塔器设备设计.

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1、第11章 塔器设备设计 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 二、裙座设计二、裙座设计 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n n 结构组成结构组成： n塔体筒节、封筒节、封 头和联接法兰头和联接法兰 n内件塔板或填塔板或填 料及其支撑装置料及其支撑装置 n裙式支座和附件 人孔、进出料接人孔、进出料接 管、各仪表接管、管、各仪表接管、 液体和气体的分配液体和气体的分配 装置、塔外的扶梯装置、塔外的扶梯 、平台和保温层、平台和保温层。 填料塔 板式塔 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n塔器多属自支承式设备设备 ，一般都很高，且承受多种载载荷作用 。塔体除应满应满 足强度条件外，还还需满满

2、足稳稳定条件。 n1.按设计压设计压 力计计算塔体及封头头壁厚 按内（外）压压容器及封头头的有关规规定，计计算塔体及封头头 的有效厚度e和eH。 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 工作介质 压力 重量载荷 风载荷 地震载荷 偏心载荷 力学模型：底 部固定支撑的 悬臂梁。 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 塔设备重量载荷 m01塔设备设备 壳体（包括裙座）质质量，Kg。根据求出 的壁厚n、ns、nH； m02塔设备设备 内构件质质量，kg；（0.2m02指考虑虑部分内 构件焊焊在壳体上） m03塔设备设备 保温材料质质量，k

3、g； m04平台和扶梯质质量，kg； m05操作时时塔设备设备 内物料质质量，kg， ma人孔、法兰兰、接管等附属件质质量，kg； mw设备设备 内充水质质量，kg； me设备设备 的偏心质质量，kg； 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 塔设备重量载荷 塔设备的操作质量（Kg）： m0= m01+m02+m03+m04+m05+ma+me 设备最大质量（Kg） （水压试验时的质量）： mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me 设备最小质量（Kg）（吊装时的质量，要考虑吊装时 的实际质量包含的内容）： mmin=m01+0.2m02+m03+

4、m04+ma+me 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载载荷的计计算 地震载载荷计计算 简简化假设设：直径、壁厚沿高度变变化的 圆圆筒形直立设备设备 ，可视为视为 一个多质质 点体系。每一直径和壁厚相等的一段 长长度间间的质质量，可处处理为为作用在该该 段高度1/2处处的集中载载荷. 高度hk处处的集中载载荷mk所引起的水平 地震力 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 地震载荷计算 Cz-结构综合影响系数，圆筒形直立设备取Cz=0.5； 1-设备基本自振周期为T1对应的地震影响系数值；令T=T1按 下图查； max-地震影响系数的最大值

5、，按下表选取； T设备自震周期，s T1设备基本振型自振周期，按下两式进行计算 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 地震载载荷计计算 等直径、等壁厚设备的基本自振周期： -不等直径或不等壁厚设备的基本自振周期 式中 hi第i段集中质量距地面的高度，mm； Hi塔顶至第i段底截面的高度，mm； H塔设备总高，mm； I第i段的截面惯性矩，mm4；Ii=0.393(Di+Sei)3Sei； mi第i段的操作质量，kg； Di塔体内直径，mm； Ei，Ei-1第i段，第i-1段塔材料的弹性模数，MPa； 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷

6、的计算 地震载荷计算 振型参数与系数 hk计算截面II以上集中质量mk的作用点距地面的高度，mm。 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 地震载荷计算 任意计算截面II的地震弯矩 h计算截面距地面高度 等直径、等壁厚的设备任意截面II的地震弯矩 底部截面的地震弯矩 【注】当H/Di5时，设备为柔性结构，须考虑高振型影响，在进 行稳定或其他验算时，取地震弯矩值应为上列计算值的1.25倍。 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算 自支承式塔设备受风压作用的示意图。塔体会 因风压而发生弯曲变形。吹到塔设备迎风面上 的风压值，随

7、设备高度的增加而增加。为了计 算简便，将风压值按设备高度分为几段，假设 每段风压值各自均布于塔设备的迎风面上。塔 设备的计算截面应该选在其较薄弱的部位，如 截面0-0，1-1，2-2等。两相邻计算截面区间 为一计算段；任一计算段的风载荷，就是集中 作用在该段中点上的风压合力。 任一计算段风载荷的大小，与设备所在地区的 基本风压值q0、设备的高度、直径、形状以及 自振周期有关。 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算 两相邻计算截面间的风载荷为： p0=K1K20q0f0l0De010-6 N p1=K1K21q0f1l1De110-6 N Pi=K1K

8、2iq0filiDei10-6 N 式中： q010米高度处的基本风压值。以一般空旷平坦地面、 离地面10米高度处，统计得到的30年一遇10分钟平均最 大风速vmax(m/s)为标准，按照q0=v2/2计算得来的。 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算 fi风压高度处变化系数，在100m以下时按表173选取，中间值按内 插法求取； K1体型系数（空气动力系数），对圆筒设备取K10.7； K2i风振系数，当塔高H20m时，K2i=1.7，当H20m时取 ； 脉动增大系数，按表174选取； 第i段脉动影响系数，按表175选取； 第i段振型系数 同一直径的

