塔体的机械设计.docx

1、1设计条件32按计算压力计算塔体与封头厚度32.1.塔体厚度计算：32.2.封头厚度计算43塔设备的质量载荷计算43.1筒体圆筒、封头和裙座质量m0143.2塔内构件质量m0243.3保温层质量53.4平台扶梯质量 m0353.5操作时物料质量m0453.6附件质量ma53.7充水质量mw54风载荷与风弯矩计算64.1风载荷计算64.2风弯矩计算75塔器的基本自振周期计算76地震弯矩计算87各种载荷引起的轴向应力87.1计算压力引起的轴向拉应力187.2操作质量引起的轴向压应力297.3最大弯矩引起的轴向应力398塔体与裙座危险截面的强度与稳定校核108.1塔体的最大组合轴向拉应力校核108.

2、2塔体与裙座的稳定校核109塔体水压试验1210水压试验时应力校核1210.1筒体环向应力校核1210.2最大组合轴向拉应力校核1210.3最大组合轴向压应力校核1311基础环设计1311.1基础环尺寸1311.2基础环的应力校核1311.3基础环的厚度1312.地脚螺栓计算1412.1地脚螺栓承受的最大拉应力1412.2地脚螺栓的螺纹小径1413 塔结构设计1513.1 塔体1513.2 填料1513.3塔设备附件1513.3.1接管1513.3.2 吊柱1513.3.3 裙式支座1513.3.4开孔设计1513.3.5开孔补强1614课程设计总结与结论与心得体会1615参考文献：171设计

3、条件塔体与裙座的机械设计条件如下： (1).塔体内径=1000mm，塔高取H=10000mm：圆筒：9450mm，裙座：1400mm (2).计算压力pc=0.1053Mpa，设计温度t=25(3).设置地区：基本风压值，地震设防烈度为8度，场地土壤：类，设计地震分组第二组，设计基本地震加速度为0.40g (4).塔内装有塑料聚丙烯阶梯环散堆填料6.0m，填料密度为57.5kg/m3 (5).在卸料口处和塔顶各加一个圆形平台。平台宽度：B=800mm，高度H=1000mm。(6).在裙座上开一个检查孔，在填料层、进气管，出气管周围开三个人孔，裙座高度取1400mm，圆筒形。 (7).塔体与封头

4、材料选用Q235-B，其，。裙座材料选用Q235-B，。 (8).塔体与封头对接焊接，塔体焊接接头系数=0.85，塔体、封头与裙座壁厚附加量C=3mm，按计算压力计算塔体与封头厚度。 2按计算压力计算塔体与封头厚度 2.1.塔体厚度计算： =PcDi2-Pc=0.1053100021130.85-0.1053=0.5485mmmin=4mmmin-=4-0.5485=3.4515C1=0.3mm 所以不考虑C1考虑到壁厚附加量C=3mm，运输、安装等，经圆整，取n=+C2+=10mm 2.2.封头厚度计算采用标准椭圆封头：=PcDi2-0.5Pc=0.1053100021130.85-0.50

5、.1053=0.5483mmmin=4mmmin-=4-0.5485=3.4515C1=0.3mm 所以不考虑C1考虑到壁厚附加量C=3mm，运输、安装等，经圆整，取n=+C2+=10mm3塔设备的质量载荷计算3.1筒体圆筒、封头和裙座质量m01 筒质量：m1=9.45249=2353.05kg裙座质量：m2=1.4249=348.6kg封头质量：m3=912=182kg封头法兰质量：m4=90kg塔体质量： m01=m1+m2+m3+m4=2973.65kg说明：（1）塔体圆筒总高度圆筒：9450mm （2）查得DN=1000mm，厚度10mm的圆筒质量为249kg/m （3）查得DN=10

