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    板式塔设备机械设计完整版.pdf

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    板式塔设备机械设计完整版.pdf

    板板式式塔塔设设备备机机械械设设计计 HEN system office room【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】1 1 板式塔设备机械设计任务书板式塔设备机械设计任务书设计任务及操作条件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Di 2000mm,塔高30m,工作压力为1.2MPa,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Q235 A。设计内容设计内容(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。.设计要求: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 2 塔设备已知条件及分段示意图塔设备已知条件及分段示意图已知设计条件塔体内径Di塔体高度H设计压力P分段示意图2000mm30000mm塔体设计温度t材料许用应力t30016MnR170MPa144MPa设计温度下弹性模量E常温屈服点s厚度附加量 C塔体焊接接头系数介质密度塔盘数 N每块塔盘存留介质层高度hw基本风压值q0地震设防烈度场地土类别地面粗糙度偏心质量me偏心距 e塔外保温层厚度s保温材料密度2裙座材料许用应力ts常温屈服点s设计温度下弹性模量Es厚度附加量Cs人孔,平台数材料地脚许用应力螺栓腐蚀裕量C2个数 n345MPa2mm55100mm500N/7 度II 类B 类4000kg2000mm100mmQ235-A86MPa235MPa2mm6Q235-A147MPa3323 3 塔设备设计计算程序及步骤塔设备设计计算程序及步骤按设计压力计算塔体和封头厚度按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计算压力pc,MPaPc=计算公式及数据圆筒计算厚度,mm+圆筒设计厚度c,mm圆筒名义厚度n,mm圆筒有效厚度e,mm封头计算厚度h,mm封头设计厚度hc,mm封头名义厚度hn,mm封头有效厚度he,mm塔设备质量载荷计算塔设备质量载荷计算计算公式及数据1223200014100020007000300006952623030006950=54730486569501000010000计算内容塔段内直径Di,mm塔段名义厚度ni,mm塔段长度li,mm塔体高度H1,mm单位筒体质量m1m,kg/m筒体高度H1,mm筒体质量m1,kg封头质量m2,kg裙座高度H3,mm裙座质量m3,kg塔体质量m01,kg塔段内件质量m02,kg01344顶保温层质量m03,kg0计算内容计算公式及数据01122334平台质量qN150kg/m2笼式扶梯质量qN 40kg/m平台数量 n=6 笼式扶梯总高HF 29m4顶平台,扶梯质量m04,kg40操作时塔内物料质量m05,kg080人孔、接管、法兰等附件质量ma,kg按经验取附件质量为:充液质量mw,kg0再沸器:me 4000偏心质量me,kg0操作质量m0,kg最小质量mmin,kg最大质量mmax,kg0140026000自振周期计算计算内容塔设备的自振周期T1,s计算公式及数据地震载荷与地震弯距计算计算内容各段操作质量mi,kg各点距地面高度hi,mm计算内容基本振型参与系数k1阻尼比i地震影响系数最大值max场地土的特征周期Tg衰减指数阻尼调整系数2地震影响系数1水平地震力Fk1,N垂直地震影响系数V,max操作质量m0,kg当量质量meq,kg底截面处垂直地震力FV00,N0150001122000计算公式及数据23650034150004顶2500012计算公式及数据23344顶取meq 0.75m035447.7计算内容计算公式及数据垂直地震力FV11,N底截面处地震弯距00ME1,N mm截面 1-1 处地震弯距12078截面 2-2 处地震弯距风载荷与风弯距计算计算内容各计算段的外径DOi,mm塔顶管线外径dO,mm第 i 段保温层厚度si,mm管线保温层厚度ps,mm笼式扶梯当量宽度K3计算内容各计算段长度li,mm操作平台所在计算段的长度l0,mm平台数各段平台构件的投影面积A,mm2操作平台当量宽度0112计算公式及数据23344顶400100100400011000000计算公式及数据1223342000700010000200000700021000024顶10000100002K4,mm028282628282812828262828283103603188298831882036031882988318830各计算段的有效直径Dei,mm取大值Dei/mm各计算段顶截面距地面的高度hit,m风压高度变化系数fi体型系数K1基本风压值q0,N/m2塔设备的自振周期T1,s脉动增大系数脉动影响系数Vi计算内容第 