9、两相邻计算截面间距离，mm； Dei设备各段的有效直径，mm； 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算 当笼式扶梯与进出口管布置成1800时， 笼式扶梯与进出口管成900布置时，取二式中较大者： D0i设备各段的外径，mm； 设备的保温层厚度，mm； K3系数，笼式扶梯当量宽度，K3=400mm； 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算 K4系数，操作平台当量宽度， ，mm； 计算段设备的长度、该段内平台构件的投影面积( 不计入塔及空档的投影面积)，mm，mm2； d0管线的外径，mm； 管线保温层厚度，mm。

10、 塔设备作为悬臂梁，在风载荷作用下产生弯曲变形。任意 截面的风弯矩按下式计算： 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n2.塔体承受的各种载荷的计算 偏心载荷计算 塔设备在顶部悬挂的分离器、热交换器、冷凝器等附属设 备对塔体产生偏心载荷。偏心载荷所引起的弯矩为： 式中：e偏心重物的重心至塔设备中心线的距离，mm。 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n3.塔体稳定验算（压应力校核） 设计压力在塔体中引起的轴向应力： 重量载荷在塔体中引起的轴向应力： 弯矩在塔体中引起的轴向应力： 式中 计算截面处的最大弯矩， 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n3.塔体稳定验算（压应力校核） 压应力校核

11、塔设备的危险工况 内压塔设备为停车停车工况，即： 外压塔设备为操作工况，即： 内压设备 外压设备 K=1.2 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n4.塔体拉应力验算 内压塔设备为正常操作工况，即 外压塔设备为非操作工况，即 总结壁厚确定：综合按设计压力、稳定条件验算、抗 拉强度验算三种情况确定的壁厚ei的大小，取其中较大值 ，再加上壁厚附加量，并考虑制造、运输、安装时刚度的 要求，最终确定塔体壁厚。 内压设备 外压设 备 一、塔体壁厚的计算一、塔体壁厚的计算 n5.塔设备水压试验时的应力验算 试验压力引起的环向应力 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 一、塔体壁

12、厚的计算一、塔体壁厚的计算 n5.塔设备水压试验时的应力验算 液压试验时圆筒材料许用轴向压应力： 计算所得的各项应力应满足下列要求： 轴向拉应力 环向应力 二、裙座设计二、裙座设计 n1.裙座的结构组成 座体； 基础环； 螺栓座； 管孔 人孔、 引出管孔、 排气管孔等。 圆筒形裙座制造方便，经济上合理，应用广泛； 圆锥形裙座应用于高塔 （DN25或DN1m，且H/DN30）。 二、裙座设计二、裙座设计 n2. 座体设计 基底危险截面 操作工况： 水压试验工况： 基底截面的最大弯矩，Nmm； 基底截面的风弯矩，Nmm； m0塔设备的操作质量，kg； mmax设备的最大质量，kg； Zsb基底截面

13、的抗弯截面模量（ ），mm3； Asb基底截面的面积（3.14DisSs），mm2； Dis座体基底截面的内直径，mm； 设计温度下座体材料的许用应力，MPa； Ss座体计算壁厚，mm。 二、裙座设计二、裙座设计 n2. 座体设计 基底危险截面 操作工况 水压试验工况 二、裙座设计二、裙座设计 n2. 座体设计 人孔危险截面 操作工况： 水压试验工况： 人孔或较大管线引出孔处最大弯矩，Nmm； 人孔或较大管线引出孔处风弯矩，Nmm； 人孔或较大管线引出孔处以上设备操作质量，kg； 人孔或较大管线引出孔处以上设备液压试验质量，kg； Zsm人孔或较大管线引出孔处抗弯截面模量。 二、裙座设计二、裙

14、座设计 n2. 座体设计 人孔危险截面 Asm人孔或较大管线引出孔处的截面积。 Am=2lmSm mm2 bm人孔或较大管线引出孔接管处水平方向的最大宽度，mm； Ses裙座有效壁厚，mm； lm人孔或较大管线引出孔加强段长度，mm； Dim、Rim人孔或较大管线引出孔处裙座截面内直径和内半径， mm； Sm人孔或较大管线引出孔处加强段的厚度，mm。 二、裙座设计二、裙座设计 n3. 基础环设计 基础环尺寸的确定 Dis裙座基底截面的内径，mm； D0b基础环外径，mm； Dib基础环内径，mm； 二、裙座设计二、裙座设计 n3. 基础环设计 基础环厚度计算 基础环底面上所产生的最大组合轴向压应力为： Zb基础环的抗弯截面模量， ，mm3； Ab基础环的面积， ，mm2； Sb基础环的厚度，mm； 须满足 Ra（混凝土基础的许用应力） 二、裙座设计二、裙座设计 n3. 基础环设计 基础环厚度计算 基础环底面上所产生的最大组合轴向压应力为： Zb基础环的抗弯截面模量， ，mm3； Ab基础环的面积， ，mm2； Sb基础环的厚度，mm； 须满足 Ra（混凝土基础的许用应力） 注意注意基础环上的最大压应力值 认为是作用在基础 环底面上的均匀载荷。 二、裙座设计二、裙座设计 n3. 基础环设计 基础环厚度