DN1200氨吸收塔设计解读

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1、南华大学机械工程学院毕业设计目录目录 1引言 1第一章工艺计算 21.1吸收剂用量及吸收溶液深度 21.1.1惰性气体流量 21.1.2最小气液比 21.1.3最小吸收剂用量 41.1.4吸收液浓度 41.2泛液速度 41.2.1 塔顶混合气体平均分子量 41.2.2填料的选择 51.2.3泛点气速 51.3塔径的估算 71.4液体喷淋密度的验算 71.5填料层高度的计算 81.5.1传质单元数的计算 81.5.2传质单元数的计算 81.5.3填料层的分段 101.5.4填料层压降的计算 10第二章塔结构的设计 122.1塔内件及附件的选择 122.1.1除沫器的选择 122.1.2填料支承装

2、置的选择 122.1.3液体分布器 132.1.4液体再分布器 142.1.5 裙座结构设计 152.1.6 人孔的设计与选择 162.1.7塔吊柱的选择 162.1.8接管的选择 192.1.9接管法兰的选择 192.1.10压力容器法兰的选择 20第三章塔的设计及强度校核 213.1塔体和封头的厚度计算 213.1.1材料的选择 213.1.2筒体厚度的确定 213.1.3封头壁厚计算 223.2塔体载荷分析 233.2.1质量载荷 233.2.2自振周期的计算 243.2.3塔体的风载荷及风力矩 25324地震载荷与地震弯矩的计算 273.3塔体的强度及稳定性校核 313.3.1 塔体的

3、轴向应力 313.3.2轴向应力校核 313.4裙座的强度及稳定性较核 323.4.1裙座各危险截面的校核 323.4.2焊缝强度的校核 333.5裙座基础环 333.5.1 基础环内外径确定 333.5.2基础环的厚度设计 343.6地脚螺栓计算 353.7水压试验时塔的强度和稳定性验算 35第四章开孔和开孔补强设计 364.1开孔及补强说明 364.2开孔补强设计计算 414.2.1圭寸头开孔补强设计计算 414.2.2人孔开孔补强设计计算 43第五章主要制造工艺 455.1椭圆封头部件的制造 455.2筒节的主要制造工艺 455.3总装 465.4主要件的热处理 475.5主要检验要求

4、47参考文献： 48附录一外文原稿： 49附录二外文翻译： 56谢辞 623南华大学机械工程学院毕业设计引言在化工、炼油和石油化学工业生产中，塔设备作为分离过程工艺设备，在蒸 馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着重要的地位。据统计，塔设 备无论其投资费用还是所消耗的钢材重量， 在整个过程设备中所占的比例都是相 当高，在化工与石油化工行业投资比例在 20-25%,化纤行业约占45%若就单元 装置而论，塔设备所占比重往往更大，例如在成套苯蒸馏装置中，塔设备所占比重 竟高达75.7%。此外,蒸馏用塔的能量耗费巨大，也是众所周知的。故塔设备对产 品产量、质量、成本乃至能源消耗都有着至关重要的

5、影响。因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十分关心的课题。在70年代以前，板式塔占据据对对优势，随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，填料塔具有结构 简单、压降小，且可用各种材料制造等优点。在处理容易产生泡沫的物料以及用 于真空操作时，有其独特的优越性。过去由于填料本体及塔内构件的不完善， 填 料塔大多局限于处理腐蚀性介质或不适宜安装塔板的小直径塔。近年来由于填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效 能，又保持了压降小及性能稳定的特点。在某些场合，还替代了传统的板式塔。 随着新型塔填料的相继开发和应用，填料塔的优点更显突出，应用范围日益扩大，

6、性能优良的填料塔以大量的应用于工业生产中。本设计在段小林老师的悉心指导下从 2011年1月6日开始，经历了资料收 集、设计方案论证及确定、图纸的设计、设计说明书的编写等过程。通过这次设 计让我们了解了填料塔设备生产工艺的全过程，在过程设备的设计和制造上得到 了锻炼，进一步巩固了专业知识，加强了和同学的知识交流，是大学四年所学知 识的一次检验总结和巩固。限于本人水平、实践经验以及其他因素，本设计必定存在很多不足，望各位 老师、同学批评指正。第一章工艺计算1.1吸收剂用量及吸收溶液深度To1.1.1惰性气体流量273Z340 (1-o1)v =混合气体流量.亠(1一 o.n= 120022.4 T

