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1、名师精编优秀教案辽宁石油化工大学教案课程名称：过程设备设计教学单位：化机系主讲教师：王莲职称：副教授课程性质：必修总学时： 40 总学分： 2.5 授课班级：总人数：课程授课学期：20062007 第一学期所用教材及编者：过程设备设计主要参考书及编者： JB/T4731 钢制卧式容器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 32 页名师精编优秀教案GB151 管壳式换热器JB/T4710 钢制塔式容器第一章储 存 设 备【课时安排】1、前言5 分钟2、基本概念45 分钟3、基本结构100 分钟4、设计计算250 分钟总计400 分
2、钟【掌握内容】1、基本概念：储存设备、介质特性、饱和蒸气压、 充装量、卧罐“扁塌”等。2、卧式储罐基本结构。3、卧式储罐载荷分析及受力计算。4、各种应力的校核。5、球罐的结构。【熟悉内容】1、卧式储罐载荷分析的假设条件。2、鞍座截面的假设条件。【了解内容】1、球罐的发展历史。2、球罐校核的基本步骤。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 32 页名师精编优秀教案【教学难点】1、筒体的应力分析。2、应力的校核。【教学目标】1、掌握储存设备相关基本概念和结构。2、能对重要概念进行辨析。3、能按规范设计计算卧式设备。1.1 概述【教学
3、内容】一. 储存设备二. 储存介质的性质三. 场地的条件四. 储罐的充装量五. 设计温度、设计压力【授课时间】 30 分钟【教学重点】基本概念的建立1 【教学难点】储罐与中间罐的区别【教学目标】了解储存设备设计参数的选取【教学手段】课堂讲授，辅以设备挂图。【教学过程】储存设备（简称：储罐）：主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备。设计储存设备，必须满足各种给定的工艺要求，即介质的性质、工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 32 页名师精编优秀教案况、容量、环境等条件。介质特性：可燃性、饱和蒸气压、密度、腐蚀性
4、、毒性程度、化学反应活性（如聚合趋势）等。饱和蒸气压：在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的蒸气压，它随温度而变化，但与容积的大小无关。注意：1、储存的介质为具有高粘度或高冰点的液体时，为保持其流动性，需要对设备进行加热或保温，使其保持便于输送的状态。2、介质的密度直接影响载荷的分析与罐体应力的大小。3、介质的特性是设备材料选择的首要依据，它将直接影响制造工艺与设备造价等。4、设备安装在室外时，必须考虑风载荷、地震载荷和雪载荷等。5、盛装液化气体时，应注意液化气体的膨胀性和压缩性。罐内压力变化程度与液化气体的膨胀系数和温度变化量成正比，而与压缩系数成反比。充装量：是指装量
5、系数与储罐实际容积和设计温度下介质的饱和液体密度的乘积。装量系数不得大于 0.95，一般取 0.9。月平均最低气温：是指当月各天的最低气温相加后除以当月天数。储罐的最低设计温度： 可按该地区实测的 10年逐月平均最低气温的最小值。储罐与中间罐的区别： 1. 介质的停留时间；2. 设计参数的选取。1.2 卧罐【教学内容】一.卧罐基本结构二.卧罐的载荷分析及应力计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 32 页名师精编优秀教案2 三.筒体应力的校核四.鞍座强度的校核【授课时间】 270 分钟【教学重点】应力的分析、应力的校核【教学
6、难点】应力的构成、分类、计算、位置【教学目标】能按规范设计计算卧式设备【教学手段】课堂讲授，辅以设备挂图。【教学过程】1.2.1基本结构一、地面卧罐卧罐的基本结构如图 1所示，主要由圆筒、封头和支座三部分组成。封头：采用JBT 4737椭圆形封头中的标淮椭圆形封头。支座：采用JBT4712鞍式支座中鞍式支座图1.1（a）或圈座图1.1（b）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 32 页名师精编优秀教案（b）（a）鞍式支座；（b）圈座图 1.1 地面卧式储罐的基本结构1.鞍式支座a.普遍使用双鞍座支承，若采用多鞍座支承，难于保
