板式塔设备机械设计.doc

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，塔高，工作压力为，设计温度为300，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。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2000mm塔体高度30000mm设计压力1.2MPa设计温度300塔体材料16MnR许用应力170MPa144MPa设计温度下弹性模量E常温屈服点345MPa厚度附加量C2mm塔体焊接接头系数0.85介质密度塔盘数N55每块塔盘存留介质层高度100mm基本风压值500N/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4000kg偏心距e2000mm塔外保温层厚度100mm保温材料密度材料Q235-A裙座许用应力86MPa常温屈服点235MPa设计温度下弹性模量厚度附加量2mm人孔，平台数6地脚螺栓材料Q235-A许用应力147MPa腐蚀裕量3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=1.2Mpa圆筒计算厚度 +圆筒设计厚度 圆筒名义厚度圆筒有效厚度 封头计算厚度 封头设计厚度封头名义厚度封头有效厚度3.2 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 2000塔段名义厚度14塔段长度 1000200070001000010000塔体高度 30000单位筒体质量695筒体高度 26230筒体质量 封头质量 裙座高度 3000 裙座质量 塔体质量 6951875.8486569506900.65塔段内件质量002591.75654.94712.4保温层质量 =54730146.21469.92071.61785.3计算内容计算公式及数据011223344顶平台，扶梯质量平台质量 笼式扶梯质量平台数量n=6 笼式扶梯总高 40801606.61726.61686.8操作时塔内物料质量 0900.62764.636031.925026.6人孔、接管、法兰等附件质量按经验取附件质量为： 173.75468.951216.251737.51725.16充液质量 01125.723116.932541.727871.1偏心质量再沸器：00140026000操作质量908.753471.5115914.0826775.5221836.91最小质量 908.752570.9511076.0916216.6813040.39最大质量 908.753696.6536266.3553282.344681.413.3 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3.4 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908.753471.5515914.0826772.5221836.91各点距地面高度500200065001500025000 计算内容计算公式及数据011223344顶基本振型参与系数0.1730.6071.307阻尼比0.02衰减指数阻尼调整系数地震影响系数最大值场地土的特征周期地震影响系数 水平地震力2.02861.981664.829818.4017231.22垂直地震影响系数 操作质量47263.6当量质量取底截面处垂直地震力计算内容计算公式及数据垂直地震力60.3670.31207839088.849922.4底截面处地震弯距 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顶各计算段的外径塔顶管线外径400第i段保温层厚度100管线保温层厚度100笼式扶梯当量宽度400计算内容计算公式及数据011223344顶各计算段长度1000200070001000010000操作平台所在计算段的长度 0200070001000010000平台数00222各段平台构件的投影面积00操作平台当量宽度0873.8514.3360360各计算段的有效直径282828283342.331883188262826283142.329882988取大值282828283342.331883188各计算段顶截面距地面的高度13102030风压高度变化系数根据查表5-221.01.01.01.251.42体型系数0.7基本风压值500塔设备的自振周期0.922脉动增大系数查表5-232.25脉动影响系数查表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段振型系数根据与查表5-250.020.020.0680.340.612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1-1截面的风弯距2-2 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4000偏心距2000偏心弯距 3.7 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3.8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校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12筒体内径2000计算截面以上的操作质量68903.8167995.0664523.51设计压力引起的轴向应力00 50操作质量引起的轴向应力8.968.848.39最大弯距引起的轴向应力38.2236.3532.38载荷组合系数1.2系数设计温度下材料的许用应力查图9-4(16MnR ，300)得:： (Q235-A ，300) 得：8686144计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面系数查图10-18(16MnR，300)得：B=96 (Q235-A ，300)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 （满足要求）47.1845.1840.77圆筒最大组合压拉力对内压塔器 （满足要求）29.2627.5173.99 3.9 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1000液柱高度27.28液柱静压力0.272-2截面最大质量试验压力筒体常温屈服点3452-2截面372.62-2截面115.2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取以上两者中小值115.2试验压力引起的周向应力液压试验时: 试验压力引起的轴向应力=重力引起的轴向应力弯矩引起的轴向应力压力试验时圆筒最大组合应力,-+液压试验时-+(满足要求)+(满足要求)3.10 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0-0截面系数114103.4裙座许用轴向应力取以上两者中小值103.40-0截面组合应力检查孔加强管长度120检查孔加强管水平方向的最大宽度450检查孔加强管厚度121-1截面处裙座筒体的截面积1-1截面处的裙座筒体截面系数1-1截面最大弯矩1-1截面组合应力3.11 基础环设计计算内容计算公式以及数据裙座内径2000裙座外径基础环外径2280基础环内径1720基础环伸出宽度相邻两盘板最大外侧间距160基础环面积基础环截面系数基础环材料的许用应力水压试验时压应力操作时压应力混凝土基础上的最大压力 取以上两者中大值2.21矩形板力矩系数查表5-27得：对X轴的弯距 =对Y轴的弯距 计算力矩取以上两者中大值7128.6有筋板时基础环厚度 经圆整取3.12 