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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[]170MPa[]144MPa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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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0050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9-416MnR,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10-1816MnR,300℃得B=96Q235-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.
993.9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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~顶各段操作质量
908.
753471.
5515914.
0826772.
5221836.91各点距地面高度500200065001500025000A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0~11~22~33~44~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0~11~22~33~44~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500050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9-416MnR,300℃得:Q235-A,300℃得8686144系数查图10-1816MnR,300℃得B=96Q235-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.
5173.999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.
2000.663~64
[2]陈国桓.化工机械基础.第二版.北京化学工业出版社.
2006.1169~171
[3]陈国桓.化工机械基础.第二版.北京化学工业出版社.
2006.1125~125
[4]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.
2000.685~85
[5]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.
2004.1324~3277主要符号说明系数,按GB150相关章节,壳体和裙座质量,塔设备壳体内径,内体质量,基础环内径,保温材料质量,塔设备壳体直径,平台扶梯质量,基础环直径,操作时塔内物料质量,裙座壳体外直径,塔设备第i段的操作质量,塔顶管线外径,距地面处的集中质量,偏心质量中心至塔设备中心线距离,塔设备的当量质量,设计温度下材料的弹性模量,任意计算截面i-i的基本振型地震弯矩,风压高度变化系数底截面0-0出的地震弯矩,塔设备底截面处的垂直地震力,任意计算截面I-I处的风弯矩,塔设备任意计算截面处垂直地震力,底截面0-0处的风弯矩,集中质量引起的基本振型水平地震力任意计算截面I-I处的最大弯矩,重力加速度,取基本风压值,塔设备高度,基础环计算厚度,塔设备顶部至第i段底截面的距离,圆筒的有效厚度,塔设备第i段顶截面距地面的高度,分头的有效厚度,塔设备第i段集中质量距地面高度,裙座的有效厚度,地i段、第i-1段的截面惯性距,圆筒的名义厚度,载荷组合系数,取封头的名义厚度,体型系数,裙座的名义厚度,笼式扶梯当量宽度,管线保温层厚度,操作平台当量质量,塔设备第i段保温层厚度,第i计算段长度,由内压和外压引起的轴向应力,操作平台所在计算段的长度,重力及垂直地震力引起的轴向应力,人空、接管、法兰等附属件质量,最大弯矩引起的轴向应力,偏心质量,试验压力引起的周向应力,塔设备操作质量,设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力液压试验时,塔设备内充液质量,试验介质的密度,。