7、证各鞍座均匀受3 力。即各支座很难保持在同一水平面上，由于地基的不均匀下沉，多支座罐体在支座处的支反力并不能均匀分配，故一般卧罐最好采用双鞍座支承。b.由材料力学知，对于双支座上受均布载荷的简支梁，若梁的全长为L，则当外伸端长度 A0.207L 时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，而且支座截面处应力较为复杂，故取A0.2L，A值最大不得超过 0.25L 。此外，封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。即满足A0.2L时，最好使 A
8、0.5Ra（Ra为圆筒的平均半径， RaRii2，i为圆筒名义厚度）。c.为防止卧式储罐因操作温度与安装温度不同引起的热膨胀，以及由于圆筒及物料重量使圆筒弯曲等原因对卧罐引起附加应力，设计时只允许将其中一个支座固定，而另一个应允许为可沿轴向移动。活精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 32 页名师精编优秀教案动支座的基础螺栓孔应沿圆筒轴向开成长圆孔。固定支座通常设置在卧式储罐配管较多的一侧，活动支座则应设置在没有配管或配管较少的另一端。d.鞍座包角大小不仅直接影响鞍座处圆简截面上的应力分布，而且也影响卧罐的稳定性与罐体 -支座
9、系统的重心高低。鞍座包角小，则鞍座重量轻，但罐体 -支座系统的重心较高，且鞍座处圆筒上的应力较大。一般常用的鞍座包角为 120、135、150三种，但 JBT4712规定的鞍座包角为120和 150二种形式。e. 垫板的设置2.圈座卧罐在下列情况下可采用圈座：a.因自身重量而可能造成严重挠曲的薄壁容器；b.多于两个支承的长容器。除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承结构。c.当容器采用两个圈座支承时，圆筒所承受的支座反力、轴向弯矩及其相应的轴向应力的计算及校核均与鞍式支座相同。二、地下卧罐地下卧罐的结构如图 2 所示。 采用地下卧罐是为了减少占地面积和安全防火距离。及避开环境温度
10、对它的影响， 从而维持地下卧式液化气体储罐压力的基本稳定。卧罐的埋地措施分两种：1.卧罐安装在地下预先构筑的空间里（地下室）；4 2.将卧罐安放在地下设置的支座上，卧罐外壳涂有沥青防锈层，必要时再附加牺牲阳极保护设施，最后采取土地埋设方法，并达到预期的埋土高度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 32 页名师精编优秀教案1- 牺牲阳极； 2- 浮子液面计； 3- 金属导线； 4- 电线保护测试点； 5-压力表； 6-护罩； 7-安全阀；8-罐装气相阀门， 9-罐装液相阀门； 10-排污和倒空管阀门； 11-罐间气相连接管，1
11、2-罐体；13-罐间液相连按管； 14-支座图 1.2 地下卧罐结构示意图地下卧罐与地面卧罐一样，除圆筒、封头和支座三个主要部分组成外，另有工艺接管、仪表管和安全泄放装置接口等。这些接管或接口，为了适应埋地状况下的安装、检修和维护，一般采用集中安放措施，通常设置在一个或几个人孔盖板上。牺牲阳极保护法： 从外部导人阴极电流至需要保护的地下卧罐上，使设备全部表面都成为阴极， 它在腐蚀电池中是接受电子产生还原反应，只有阳极才发生腐蚀。导人外电流有两种方法：a.从外部接上直流电源，体系中连接一块导流电极作为阳极；b.连接一块电位较负的金属 （如锌、镁、 铝等）。1.2.2 设计计算一.载荷分析卧罐的载
12、荷有：1.压力，如：内压或外压（真空）；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 32 页名师精编优秀教案2.卧罐重量，包括圆筒、封头及其附件等的重量；3.物料重量，正常操作时为物料重量，水压试验时为充水重量；4.其他载荷，如：雪载荷、风载荷、地震载荷等。5 工程上常将双鞍座卧罐简化为长度为L、受均布载荷 q 作用的外伸简支梁，如图1.3 所示。二.假设条件1.简化为承受均布载荷两支点的外伸梁进行近似的分析，它和均布载荷的梁不同。a.除均布载荷外，在封头处还应考虑液体静压力所引起的水平力矩。封头部分的重量视为作用在其重心到封头切线
13、距离约3/8H 处的集中力考虑。b.由于纵向弯矩引起的应力还与其他载荷（主要为设计压力）起的应力相叠加。c.筒体中的各项应力不仅和鞍座的位置有关，并且随鞍座的包角的大小而变化。2.由于卧罐的受力分析是按均布载荷的梁进行分析的，故需要将容器的重量折算成作用于容器上的均布载荷。对于封头，根据容积相等的原则，知封头容积近似等于直径相同、长为 2/3H 的圆筒容积，故两封头的当量长度为4/3H。即外伸梁折算长为 L+4/3H 。如：卧罐总重量为2F,则均布载荷为： q=2F/(L+4/3H) H封头曲面深度、 L切线长度3.当鞍座靠近封头，即A/Ra0.5 时，封头对筒体起加强作用。4.两个鞍座的位置
