《化工单元过程及设备课程设计第三版课件教学课件 ppt 作者 王瑶 张晓冬 主编塔设备机械设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工单元过程及设备课程设计第三版课件教学课件 ppt 作者 王瑶 张晓冬 主编塔设备机械设计（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化工单元过程及设备课程设计 塔设备的机械设计,大连理工大学 化工机械学院 张晓冬,一、课程设计目的和意义 1. 综合运用化工设备机械基础课程及其它相关课程的知识，并使之得到巩固和深化； 2. 培养正确的工程设计思想，掌握设备机械设计的基本方法和步骤; 3. 熟悉常用的设计规范和标准的使用； 4. 训练机械制图能力； 5. 培养分析问题和解决问题的能力。,二、课程设计任务,1. 确定设计依据 2.结构设计（绘制结构草图） 3.材料选择 4.强度设计（强度和稳定性计算） 5. 标准化零部件选择（人孔、接管、接管法兰等） 6. 开孔补强计算 7. 绘制1号装配图一张 8. 撰写设计说明书,三、塔设备
2、机械设计内容,（1）根据设计压力初定筒体、封头壁厚,（2）计算危险截面风载荷、地震载荷、偏心载荷 （3）计算组合轴向拉、压应力；校核筒体、裙座的强度 和稳定性,（4）基础环及地脚螺栓的设计计算,（1）塔体及附件（支承结构、吊柱、接管、人孔、 扶梯、保温支承件等）,（2）塔内件（板式塔：塔盘结构； 填料塔：填料支承件、填料压板、液体分布器）,四、设计方法和步骤,1.设计依据 压力容器 GB150 2011 及其相关标准 固定式压力容器安全技术监察规程 TSG R0004-2009 钢制塔式容器 JB/T4710 2005,2.结构设计,塔内件结构 塔盘结构,在设计说明书中，绘制工艺结构草图， 标
3、注形位尺寸。,3.设计计算,计算步骤 （1）材料选择确定筒体、封头、支座、塔内件、零部件的 材质 （2）按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚e和eh ； （3）设定各截面处筒体有效壁厚ei、封头有效壁厚eh 、裙座 壳有效壁厚es ； （4）选取若干计算截面（包括所有危险截面） 计算各种载荷 （5）计算塔在各种载荷作用下的轴向应力1 、2 、3,（6）筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 计算塔在多种载荷联合作用下的组合轴向应力 并应满足： 否则须重新设定壁厚，直至满足全部校核条件为止； （7）筒体和裙座水压试验应力校核 （8）基础环设计 （9）地脚螺栓计算,强度条件：,稳定性条件：,计算方法
4、（1）按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚e和eh 确定设计参数 pc、 t、 、 C1、 C2、 t,筒体计算壁厚：,设计壁厚：,名义壁厚：,有效壁厚：,封头计算壁厚： （标准椭圆形封头）,设计壁厚：,名义壁厚：,有效壁厚：,（2）设定塔各截面处的壁厚（若取等截面塔，则各截面处壁 厚相等）, 筒体名义壁厚ni和有效壁厚ei （可参照e设定） ei应不小于e 封头名义壁厚nhi和有效壁厚ehi （可参照eh设定） ehi应不小于eh 裙座壳有效壁厚es ，es应不小于6 mm；,（3）选取若干计算截面（包括所有危险截面） 计算各种载荷,质量载荷计算,塔操作质量：mo = mo1+ mo2+ mo
5、3+ mo4+ mo5+ ma+ me 塔最大质量： mmax = mo1+ mo2+ mo3+ mo4+ma+ mw+ me 塔最小质量： mmin = mo1+ 0.2mo2+ mo3+ mo4+ma + me mo1 塔壳体和裙座质量，kg； mo2 内件质量，kg； mo3 保温材料质量，kg； mo4 平台、扶梯质量，kg； mo5 操作时塔内物料质量，kg； ma 人孔、接管、法兰等附件质量，kg； mw 液压试验时，塔内充液质量，kg； me 偏心质量，kg。, 塔壳体和裙座质量 mo1,（1） 圆筒质量m1,式中： Ho 塔体圆筒总高度（已由工艺计算求得） m,Di 、 Do分
6、别为塔的内、外直径 m,钢 材料的密度 kg/m3,（2）封头质量m2,根据封头的公称直径DN和壁厚，查取相应标准。,（3）裙座质量m3,式中： Hs裙座高度 m,Di 、 Do分别为裙座的内、外直径 m,mo1 = m1 + m2 + m3, 塔内件质量 mo2,查教材 表8-23，得塔盘单位质量 q kg/m2 则,人孔、法兰、接管与附属物质量 ma, 保温材料质量 mo3, 平台、扶梯质量 mo4,qp 平台单位质量，150 kg/m2 ； B 平台宽， 取B = 900 mm ； n 平台数量，在每个人孔处安装一个平台； qF 笼式扶梯单位质量，40 kg/m； HF 扶梯高度，根据塔