i 段振型系数Zi各计算段的风振系数各计算段的水平风力根据hit查表 5-22500查表 5-23查表 5-24计算公式及数据011223根据hit/H与u查表 5-253414顶0-0 截面的风弯距00MW,Nmm1-1 截面的风弯距11MW,Nmm2-2 截面的风弯距偏心弯距偏心弯距计算内容偏心质量me,kg偏心距e,mm偏心弯距Me,N mm计算公式及数据40002000最大弯距最大弯距计算内容ii,N mm最大弯距Mmax0-0 截面计算公式及数据1-1 截面2-2 截面圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容有效厚度ei,mm筒体内径Di,mm计算截面以上的操作质量iim0,kg设计压力引起的轴向应力1,MPa操作质量引起的轴向应力2,MPa最大弯距引起的轴向应力3,MPa载荷组合系数K系数A0-0 截面计算公式及数据1-1 截面1220002-2 截面0050设计温度下材料的许用应力t,MPa计算内容系数B,MPa许用轴向压应力圆筒最大组合压应力查图 9-4(16MnR,300)得::t144(Q235-A,300)得:86st86计算公式及数据0-0 截面1-1 截面查图 10-18(16MnR,300)得:B=96(Q235-A,300)得:B=959595114114取以上两者中小值861442-2 截面96圆筒最大组合压拉力cr对内压塔器(23)(满足要求)(123)Kt对内压塔器(满足要求)计算公式及数据1000塔设备压力试验的应力校核塔设备压力试验的应力校核计算内容试验介质的密度s,kg/m3液柱高度Hw,m液柱静压力sgHw,MPa2-2 截面最大质量22mT,kg试验压力pT,MPa筒体常温屈服点s,MPa2-2 截面0.9Ks,MPa2-2 截面KB,MPa计算内容压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力cr,MPa试验压力引起的周向应力T,MPa345计算公式以及数据取以上两者中小值液压试验时:T171.10.9KS试验压力引起的轴向应力T1,MPa重力引起的轴向应力T 2,MPa弯矩引起的轴向应力T 3,MPaT1=pTDi1.771 2000=73.794ei4 12T1-T 2+T 373.7917.4511.1567.49压力试验时圆筒最大组合液压试验时T1-T 2+T 367.49Ks(满足要求)应力,MPaT 2+T 317.4511.1528.06 cr(满足要求)裙座轴向应力校核计算内容0-0 截面积Asb,mm20-0 截面系数Zsb,mm2裙座许用轴向应力,MPa0-0 截面组合应力,MPa检查孔加强管长度lm,mm检查孔加强管水平方向的最大宽度bm,mm检查孔加强管厚度m,mm1-1 截面处裙座筒体的截面积Asm,mm21-1 截面处的裙座筒体截面系数Zsm,mm31-1 截面最大弯矩1 1Mmax,Nmm取以上两者中小值12045012计算公式以及数据1141-1 截面组合应力,MPa基础环设计基础环设计计算内容裙座内径Dis,mm裙座外径Dos,mm基础环外径Dob,mm基础环内径Dib,mm基础环伸出宽度b,mm相邻两盘板最大外侧间距l,mm基础环面积Ab,mm2基础环截面系数Zb,mm3基础环材料的许用应力b,MPa计算公式以及数据200022801720160取以上两者中大值水压试验时压应力b1,MPa操作时压应力b2,MPa混凝土基础上的最大压力bmax,MPa矩形板力矩Cx、Cy系数对 X 轴的弯距MX,N mm/mm对 Y 轴的弯距My,N mm/mm计算力矩Ms,N mm/mmCy 0.1260查表 5-27 得:Cx 0.0485;MX=Cxbmaxb2 6806.7取以上两者中大值有筋板时基础环厚度,mmb6MSb67128.617.48经圆整取b18140地脚螺栓计算地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据最大拉应力B1,MPa最大拉应力B2,MPa基础环中螺栓承受的最大拉应力B地脚螺栓个数n地脚螺栓材料的许用应力bt,MPa地脚螺栓腐蚀裕量C2,mm地脚螺栓螺纹小径d1,mm去以上两者中大值B=0 塔设备必须设置地脚螺栓32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计算结果计算结果塔体圆筒名义厚度n,mm14(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)hn,mm裙座圆筒名义厚度en,mm基础环名义厚度b,mm地脚螺栓个数地脚螺栓公称直径d,mm14(满足强度和稳定性要求)28(满足强度和稳定性要求)32(满足强度和稳定性要求)36(满足强度和稳定性要求)4 