6、00mm，厚度10mm的封头质量为91kg（封头曲面深度250mm，直边高度25mm）。 （4）裙座高度1400mm，（厚度按10mm计算）。3.2塔内构件质量m02m02=57.54412+654122+30.5=313.1kg 说明：支承装置近似按筛板塔盘质量计算为65kg/m23.3保温层质量 由于本填料塔属于常温操作，故无需保温层3.4平台扶梯质量 m03m03=4Di+2n+2B2-Di+2n2nqp+qFHF =0.7851+20.01+20.82-1+20.0122150+409 =1731.55kg说明：由手册查得，平台质量：，笼式扶梯质量：，笼式扶梯总高，平台数量：n=2.3

7、.5操作时物料质量m04m04=4Di2h0L+VFL+qFHF4Di2Z,L =0.785121.1997.08+0.785997.0860.02+0.151997.08 =1105.5kg说明：h0:圆筒部分釜液深度，封头容积VF：0.151m3，持液系数为 0.023.6附件质量ma按经验取附件质量为 ma=0.25m01=743.413kg3.7充水质量mw mw=4Di2H0W+2VFW=0.785997.089.45+2997.080.151 =7698kg 各种质量载荷汇总（将全塔分成3段）塔段011223合计塔段长度7007001000011400人孔与平台数1034填料层00

8、11174.3265.32534.052973.65313.1313.128281675.551731.55441017.51061.530.282.7630.5743.44476547698232.54206170.76823.2各塔段最小质量232.54206483.87136.3全塔操作质量m0=m01+m02+m03+m04=6823.2kg全塔最小质量mmin=m01+m02+m03+m04=7136.3kg水压试验时最大质量mmax=m01+m02+m03+m04+mw=13459.7kg4风载荷与风弯矩计算4.1风载荷计算查表得，设笼式扶梯与塔顶管线布置成90，取下列两式中的较大

9、者：式中：式中：f3=1.00,L3=10000mm式中：d0取2172+38=472mm,ps=0D03=666,ps=0,K3=400,K4=22800100010000=3201 De3=666+400+320=1386, 2 De3=666+320+472=1458取两者中的较大值，故取（2）式中的 De3=1458所以 p3=0.71.730010000145810-6=5205.06N同理P1=1426.79N P2=1426.79N 各段风载荷计算结果计算段平台数17003000.71.71.000.7005709.431426.7927003000.71.71.001.4005

10、709.431426.793100003000.71.71.0011.4247214585205.06 4.2风弯矩计算截面00MW0-0=P1L12+P2L1+L22+P3L1+L2+L32=1426.797002+1426.79700+7002+5205.6700+700+100002 =3.531107N.mm截面11MW1-1=P1L12+P3L2+L32 =1426.797002+5205.6700+100002 =3.0168107N.mm截面22MW2-2=P3L32=5205.065000=2.603107N.mm5塔器的基本自振周期计算取第一振型阻尼比（脉动增大系数）为则衰减

11、指数T1=90.33Hm0HEeDi310-3=90.33106823.21000021056109=0.2154s6地震弯矩计算塔的总高度H=10000mm全塔操作质量=6823.2kg重力加速度g=9.81m/s2地震影响系数10查手册得查手册得1=0.02+0.05-18=0.02+0.05-0.028=0.0242=1+0.05-10.06+1.71=1+0.05-0.020.06+1.70.02=1.3191=1.3190.20.95-0.0240.314-50.40.24=0.07838计算截面距地面高度h：00截面：h=0mm 11截面：h=700mm 22截面：h=1400mm

12、地震弯矩计算截面00 ME0-0=16351m0gH=16350.078386823.2100009.81 =2.398107N.mm截面11 ME1-1=81m0g175H2.510H3.5-14H2.5h+4h3.5=80.078386823.29.81175100002.5101014-141010700+47003.5 =2.163107N.mm截面22 ME2-2=81m0g175H2.510H3.5-14H2.5h+4h3.5=80.078386823.29.81175100002.5101014-1410101400+414003.5 =2.399107N.mm7各种载荷引起的轴