14、是以容器的纵向中心对称的。三.内力分析1.弯矩精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 32 页名师精编优秀教案a.圆筒在支座跨中截面处的弯矩LALHLHRFLMa4341214221M1为正值时，表示上半部圆简受压缩，下半部困筒受拉伸。b. 圆筒在支座截面处的弯矩LHALHRLAFAMa341211222M2一般为负值，表示圆筒上半部受拉伸，下半部受压缩。6 M M P P 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 32 页名师精编优秀教案（d）（ a）受力分析，
15、（b）两支点外伸粱；（c）剪力图，（d）弯矩图图1.3 双鞍座卧罐受力分析的弯矩图与剪力图3.剪力a. 当支座离封头切线距离 H0.5R，时，在支座处截面上的剪力HLALFV3427 b. 当支座离封头切线距离H0.5R，时，在支座处截面上的剪力FVc. 跨距中点处，在截面上的剪力等于零。0V四. 圆筒应力计算和强度校核1. 圆筒上的轴向应力a. 跨中截面上的轴向应力最高点 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 32 页名师精编优秀教案eaeaRMPR2112最低点 : eaeaRMPR2122e有效厚度.公式的前部为内
16、压引起的应力；后部为弯矩引起的应力。.数值：拉应力为正、压应力为负。b.支座截面处圆筒的轴向应力(1).圆筒上不设置加强圈，且支座的设置位置A05Ra 时, 圆筒的上半部有“ 扁塌” 产生“无效截面”，则“有效截面” 为/2 + /6。如图 1.4 所示。鞍座包角、 1800-/2、=/2 + /6“扁塌”:圆筒上不设置加强圈，且支座的设置位置A05Ra 时，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩，在周向弯矩的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“扁塌”现象。 “扁塌” 现象一旦发生，支座处圆筒截面的上部就成为难以抵抗轴向弯矩的“无效截面”，而剩下的圆筒下部截面才是能够承担轴向弯矩
17、的“有效截面”。8 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 32 页名师精编优秀教案图 1.4 “扁塌”现象在不发生“扁塌”部分的上方，靠近水平中心线处（受拉伸应力）eaeaRKMPR21232cossinsin2cossin21KK1-抗弯截面模量减少系数见表 1.1 （简称系数）表 1.1 系数 K1、K2值条件鞍座包角K1K2A 0.5Ra 即 封 头 对 圆 筒 起 加 强 作用，或鞍座处有加强圈的圆筒120 135 150 1.0 1.0 1.01.0 1.0 1.0A0.5 Ra且圆筒无加强圈，或虽有加强圈，但加强
18、圈不在鞍座处120 135 1500.107 0.132 0.1610.192 0.234 0.279在圆简最低点(受压缩应力)eaeaRKMPR222429 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 32 页名师精编优秀教案sin1sin2cossin22KK2-抗弯截面模量减少系数见表 1.1 （简称系数）(2).A0.5Ra 时, 封头对圆筒起加强作用，不存在“扁塌” 现象时：=即：K1 =K2=1.0 见表 1.1c.轴向应力的校核轴向拉应力： t轴向压应力： cr及tt设计温度下的许用应力cr-轴向许用临界应力（许用压
19、应力）d.不同的工况条件要分别计算。如：操作工况、水压试验工况。2.支座截面处圆筒和封头上的切向切应力由剪力图知：横向剪力在支座截面处最大，故只讨论支座截面处圆筒和封头上的切向切应力。a. 支座截面处设有加强圈的圆筒HLALRFKRVKeaea34233sin3KK3值见表 1.2 图 1.5 支座截面上有加强圈时圆筒上的切向切应力圆筒上的切向切应力当=0、时，sin=0；=0。当=/2 时，sin=1；K3=0.319 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 32 页名师精编优秀教案为最大值，如图 1.5 b. 支座截面处
