段的长 度 l , mm0200070001000010000平台数00222各段平台构件的投影面积Z A, mm 200操作平台当量宽度K 4, mm0873.8514

9、.3360360各计算段的有效直径D , mm282828283342.331883188262826283142.329882988取大值D ./ mm282828283342.331883188各计算段顶截面距地面的 高度h讶,m13102030风压高度变化系数fi根据写查表5-221.01.01.01.251.42体型系数K10.7基本风压值q , N / m2 ”0500塔设备的自振周期T1, s0.922脉动增大系数&查表5-232.25脉动影响系数Vi查表5-240.720.720.720.790.830.0330.10.330.671计算内容计算公式及数据011223344顶第i

10、段振型系数4 Zi根据h / H与u查表5-25 it0.020.020.0680.340.612各计算段的风振系数1.03241.03241.2921.7692.315各计算段的水平风力1021.92043.710579.724673.136679.70-0截面的风弯距Mo-o, N mm1-1截面的风弯距M i-i, N mmW2-2截面的风弯距3.6偏心弯距计算内容计算公式及数据偏心质量m , kg e4000偏心距e, mm2000偏心弯距M, N mm3.7最大弯距计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面最大弯距Mi-i ,N mmmax3.8圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校

11、核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度5 ., mm ei12筒体内径D., mm2000计算截面以上的操作质量m 尸,kg68903.8167995.0664523.51设计压力引起的轴向应力c 1, MPa0050操作质量引起的轴向应力 c 2 MPa8.968.848.39最大弯距引起的轴向应力 q 3, MPa38.2236.3532.38载荷组合系数K1.2系数A设计温度下材料的许用应 力q t,MPa查图 9-4(16MnR, 300C)得：q t = 144(Q235-A, 300C)得：q t = 86s8686144计算内容计算公式及数据0-0截面1-

12、1截面2-2截面系数B, MPa查图 10-18(16MnR, 300C)得：B=96 (Q235-A, 300C)得：B=95959596114114115.2103.2103.2172.8许用轴向压应力取以上两者中小值103.2103.2115.287.7287.72146.88圆筒最大组合压应力对内压塔器（Q 2 +Q 3）J Q b （满足要求）47.1845.1840.77圆筒最大组合压拉力对内压塔器（Q1 _Q2 +Q3）J kQ（满足要求）29.2627.5173.993.9塔设备压力试验的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度ys, kg / m31000液柱高度H ,m

13、 w27.28液柱静压力y sgH MPa0.272-2截面最大质量m2-2, kgT试验压力pt, MPa筒体常温屈服点C ,MPas3452-2 截面 0.9K。, MPa s372.62-2 截面 KB, MPa115.2计算内容计算公式以及数据压力试验时圆筒材料的许 用轴向压应力g MPa取以上两者中小值115.2试验压力引起的周向应力 q 丁,MPa液压试验时:Q = 171.1 0.9KqTS试验压力引起的轴向应力 q 口, MPaq = PD = L771x 2000 =73.79 ti 454 x 12ei重力引起的轴向应力 q 昼，MPa弯矩引起的轴向应力 q t3,MPa压

14、力试验时圆筒最大组合 应力，MPaQt1 -q t2 + q t3 = 73.79 -17.45 +11.15 = 67.49 液压试验时QT1 -Q T2 + Q T3 = 67.49 Kq （满足要求）q t2 + q t3 = 17.45 +11.15 = 28.06 0塔设备必须设置地脚螺栓地脚螺栓个数32地脚螺栓材料的许用应力b bt, MPa地脚螺栓腐蚀裕量C 2, mm地脚螺栓螺纹小径 d , mm故取32-M36地脚螺栓满足要求筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力3.13计算结果塔体圆筒名义厚度5 ,mmn14（满足强度和稳定性要求）塔体封头名义厚度5 ,

15、 mm14（满足强度和稳定性要求）裙座圆筒名义厚度5 , mm14（满足强度和稳定性要求）基础环名义厚度5 , mm b28（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓个数32（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓公称直径d, mm36（满足强度和稳定性要求）4计算结果总汇1按设计压力计算塔体和封头厚度项目数据计算压力pc, MPa1.2圆筒计算厚度5 ,mm9.9+圆筒设计厚度5 ,mmc11.9圆筒名义厚度5 ,mm n14圆筒有效厚度5 ,mme12封头计算厚度5 , mm h9.8封头设计厚度5 ,mmhc11.8封头名义厚度5 , mmhn14封头有效厚度5 , mmhe122塔设备质量载荷计算项目数