13、向应力7.1计算压力引起的轴向拉应力11=PcDi4e=0.1100048=3.125Mpa其中,e=n-C=10-2=87.2操作质量引起的轴向压应力2截面0020-0=m00-0gDie=6823.29.813.1410008=2.665Mpa截面1121-1=m01-1gAsm=6590.79.8123720.96=2.726Mpam01-1=6823.2-232.5=6590.7kg式中， Asm为手孔截面的截面积，按下式计算得：Asm=23720.96Asm=Di+ee-2eB-2L，其中B取300，L取100截面2222-2=m02-2gA=m02-2gDie=6170.79.81

14、3.1481000=2.4098Mpa式中m02-2=6823.2-232.5-420=6170.7kg7.3最大弯矩引起的轴向应力3截面0030-0=Mmax0-0Zsb=4Mmax0-0Di2e=43.5311073.14100028=5.6226Mpa其中Mmax0-0=MW0-0=3.531107N.mmMmax0-0= ME0-0+0.25MW0-0=3.5314+2.398107=3.281107N.mm截面1131-1=Mmax1-1Zsm=MW1-1Zsm=3.01681075.48106=5.505Mpa其中Mmax1-1=MW1-1=3.0168107N.mmMmax1-1

15、= ME1-1+0.25MW1-1=3.01684+2.163107=2.917107N.mmZsm为手孔截面的弯管截面系数，经下式计算得：Zsm=5.48106mm3Zsm=4Di+e3e-BeDi+e2+2eLDi+e2-B2Di+e2-B2截面2232-2=Mmax2-2Zsm=MW2-24Di2e=43.051073.14100028=4.857Mpa其中Mmax2-2=MW2-2=2.603107N.mmMmax2-2= ME2-2+0.25MW2-2=2.6034+2.399107=3.05107N.mm8塔体与裙座危险截面的强度与稳定校核 8.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 塔体

16、的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的22截面上。其中 t=113Kpa,=0.85,载荷组合系数为K,取K=1.2Kt=1.21130.85=115.3Kpamax2-2=1-22-2+32-2=3.125-2.4098+4.857=5.5722Mpamax2-2=5.5722MpaKt=115.3Mpa满足要求。8.2塔体与裙座的稳定校核截面22塔体22截面上的最大组合轴向压应力max2-2=22-2+32-2=2.4098+4.857=7.267Mpamax2-2=7.267Mpacr=minKB,Kt=min164.4,135.6=135.6Mpa满足要求。截面11塔体11截面上的最大

17、组合轴向压应力max1-1=21-1+31-1=2.726+5.505=8.231Mpamax1-1=8.231Mpacr=minKB,Kt=min164.4,135.6=135.6Mpa满足要求。其中,截面00塔体00截面上的最大组合轴向压应力max0-0=20-0+30-0=2.665+5.6226=8.288Mpamax0-0=8.288Mpacr=minKB,Kt=min164.4,135.6=135.6Mpa满足要求。其中 各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面001122塔体与裙座有效厚度888截面以上的操作质量6823.26590.76170.7计算截面面积13188161

18、8513188计算截面的抗弯截面系数最大弯矩3.5311073.01681072.603107最大允许轴向拉应力115.3最大允许轴向压应力/MPa164.4164.4164.4135.6135.6135.6计算压力引起的轴向拉应力003.125操作质量引起的轴向压应力2.6652.7262.4098最大弯矩引起的轴向压应力5.62265.5054.857最大组合轴向拉应力5.5722最大组合轴向压应力8.2888.2317.267强度与稳定性校核强度满足要求稳定性满足要求满足要求满足要求9塔体水压试验 水压试验时各种载荷引起的应力(1).试验压力和液柱静压力引起的环向应力T=PT+液柱静压力

