编号
5
. 1塔身部分
五
. 1.1确定设计参数
1.设计压力:1.15.5=6.072 MPa;
2.设计温度:T=工作温度5=36;
3.焊缝系数:本设备采用双面焊或相当于双面焊的全熔透对接焊,所以局部无损检测取0.85。
五
. 1.2塔壁厚度的计算
按公式
查看手册9,了解16Mn的性能
;
;
,
因此
除满足强度要求外,容器的壁厚应大于2mm的最小壁厚。
因此,c=c1c2c3=01.02=3.0mm。
那么计算出的圆柱体厚度 d=c=33.61 3.0=36.61mm。
圆柱体的标称厚度为37毫米。
有效厚度
毫米
毫米
五
. 1.3在压力试验期间检查气缸内的压力。
1.PT 3360实验压力的测定
液压测试:
较大的PT为7.59Mpa.
气压测试:
较大的PT为6.9828MPa.
2.应力检查
0.9
=0.9325=292.5兆帕
五
. 2头部
3360的测定
毫米(5.1毫米)
为方便焊接,封头与筒体厚度相同,均为37mm。
标准头的选择(Dg1500mm)
曲面高度hi=350mm;直边高度h1=50mm;厚度=37mm;
体积v=0.436 mm3G=756Kg。
五
. 3塔架高度的确定
如上所述,塔高为H=H1 Ha Hz Hb Hs。
=400 1200 7800 1500 2600
=13500毫米
编号
已知该塔公称直径Dg=1.5m,塔高H=13.50m,设计压力6.072MPa,设计温度36。根据工艺要求,塔内安装八层泡罩塔盘,裙边高度2600mm,塔侧扶梯与塔身成900,塔身材质16Mn,裙边材质16Mn
六
. 1塔体各种荷载的计算
六
. 1.1质量负载
1.塔身和裙座的质量。根据假设的壁厚和各自的高度计。
2.由表可知,浮阀塔板的单位质量为150kg/m2,所以内部质量为
m02=1501.527/4=1616kg
3.自动扶梯的质量(总高度13m,开放式自动扶梯质量24kg/m)为
m03=1324=312公斤
4.塔盘的液体装填量为70kg/m2,因此运行时塔内物料质量如下
m04=701.527/4=865kg
5.塔筒长度为7.5m,每个封头的体积为0.436m3,封头的曲面高度和直边高度分别为750mm和50mm,因此水压试验时塔内的充水质量。
MW=(1.527.5/4+20.436)1000=14119kg
忽略人孔、喷嘴、法兰和其他附件的质量,即使ma=0且偏心质量me=0,则
塔的运行质量为M0=M01 M02 M03 M04 Ma Me。
=12666+1616+312+865
=15459公斤
塔的最大质量mmax=m01 m02 m03 m04 ma me MW。
=12666+1616+312+14119
=29579公斤
塔的最小质量为mmin=m01 0.2m02 m03 m04 ma me。
=12666+0.21616+312 865
=14166公斤
六
. 1.2风荷载
1.由公式pi=K1K2q0filiDei106N,K1=0.7,Pa=350Pa,由表可知。根据右图:l0=1150mm,l1=1450mm,l2=7400mm,l3=7400mm,l4=500mm。根据表格,f0=f1=0.78,f2=1.0,f3=1.15。
塔架的自然振动周期计算如下
(6.1)
=0.113秒
表格显示=1,mi=0.35,由K2=1 mi: k2=1 0.35 1=1.35得出。
忽略管道的等效宽度,假设笼梯和进出口管道呈900布置,则塔设备每节有效直径DEI=D0I 2d si K3 K4=1500 236=1572mm。
2.风力和风弯矩的计算
按塔段分段计算风力,计算结果如下:
0—1150㎜段 P0=K1K2q0f0l0De0×10-6 (6.2)
=0.7×1.35×350×0.78×1150×1572×10-6
=466N
1150—2600㎜段 P1=K1K2q0f1l1De1×10-6 (6.3)
=0.7×1.35×350×0.78×1450×1572×10-6
=588N
2600—10000㎜段 P2=K1K2q0f2l2De2×10-6 (6.4)
=0.7×1.35×350×1.0×7400×1500×10-6
=3671N
10000—13500㎜段 P3=K1K2q0f3l3De3×10-6 (6.5)
=0.7×1.35×350×1.15×500×1500×10-6
=285N
裙座底截面(0—0)的弯矩:
MW0-0=P0l0/2+P1(l0+l1/2)+P2(l0+l1+l2/2)+P3(l0+l1+l2+l3/2) (6.6)
=466×1150/2+588×(1150+1450/2)+3671×(1150+1450+7400/2
+285×(1150+1450+7400+3500/2)
=27.8×106Nmm
裙座开孔(1—1)截面风弯矩:
Mw1-1=P1l1/2+P2(l1+l2/2)+P3(l1+l2+l3/2) (6.7)
=588×1450/2+3671×(1450+7400/2)+285×(1450+7400+3500/2)
=22.35×106Nmm
塔体连接(2—2)截面的风弯矩:
Mw2-2=P2l2/2+P3(l2+l3/2) (6.8)
=3671×7400/2+285×(7400+3500/2)
=16.18×106Nmm
