化工机械课程设计(第一组)完整.doc

1、目 录一、已知条件：2二材料选择4三设计计算：51.筒体、封头壁厚确定5（1）.根据设计压力计算塔高：5a 塔内液压柱高度h5b 液柱静压力Ph5c 计算压力PC5(2）.圆筒厚度的计算5(3). 封头厚度计算62塔设备各项载荷计算6(1). 质量载荷计算6(2).塔底风载荷及风力矩7a. 风载荷的计算7b. 风弯矩的计算8(3).地震载荷的计算8a自振周期计算：8b地震载荷及弯矩的计算：9c偏心弯矩的计算10d最大弯矩的计算103.圆筒轴向应力和稳定性的校核：10(1).圆筒应力校核:10(2).圆筒轴向稳定性校核11(3).圆筒压应力校核114. 塔体液压试验时的应力校核115.裙座的设计

2、及验算126.基础环的设计137.地脚螺栓的计算138.裙座与塔壳的对接焊缝验算14二、总结:30三、参考文献:30四、附录（塔装配图）30一、已知条件：塔设备设计任务书1设计参数及要求工作压力 MPa0.5塔体内径mm2000设计压力 MPa0.55塔高mm17000工作温度 140设计寿命10年设计温度 160浮阀规格/个数300介质名称苯-氯苯浮阀间距mm7585介质密度Kg/m3900保温材料厚度、mm100传热面积m2保温材料密度、Kg/m3300基本风压N/m2250塔盘上保留介质层高度100地震基本烈度8壳体材料16MnR场地类别内件材料16MnR塔形筒体裙座材料Q235-A塔板

3、数目23偏心质量4000塔板间距0.40偏心距2000接管表符 号公 称 尺 寸连 接 面 形 式用 途450人孔32突面温度计c500突面进气口80突面加料口25突面压力计f480突面排气口g80突面回流口25突面取样口15突面液面口j100突面出料口450突面人孔塔设备已知设计条件及分段示意图已知设计条件塔体内径 Di2000塔体高度 H17000设计压力 P0.55MPa设计温度 t160塔体材料16MnR许用应力170MPat170MPa设计温度下弹性模量 E常温屈服点 s345MPa厚度附加量 C2mm塔体焊接接头系数 0.85介质密度 900kg/m塔盘数 N23每块塔盘存留介质层

4、高度 hw100mm基本风压值 q。250N/m地震设防烈度8度场地类别偏心质量 me4000kg偏心距 e2000mm塔外保温层厚度 s100mm保温材料密度 3000kg/m裙座材料Q235-A许用应力 113MPa常温屈服点 s235MPa设计温度下弹性模量 E厚度附加量 Cs2mm人孔、平台数4地脚螺栓材料Q235-A许用应力140MPa腐蚀裕量 C23mm个数 n28二材料选择设计压力P=0.55MPa,属于低压分离设备，一类容器；介质腐蚀性未提出特殊要求，但设计温度160，故考虑选取16MnR作为塔体的材料。裙座及地脚螺栓选取用普通碳素钢Q235-A。三设计计算：1.筒体、封头壁厚

5、确定先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力强度和稳定性验算。（1）.根据设计压力计算塔高：a 塔内液压柱高度h已知塔盘存留介质层高度hw=100mm,塔盘数N=23,介质密度=900Kg/m3,故塔内液柱高度b 液柱静压力Ph PH =gh=9009.82.310-6MPa=0.020MPac 计算压力PC PC=PH+P=0.020+0.55MPa（2）圆筒厚度的计算按强度条件，筒体所需计算厚度为筒体设计厚度式中t16MnR在160时许应力，从表中查得为170MPa塔体焊缝为双面对接焊，局部无探伤，由表查得=0.85C-为厚度附加量按刚度条件，筒体所需最小

6、厚度且min不小于4.5mm，故按刚度条件，筒体厚度仅需4.5mm考虑此塔较高，风载荷较大，而塔的内径不大，故应适当增加厚度，现假设塔体厚度，则假设的塔体的塔体厚度(3). 封头厚度计算采用标准椭球形封头，则 计算厚度封头设计厚度 为便于焊接，取封头与筒体等厚，即：封头名义厚度封头有效厚度2塔设备各项载荷计算(1). 质量载荷计算由设计条件得：塔段内直径Di=2000mm，名义厚度12mm，塔段长度，塔体高度 为17000mm，故单位筒体高度为： 故筒体质量 封头质量 裙座质量所以,塔体质量筛板塔盘的单位质量为6523层塔盘的内件重量约为保温层（）重量操作平台（共4层，每层500kg）及扶梯（