地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据最大拉应力最大拉应力基础环中螺栓承受的最大拉应力 去以上两者中大值=1.580 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 地脚螺栓腐蚀裕量 地脚螺栓螺纹小径故取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14(满足强度和稳定性要求)塔体封头名义厚度14(满足强度和稳定性要求)裙座圆筒名义厚度14(满足强度和稳定性要求)基础环名义厚度28(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36(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1.2圆筒计算厚度 9.9+圆筒设计厚度 11.9圆筒名义厚度14圆筒有效厚度 12封头计算厚度 9.8封头设计厚度11.8封头名义厚度14封头有效厚度122 塔设备质量载荷计算项目数据011223344顶塔段内直径 2000塔段名义厚度14塔段长度 1000200070001000010000塔体高度 30000单位筒体质量695筒体高度 26230筒体质量 18339.85封头质量 971.6裙座高度 3000 裙座质量 2085塔体质量 21286.456951875.8486569506900.65塔段内件质量12959002591.75654.94712.4保温层质量54730146.21469.92071.61785.3项目数据011223344顶平台，扶梯质量541040801606.61726.61686.8操作时塔内物料质量14723.60900.62764.636031.925026.6人孔、接管、法兰等附件质量5321.6173.75468.951216.251737.51725.16充液质量84655.401125.723116.932541.727871.1偏心质量400000140026000操作质量68903.81908.753471.5115914.0826775.5221836.91最小质量43812.85908.752570.9511076.0916216.6813040.39最大质量138835.46908.753696.6536266.3553282.344681.413 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0.9224 地震载荷与地震弯距计算项目数据011223344顶各段操作质量908.753471.5515914.0826772.5221836.91各点距地面高度500200065001500025000 A基本振型参与系数0.1730.6071.307阻尼比0.02衰减指数0.975阻尼调整系数1.319地震影响系数最大值0.12场地土的特征周期0.35地震影响系数 0.0616水平地震力2.02861.981664.829818.4017231.22垂直地震影响系数 0.2925操作质量47263.6当量质量35447.7底截面处垂直地震力101714.5垂直地震力60.3670.31207839088.849922.4底截面处地震弯距截面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2028塔顶管线外径400第i段保温层厚度100管线保温层厚度100笼式扶梯当量宽度400各计算段长度1000200070001000010000操作平台所在计算段的长度 0200070001000010000平台数00222各段平台构件的投影面积00操作平台当量宽度0873.8514.3360360取大值282828283342.331883188各计算段顶截面距地面的高度13102030风压高度变化系数1.01.01.01.251.42体型系数0.7基本风压值500塔设备的自振周期0.922425.04脉动增大系数2.25脉动影响系数0.720.720.720.790.830.0330.10.330.671项目数据011223344顶第i段振型系数0.020.020.0680.340.612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1-1截面的风弯距2-2 截 面 的 风 弯 距6 偏心弯距偏心质量4000偏心距2000偏心弯距7 最大弯距项目数据0-0截面1-1截面2-2截面最大弯距8 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12筒体内径2000计算截面以上的操作质量68903.8167995.0664523.51设计压力引起的轴向应力5000 50操作质量引起的轴向应力8.968.848.39最大弯距引起的轴向应力38.2236.3532.38载荷组合系数1.2系数设计温度下材料的许用应力查图9-4(16MnR ，300)得:： (Q235-A ，300) 得：8686144系数查图10-18(16MnR，300)得：B=96 (Q235-A ，300)得：B=95959596114114115.2103.2103.2172.8许用轴向压应力103.2103.2115.287.7287.72146.88圆筒最大组合压应力对内压塔器 （满足要求）47.1845.1840.77圆筒最大组合压拉力对内压塔器 （满足要求）29.2627.5173.99 9 塔设备压力试验的应力校核试验介质的密度1000液柱高度27.28液柱静压力0.272-2截面最大质量134230.06试验压力1.771筒体常温屈服点3452-2截面372.62-2截面115.2压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力115.2试验压力引起的周向应力171.1液压试验时: 试验压力引起的轴向应力73.79重力引起的轴向应力17.45弯矩引起的轴向应力11.15压力试验时圆筒最大组合应力,67.49+(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0-0截面系数114103.4裙座许用轴向应力103.40-0截面组合应力检查孔加强管长度120检查孔加强管水平方向的最大宽度450检查孔加强管厚度1228801-1截面处裙座筒体的截面积1-1截面处的裙座筒体截面系数1-1截面最大弯矩1-1截面组合应力11 基础环设计裙座内径2000裙座外径2028基础环外径2280基础环内径1720基础环伸出宽度252相邻两盘板最大外侧间距160基础环面积基础环截面系数基础环材料的许用应力水压试验时压应力2.21操作时压应力1.39混凝土基础上的最大压力 2.211.6矩形板力矩系数对X轴的弯距 -6806.7对Y轴的弯距7128.6计算力矩7128.6有筋板时基础环厚度17.48圆整取1812 地脚螺栓计算最大拉应力1.58最大拉应力0.87基础环中螺栓承受的最大拉应力 1.58地脚螺栓个数32地脚螺栓材料的许用应力 147地脚螺栓腐蚀裕量 3地脚螺栓螺纹小径30.44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14(满足强度和稳定性要求)塔体封头名义厚度14(满足强度和稳定性要求)裙座圆筒名义厚度14(满足强度和稳定性要求)基础环名义厚度28(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36(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B系数，按GB150相关章节，MPam01壳体和裙座质量，kgDi塔设备壳体内径，mmm02内体质量，kgDib基础环内径，mmm03保温材料质量，kgDO塔设备壳体直径，mmm04平台扶梯质量，kgDOb基