7、0 +4022.4=350.4 kmol h1.1.2最小气液比按设计条件中的平衡数据:表 1.1.1第 2 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计氨溶夜的温度氨在溶液中的浓度氨在气相中的平衡浓度第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计200023.50.0050.056260.010.010290.0150.01831.50.020.027340.0250.0436.50.030.05439.50.0350.074420.040.09744.50.0450.125470.

8、050.156/ ( kmol NH3/kmolH2O)/( kmolNH3/kmol 空气)在X 丫坐标图上绘平衡曲线，如图1.1.1所示图 1.1.110=0.1110010丫2 = 丫1 (1n)= 0.111 (1 0.95)= 0.00556可从图1.1.1中查得丫1 = 0.111时的X；值X1 = 0.0425故得最小气液比G)min = xx2丫1-丫2 _0.111-.00556 =2.480.0425 0第 4 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计1.1.3最小吸收剂用量故最小吸收剂用量 Lmin=(*)min ,v= 2.48 x 350.4 = 869 kmol

9、 h而吸收剂用量为其最小用量的1.1倍，可得吸收剂用量L = 1.1 Lmin=1.1 x 869=955.9 kmol h1.1.4吸收液浓度从全塔范围内氨的衡算L = 丫1 -丫2V = Xj - X2955.9 = 0.11 -0.00556350.4 Xj -01.2泛液速度按塔顶情况计算。为了方便，操作温度、压强取平均会值 气体千摩尔流量、，塔顶气体体积流量T0Vv=22.4 T。+40=1000(1-.1 95)x 7 =352.4 kmol h22.4 273 401.2.1塔顶混合气体平均分子量Mn,2 =M 丫a,2 +MNh 3,2式中 M空气平均分子量，Ma=28.84

10、kg kmolM nh氨气平均分子量，Mnh=17.03 kg. kmol丫 a,2塔顶混合气中空气浓度，摩尔分率第 6 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计350.4 .Ya,2=0.9943352.4丫NH3,2塔顶混合空气中氨气的浓度，摩尔分率、,352.4 -350.4 门丫 NH3,2= 0.0057352.4故得 Mm,2 = 28.84 X 0.9943+17.03 X 0.0057 = 28.77 kg/kmol气体密度=M m,2匕 22.45P T _ 28.841.01 10273PoT 22.41.01 105 273 40= 1.12 kg . m3液体密度l

11、=992.2 kg m3液体粘度JL = 1.004 mPa s1第 7 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计1第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计1.2.2填料的选择经比较,选取选用 50金属鲍尔环1第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计1第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计干填料湿填料高X比表面空隙率堆积密度外径个数因子因子厚积az%qa/ ；/m-/mmd / mm/m2 m33-3/m m/个m /kg n-3/m-1/m-1X mm50 X50112.30.949650039512813050金属鲍尔环特性数据表 1.2.111.

12、2.3泛点气速用贝恩一霍根关联式计算lg式中U F 泛点空塔气速,m/s;二 A 1.71第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计G重力加速度，m/s2;a/；3 干填料因子，m1;g, l 气相，液相密度，kg/m3; 液相黏度，cP;L,G液相，气相流量kg/h ；A常数，见表1-2 ；填料空隙率；表 1.2.2* 12-2各类填料的川值由已知得，g=9.81 kg/s 2, a/ ；3=294吊,og=1.12 kg/m ,L =992.2 kg/m填科A值填料A值金环0. 10金薦阶梯环0* 1LI6IS丽呆环乩 0942|庞統阶樺环a 204C. 06225您型梯环0.