20、无加强圈且A05Ra 的圆筒10 HLALRFKRVKeaea34233cossinsin3K图 1.6 未被加强圆筒上的切向切应力K3值见表 1.2 最大剪应力点位于靠近鞍座边角处C、D。如图 1.6 c. 被封头加强的筒体（ A05Ra）eaRFK3cossincossinsin3K图 1.7 被封头加强圆筒上的K3值见表 1.2 切向切应力最大剪应力点位于靠近鞍座边角处C、D。如图 1.7 表 1.2 系数 K3、K4值条件鞍 座 包 角圆筒K3封 头K4A0.5Ra且圆筒无加强圈，或虽有加强圈，但加强圈不在鞍座处1201351501.171 0.958 0.799 / A 0.5Ra，
21、但 圆 筒 在 鞍 座 平 面有 加 强圈1201351500.319 0.319 0.319 / 圆 筒 被 封 头 加 强（即 A 0.5Ra）1201351500.880 0.654 0.485 0.401 0.344 0.295 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 32 页名师精编优秀教案d.封头中的（附加拉应力）最大剪应力（A0.5Ra ）heahRFK4cossinsin8324K11 K4值见表 1.2he-封头有效厚度上式计算垫板不应考虑在内。凸形封头中， 附加拉应力亦为切向剪力的水平分力，此应力沿着封头的
22、整个高度作用。为便于工程计算，故简化为：（1）封头的附加拉应力是按平封头考虑的，受载面积为2Rahe。（2）假设最大应力为按平封头计算值的1.5 倍。d. 切向剪应力的校核圆筒的切向剪应力：t=0.8 t封头的切向剪应力 ：h1.25 t-h封头受外压，可不计h。封头受内压时：（1）椭圆封头：heihKPD222261HDKiK-椭圆封头形状系数（2）碟形封头：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 32 页名师精编优秀教案hehhMPR2rRMh341M-碟形封头形状系数Rh-碟形封头球面部分半径r-碟形封头拐弯部分半径（3
23、）半球形封头：heihPD4h-由内压在封头引起的应力123.支座截面处圆筒的周向应力支座截面处，由于周向压缩力和周向弯矩引起的周向应力，其最大值将发生在支座处圆筒截面最低点或鞍座边角处。三种假设：.假设圆筒与鞍座之间无摩擦， 支座反力都是通过圆心点， 即圆筒仅在结合面的局部地区承受一个非均布的“外压” 作用，因而在圆筒上产生周向压缩应力。.支座截面处圆筒的弯曲应力是由周向弯矩产生的，即由该截面的切向应力引起的。该公式是按圆筒有足够的刚性的假设条件推导的。即解析式适用于支座截面处壳体有加强圈的情况。对于无加强圈的圆筒，仅能按有加强圈的圆筒的结果给予经验修正。. 鞍座截面处的周向应力由两部分组成
24、，即：（ 1）由周向压缩力引起的周向应力。（前）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 32 页名师精编优秀教案（2）由周向弯矩引起的周向弯曲应力。（后）a.无加强圈圆筒（1）无垫板或垫板不起加强作用（垫板宽小于 b2）在横截面最低点：（该处不存在周向弯矩、即由周向压缩力引起的。）255bFkKek系数（应力计算系数）筒体焊在支座上k=0.1 筒体不焊在支座上k=1b2圆筒的有效宽度emRbb56. 12b-支座轴向宽度（底板宽度）图 1.8 无加强圈圆筒周向应力的位置cossincos15KK5值见表 1.3在鞍座边角处：当
25、 L/Ra8 时2626234eeFKbF13 当 L/Ra8 时2626124eaeLFRKbFaFRMKK6641精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 32 页名师精编优秀教案K6值见表 1.3M-周向弯矩aFRKM6表 1.3 系数 K5、K6值鞍 座 包 角K5K6A/ Ra0.5 A/ Ra1 1201351500.760 0.711 0.673 0.013 0.010 0.008 0.053 0.041 0.032 注 ： 当 0. 5 A/ Ra1 时 ， K6值 按 表 内 数 值 线 性 内 插 求 取(2