6
.1.3 地震载荷
已知地震烈度7级,查表得地震影响系数的最大值αMAX=0.23。假设塔设备安装地为II类场土地,根据前边计算的塔设备基本自震周期T1的值,查图可得:
α1=0.3αMAX/T=0.3×0.23/0.113=0.6106,取C2=0.5,因H/Di=13.5/1.5=9.0﹥5,且塔的质量沿塔高均匀分布,故0-0截面的地震弯矩:
ME0-0=1.25×16C2α1m0gh/35 (6.9)
=1.25×16×0.5×0.6106×15459×9.81×13500/35
=357.17×106 Nmm
裙座开孔(1-1)截面的地震弯矩:
ME1-1=1.25×8×C2α1m0g(10H3.5-1.4H2.5h+4h3.5)/175H2.5 (6.10)
=1.25×8×0.5×0.6106×15459×9.81×(10×135003.5-14×135002.5
×1150+4×11503.5)/175×135002.5
=314.60×106 Nmm
塔体连接(2-2)截面的地震弯矩:
ME2-2=1.25×8×C2α1m0g(10H3.5-1.4H2.5h+4h3.5)/175H2.5 (6.11)
=1.25×8×0.5×0.6106×15459×9.81×(10×135003.5-14×
135002.5×2600+4×26003.5)/175×135002.5
=261.31×106 Nmm
6
.1.4 最大弯矩的计算
由以上风弯矩和地震弯矩计算结果且Me=0。塔设备任意危险截面I-I的最大弯矩按下式计算:
MI-Imax=
N㎜取其中较大值 (6.12)
0-0截面 M0-0max=
1-1截面 M1-1max=
2-2截面 M2-2max=
6
.2 塔体的强度及轴向稳定性验算
6.
2.1 圆筒轴向应力计算
1、介质压力引起的轴向应力:
σ1=pDi/4δei=5.52×1500/4×36=57.5Mpa (6.13)
2、操作始重力引起的轴向应力:
σ2=m0g/πDiδei=15459×9.81/3.14×1500×36=0.91Mpa (6.14)
3、弯矩引起的轴向应力:
σ3=4Mmax0-0/πDi2δei=4×364.12×106/3.14×15002×36=5.73Mpa (6.15)
6
.2.2 圆筒轴向稳定性校核
按式A=0.094δei/Ri=0.094×36×2/1500=0.0045查得B=160MPa。已知<σ>t=163MPa,所以<σ>cr=160MPa,σ压=σ1+σ2+σ3=57.5+0.91+5.73=64.14MPa<<σ>cr。
6
.2.3 圆筒拉应力校核
对内压情况按σ拉=σ1-σ2+σ3=57.5-0.91+5.73=62.32MPa,而<σ>t=0.85×163=138.55MPa,故σ拉<<σ>。
6
.2.4 塔体水压试验时的应力校核
1、强度验算
取水压实验压力 Pw=
(6.16)
(6.17)
2、稳定验算
(6.18)
经验算,塔体的强度及稳定性均满足要求。
6
.3 裙座、基础环、地脚螺栓的设计及验算
6
.3.1 座体
座体采用与塔体同直径的圆筒体,取座体名义厚度与塔体相同,壁厚附加量C=2.8mm,则座体有效厚度des=37-2.8=34.2mm
Dim=1500mm,des=34.2mm,bm=500mm,dm=18mm,1m=250mm。
1、底部截面(0—0)的应力由下式
取其中较小值和
校核。
式中
B=160MPa;
;
。
正常操作时:
(6.19)
水压试验时:
(6.20)
2、裙座上人孔处截面(1-1)的应力按式
和
取其中较小值校核。
近似取
;
。
则:
(6.21)
(6.22)
(6.23)
正常操作时:
(6.24)
水压试验时:
(6.25)
可见座体满足强度和稳定性要求。
6
.3.2 基础环
基础环的内、外径可按下式选取
(6.26)
混凝土基础上的最大压应力为
(6.27)
取其中较大值。
根据上式取
;
;则b=100mm。
(6.28)
(6.29)
因
(6.30)
(6.31)
故
。
由混凝土许用应力Ra表知,要使
,则混凝土基础应选用100号以上的水泥。
采用16个均布的地脚螺栓,带筋板的基础环,设筋板厚度为24mm,则两相邻筋板最大外侧间距:
(6.32)
则
;由矩形板力矩计算表查得:
故取
基础环材料选用低碳钢。取
。因是带筋板的基础环,故基础环厚度用下式计算:
,圆整后取
(6.33)
6
.3.3 地脚螺栓
为了使塔设备在刮风或地震时不致翻倒,必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓把设备固定在基础上。
基础中由螺栓承受的最大拉应力按下式计算<10>:
(6.34)
取其中较大值,故取σB=1.309MPa。
因σB>0,则设备必须安装地脚螺栓,地脚螺栓的根部直径d1,按下式计算:
式中<σ>bt=147MPa(低碳钢),取C=3mm,查螺纹标准地脚螺栓直径取d1=30mm,可选用M30地脚螺栓16个。
6
.4 裙座与塔体对接焊缝的验算
裙座与塔顶封头的对接焊缝应进行应力校核,其焊缝系数取0.6。
(6.35)
,所以对接焊缝满足强度要求。
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