13、Z9430. 176吃拉西环6 131(-0- 125A 244|f破粒用M异戊2紋S3Q 1 M0. 2B2S0金M孔6 2911=1004X 10-6Pa s 丄=17206.2 kg/h , G=10138.5 kg/h填顶气体的质量流量 WV=VV Mm=352.4 X 28.77=10138.5 kg/h ;吸收剂是纯水，其质量流量为W l=LMh2。=955.9 X 18=17206.2 kg/h 。代入数据得：iuF1.12 , cc 0.2 c , 17206.2 n 1.12 爲丨_ 汇 128汉x 1.004=0.10 1.75 I I19.81992.2丿110138.5

14、 丿 U min0.785D20.785x1.2故满足最小喷淋密度的要求。1.5填料层高度的计算1.5.1传质单元数的计算Z= HOGOg=V丫1 dKYa“ 乜Y -Y传质单元高度的计算V= 350.4 kmol/h ;3、K =200 kmol/(m h)；所以传质单元高度HOg= V -350.4=1.55 m ;Ky 200 1.2 24152传质单元数的计算根据（X,Y1 ）和（X 丫2）在图中作操作线，从图读出若干塔截面上的推动力1（Y-丫）,并算出相应的 ，其结果列于下表Y -Y表 1.5.1YYxY- Yx1Y -Y0.005600.00561800.010.00150.008

15、5117.60.020.0040.001662.50.030.0080.021546.50.040.0130.02737.00.050.0210.02934.50.060.0270.03330.30.070.0360.03429.40.080.0470.03330.30.090.0590.03132.20.100.0750.02540.00.1110.09150.091551.3标绘丫与 1一的关系曲线，如图1.5.1所示。此关系曲线与丫二Yi, 丫二丫2和Y -丫讯 二0之间的面积为积分值。丫 -YQ-II 111Illi1 1J单元面积=0.005X10=0.05面积单元数=96积分面积1

16、D U气相摩尔比浓度Y图1.5.1，图解积分法求传质单元数 由图知该面积为4.8，即NOg= 4.8 o故得填料层高度为Z= HOGNdg= 1.55 X 4.8 = 7.44 m 。根据经验公式，填料层的设计高度一般为Z =（1.21.5）Z式中Z 设计时的填料高度；Z工艺计算得到的高度；因此 Z = 1.2Z = 1.2 X 7.44 = 8.9 m所以取填料层高度为9 m o第 13 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 14 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计1.5.3填料层的分段液体沿填料层下流时，有逐渐向塔壁方向集中的趋势，形成壁流效应。壁流 效应造成填料层气液

17、分布不均匀，使传质效率降低。因此，设计中，每隔一定的 填料层高度，需要设计液体收集分布器，即将填料层分段。对于散装填料，一般推荐高度见表，表中的h/D为分段后高度与塔径比，hmax 为允许的最大填料层咼度散装填料分段高度推荐值表 1.5.2填料类型h/D拉西环 25矩鞍环 58鲍尔环 510阶梯环 815环矩鞍 515Hmax /m4666i严一韻帕銘匿-*耳口一蹟相運蹩松丁爭教，即玄约缰厦与瘙桂巒度之比=：畑5图 1.5.3单位压降 p =11X 9.8=107.8 Pa/m（填料）小于500Pa/m （填料）。因此满足要求。所以全塔填料层压降=p = 9X 107.8 Pa=970.2 P

18、a 。第二章塔结构的设计2.1塔内件及附件的选择2.1.1除沫器的选择出塔除雾沫器，选用丝网丝除沫器，固定在两块栅格板间构成。丝网层厚度一般取100伽150 mm。选用100 mm标准型（N型）其物性如下表 2.1.1堆积密度/kg m3空隙率/%比表面积K使用条件14498279295 0.107 0.116 所有场合丝网除雾装置直径 D由允许气速决定的。最大允许气速可按如下经验公式 计算：max=K式中Umax 最大允许气速m/S ；几、匚一滴和气体密度；K 经验系数;992.2 -1.12 ,Umax =0.11 X .=3.27 m/s ;V 1.12而空塔操作气速u=2.45m/s=