26、) 垫板起加强作用在横截面最低点：（该处不存在周向弯矩、即由周向压缩力引起的。）255bFkKree在鞍座边角处：当 L/Ra8 时22626234reereeFKbF当 L/Ra8 时22626124reeareeLFRKbF鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力：当 L/Ra8 时2626234eeFKbF14 当 L/Ra8 时精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 32 页名师精编优秀教案eaeLFRKbF626124b.有加强圄的圆筒（1）加强圈位于鞍座平面上在鞍座边角处的圆筒的周向应力074087IeFRKCAFKa图 1
27、.9 加强圈位于鞍座处圆筒周向应力的位置在鞍座边角处，加强圈内缘或外缘表面的周向应力075088IdFRKCAFKa系数 C4 C5 K7 K8值由表 1.4 查取a） 内加强圈c） 内加强圈注 naRbb56.113注“加强圈位于鞍座平面内” 是指加强圈位于图中所示“鞍座平面”两侧各小于或等于图1.10 鞍座平面内的内、外加强圈图图1.11 靠近鞍座平 面的加强圈外加强圈精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 32 页名师精编优秀教案15 a） 鞍座垫板不作为加强板用的鞍座b）鞍座垫板作为加强板用的鞍座图 1.12 鞍式支座
28、A0一个支座的所有加强圈与圆筒起加强作用有效段的组合截面积之和，mm2；I0-一个支座的所有加强圈与圆筒起加强作用的有效段的组合截面对该截面形心轴X-X的惯性矩之和（见图1.10 图 1.11），mm4；d-对内(外)加强圈， 为加强圈与圆筒组合截面形心距加强圈内 (外)缘表面之距离（见图1.10），mm；e-对内(外)加强圈， 为加强圈与圆筒组合截面形心距圆筒内 (外)表面之距离 （见图1.10），mm；（2）加强圈靠近鞍座平面时在横截面最低点的周向应力：a) 无垫板或垫板不起加强作用：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共
29、 32 页名师精编优秀教案255bFkKeb) 垫板起加强作用；图 1.13 加强圈靠近鞍式支座255bFkKree16 表 1.4 系数 C4、C5、K7、K8加强圈位置位于鞍座平面上 图1.7b，图1.8靠近鞍座图1.7c，图1.9，（）120 132 135 147 120 135 150 C4内加强圈-1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 外加强圈+1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 C5内加强圈+1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 外加强圈-1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 K70.053 0.043 0.041 0.034 0.032 0.025 0.058 0.0
30、47 0.036 K80.341 0.327 0.323 0.307 0.302 0.283 0.271 0.248 0.219 在横截面上靠近水平中心线处的圆筒周向应力：074087IeFRKCAFKa在横截面上靠近水平中心线处，加强圈内缘或外缘表面的周向应力：075088IdFRKCAFKa同时，还应校核在支座边角处的周向应力6值。其中 K6值按表1.3 中的A/Ra0.5 查取。表 1.4 鞍座包角 与的关系120135150934089328413精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 32 页名师精编优秀教案（3）周
31、向应力校核周向应力应满足下列条件：|5| t|6| 1.25t|6| 1.25t|7| 1.25t|8| 1.25tr五、鞍座腹板水平分力及强度校核支座腹板的水平分力：FKFs917 式中 K9系数值按表 1.6 查取。表 1.6 系数 K9鞍座包角，（）120 135 150 K90.204 0.231 0.259 鞍座腹板有效截面内的水平方向平均拉应力；当无垫板或垫板不起加强作用时：09bHFss当垫板起加强作用时：rerssbbHF09式中：Hs计算高度，取鞍座垫板底面至底板底面距离和 Ra/3 两者中的较小值，mm；b0鞍座腹板厚度，mm；br鞍座垫板有效宽度，取 br= b2，mm；