4 计算结果总汇计算结果总汇1 1 按设计压力计算塔体和封头厚度按设计压力计算塔体和封头厚度项目计算压力pc,MPa圆筒计算厚度,mm数据+圆筒设计厚度c,mm圆筒名义厚度n,mm圆筒有效厚度e,mm封头计算厚度h,mm封头设计厚度hc,mm封头名义厚度hn,mm封头有效厚度he,mm2 2 塔设备质量载荷计算塔设备质量载荷计算项目塔段内直径Di,mm塔段名义厚度ni,mm塔段长度li,mm塔体高度H1,mm单位筒体质量m1m,kg/m筒体高度H1,mm筒体质量m1,kg封头质量m2,kg裙座高度H3,mm裙座质量m3,kg塔体质量m01,kg塔段内件质量m02,kg保温层质量m03,kg0项目01平台,扶梯质量m04,kg40操作时塔内物料质量m05,kg人孔、接管、法兰等附件141214120112数据2320001470003000069526230300020854865129595473数据344顶10002000100001000069500695012235410344顶800质量ma,kg充液质量mw,kg偏心质量me,kg040001400计算公式及数据0操作质量m0,kg最小质量mmin,kg最大质量mmax,kg3 3 自振周期计算自振周期计算计算内容塔设备的自振周期T1,s4 4 地震载荷与地震弯距计算地震载荷与地震弯距计算项目各段操作质量mi,kg各点距地面高度hi,mmA基本振型参与系数k1阻尼比i衰减指数阻尼调整系数2地震影响系数最大值max场地土的特征周期Tg02600001500122000数据23650034150004顶25000地震影响系数1水平地震力Fk1,N垂直地震影响系数V,max操作质量m0,kg当量质量meq,kg底截面处垂直地震力FV00,N垂直地震力FV11,N底截面处地震弯距00ME1,N mm截面 1-1 处地震弯距截面 2-2 处地震弯距5 5 风载荷与风弯距计算风载荷与风弯距计算项目各计算段的外径DOi,mm塔顶管线外径dO,mm第 i 段保温层厚度si,mm管线保温层厚度ps,mm笼式扶梯当量宽度K3各计算段长度li,mm操作平台所在计算段的长度l0,mm120780112数据232028400100100400344顶10000200020007000700010000100001000010000平台数各段平台构件的投影面积A,mm2操作平台当量宽度K4,mm取大值Dei/mm各计算段顶截面距地面的高度hit,m风压高度变化系数fi体型系数K1基本风压值q0,N/m2塔设备的自振周期T1,s脉动增大系数脉动影响系数Vi项目第 i 段振型系数Zi各计算段的风振系数各计算段的水平风力0-0 截面的风弯距00MW,Nmm1-1 截面的风弯距11MW,Nmm2-2 截面的风弯距6 6 偏心弯距偏心弯距偏心质量me,kg偏心距e,mm偏心弯距Me,N mm7 7 最大弯距最大弯距000282810028283210500236031882023603188300112数据233414顶40002000项目ii,N mm最大弯距Mmax0-0 截面数据1-1 截面2-2 截面8 8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核项目有效厚度ei,mm筒体内径Di,mm计算截面以上的操作质量iim0,kg设计压力引起的轴向应力1,MPa操作质量引起的轴向应力2,MPa最大弯距引起的轴向应力3,MPa载荷组合系数K系数A设计温度下材料的许用应力t,MPa查图 9-4(16MnR,300)得::t144(Q235-A,300)得:86st0-0 截面数据1-1 截面1220002-2 截面500050系数B,MPa许用轴向压应力cr,MPa圆筒最大组合压应力8686查图 10-18(16MnR,300)得:B=96(Q235-A,300)得:B=95959511411414496cr对内压塔器(23)(满足要求)t()K(满足要求)123对内压塔器圆筒最大组合压拉力9 9 塔设备压力试验的应力校核塔设备压力试验的应力校核试验介质的密度s,kg/m3液柱高度Hw,m液柱静压力sgHw,MPa2-2 截面最大质量22mT,kg试验压力pT,MPa筒体常温屈服点s,MPa2-2 截面0.9Ks,MPa2-2 截面KB,MPa压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力cr,MPa试验压力引起的周向应力T,MPa试验压力引起的轴向应力T1,MPa重力引起的轴向应力T 2,MPa弯矩引起的轴向应力T 3,MPa压力试验时圆筒最大组合应力,MPa1000345液压试验时:T171.1 0.9KST2+T3 28.06cr(满足要求)1010 裙座轴向应力校核裙座轴向应力校核计算内容0-0 截面积Asb,mm20-0 