19、74.9% Umax满足操作气速在75%85% Umax要求2.1.2填料支承装置的选择选用由扁钢焊制的栅板作为填料的支承。由于塔径较大，选用分块式栅板。栅板由焊死在塔壁上的支承圈支持。 且塔径900mm因此需在支承圈下设加强肋板。填料支承结构尺寸见下表表 2.1.2塔径填料栅板尺寸支承装置允许填料高度Dg环直径DHX st支承圈宽X厚肋板数厚 S= 10120050800 60 X 10 5060 X 1066Dg第 18 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计1i IIH II H H H 1 11 II II 1! i ii f

20、r ii rnT.7i图 2.1.1第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计2.1.3液体分布器当塔径范围为DN 1200mm,最常用是盘式液体分布器第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计jl4高h1二1FII、IIiiiie4ih 、E 11IIT7|_图 2.1.22.1.4液体再分布器填料塔中，当填料层比较高时，塔中心处的填料常不能被湿润，被称为“干锥”现象。为消除此现象，常将填料层分段，层间设置液体再分布器。如下图所示一种应用最广的截锥式再分布器。它的设计尺寸参考表。表 2.1.310 20%Dg锥口径D70

21、%Dg锥壁厚s3 4 mm倾角:70 90第14 页共62 页南华大学机械工程学院毕业设计图 2.1.32.1.5裙座结构设计1. 裙座的形式：考虑到加工，制造方便，采用圆筒型;2. 材料：选用Q235-B；裙座与塔体的连接：焊接接头采用对接式，如下图第 15 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计图 2.1.44裙座检查孔：采用B型长圆形孔；5地脚螺栓座：包括盖板、垫板和筋板及基础环。详见裙座部件图;6.裙座排气孔、接管引出孔以及其

22、他结构详见总装图和裙座部件图。2.1.6人孔的设计与选择根据中华人民共和国行业标准钢制手孔和人孔选用“回转盖板式平焊法兰人孔”(HG/T 21516-2005)其形式如下图 2.1.52.1.7塔吊柱的选择吊柱的方位和回转半径 S应能使吊柱经人工推转使经过吊柱垂线可以转 到人孔附近，还可以使吊钩垂线转到平台外，以便将塔内件从塔平台外的场地 上吊到塔平台上人孔处或从塔平台上的人孔处吊到塔平台外的场地上。因此吊柱的方位首先取决于人孔的方位。人孔方位是由管道专业根据设备布置和配管 要求来确定的。根据压力容器与化工设备实用手册选用 HG 5-1373-80-15吊柱其基本参数如下：S=900, L=3

23、400, H=1000、=159X 10, R=75Q e=250,l=110,重量 234 kg图 2.1.6吊杆料为20号无缝钢管，其他材料为 A3F钢。支座垫板材料与塔体材料相 同。吊柱下端支承结构采用椭圆形封头。吊杆以整根管子作为计算依据的。若管子长度不够需要拼接时，应符合以下 要求：1.只许拼接一处。2拼接位置只能在下图所示 B至C, E至W之间。3.焊接结构按图所示。焊缝系数取 0.9.c (血口图 2.1.7圭寸板用管子制作的的吊柱都焊有端封板，以防止雨水灌入引起生锈。封板上方开30的牵引孔吊钩常用的吊钩形式有三种，其中以圆钢弯成 U形焊在吊杆上的形式最多，因此采用这种形式，其结

24、构图如下图 2.1.82.1.8接管的选择排气管内气体的流速u取20 m/s。Q v=0.0048 m3/s （液）Q 尸 2.51m3/s ;第 21 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计D 管子直径；q 流体的体积流量m/s ；U 流体的流速m/s ;气体的进出口管D=.4qu、34142；10 =0.399 m选用DN350m的接管工业供水速率1.53 m/s,4 0.00483.14 2液体的进口管u取2m/s=0.055m取DN50的接管液体出塔速度取1 m/s ;则 d= 4qv = . 4 0.0048 =0.078m