16、据011223344顶塔段内直径D ,mmi2000塔段名义厚度5 , mmni14塔段长度l., mm1000200070001000010000塔体高度H, mm30000单位筒体质量m1 ,kg /m695筒体高度H1，mm26230筒体质量m1, kg18339.85封头质量m , kg971.6裙座高度H ,mm33000裙座质量m , kg2085塔体质量m ,kg0121286.456951875.8486569506900.65塔段内件质量m02, kg12959002591.75654.94712.4保温层质量m ,kg0354730146.21469.92071.61785

17、.3项目数据011223344顶平台，扶梯质量m04, kg541040801606.61726.61686.8操作时塔内物料质量 m05, kg14723.60900.62764.636031.925026.6人孔、接管、法兰等附件质量m ,kg5321.6173.75468.951216.251737.51725.16充液质量m ,kgw84655.401125.723116.932541.727871.1偏心质量m , kge400000140026000操作质量m0, kg68903.81908.753471.5115914.0826775.5221836.91最小质量mm祐kg438

18、12.85908.752570.9511076.0916216.6813040.39最大质量m , kgmax138835.46908.753696.6536266.3553282.344681.413自振周期计算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期T1, s0.9224地震载荷与地震弯距计算项目数据011223344顶各段操作质量m , kg908.753471.5515914.0826772.5221836.91各点距地面高度h ,mmi500200065001500025000A基本振型参与系数门k10.1730.6071.307阻尼比匚i0.02衰减指数Y0.975阻尼调整系数门21

19、.319地震影响系数最大值amax0.12场地土的特征周期T g0.35地震影响系数a 10.0616水平地震力Fk1, N2.02861.981664.829818.4017231.22垂直地震影响系数aV ,max0.2925操作质量m00, kg47263.6当量质量m , kg35447.7底截面处垂直地震力F0-0, N101714.5垂直地震力Fi-i, NV60.3670.31207839088.849922.4底截面处地震弯距Mo-o, N mm截面1-1处地震弯距截面2-2处地震弯距5风载荷与风弯距计算项目数据011223344顶各计算段的外径%, mm Oi2028塔顶管线

20、外径dO, mm400第i段保温层厚度,mm100管线保温层厚度5 , mm ps100笼式扶梯当量宽度K3400各计算段长度l, mmi1000200070001000010000操作平台所在计算段的长 度 l , mm0200070001000010000平台数00222各段平台构件的投影面积Z A, mm 200操作平台当量宽度K 4, mm0873.8514.3360360取大值D ./ mm282828283342.331883188各计算段顶截面距地面的 高度h., mit13102030风压高度变化系数fi1.01.01.01.251.42体型系数K10.7基本风压值q , N

21、/ m2 %,500塔设备的自振周期T1, s0.922425.04脉动增大系数&2.25脉动影响系数V i0.720.720.720.790.830.0330.10.330.671项目数据011223344顶第i段振型系数4ZI0.020.020.0680.340.612各计算段的风振系数1.03241.03241.2921.7692.315各计算段的水平风力1021.92043.710579.724673.136679.70-0截面的风弯距Mo-o, N mm1-1截面的风弯距M i-i, N mmW2-2截面的风弯距6偏心弯距偏心质量m , kg e4000偏心距e, mm2000偏心弯

22、距M, N mm7最大弯距项目数据0-0截面1-1截面2-2截面最大弯距Mi-i ,N mmmax8圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核项目数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度5 ., mm ei12筒体内径D., mm2000计算截面以上的操作质量mi, kg0白68903.8167995.0664523.51设计压力引起的轴向应力C 1, MPa500050操作质量引起的轴向应力c 2, MPa8.968.848.39最大弯距引起的轴向应力 c 3, MPa38.2236.3532.38载荷组合系数K1.2系数A设计温度下材料的许用应 力c t,MPa查图 9-4(16MnR, 300C)

23、得：c t = 144(Q235-A, 300C)得：c t = 86s8686144系数B, MPa查图 10-18(16MnR, 300C)得：B=96 (Q235-A, 300C)得：B=95959596114114115.2103.2103.2172.8许用轴向压应力c MPa103.2103.2115.287.7287.72146.88圆筒最大组合压应力对内压塔器(c2 +c3)J c cr (满足要求)47.1845.1840.77圆筒最大组合压拉力对内压塔器(ci c2 +c3)J Kb (满足要求)29.2627.5173.999塔设备压力试验的应力校核试验介质的密度ys, k

24、g / m31000液柱高度H , m w27.28液柱静压力y sgH w, MPa0.272-2截面最大质量m2-2, kgT134230.06试验压力p , MPa1.771筒体常温屈服点。，MPas3452-2 截面 0.9K。, MPa s372.62-2 截面 KB, MPa115.2压力试验时圆筒材料的许 用轴向压应力g MPa115.2试验压力引起的周向应力 q t , MPa171.1液压试验时:Q = 171.1 0.9KqTS试验压力引起的轴向应力 q 口,MPa73.79重力引起的轴向应力Q T2,MPa17.45弯矩引起的轴向应力Q T3,MPa11.15压力试验时圆