截面系数Zsb,mm2计算公式以及数据114裙座许用轴向应力,MPa0-0 截面组合应力,MPa检查孔加强管长度lm,mm检查孔加强管水平方向的最大宽度bm,mm检查孔加强管厚度m,mm1-1 截面处裙座筒体的截面积Asm,mm21-1 截面处的裙座筒体截面系数Zsm,mm31-1 截面最大弯矩11Mmax,N mm1-1 截面组合应力,MPa1111 基础环设计基础环设计裙座内径Dis,mm裙座外径Dos,mm基础环外径Dob,mm基础环内径Dib,mm基础环伸出宽度b,mm相邻两盘板最大外侧间距l,mm基础环面积Ab,mm2基础环截面系数Zb,mm3基础环材料的许用应力b,MPa1204501228802000202822801720252160水压试验时压应力b1,MPa操作时压应力b2,MPa混凝土基础上的最大压力bmax,MPa矩形板力矩Cx、Cy系数对 X 轴的弯距MX,N mm/mm对 Y 轴的弯距My,N mm/mm计算力矩Ms,N mm/mm有筋板时基础环厚度,mm1212 地脚螺栓计算地脚螺栓计算最大拉应力B1,MPa最大拉应力B2,MPa基础环中螺栓承受的最大拉应力B地脚螺栓个数n地脚螺栓材料的许用应力bt,MPa地脚螺栓腐蚀裕量C2,mm地脚螺栓螺纹小径d1,mm圆整取 18321473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1313 计算结果计算结果塔体圆筒名义厚度n,mm塔体封头名义厚度hn,mm裙座圆筒名义厚度en,mm基础环名义厚度b,mm14(满足强度和稳定性要求)14(满足强度和稳定性要求)14(满足强度和稳定性要求)28(满足强度和稳定性要求)地脚螺栓个数地脚螺栓公称直径d,mm32(满足强度和稳定性要求)36(满足强度和稳定性要求)4 4 后记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 5 设计图纸设计图纸见附图6 6 参考文献参考文献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.,63642陈国桓.化工机械基础.第二版.北京:化学工业出版社.,1691713陈国桓.化工机械基础.第二版.北京:化学工业出版社.,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.,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.,3243277 7 主要符号说明主要符号说明BDiDibDODObDOs系数,按 GB150 相关章节,MPa塔设备壳体内径,mm基础环内径,mm塔设备壳体直径,mm基础环直径,mm裙座壳体外直径,mmm01m02m03m04m05mi壳体和裙座质量,kg内体质量,kg保温材料质量,kg平台扶梯质量,kg操作时塔内物料质量,kg塔设备第 i 段的操作质量,kgdOeE塔顶管线外径,mmmk1M1E1距地面hk处的集中质量,kg塔设备的当量质量,kg任意计算截面 i-i 的基本振型地震弯矩,偏心质量中心至塔设备中心线距离,mmmeq设计温度下材料的弹性模量,MPaN?mmfi0F0v风压高度变化系数0M0E1底截面 0-0 出的地震弯矩,N?mm塔设备底截面处的垂直地震力,N1M1W任意计算截面 I-I 处的风弯矩,N?mm100F1v塔设备任意计算截面处垂直地震力,NMW底截面 0-0 处的风弯矩,N?mmFk1集中质量mk引起的基本振型水平地震力NgHHihiIi、Ii1KK1K3K4lilomamemomw载荷组合系数,取K=1.2体型系数,K1=0.7笼式扶梯当量宽度,K3=400mm操作平台当量质量,mm第 i 计算段长度,mm操作平台所在计算段的长度,mm人空、接管、法兰等附属件质量,kg偏心质量,kg塔设备操作质量,kg液压试验时,塔设备内充液质量,kg重力加速度,取g=9.81塔设备高度,mm0M0max任意计算截面 I-I 处的最大弯矩,N?mmq0基本风压值,N/m2基础环计算厚度,mm圆筒的有效厚度,mm分头的有效厚度,mm裙座的有效厚度,mm圆筒的名义厚度,mm塔设备顶部至第 i 段底截面的距离,mmhit塔设备第 i 段顶截面距地面的高度,mm塔设备第 i 段集中质量距地面高度,mm地 i 段、第 i-1 段的截面惯性距,mm4123封头的名义厚度,mm裙座的名义厚度,mm管线保温层厚度,mm塔设备第 i 段保温层厚度,mm由内压和外压引起的轴向应力,MPa重力及垂直地震力引起的轴向应力,MPa最大弯矩引起的轴向应力,MPa试验压力引起的周向应力,MPacr设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力MPa试验介质的密度,kg/cm3

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