25、V u V 3.1恥1取DN80的接管。2.1.9接管法兰的选择根据中华人民共和国标准 GB 9112.2-2000选用PN0.6Mpa平面板式平焊法兰其结构如下图具体尺寸如下表接管名 称公 称 通 径DN管子 外径A法兰 外径D螺栓 孔中 心直 径K螺栓 孔径L螺栓法 兰厚 度C法 兰内 经B法兰 理论 重量kg数量n螺纹Th液体进 口5060.3140110144M121661.51.51液体出 口8088.9190150184M161890.52.95气体进 出口350355.64904452212M 2020359.514.32.1.10压力容器法兰的选择根据中华人民共和国标准压力容器

26、法兰分类与技术条件即(JB/T 4700-2000),根据设计工艺条件，可选用甲型平焊法兰根据JB/T 4701-2000确定其结构和尺寸表 2.1.9DND1D2D3D45HsAAtD螺栓柱规格螺栓柱数量120013151276125612536626516211827M2436凸U图 2.1.10第三章塔的设计及强度校核3.1塔体和封头的厚度计算3.1.1材料的选择最高工作压力P=0.1Mpa设计压力P=0.11Mpa,属于低压吸收设备，一类容器；介质腐蚀性未提特殊要求, 故选Q345R乍为塔体材料。3.1.2筒体厚度的确定先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及风载荷引起的

27、 弯曲应力进行强度和稳定性验算。根据设计压力和液柱静压力确定计算压力塔内液柱高度仅考虑塔1液面高度h=1m则液柱静压力Ph为：pH =10：gh=10 X 992X 9.8 X 仁0.0090.05P 故可以忽略则计算压力Pc = Ph+P=0.11MPa第 25 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计筒体厚度计算(1)按强度条件，筒体设计厚度Pc Di2巳+G+4第 26 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计+4第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计+G20.11 12002 170 0.85 -0.11=0.47+4 =4.47 mm式中！丨一Q345R在40C

28、时的许用应力，查标准 I- f为170MPa ;塔体焊缝为双面对接焊，局部无损检测，=0.85 ;G 2 腐蚀裕量，根据工艺条件，G2 = 4 m ;(2)按刚度要求，筒体所需最小厚度,2Di 2 0200 Fin 二-=2.4 m ；1000 1000而按照规定，低合金钢容器不包括腐蚀裕量的最小厚度不小于3m，故按刚度条件，筒体厚度仅需3伽;综合以上以及考虑到此塔较高，风载荷较大，而塔的内径不太大，故应适当增加厚度，现假设塔体厚度二10伽，刚假设的塔体有效厚度e = n G C2= 10-0-4 = 6 m ；式中 G 1 钢板厚度负偏差，由于GB713-2008压力容器用钢板和GB3531

29、-200低温压力容器用低合金钢板规定压力容器专用钢板的厚度负 偏差不大于0.25mm因此使用该标准中钢板厚度超过 5 m时(如 20R Q345R 和16MnDR等)，可取G=0;3.1.3封头壁厚计算采用标准椭圆封头，刚pDi2 J 丨-0.5pC2 =0.11W2002 170 0.85 -0.5 0.11+4第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计+4第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计=4.46 m；为便于焊接，取圭寸头与筒体等厚，取;d =10 m ；+4第 27 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计其尺寸及相关参数如表2.1.10表 3.1.1公

30、称直径DN1200mm总深度H325 m内表面积A/ m21.6652 m容积V/m30.2545名义厚度n/mm10EHAffi圆封头质量66.5kg3.2塔体载荷分析3.2.1质量载荷塔设备的操作质量mmo1 mo2 mo3 mo4 m。塔设备的最大质量mux=mo1mo2mo3mo4mamemw塔设备的最小质量 m-n =m1 o.2mo2 m3 m4 me筒休质量g :查表得，1米高（10伽厚）筒节钢板质量为298 kg；1米高筒节的容积为1.131m3 ;筒体质量 m1=14.425 X 298=4298 kg ;封头质量m2:查表得EHAH圆封头容积为0.2545m3 ;质量（壁厚

31、10伽）ni=128.3 kg ;裙座质量m3单位裙座质量为305kg，裙座高度为3m则m3为915kg；故塔体质量 m01 = m+na+m=4298+128.3X 2+915=5469.6 kg ;塔内件质量m2:填料质量=体积X堆积密度 2=X( 1.2 ) X 9X 395= 4018 kg ；4其他内件质量约为50 kg;故m02 = 4018+50= 4068 kg；保温层质量 m03，:fsi = 0 mm质量 m03 = 0 kg ;操作平台(共五层，第层500 kg)及斜梯(总高15m每5m重125 kg)质量 m04 = 4X 500+3X 125= 2375 kg ;m0

32、5为操作时塔内物料质量=2容积=0.02 X( 14X 1.13+2 X 0.2545 )X 1000=326 kg ;ma为人孔，接管法兰等附件质量按经验公式取附件质量为 ma =0.25m01=0.25 X 5469.6=1367.4 kg偏心质量me=0综上操作质量m=mo1m2-m3- m4-m5mame=5469.6+4018+0+2375+1367.4+0=1323 0 kg;塔设备的最小质量mmin = m01 0.2mo2 m03 m04 ma me=5469+0.2 X 4018+0+2375+1367+0=1001&g最大质量约等于操作质量 mmax =m01 m02 -

33、m03 - m04 mw ma me=5469+4018+0+2375+16956+1367+0=2938523充水质量 mw = - X 1.2 X 15X 10 = 16956 kg43.2.2自振周期的计算分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台及外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底部刚性固定，质量沿高度连续 分布的悬臂梁，其基本震型的自振周期 T,(s)按过程设备设计第二版 (7-5)第 30 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计式第一振型计算式:= 1.79mH4.El其中 ID：e1.23 0.006 = 4.0 10；(m4)8 8其中m为塔

34、单位高度上的质量即m = g/H，所以mHEl 913230 1832.1 1011 4.0 10,0.54(s)第 31 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计允许振动周期0.813230 187560Q= 4.4 s第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计式中 Q 总剪力 Q = 350 X 18X 1.2 = 7560 N;故实际振动周期未超过最大允许振动周期323塔体的风载荷及风力矩风载荷，K1K2qfiljDei ;式中0 塔设备中第i段的水平风力，N;f i 风

35、压高度变化系数；q 0 各地区的基本风压，N/ ffl2 ;li 塔设备各计算段高度，m ；K 1 体型系数；K 2i 塔设备中第i计算段的风振系数。K 0.7 ; 塔高 18m，D 为 1.2m 时酌取 1.75 , 查表得q 0=35X 10-5 Mpa, f i值如下对于 3m- 10m段 l1=10-3=7m,查表得 f 1=1.0 ;10m18m段 l 2=18-10=8m,查表得 f 1=1.0 ;塔体有效直径 Dei=Do+2-：si + K3+K4 ,式中D0 塔体外径，mm ;y 塔体各段保温层厚度， 伽;K3 笼式扶梯挡风当量宽度，伽;L i 计算塔段（同一直径）的高度；8

36、m中有两对于斜梯取200伽；2 A/l i ,其最大值为一计算塔段层平台，第层平台迎风面积为0.5卅，则K4 =2 2 0.5 1068000=250 mm第 32 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计为简化计算且偏安全计算，各段均取D ei=1220+2X 0+200+250=1670mm ；塔体各段风力：310m段 = K1K21q0f1L1 X 106=0.7X 1.75 X 0.0035 X 1.0 X 7000X 1670=5011N。10 18m段 P2 = K1K22q0f2l2Dei X 106=0.7 X 1.75

37、X 0.00035 X 1.0 X 8000X 1670=5728N 。塔底部分（1 1）截面弯矩M朋二 2+P2 ( 11守)式中11 塔体1 1截面到标高10m处的距离,l1 = 10-3 = 7mR对应于I；段的风力第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计1 AM W = 5011X70002+5728X( 7000+80002第 # 页 共 62 页南华大学机械工程学院毕业设计=18.95 X 106+66.19 X 106=8.5 X 10 N m o裙座底部（00）截面弯矩mW卫=p ll + P2( 1； +亘)2