19、Di+e2e=0.1316+0.091000+828=13.96Mpa其中，PT=1.25Pct=1.250.1053113113=0.1316Mpa(2).试验压力引起的轴向应力1=PTDi4e=0.1316100048=4.1125Mpa(3).最大质量引起的轴向应力22-2=mmaxDi2e=13459.710009.813.14810002=5.256Mpa(4).弯矩引起的轴向应力32-2=0.3Mw2-24Di2e=40.32.6031073.14810002=1.243Mpa10水压试验时应力校核10.1筒体环向应力校核 0.9s=0.92350.8=169.2MpaT=13.9

20、6Mpa0.9s=169.2Mpa满足要求。10.2最大组合轴向拉应力校核max2-2=1-22-2+32-2=4.1125-5.256+1.243=0.0995Mpa0.9s=0.92350.8=169.2Mpamax2-2=0.0995Mpa0.9s=169.2Mpa满足要求。10.3最大组合轴向压应力校核max2-2=22-2+32-2=5.256+1.243=6.499Mpa0.9s=0.92350.8=169.2Mpamax2-2=6.499Mpacr=minKB,0.9s=min164.4,211.5=164.4Mpa满足要求。11基础环设计11.1基础环尺寸 11.2基础环的应力

21、校核1bmax=Mmax0-0Zb+m0gAb=3.5311071.36108+9.816832.26.28105=0.3664Mpa2bmax=0.3MW0-0+MeZb+mmaxgAb=0.33.5311071.36108+9.8113459.76.28105 =0.2881Mpa取以上两者中的较大值 bmax=0.3664Mpa，选用75号混凝土，其许用应力为Ra=3.5Mpa,max=0.3664MpaRa=3.5Mpa,满足要求。11.3基础环的厚度基础环材料的许用应力为按有筋板时计算基础环厚度： 11圆整后取12.地脚螺栓计算12.1地脚螺栓承受的最大拉应力B=maxMW0-0+M

22、eZb-mmingAb,ME0-0+0.25MW0-0+MeZb-m0gAb其中，MW0-0=3.531107N.mm，mmin=7163.3kg，ME0-0=2.398107N.mmm0=6823.2kg，Zb=1.36108mm3，Ab=6.28105mm21B=maxMW0-0+MeZb-mmingAb=3.5311071.36108-7136.39.816.28105=0.1482Mpa2B=maxME0-0+0.25MW0-0+MeZb-m0gAb=2.398107+0.253.5311071.36108-6823.29.816.28105=0.1346Mpa取较大值，B=0.148

23、2Mpa12.2地脚螺栓的螺纹小径，选取地脚螺栓个数n=16, 查得的螺栓的螺纹小径=20.752mm，故选用16个的地脚螺栓完全满足要求。13 塔结构设计13.1 塔体 塔体包括塔壳筒体、封头、人孔、手孔、叶面计、接管、法兰等各受压元件，其结构形式和要求应满足GB150有关规定13.2 填料因为是常温工作 选用聚丙烯阶梯散堆填料环，高度6米13.3塔设备附件13.3.1接管塔设备的塔体上配有各种工艺接管和仪表接管，大多数接管与一般容器上接管结构相同13.3.2 吊柱对于高度大于15m的室外无框架的整体塔，应考虑安装和检修时起吊塔台及其他附件方便，所以常在塔顶安装可转动的吊柱。本塔高度10米故

24、不需吊柱13.3.3 裙式支座裙座是塔设备广泛采用的一种支座，裙座有圆筒形和圆锥型两种。13.3.4开孔设计 为了满足工艺、安装、检修的要求，往往需要在容器的简体和封头上开各种形状的、大小的孔或连接接管。本设计中的填料塔径为1000mm，在裙座中部开一个检查孔；在填料层、进气管,出气管周围开三个人孔以方便塔内件的检修、安装等。人孔直径一般为450mm，标准人孔公称直径有DN400、DN450、DN500、DN600四种，本设计选用DN400直径人孔。13.3.5开孔补强 设计计算壁厚只为0.5485mm，考虑加工制造、运输、安装等，又因为1000mm塔径的最低壁厚为10mm，所以取10mm，有