32、应力按下式进行校核：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 32 页名师精编优秀教案sa329sa-鞍座材料许用应力，按表 1.7 查取。表1.7 鞍座材料许用应力使用温度，选用材料许用应力 sa，MPa 0250 Q235-B 147 -20250 Q345 170 -20 16MnR 170 1.3 球形储罐【教学内容】一. 球形储罐的组成二. 球罐基本结构三. 球形储罐的附件【授课时间】 100 分钟【教学重点】球罐基本结构18 【教学难点】支柱与罐体的连接【教学目标】掌握了解球罐各种结构的特点【教学手段】课堂讲授，辅以
33、设备挂图。【教学过程】球形储罐通常可按照外观形状、壳体构造方式和支承方式的不同进行分类。形状：有圆球形和椭球形之分；壳体层数：有单层球壳和多层球壳之分；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 32 页名师精编优秀教案球体的组合：有桔瓣式、足球瓣式和二者组合的混合式之分；支座结构：有支柱式支座、筒形或锥形裙式支座之分。球罐的组成：罐体（包括上下极板、上下温带板和赤道板）、支柱、拉杆、操作平台、盘梯、以及各种附件（包括人孔、接管、液面计、压力计、温度计、安全泄放装置等）。在某些特殊场合，球罐内还设有内部转梯、外部隔热或保温层、防火
34、水幕喷淋管等附属设施。1.3.1 罐体罐体是球形储罐的主体，它是储存物料、承受物料工作压力和液柱静压力的重要构件。罐体按其组合方式常分为以下三种。1.纯桔瓣式罐体2. 足球瓣式罐体3. 混合式罐体一、纯桔瓣式罐体是指球壳全部按桔瓣瓣片的形状进行分割成型后再组合的结构，如图 1.14 所示优点：1.球壳拼装焊缝较规则，施焊组装容易，加快组装进度，并可对其实施自动焊；1- 球壳；2- 液位计导管；3- 避雷针；2.分块分带对称，焊接接头受力4- 安全泄放阀；5- 操作平台；6- 盘梯；均匀，质量较可靠，便于布置7- 喷淋水管；8- 支柱；9- 拉杆支柱；图 1.14 赤道正切柱式支承单层壳球罐3.
35、容积大小不限。缺点：1.各带位置尺寸大小不一，只能在本带内或上、下对称的带之间进行互换；2.下料及成型较复杂，板材的利用率低；3.球壳极板尺寸较小，布置人孔和接管时,焊缝不易错开。19 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 32 页名师精编优秀教案二、足球瓣式罐体球壳划分和足球一样，所有的球壳板片大小相同，它可以由尺寸相同或相似的四边形或六边形球瓣组焊而成。图1.15 表示的就是足球瓣式罐体及其附件。优点：1.每块球壳板尺寸相同，下料成型规格化；2.材料利用率高，互换性好；3.组装焊缝较短，焊接及检验工作量小。缺点：1.焊缝
36、布置复杂；1- 顶部极板；2- 赤道板；3- 底部极板；2.施工组装因难，对球壳板的制4- 支柱；5- 拉杆；6扶梯；7 一顶部操作平台造精度要求高；图 1.15 足球瓣式球罐3.只适用于制造容积小于 120m3的球罐。三、混合式罐体赤道带和温带采用桔瓣式，而极板采用足球瓣式结构。优点：1.材料利用率高；2.焊缝长度缩短3.球壳板数量减少，特别适合于大型球罐。4.极板尺寸比纯桔瓣式大，容易1- 上极 ; 2-赤道带；布置人孔及接管。3- 支柱；4- 下极5.支柱可避开搭在球壳板焊接图 1.16 混合式球罐。接头上，使球壳应力分布比较均匀。1.3.2 支座支座是球罐中用以支承本体重量和物料重量的
37、重要结构部件。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 32 页名师精编优秀教案结构主要分两大类：1.柱式支座；2.裙式支座柱式支座中以赤道正切柱式支座用得最多，为国内外普遍采用。赤道正切柱式支座特点：1.多根圆柱状支柱在球壳赤道带等距离布置；2.支柱中心线与球壳内径相切，则与球壳的交点同球心连线与赤道平面的夹角约为10 20。3.支柱之间设置连接拉杆，增加承载能力，保证球罐的稳定性。20 4.受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，施工简单，现场操作和检修也方便。5. 球罐重心高，相对而言稳定性较差。一、支柱的结构（如图1.17