7、高确定。, 操作时塔内物料质量 mo5,hL 塔盘上清液层高度 m （工艺设计确定） ho 塔釜深度 m （工艺设计确定）, 充水质量 mw, 全塔操作质量 mo, 全塔最小质量 mmin, 全塔最大质量 mmax, 地震载荷计算, 塔的自振周期计算 T1 设备基本振型（第一振型）自振周期，s 对等直径、等壁厚设备：, 地震影响系数, 对应于自振周期 Ti 的地震影响系数，由图8-67确定。 1 对应于设备基本自振周期 T1的地震影响系数 max 地震影响系数 的最大值，与设防烈度、设计基本 地震加速度有关，见表8-24,图中曲线部分按下式计算：,Tg 各类场地土的特征周期，与场地土软硬、震区
8、远近有 关，见表8-25。,表8-25 各类场地土的特征周期Tg /s,2、场地土分类见GB50011-2001建筑抗震设计规范 坚硬 中硬 中软 软弱,注：1、近震、远震分为三个组别,max 地震影响系数的最大值，与设防烈度、设计基本 地震加速度有关，见表8-24,表8-2 4 对应于设防烈度max值,式中：,1 图8-67中直线下降段斜率的调整系数,2阻尼调整系数,i 第i振型阻尼比，应由实测值确定，无实测数据时， 第一振型阻尼比可取1 =0.010.03； 高振型阻尼比，可参照第一振型阻尼比选取。,图8-67中曲线下降段的衰减指数, 计算危险截面的地震弯矩,基底截面0-0处的基本振型地震
9、弯矩：,裙座人孔1-1截面：,筒体与裙座连接处 2-2截面：,式中：h 计算截面距地面的高度，mm,当 H/D15，且 H 20m 时，须考虑高振型影响,第N（N=1，2，3）阶振型时，任意计算截面I-I处的地震弯矩：,计算截面I-I处的组合弯矩：, 风载荷计算, 风力计算,式中：,Pi 两相邻截面间的风载荷, N qo 10米高处的基本风压值 ，N / m2 ，按 表8-26 查取 li 两相邻计算截面间的距离， m De.i 每段的有效直径， m fi 高度变化系数， 按 表8-27 查取 K1 体型系数， 取 K1 = 0.7,K2.i 风振系数， 当塔高 H 20 m时，取 K2.i
10、=1.7 当塔高 H 20 m时，按式8-37计算：,式中：, 脉动增大系数，按表8-28查取 i 第i段脉动影响系数，按表8-29查取 zi第i段振型系数，按表8-30查取, 风弯矩计算,塔设备任意截面上的风弯矩：,（4）各种载荷引起的轴向应力, 计算压力引起的轴向拉应力1, 操作质量引起的轴向压应力2,1-1截面：,0-0截面 ：,Asm 裙座人孔处截面的截面积， mm2 由式（8-70）计算,2-2截面：,最大弯矩引起的轴向应力3, 最大弯矩取下式计算值中较大者：, 各危险截面的3计算如下：,（5）筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核,筒体的强度与稳定性校核, 强度校核, 筒体危险截面2
11、-2处的最大组合轴向拉应力, 校验，是否满足强度条件：, 稳定性校核, 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力, 校验，是否满足稳定性条件：, 许用轴向压应力：,K 载荷组合系数，取 K=1.2,裙座的稳定性校核, 裙座危险截面0-0及1-1处的最大组合轴向压应力：, 校验，是否满足稳定性条件：, 许用轴向压应力：,（6）筒体和裙座水压试验应力校核, 筒体水压试验应力校核, 由试验压力引起的环向应力, 校验，是否满足：,一、 筒体水压试验应力校核, 由试验压力引起的轴向应力1, 水压试验时,重力引起的轴向应力2, 由弯矩引起的轴向应力3, 最大组合轴向拉应力校核, 校验，是否满足强度条件：,
12、 最大组合轴向压应力校核, 校验，是否满足稳定性条件：, 裙座水压试验应力校核, 水压试验时，重力引起的轴向应力2, 由弯矩引起的轴向应力3, 最大组合轴向压应力校核, 校验，是否满足稳定性条件：,（7）基础环设计, 基础环尺寸,取 Dob = Dis + (160400) （mm） Dib = Dis (160400) （mm）, 基础环的应力校核,取其中较大值,Zb 基础环的抗弯截面系数，mm3,Ab 基础环的面积，mm2, 校验，是否满足强度条件：,Ra 混凝土许用应力，MPa, 基础环厚度,按有筋板时，计算基础环的厚度Sb, 基础环材料的许用应力,计算力矩，Nmm/mm，取矩形板X、Y轴的弯矩Mx、My 中绝对值较大者，Mx、 My按表8-31 计算,且 (b)n 12 mm,（8）地脚螺栓计算, 地脚螺栓承受的最大拉应力,取其中较大值,当 时，塔设备自身稳定，但应设置一定数量的地脚 螺栓，以固定位置； 当 时，塔设备必须设置地脚螺栓。, 地脚螺栓直径,圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24,d1 地脚螺栓的螺纹根部直径，mm；,n 地脚螺栓个数，一般取4的倍数；,C2 腐蚀裕度，一般取3mm；,地脚螺栓材料的许用应力，MPa,
