2022年球罐结构设计 .pdf

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1、第二章 球罐结构设计2.1 球壳球瓣结构尺寸计算2.1.1 设计计算参数：球罐内径： D=12450mm 23341表P几何容积： V=974m3 公称容积： V1=1000m3 球壳分带数： N=3支柱根数： F=8各带球心角 / 分块数：上极： 112.5/7赤道： 67.6/16 下极： 112.5/7图 2-1 混合式排板结构球罐2.1.2 混合式结构排板的计算：1. 符号说明： R- 球罐半径6225 mm N-赤道分瓣数16 ( 看上图数的 ) - 赤道带周向球角22.5 （360/16）0- 赤道带球心角 701- 极中板球心角 442- 极侧板球心角 113- 极边板球心角 2

2、22 赤道板（图 2-2）尺寸计算：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 图 2-2 弧长L=1800R =18070622514.3=7601.4mm 弦长L=2Rsin(20)=2x6225sin(270)=7141mm 弧长1B=NR2cos(20)=1614.362252xcos270=2001.4mm 弦长1B=2Rcos(20)sin(2)=2x6225cos35sin25.22=1989.6mm 弧长2

3、B=NR2=1614.362252x=2443.3mm 弦长2B=2Rsin2=2x6225sin(25 .22）=2428.9mm 弦长D=2R)2(cos)2(cos1202=2x6225x)25.22(cos)270(cos122 = 7413.0mm 弧长D=90Rarcsin(2RD)=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) = 7936.4 mm 极板（图 2-3）尺寸计算：图 2-3 对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin1212=)11244(sin12 = 1.139 mm 1B = 2001.4 L = 7601.41B= 6204. 1 2B

4、=7167.10D=9731.7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 弦长1B=HR)2sin(221=139. 1)11244sin(62252xx=5953.3mm 弧长1B=90Rarcsin(2RB1)=90622514.3xarcsin(2x62253 .5953)=6204. 1mm 弦长0D=21B=26204.1=8774.0mm 弧长0D=90Rarcsin(2RD)=903.14x6225arcs

5、in(2x62258774)=9731.7mm 弦长2B=2Rsin(212)=2x6225xsin(11244)=6780.8mm 弧长2B=180)2(21R=1802x11)(44622514.3=7167.1mm (1) 极中板（图 2-4）尺寸计算：图 2-4 对角线弦长与弧长的最大间距： A=)2(sin)2(sin121212=0.979mm 弧长2B=1801R=4778.0mm 弦长2B=2Rsin(21)=4663.9mm 弧长2L=180)2(R21=7167.1mm 弦长2L=2Rsin(212)=6780.8mm 弦长1L=A)2sin()2cos(2R211=642

6、1.9mm 弧长1L=90Rarcsin(RL21)=6744.0mm 1B= 4065.2 2B=4663.92L=7167.1 1L=6744.0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 弦长1B=AR)2cos()2sin(2211=3995.3mm 弧长1B=90Rarcsin(2RB1)=4065.2mm 弦长D=2211BL=7563.3mm 弧长D=90Rarcsin(2RD)=8124.5mm (2) 侧

7、极板（图 2-5）尺寸计算：图 2-5 弦长1L=2Rcos(21)sin(212)/A= 6421.9mm 弧长1L=90Rarcsin （RL21）=6744.0mm 弦长2L=2Rsin(212)/H=5953.3mm 弧长2L=90Rarcsin(RL22)=6204.0mm K=2Rsin(21)cos(212)/A= 3995.3mm 式中 A.H 同前1=arcsin(RL22)-arcsin（2RK）=9.85mm 弧长2B=1802R=1194.5mm 弦长2B=2Rsin(22)=1193.3mm 1B= 1069.6 2B=1194.52L=5953.3 1L=6744.

8、0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 弧长1B=1801R=1069.6mm 弦长D=21LL1B=6183.5mm 弧长D=90Rarcsin(2RD)=6467.7mm 4. 极边板（图 2-6）尺寸计算：图 2-6 弧长1L=2Rcos(20)=8005.8mm 弦长1L=2Rcos(20)=7210.3mm 弦长3L=2Rsin(222)/H= 5953.3mm 弧长3L=90Rarcsin(2RL3)=6

9、204.1mm 弧长2B=1802R=1194.5mm 弦长2B=2Rsin(22)=1193.3mm 式中2=21800arcsin(R2D0)=10.2 M=22Rsin(212)/H=8419.23=90-20+arcsin(RM2)=97.554=2 arcsin22sin(23)= 64.25弧长1B=1802R=1107.6mm 弦长1B=2Rsin(22)=1106.7mm 弦长D=3112LLB=4600.2mm 1B= 1107.6 2B=1194.53L=6204.1 1L=8005.8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

10、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 弧长D=90Rarcsin(2RD)=4709.4mm 弧长2L=1804R=6977.0mm 弦长2L=2Rsin(23)=6621.3mm 第四章 强度计算4.1 球壳计算设计压力： 1.6 MPa 设计温度： -20 40 试验压力： 1.6 + H* *g*10-6 = 1.76 MPa 壳壁厚度球壳材料采用 1Gr17，b=450MPa ，常温下许用应力为 t=150MPa.14143表P取焊缝系数： =1.01P110腐蚀裕量 C2=2mm ，钢板厚度负