38、2式中I；裙座底部到标高10m处的距离;I； = 10m ;P；对应于I；段的风力P； = K；K2q0 f；l1De1 = 0.7 X 1.75 X 0.00035 X 1.0 X 10000X 1670 =3252N ;.mF = 3252X 10000+5728X( 10000+8000 )= 9.87 X 107Nmm ；2 2偏心弯矩Me该塔塔体上并未悬挂附属设备或其他附件，故偏心弯矩Me = 0最大弯矩最大弯矩取mWv- Me和M 0.25MW Me两者中的较大值。计算数据如表最大弯矩选择表计算内容 00截面i 47Mw Me9.8 X10M E-10.25M Ww4 Me 1.

39、87X 108最大弯矩“max1. 87x 1083.2.1计算公式及数据11截面22截面8.4 X 1071.33 x 1081. 4X 1088.7X 10781. 4X 1082.1 X 103.2.4地震载荷与地震弯矩的计算当发生地震时，塔设备作为悬臂梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。 安装 在七度或七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力， 计算出它的地 震载荷。首先，选取计算截面（包括危险截面）。该课题中将全塔分为3段。其计算截面分别为0-0、1-1、2-2 ；塔体分段如图3.2.2所示，将塔体分为三段分别为0-0，1-1和2-2,其基本参数为表 3.2.2计算内容0112

40、2塔顶各段操作质量mi, kg246632503714各点距地面咼度伽2000650012000.f fl图 3.2.232、mi hii A对于 0-0 段：m1h11.5=2466 X 20001.5=2.2 X 108对于 1-1 段：m2h ；5=3250X 65001.5=1.7 X 109对于 2-2 段：msh3.5=3714X 120001.5=4.9X 109.1.51.5. 1.59A= m1h1 + m2h 2 + m3h3 =6.8 x 10B= mi h33313对于 0-0 截面：mihi =2466 X 20003=1.9 X 10 =2X 10对于 1-1 截面

41、：m2h；=3250X 65003=9X 1014对于2-2截面：315m3h3=3714x 12000=6.4 x 10B=m1h13 + m2h2 + m3h3=6.41 x 1069A/B= 6.8 1016 =1.06 x 10-76.4 10基本振型系数 k1 = Ah1.5 =1.06 10 hj5B71 53对于 0-0 截面：k1=1.0 6X 10 x 2000. =9.5 x 10对于 1-1 截面：k2 =1.06 10” 65001.5 =5.5 10,对于 2-2 截面：k3 =1.06 10” 120001.5 =0.13取综合影响系数Cz =0.5地震影响系数最大

42、值max查化工设备机械基础课程设计指导书附表 5-5得max = 0.45 （设计烈度8度时）各类场地土的特征周期 Tg查化工设备机械基础课程设计指导书附表5-6得Tg =0.3 （II类场地土，近震时）取第二组I类场地土的特性周期为 Tg =0.3地震影响系数T1严、0.9I 0.3、max0.45=0.2602 max0.54-不得小于 0.2： max =0.2 0.45 = 0.09水平地震力Fk1,NFk1 = Cz1 k1mk g对于 0-0 截面：Fk1 = 0.50.269.510“24669.8 =4.7N对于 1-1 截面：Fk1 = 0.50.265.510 经32509

43、.8 = 227N 对于 2-2 截面：Fk1 = 0.5 0.26 0.13 3714 9.8 =615N垂直地震影响系数：:vmax = 0.65 0.45 =0.2925；操作质量m0二13230kg ；当量质量 meq = 0.75m0 二 0.75 13230 = 9922kg ；底截面处垂直地震力 Fv0,vmax meq=0.2595 9922 9.8-25232N3 mihi = m1h1m2h2口3馆=2466X 2000+3250X 6500+3714X 12000=7.0 X 107i 4I _lmi hi025232Fv二飞 FV =mihi7 =0.00036 mih

44、i寸-7.0汇10 mk *hki=4对于0-0截面：0 _0FV =0.00036 X 2466 X 2000=1775N对于1-1截面：1 1Fv =0.00036 X 3250 X 6500=7605N对于2-2截面：Fv2 =0.00036 X 3714X 12000=16044N底截面处弯矩35zmgH0.5 0.26 13230 9.8 18000 = 1.3 108N mm35底截面处地震弯矩M；=1.25M；r =1.25 1.3 108 =1.625 108 N mm截面1-1处地震弯矩ME =1.25 mE =1.25 8Cm5g 10H3.5 14H 2.5 h 4h3.