25、效壁厚为8mm，等于已经对塔体进行了整体补强，故不用在对各个开孔处进行补强。14课程设计总结与结论与心得体会 1、通过本次课程设计，使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。它相当于实际填料塔设计工作的模拟。在课程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对填料塔的特点和收集、调查有关资料，然后进入草案阶段，其间与同学进行几次方案的讨论、修改，再讨论、逐步了解设计填料塔的基本顺序，最后定案。设计方案确定后，又进行扩初详细设计，并计算物料守恒，传质系数，填料层高度，塔高等；最后进行塔附件设计。 2、此次课程设计基本能按照设计任务书、指导书、技术条件的

26、要求进行。同学之间相互联系，讨论，整体设计基本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题。理论的数据计算不难，困难就在于实际选材，附件选择等实际问题。这些方面都应在以后的学习中得以加强与改进。以上是本次课程设计的指导过程中的心得与体会以及对课程设计完成情况的总结，希望在以后的学习当中能扬长避短，以取得更好的教学效果。3.设计严格依据GB150-2010钢制压力容器和其他相应规定进行并完成。所设计的常压填料塔完全满足预先给定的工艺要求及各项技术参数与指标的要求，可保证其在给定的工作介质的条件下正常工作。经过结构设计、强度计算和稳定性校核，并考虑了上述标准中推荐的各标准件规格，最终确定各主要

27、零部件的规格尺寸如下：塔体以及封头的厚度均为10；支承塔体的支座选用圆筒形裙座，裙座高度1.4m，厚度10；用于固定的地脚螺栓的尺寸为M24，总计16个；总体结构汇总于装配图上。 所设计的填料塔的工作条件受限于给定的主体材料、工作介质及相应技术参数与指标，因此如变换使用条件，必须经过严格的论证和验证。为保证所设计的填料塔安全、正常地工作，除设计合理外，还必须严格遵循对填料塔提出的有关制造、检验、安装与维修的具体要求。通过此次课程设计，我熟悉了化工设备的设计过程和计算原则。能够熟练应用绘图软件，并且我知道了，设计压力容器一定要认真细致，因为它关系到人民的人身安全，一定要做一个对自己对大家对社会负

28、责任的人。15参考文献：1.J.A迪安主编，兰氏化学手册M.北京：科学出版社，2003年2.时钧，汪家鼎，陈敏恒等主编，化学工程手册第二版上卷M，北京：化学工业出版社，1996.1。3.姚玉英.化工原理：上册，下册M.天津：天津科学技术出版社，2009年。4. 化学工业部化工设计公司主编, 化工工艺算图 第一册 常用物料物性数据, 化学工业出版社，1982。5. 张受谦.化工手册：上卷M.济南：山东科学技术出版社，1986年。6. 匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计M.北京：化学工业出版社，2008年。7. 贾绍仪，柴诚敬.化工原理课程设计M.天津：天津大学出版社，2002年。8. 路

29、秀林，王者相编，塔设备M.北京：化学工业出版社，2004.19. JB4710-2005.钢制塔式容器S.北京：化学工业出版社.200510. GB150-2011. 钢制压力容器S 北京：化学工业出版社.200511. 刁玉玮 王立业 喻健良M化工设备机械基础,大连理工出版社,1988.812. 匡国柱，史启才编著. 化工单元过程及设备课程设计.化学工业出版社,200213. 王明辉编著.化工单元过程课程设计. 化学工业出版社, 200714. 时钧,汪国鼎,余国琮,陈敏恒编著.学工程手册. 化化学工业出版社, 199615 冷士良,陆清,宋志轩编著. 化工单元操作及设备. 化学工业出版社, 200716. 王红林,陈砺,编著. 化工设计. 华南理工大学出版社, 200517 涂晋林,吴志泉编著. 化工工业中的吸收操作. 华南理工大学出版社, 199418 潘国昌, 郭庆丰编著. 化工设备设计. 清华大学出版社, 199619 蔡纪宁，张秋翔主编. 化工设备机械基础. 化学工业出版社, 200317