11、偏差C1=0mm ，故厚度附加量 C=C1+C2=2mm.1363表P液柱高度 H ： H=K1R=1.6084*6225=9960mm 液体的静压力 P=gH = 6225*9.8*9960*10-9 =0.061MP 计算压力： Pc = 1.76+0.061 = 1.821MP 球壳所需壁厚：1=CPDPctc 484691式P=35.2 + 2 = 37.2mm 圆整可取 =38mm 4.2接管和法兰的选择接管根据 JBM0503-08选用 DN25 DN40 DN50 接管。法兰由 JBT 811994选择。4.3人孔尺寸组合如下图所示：=38mm名师资料总结 - - -精品资料欢迎

12、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 4.4 盘梯近似球面的螺旋形盘梯的设计计算R1 = R + + t R1- 假想圆球的半径；R = 6225mm- 球罐的内半径= 38mm-球甲壁板厚度t = 200 梯子或者顶平台与球面最小距离R1 =6225 + 38 + 200 = 6463mm R2max = (R12-(R+1 b1)2)0.51 = 5mm 顶平台板厚度b1 = 180mm 梯子侧板宽R2max =2273mm R2 Qf 取水平载荷

13、 F = Qz = 303824N 推到弯矩形成的支柱垂直力推到弯矩：M=FL2 = 303824* 2500 = 7.6108 N*mm 由 M对各支柱产生的垂直力Fi = Mcos iR= n2Fa = 7.6 108 cos0 4*6225 = 30522N Fb = 7.6 108 cos45 4*6225 = 21579N Fc = 7.6 108 cos90 4*6225 = 0N 剪切力形成的支柱垂直载荷如图 4-8， 水平力 F 的方向为 A 向，拉杆构架的方为角 AB =22.5，AC=67.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

14、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 于是：Cij = L2Fsin ijnRsin180 nCab = 5500* 303824*sin22.58*6225sin180 8 = 33555N Cbc = 5500* 303824*sin66.58*6225sin180 8 =80410N Tijmax = Cijmax cos = 80410N5500 6225 = 91009.5N 拉杆直径：d=2(Tijmax )0.5+C = 2(91009.52351.5 )0.5 + 2 =29.

15、2mm 取拉杆直径为 30mm 连接部位强度计算支柱与拉杆，支柱与球壳以及支柱底座等结构图4-13 图 4-15 相同名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 4.8 销钉、耳板销钉直径的计算销钉材料选用 Q235-A钢d销 =( 2Tijmax )0.5 = ( 2*91009.5*0.6*235 1.5 )0.5 = 24.8mm 取销钉直径为 25mm 耳板和翼板厚度计算耳板和翼板都选用 Q235-A钢。耳板和翼

16、板厚度t = Tijmax d销 = 91009.5235 1.1 *25 = 17.04mm 取耳板厚度为 18mm 。翼板厚度为 9mm 支柱附加压缩载荷本球罐无允许沉降差的数据，为示例起见，以允许沉降误差为1mm 计算附加压缩载荷，操作条件下：L = 液压试验条件下：P = Gt = 1327 吨L = PL EA = 1327000*8000 192000*12450 = 4.44mm PT = ( L- )EA L =(4.44-1)192000*124508000 = 1027872N Pe = P- PT 2 = 1327000- 1027872 2 =149564N 载荷组合在

17、载荷组合中，以每根支柱都可以承受附加压缩载荷计，那么在操作状态下每根支柱的载荷情况最大的一组如下：G0=Pg = 907480N Qmax=Pg+Fc+Cbc+ Pe = 907480 + 0 + 80410 + 149564 = 1137454N(参考支柱载荷组合表得出公式 p82) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - Qt = Pt + Pe = 1345682N 此钢许用应力 = 0.89*0.9*235

18、= 188.235MPa 支柱压缩应力 = 134568212505 = 107.6 MPa 满足条件Cbc = 5500* 303824*sin66.58*6225sin180 8 =80410N F ijmax = Cbc tan = 80410*47645500 = 146201N (4764 为支杆每 45 度角一个所对应的弦长 ) 4.9 地脚螺栓地脚螺栓的计算，每根支柱采用2 个地脚螺栓，于是：dB = (4* F ijmaxnd B )0.5+CB = (4* 146201 2* *0.6*235 1.5 )0.5+2.0 = 33.47mm 采用 M36的地脚螺栓4.10 支柱

19、地板支柱地板的直径和厚度计算查地板基础材料的允许压应力 bc=295Mpa 地板直径：Dh1=(4*Qi bc )0.5=(4*1345682*295 *100)0.5 = 762.3mm 取地板直径为 770mm. 地板厚度：支柱作用于地板上的压缩应力为：t = Qi*Dh12/4 = 1345682*7702/4 = 2.89Mpa t=(3*t * b2 bc ) 0.5+ Cb= (3*2.89* (770-600 2 )2235 1.5 )0.5 + 2 = 17.29mm 取垫板厚度为 20mm 。=770 t=20名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -