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1、压力容器设计审批员培训考核班,塔式容器,塔式容器,一、总则 1.适用范围 适用于H/D5，且高度H10m裙座自支承的塔式容器： H总高； D塔壳的公称直径。 对不等直径塔式容器：,塔式容器,一、总则 塔式容器必须是自支承的。 适用范围是考虑下述因素制定的： a. 塔式容器振动时只作平面弯曲振动； b. 高度小的塔式容器截面的弯曲应力小，计算臂厚取决于压力或最小厚度。,塔式容器,一、总则 2. 塔式容器应考虑的载荷和工况 载荷： a. 压力（含液柱静压力）载荷； b. 重力载荷； c. 风载荷：顺风和横风向； d. 地震载荷：水平地震力和垂直地震力。,塔式容器,一、总则 2. 塔式容器应考虑的载
2、荷和工况 工况： a. 安装工况； b. 水压试验工况； c. 操作工况； d. 检修工况。 从载荷性质上分：可以分为静载荷和动载荷 。,塔式容器,一、总则 2. 塔式容器应考虑的载荷和工况 区别： a. 载荷大小、方向甚至作用点等不随时间变化的是静载荷，随时间变化的是动载荷。 b. 动载荷使结构产生加速度，引起结构振动。振动过程中结构的位移和内力随时间变化，因此，求出来的解是随时间有关的系列，而静载荷的解是单一的。 c. 动载荷计算与结构自身的振动特征（如自振频率或周期、振型与阻尼）有关，而静载荷仅与载荷大小、约束条件有关。,塔式容器,一、总则 3. 设计压力与设计温度 对工作压力小于0.1
3、MPa的内压塔式容器、设计压力取不小于0.1MPa； 由中间封头隔成两个或两个以上压力室的塔式容器应分别确定其设计压力； 裙座壳的设计温度取使用地区月平均最低气温的最低值加10。,塔式容器,一、总则 4. 腐蚀裕量与最小厚度 腐蚀裕量 A. 容器的塔体。 a) 应根据预期寿命和介质；利用金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量； b) 各元件受到腐蚀程度不同时，分别确定其腐蚀裕量； c) 介质：压缩空气，水或水蒸汽，材质为碳素钢或低合金钢时，腐蚀裕量不小于1毫米。,塔式容器,一、总则 4. 腐蚀裕量与最小厚度 腐蚀裕量 B. 裙座和地脚螺栓 a) 裙座腐蚀裕量取C2=2mm； b) 地脚螺栓的腐蚀裕量，
4、取C2=3mm。,塔式容器,一、总则 5. 最小厚度 A. 容器壳体 a) 碳素钢、低合金钢制为2/1000的内直径、且不小于4毫米； b) 高合金钢制，不小于3mm。,塔式容器,一、总则 5. 最小厚度 B. 裙座壳和地脚螺栓 a) 裙座壳的最小厚度没有要求，但规范规定裙座壳的各意厚度不得小于6mm。 b) 地脚螺栓小径，规范并无限制，但工程上一般不小于M24，最大不超过M100。,塔式容器,一、总则 6. 许用应力 A. 塔式容器壳体（含裙座壳体） 按GB150材料一章选取。,塔式容器,一、总则 6. 许用应力,塔式容器,一、总则 7载荷组合系数K 长期载荷效应与短期载荷效应不同。 方法是
5、在应力组合后，其许用应力（强度或稳定）乘以一个等于1.2的载荷组合系数K。,塔式容器,二、结构 1. 裙座的型式，分为圆筒形和圆锥形两种。 要求：圆锥形裙座的半锥顶角不超过15，无论圆筒形或圆锥形裙座壳其名义厚度不得小于6mm。,塔式容器,二、结构,塔式容器,二、结构 2. 筒体与裙座的连接型式 分为对接和搭接两种，对接要求：裙座壳体外径与塔体封头外径相等。搭接分为搭接在封头与搭接在筒体上两种。,塔式容器,二、结构 2. 筒体与裙座的连接型式,塔式容器,二、结构 3. 当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳应开缺口，如下图所示。,塔式容器,二、结构 4. 当塔式容器下封头的设计温度大
6、于或等于400时，应设置隔气圈，如图所示。,塔式容器,二、结构 5. 塔式容器操作过程中，可能有气体逸出积聚在裙座与塔底封头之间的死区中，它们有些是易燃，易爆的气体，有些是具有腐蚀作用的气体，会危及塔器正常操作或检修人员的安全，故设置排气孔，如图所示。 排气孔在裙座有保温或防火层时，应改为排气管。,塔式容器,二、结构,塔式容器,二、结构 6. 地脚螺栓座 由基础环、筋板、盖板和垫板组成，结构如图所示，该结构适用于予埋地脚螺栓和非予埋地脚的情况。,塔式容器,二、结构,塔式容器,二、结构 下图为中央地脚螺栓座结构，优点是地脚螺栓中心圆直径小，用于地脚螺栓数量较少，需予埋。 对塔高较小的塔式容器，地
7、脚螺栓座可简化成单环板结构。 优点：结构简单；缺点：地脚螺栓座整体刚度不足。,塔式容器,二、结构,塔式容器,三、计算 内容：自振周期；水平地震力和垂直地震力；顺风向风振和横风向风振；塔的挠度计算四部分。 1. 自振周期 A. 名词术语： 自由度：指振动过程中任何瞬时都能完全确定系统在空间的几何位置所需的独立坐标数目。 振型：振动时任何瞬间各点位移之间的相对比值，即整个体系具有的确定的振动形态。 一般取前三个振型，如下图所示。,塔式容器,三、计算,体系的振动是由对称各振型的谐振叠加而来的复合振动。,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 C高振型计算 按附录计算，对等直径、等壁厚的塔式容器，可近
8、似取： T2=1/6T1 T3=1/18T1,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 名词术语： 震源：地壳内发生断层破坏的一点，实际上断层面积很大，很难确定其中的一点，一般采用其几何中心代替。 震中：震源在地表面的投影。 震中距：地表面上任一点距震中的直线距离。 震级：表示地震大小的尺度，用震源释放能量大小度量。 烈度：某一地区地面各类结构物和建筑物宏观破坏程度。,塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 名词术语： 基本烈度：指在一定期限内，一个地区可能普遍遭遇到的最大烈度，基本烈度为50年超越概率为10%的烈度。 设防烈度：按国家规定的权限批准作为一
9、个地区抗震设防依据的地震烈度。,塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 名词术语： 设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度取值； 七度区 八度区 九度区 0.1g 0.2g 0.4g (0.15g) (0.2g),塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 A. 抗震设防目标 当遭遇到多遇地震时，塔式容器处于正常使用状态（工作状态是弹性状态）；遭遇到相当于基本烈度时，结构进入弹塑状态，遭遇到罕遇地震时，应控制其变形，避免倒塌,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 b) 地震影响系数谱的特征,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 i) 制定该反应谱时
10、，取阻尼比=0.05；max=2.25。 ii) 曲线由四部分组成： 上升段、平台段、下降区段1（或称曲线下降段）和下降区段2（又称直线下降段）。 iii) 曲线有三个拐点，对应的自振周期为0.01，Tg，5Tg，Tg一土壤的卓越周期。与场地上类另和地震分组有关。场地土壤分四类：、 地震分组分三组：第一组、第二组和第三组。,塔式容器,三、计算 ）曲线的平台段为加速度控制段；下降区段1为速度控制段；下降区段2为位移控制段。 T很小时，结构刚度大，加速度控制，T很大结构很柔，位移控制。 塔式容器实际阻尼不一定等于0.05，对曲线要修正。,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,
11、塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 A. 顺风向风振 a）名词术语 风压：当风以一定速度运动时，垂直于风向的平面上所受到的压力。 基本风压：风载荷的基准压力，按我国荷载规范规定为十米高度处五十年一遇十分钟的最大平均风速，按Q=1/2v2计算得出的，新标准规定，不得小于0.3KN/m2,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 地面粗糙度：风在到达结构以前吹越过2公里范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍分布状况等级分为A、B、C、D四级。 平均风：在风的顺风向时程曲线中超过10分钟以上的长周期部份 脉动风：在风的顺风向时程曲线中通常只有几秒钟的短周期成分。,塔式容器,三、
12、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 重现期：是指连续两次超过某一数值的时间间隔。 体型系数：是指风作用在物体表面上所引起的实际压力（或吸力）与风速度压（即q=1/22）的比值。此值一般采用风洞试验或实测确定。对圆截面K1=0.7，平面K1=1.4。 高度变化系数：任意高度处风压与10米高度处的风压之比，它是与高度和地面粗糙度有关的系数，荷载规范规定为指数规律：fi=c(h/10),塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 地面粗糙度 A B C D C 1.379 1.00 0.616 0.318 0.24 0.32 0.44 0.60,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振
13、 脉动增大系数i，表示脉动风作用下塔式容器的振幅与将脉动载荷以静力方式作用在塔式容器上所产生的位移之比。它就是动力放大系数。 脉动影响系数i，反映脉动风压沿高度变化及其空间相关性的系数。振型系数zi塔式容器的顺风向计算公式仅考虑了第一振型风振，多自由度体基本振型的顺风的风振。,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 b）计算公式 平均风压对塔式容器静力作用P1=K1fiqoAi 脉动风压对塔式容器动力作用P2=K1viziAi/ fi P=P1 +P2= K1fiqoAi(1+ vizi/fi) 令K2=1+ vizi/fi 所以P=K1K2fiqoAi,塔式容器,三、计算 3. 顺
14、风向风振和横风向风振 B. 横风向风振 条件：当H/D15，且H30米时，还应按规范附录进行横风向风振计算。,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 a)产生的原因,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 b）是否发生共振的判别。 vvc1 不需考虑塔器共振 vc1vvc2 必须考虑第一振型振动 vvc2 考虑一、二振型，取最大值。,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 ）等效静力作用方式 可以有三角形分布、均布和振型函数形式三种，标准取图中b）。,塔式容器,三、计算 d）计算方法 任意计算截面第j振型的共振弯矩。,塔式容器,三、计算 d）计算方法,塔
15、式容器,三、计算 d）计算方法,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 B. 应力组合及许用值 *括号为外压操作的塔式容器,塔式容器,三、计算 5. 地脚螺栓 地脚螺栓计算方法有：维赫曼法、泰勒和极限载荷法，如图所示规范给出的是维赫曼法,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 实例：塔径Do=2159mm H=27000mm D2=2061mm D1=2463mm 操作质量：mo=71000kg mmin=25100kg M=1.377109Nmm 按维赫曼法 As=123cm2 按泰勒法 As =86cm2 极限载荷法 As =75.1cm2 地脚螺栓应对称布置，应取4的倍数，当D800mm时，允许采用6个地脚螺栓。,塔式容器,三、计算 6. 塔的挠度计算 A. 原因 B. 载荷,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 6. 塔的挠度计算 C. 控制值：按工程设计要求确定 各国及设计公司对挠度要求 y=H/160尺 y=H/