25、筒最大组合 应力，MPa67.49Q T 2 + Q T 3= 28.06 Q （满足要求）10裙座轴向应力校核计算内容计算公式以及数据0-0截面积A , mm20-0截面系数Zb,mm2114103.4裙座许用轴向应力,MPa103.40-0截面组合应力,MPa检查孔加强管长度l , mm m120检查孔加强管水平方向的 取大宽度b , mm450检查孔加强管厚度6 , mm1228801-1截面处裙座筒体的截面积A , mm2sm1-1截面处的裙座筒体截面系数Z ,mm31-1截面最大弯矩M i-i, N mmmax1-1截面组合应力,MPa11基础环设计裙座内径D ,mm2000裙座外径

26、Ds , mm2028基础环外径D , mm ob2280基础环内径D ,mm ib1720基础环伸出宽度b, mm252相邻两盘板最大外侧间距 l, mm160基础环面积气,mm2基础环截面系数Z ,mm3 b基础环材料的许用应力q b, MPa水压试验时压应力 气,MPa2.21操作时压应力q , MPa b 21.39混凝土基础上的最大压力q b , MPa2.211.6矩形板力矩、C系数对 X 轴的弯距M x , N mm / mm-6806.7对 Y 轴的弯距M , N mm/mm7128.6计算力矩M ,Nmm/mm7128.6有筋板时基础环厚度,mm17.48圆整取1812地脚螺

27、栓计算最大拉应力Q B1，MPa1.58最大拉应力Q , MPaB 20.87基础环中螺栓承受的最大拉应力Q B1.58地脚螺栓个数32地脚螺栓材料的许用应力q bt, MPa147地脚螺栓腐蚀裕量C 2, mm3地脚螺栓螺纹小径 d , mm30.44故取32-M36地脚螺栓满足要求筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力13计算结果塔体圆筒名义厚度5 ,mm n14（满足强度和稳定性要求）塔体封头名义厚度5 , mm14（满足强度和稳定性要求）裙座圆筒名义厚度5 , mm14（满足强度和稳定性要求）基础环名义厚度5 , mm b28（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓个数32

28、（满足强度和稳定性要求）地脚螺栓公称直径d, mm36（满足强度和稳定性要求）4后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。计算量比较大，计算公式繁琐，数据 比较大。在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结 合我们的理论课的书本来查找相关系数。在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题， 但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。只要 把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。这次课程设计让我们感受到，工程类的设 计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。最后感谢老师的指导，组员的帮助， 其他舍友以及其他同学的共同

29、努力，让本次课程设计顺利完成。5设计图纸见附图6参考文献1 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000.6,63642 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.2006.1,1691713 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.2006.1,1251254 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000.6,85855 路秀林.王者相主编.化工设备设计全书塔设备.北京：化学工业出版社.2004.1,3243277主要符号说明系数，按GB150相关章节，壳体和裙座质量，塔设备壳体内径，内体质量，基础环内

30、径，保温材料质量，塔设备壳体直径，平台扶梯质量，基础环直径，操作时塔内物料质量，裙座壳体外直径，塔设备第i段的操作质量，塔顶管线外径，距地面处的集中质量，偏心质量中心至塔设备中心线距离，塔设备的当量质量，设计温度下材料的弹性模量，任意计算截面i-i的基本振型地震弯矩，风压高度变化系数底截面0-0出的地震弯矩，塔设备底截面处的垂直地震力，任意计算截面I-I处的风弯矩，塔设备任意计算截面处垂直地震力，底截面0-0处的风弯矩，集中质量引起的基本振型水平地震 力任意计算截面I-I处的最大弯矩，重力加速度，取基本风压值，塔设备高度，基础环计算厚度，塔设备顶部至第i段底截面的距离，圆筒的有效厚度，塔设备第i段顶截面距地面的高度，分头的有效厚度，塔设备第i段集中质量距地面高度，裙座的有效厚度，、地i段、第i-1段的截面惯性距，圆筒的名义厚度，载荷组合系数，取封头的名义厚度，体型系数，裙座的名义厚度，笼式扶梯当量宽度，管线保温层厚度，操作平台当量质量，塔设备第i段保温层厚度，第i计算段长度，由内压和外压引起的轴向应力，操作平台所在计算段的长度，重力及垂直地震力引起的轴向应力，人空、接管、法兰等附属件质量，最大弯矩引起的轴向应力，偏心质量，试验压力引起的周向应力，塔设备操作质量，设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力液压试验时，塔设备内充液质量，试验介质的密度，