38、）主要由支柱、底板和端板三部分组成。1.支柱支柱分单段式和双段式两种。单段式 : 由一根圆管或卷制圆筒组成，其上端与球壳相接的圆弧形状通常由制造厂完成，下端与底板焊好，然后运到现场与球罐进行组装和焊接。双段式：由 U 型管和圆管组成，上段支柱材质与球壳相连接的支柱必须选用与壳体相同，在制造厂内与球瓣进行组对焊接，其设计高度一般为支柱总高度的3040左右。上下两段管径尺寸相同，中间用连接板连接，下段支柱可采精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 32 页名师精编优秀教案用一般材料。双段式支柱结构较为复杂，但它与球壳相焊处的应力水
39、平较低，得到广泛应用。2.底板底板中心应设置通孔；支柱底板的地脚螺栓孔应1- 球壳；2- 上部支柱；3- 内部筋板；为径向长圆孔。4- 外部端板；5- 内部导环；6- 防火隔热层；3.端板7- 防火层夹子，8- 可熔塞；9- 接地凸缘；顶部设有防雨端板10- 底板；11- 下部支耳，12- 下部支柱，13- 上部支耳分三种：平板式、半球式、椭圆式图 17 支柱结构图平板式边角易造成高应力状态，不推荐使用。半球式和椭圆式结构属弹性结构，不易形成边缘高应力状态，抗拉断能力较强，故为中国球罐标准所推荐。二、支柱与壳体的连接支柱与球壳连接处可采用直接连接结构形式、加托板的结构型式、U形柱结构型式和支柱
40、翻边结构型式，见图1.18所示。1.直接连接结构结构简单，但连接部下端夹角小，应力大。2. 加托板结构21 可解决由于连接部下端夹角小的问题，但间隙狭窄，施工困难。3. U 形柱结构与直接连接结构比，改善了柱头与球壳的连接应力状态， 特别适合对材料有特殊要求的球罐。4. 支柱翻边结构解决了连接部位下端施焊的困难，确保了焊接质量，而且对该部位精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 32 页名师精编优秀教案的应力状态也有所改善但由于翻边工艺问题，尚未被广泛采用。（ a）（a）直接连接；（b）加托板结构；（c）U形柱结构；（d）支柱
41、翻边结构图1.18 支柱与球壳的连接三、拉杆拉杆的作用：用以承受风载荷与地震载荷作用，增加球罐的稳定性。拉杆结构：可调式和固定式两种。1- 支柱；2- 支耳；3- 长拉杆 1-支柱；2- 上部支耳；3- 上部长拉杆4调节螺母；5- 短拉杆 4-调节螺母； 5- 短拉杆， 6- 中部支耳图 1.19 单层交叉可调式拉杆 7-下部长拉杆； 8- 下部支耳图 1.20 双层交叉可调式拉杆22 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 32 页名师精编优秀教案1.可调式拉杆有三种型式：图1.19 为单层交叉可调式拉杆，图1.20 为双层
42、交叉可调式拉杆和图1.21 为相隔一柱单层交叉可调式拉杆图1.21 相隔一柱单层交叉可调式拉杆优点：可及时调节拉杆的松紧度，改善拉杆的受力状况。每根拉杆的两段之间采用可调螺母连接。2.固定式拉杆拉杆的一端焊在支柱的加强板上，另一端 则焊在交叉节点的中心固定板上。也可以取消中 心板而将拉杆直接十字焊接。结构如图1.22 所示优点：制作简单、施工方便缺点：不可调节拉杆的松紧度。由于拉杆可承受拉伸和压缩载荷，从而大大提高了支柱的承载能力，1-补强板，2- 支柱，3-拉杆；4-中心板1.3.3人孔和接管图1.22 固定式拉杆一、人孔人孔设置是为工作人员进出球罐以进行检验和维修之用。及在施工过程中，罐内
43、的通风排气、热处理时使用。特点：球罐应开设两个人孔，分别设置在上下极板上；球罐人孔直径以精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 32 页名师精编优秀教案DN500 为宜，小于 DN500人员进出不便；大于 DN500 ，开孔削弱较大，往往导致补强元件结构过大。人孔的结构在球罐上最好采用带整体锻件凸缘补强型式，材质应根据球罐的工艺条件选取。二、接管球罐由于工艺操作需要安装各种规格的接管。接管与球壳连接处23 是强度的薄弱环节，一般采用厚壁管或整体锻件凸缘等补强措施以提高其强度。与球壳相焊的接管最好选用与球壳相同或相近的材质；球罐接管除工艺特殊要求外，应尽量布置在上下极板上。1.3.4 附件球罐上设置的梯子和平台，液面计、压力表、安全阀和温度计、控制球罐内部物料温度和压力的水喷淋装置以及隔热或保冷设施等。1.3.5 球罐的计算内容1.球壳计算2.地震载荷计算3.风载荷计算4.支柱计算5.地脚螺栓计算6.底板计算7.拉杆计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 32 页名师精编优秀教案24 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 32 页
