Transcript 8章教案塔设备的机械设计

第8章 塔设备的机械设计
塔设备平面简图
第八章 塔设备的机械设计
8.1 塔体与裙座的机械设计
8.1.1.自支承式塔设备所受载荷：
1.自重载荷：
m01—塔设备的壳体与裙座质量；
m02—塔设备内件质量（塔板或填料及其支撑装置）；
m03—保温材料质量；
m04—平台扶梯质量；
m05—操作时塔内物料质量；
ma—人孔法兰接管等附件质量；
mw—液压试验时塔内充液质量；
me—偏心质量。
操作质量：m0= m01+ m02 +m03 +m04 +m05 +ma +me
水压试验质量：mmax= m01+ m02 +m03 +m04 +mw +ma +me
吊装质量：mmin= m01+ 0.2m02 +m03 +m04 +ma +me
将质量
离散：
简化力学模
型———
多质点体系
的悬臂梁
发生地
震时的
受力
（1）.水平地震力
任一段集中质量mk所引起的基
本振型水平地震力为：
Fk=CZα1ηk mkg
N
式中CZ——结构综合影响系数，
圆筒形直立设备取0.5；
α1 ——对应于设备基本自
振周期T1的地震影响系数；
ηk——基本振型参与系数；
mk——任一段（第k段）
塔体的操作质量。
（2）.垂直地震力
地震烈度为8度或9度地区的塔设备考虑垂直地震力。
垂直地震力的作用点：塔器底截面。
计算式：Fv=αvmax·meq．g
式中αvmax——垂直地震影响系数最大值，取0.6 αmax 。
meq——塔器的当量质量，取0.75m0 。
3.地震弯距
悬臂梁的弯矩：
任一质点mk对塔底(0-0截面）的弯矩为：
M
00
E
 Fk  hk
所有质点（k=1,2,……n)对塔底截面
的弯矩和为：
n
M
00
E
  Fi  hi
i 1
对于等直径、等壁厚塔器的底截面
地震弯矩为：
M
00
E
16
 C Z  1 m0 gH
35
(N  mm)
地震载荷分布图
（1）.力学模型的简化：
塔的迎
风面受到
风压载荷，
并随高度
而增加。
将风压按
塔的高度离散，
任一计算段的
风载荷，就假
定是集中作用
在该段中点的
风压合力：
（2）.风载荷的计算
影响风载荷的因素：
• 所在地区的基本风压值q0(距地面10米高处的风压）；
• 塔器高度、直径、截面形状以及自振周期。
任一计算段的水平风力为：
6
pi  K1 K 2i q0 f i li Dei 10
(N)
式中K1——塔体形状系数；
K2——风振系数（与塔自
振周期有关）；
qo——10米塔高处的基本
风压值；
fi——风压高度变化系数；
li——计算段的高度；
Dei——该计算段的
有效直径。
（3）.风弯矩计算
风弯矩图
风载荷对基底截面
的弯矩：
l0
l1
M  p0   p1  (l 0  )  
2
2
ln
 p n  (l 0  l1    l n 1  )
2
00
W
4.偏心载荷
塔设备顶部悬挂有分离器、冷凝器等附属
设备，其重力对塔体产生偏心载荷。
偏心载荷引起
的弯矩：
Me=meg·e
5.介质压力载荷
——设计压力p；水压试验时的液柱压力。
7.1.2.自支撑式塔设备塔体壁厚的确定方法
1.塔设备的危险截面：
0-0截面——基底；
1-1截面——人孔截面；
2-2截面——塔体与裙座连接焊
缝截面。
位于塔体上的危险截面——
2-2截面。
2. 塔体应力组合（2-2截面）
组合轴向应力的构成：
• σ1——介质压力引起的轴向应力；
• σ2——塔体自重引起的轴向应力；
• σ3——塔体所受弯矩引起的轴向应力。
例如，内压操作的塔设备在2-2截面处的应力组合：
位于背风面，组合轴向应力为： σ=σ1-σ2-σ3
位于迎风面，组合轴向应力为： σ=σ1-σ2+σ3
内压塔在停车时和操作时的应力组合：
停车时
操作时
外压塔设备的应力组合：
操作时
停车时
3.塔体壁厚的确定方法
（1）依据内压容器或外压容器壁厚设计方法确定塔体
有效壁厚Se1。
（2）塔体稳定验算。根据（1）假定一有效壁厚Se2。
● 计算压力引起的轴向应力：
1
pc Di

4S e 2
●自重载荷及垂直地震力引起的轴向应力：

i i
2
i i
i i
V
 (m g  F
) / Di S e 2
式中m i i — 任意计算截面i  i以上塔体的质量；
Fv — 垂直地震力，仅在最大弯矩为地震弯
矩参与组合时计入此项。
●弯矩在塔体中引起的轴向应力：
i i
 3i i  M max
/ 0.785Di2 S e 2
i i
式中M max
i i


M
 W  Me

 max i i

i i

M E  25%M W  M e 

稳定条件：
组合轴向压应
力要满足：

i i
max 压
KB
 [ ]cr  min
t
K
[

]

式中K——载荷组合系数，取K=1.2;
B——见书p168。
（3）塔体拉应力验算
依前述，假设一有效壁厚Se3。
计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：
i i
t
 max

K

[

]
拉
式中K — 载荷组合系数，取K  1.2。
（4）水压试验应力验算
确定塔壳体试验压力引起的环向应力和轴向应力，
验算是否满足强度条件和稳定条件。
由试验压力引起的环向应力：
( pT  液柱静压力）（Di  S ei )
T 
2S ei
水压试验组合轴向应力的确定：
pT  Di
由试验压力引起的轴向应力：  1 
4S ei
i i
max
m g
由液压试验时重力引起的轴向应力：  2 
3.14Di S ei
i i
由弯矩引起的轴向应力：
0.3M W  M e
3 
2
0.785Di S ei
液压试验时的强度
和稳定性判据：
 T  0.9 s
 1   2   3  0.9 K s
 2   3  [ ]cr
式中K——载荷组合系数，取K=1.2;
0.9 K s
[σ]cr——许用轴向压应力， [ ]cr  min  KB

塔体壁厚确定方法：
(1)根据内(外)计算压力,确定容器设计计算壁厚，
确定一有效壁厚Se1;
(2)参照Se1，进行稳定性验算，确定一有效壁厚
Se2;
(3)参照Se2，进行塔体拉应力验算，确定一有效
壁厚Se3;
(4)取Se1、 Se2 、Se3中较大者，加上壁厚附加
量，并考虑安装运输等对刚度的要求，最终确
定塔体壁厚；
(5)水压试验验算。
8.2 裙座设计
四个部分：
1.座体---承受并传
递塔体载荷。
2.基础环---将载荷
传递到基础上。
3.螺栓座---固定塔
于基础上。
4.管孔---人孔、排
气孔、引出管孔。
8.2.2.裙座的设计方法
1.座体设计：
（1）按塔体壁厚设定一有效
壁厚Ses。
（2）验算裙座危险截面的强
度和稳定性。
危险截面为基底截面（0-0）
和人孔截面（1-1）。
2.基础环设计
基础环结构：
基础环厚度的确定方法：
将座体载荷转化为基
础对基础环的均布载荷，
计算弯矩载荷，再确定板
厚。
3.裙座与塔体的连接