45、5175H8汉 0.5 汇 0.26 汉 13230 汉 9.81,3525丄35、=1. 252510 18000-14 1800030004 3000175F8000 .= 1.2 X 108 N mm截面2-2处地震弯矩M；絃=1.25 M； 1.25 8C“ 叮；9 10H 3.5 -14H2.5 *h 4h3.5175H 2.5= 1.258 0.5 0.26 13230 9.81175H2.510 180003.5-14 1800025 6500 4 65003.5= 8.7 107 N mm3.3塔体的强度及稳定性校核3.3.1塔体的轴向应力0-0，1-1，2-2段以上的操作质量

46、分别为 13230, 11025，5880kg塔底危险截面（1-1 ）的各项轴向应力计算PDl 二 O11 1200 二 5.5Mpa ;4e4 61 Jm*g 11025 9.8-=4.7Mpa ;Q 、e 3.14 1200 61 Amax0.785Di2、e1.4 1080.785 12002 6=20.6Mpa332轴向应力校核塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性验算二 max式中J cr 1 筒体轴向压缩稳定许用应力 ；!爲 1 = B= 0.06 E1 工 Mpa ;RiK 载荷组合系数，K= 1.2E1 设计混充下材料的弹性模量t5E = 200Gpa=2.0X 10 Mpatcr

47、 1=0.06 Et 上=0.06 X 2.0 X 105 X 6/600=104Mpa ;由于二 max = 5.5+4.710.2MpaKJ =1.2 170 = 204Kbcr 丨=1.2 104 = 124.8因此塔底1-1截面满足抗压强度及轴向稳定条件塔底截面抗拉强度校核二max =；二 1 二2 +二3I 因为 K e = 1.2 X 170X 0.85 = 173.4Mpa ;fx =5.5-4.7+20.6=21.4M Pa tp即裙座出现失稳之前，材料已达到弹性极限，因此强度是主要制约因素由于匚max = - 2+3 = 3.44+16.5 = 19.9 MPa ;因此满足强

48、度及稳定性要求。3.4.2焊缝强度的校核此塔裙座与塔体采用对接焊，焊缝承受的组合拉应力为11 11 8Mmaxm0 *g1.4 0813230 汇 9.80.785Dj2es nD,6es 0.785 200 03.14乂 1200X0=8.86 MPa 0.6K A W =0.6 X 1.2 X 77=55.4 MPa因此焊缝强度足够。式中！WL为焊缝材料在操作温度下的许用应力。3.5裙座基础环3.5.1基础环内外径确定裙座内径Dis = 1200mm裙座外径 Dos = Dis 2、es = 1200 2 12 二 1224；基础环外径 Bb=DOs+316=1224+316=1540mm

49、 ;基础环内径 Db=D)s-144=1080 mm ；基础环伸出宽度 b =丄 Dob - Dos 1540 -1224 = 158mm；2 2352基础环的厚度设计采用n=16个均布的地脚螺栓，将基础环固定在混凝土基础上，基础环上相邻-jy基础环面积AbDOb4两筋板最大外侧间距1=160伽；D；)=工(15402 10802 )= 9.5 X105mm2 ;4基础环截面系数:Zb-44.“44兀 DobDib n 1540 -1080 ) o_ .n83= 2.7x10 mm ; 32 DObn32 1540水压试验时压应力M maxmbg 1.87 10813230 9.81ZbAb2.7 105=0.82MPa；9.5 10操作时压应力0.3MF + MeCJKO =b2 Zbmmaxg0.3 1.87 1080十=Ab2.7 10829385 9.81 = 0.5MPa ;