7、总高度为17m，质量载荷 40kg/m）重量操作时塔内物料质量（充液量）,以23层塔盘计，重量为塔体圆筒部分长24m，每个封头的容积为，封头的曲面高度及直边高度分别为1105mm和400mm。故液压试验时，充水质量为人孔、接管、法兰等附件质量2395.68kg偏心质量故 塔体操作时重量 塔体最大重量 全塔最小质量 (2).塔底风载荷及风力矩 a. 风载荷的计算风载荷 N已知：设备建设在成都，基本风压 ；地面粗糙度为B类，场地类型为iii；体型系数因为塔高H20m，所以风振系数取；圆筒塔等径，即查表计算得各分段的风压高度系数，各分段集中载荷计算结果塔段号0-11-22-33-44-55-6塔段长

8、度/m0-0.80.8-4.74.7-7.27.2-9.79.7-12.212.2-17N/m2 2500.71.70.130.750.890.991.061.1880039002500250025004800200060.931745.021320.901469.651579.133381.50b. 风弯矩的计算(1) 0-0截面风弯矩（2）1-1截面风弯矩（3）2-2截面风弯矩 （ (3).地震载荷的计算a自振周期计算：已知：塔体直径塔体有效厚度塔高H=17000mm，48916.90kg0.33sb地震载荷及弯矩的计算：塔体长度/mm80039002500250025004800各段操作

9、质量619.553020.331936.111936.111936.113717.32各点距地面高度800.004700.007200.009700.0012200.0017000.002.26E+043.22E+056.11E+059.55E+051.35E+062.22E+061.40E+079.73E+081.18E+091.85E+092.61E+098.24E+091.49E+105.12E+081.04E+113.73E+119.13E+111.82E+124.91E+123.17E+113.14E+147.23E+141.77E+153.52E+151.83E+162.46E+1

10、6A/B0.00基本震型参与系数0.010.190.370.580.821.340.9721.5211.46F1k/N60.724215.285123.348011.4711300.4235688.58mkhk4.96E+051.42E+071.39E+071.88E+072.36E+076.32E+07vmax0.29meq/kg36687.68Fv0-0/N105165.22Fvi-i/N388.3311122.0810921.8414714.1518506.4649512.36max0.45(mkhk)1.34E+08ME10-08.79E+08ME11-18.28E+08ME12-25

11、.77E+08c偏心弯矩的计算偏心质量为 偏心距l=2000mm偏心弯矩： N.mmd最大弯矩的计算(1)塔底0-0截面：（地震弯矩控制）（2）1-1截面：（地震弯矩控制）（3）2-2截面：（地震弯矩控制） 3.圆筒轴向应力和稳定性的校核：(1).圆筒应力校核:已知：有效直径为，筒体内径介质压力引起的轴向应力： MPa操作时重力引起的轴向应力： 近似取弯矩引起的轴向应力： MPa(2).圆筒轴向稳定性校核计算系数A：由图(3).圆筒压应力校核对内压情况：而MPa故。4. 塔体液压试验时的应力校核由试验压力引起的环向应力，按式17-30计算，式中PT为试验压力，按式10-6计算，,取静液柱压力为

12、，则由试验压力引起的轴向应力，按式17-31计算得由液压试验时重力引起的轴向应力，按式17-32计算。近似取为则：由弯矩引起得轴向应力，按式13-31计算得查附表可知，16MnR材料的，故确定，因,故取将以上计算各应力带入式中得 经验算，塔体的强度及稳定性均满足要求。5.裙座的设计及验算座体采用与塔体同直径的圆筒体，与塔体对接焊，设裙座厚度则裙座的有效厚度。座体上人孔处截面（1-1）截面为：裙座底部0-0截面轴向应力计算：按式13-32式校核，其中裙座在设计温度上的许用应力，；则裙座上人孔处截面（1-1）的应力按式13-33和式13-34校核。近似取，则 可见座体满足强度和稳定性要求。6.基础

13、环的设计裙座内径为，裙座外径为。基础环外径：基础环内径：基础环截面系数： MPa采用28个均匀的地脚螺栓，带筋板的基础环，设筋板厚度24mm，则相邻筋板的最大外侧间距： mm则：b/l=176/231.69=0.76所以： N N故取： N.mm/mm基础环材料选用低碳钢，取基础环厚度为： mm圆整后可取： （可虑腐蚀余量）7.地脚螺栓的计算地脚螺栓承受的最大拉应力：风载荷时： MPa地震载荷时： MPa取，因为,塔式容器应该设置地脚螺栓。地脚螺栓的螺纹小径： mm故地脚螺栓为M28，个数为28个。8.裙座与塔壳的对接焊缝验算 MPa MPa故验算合格。1按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计

14、算公式及数据塔内液柱高度h, m液柱静压力pH, MPaPH =gh=9009.82.310-6MPa=0.020MPa计算压力pc, MPaPC=PH+P=0.020+0.55MPa圆筒计算厚度 ,mm圆筒设计厚度c ,mm圆筒名义厚度n ,mm圆筒有效厚度e ,mm封头计算厚度h ,mm封头设计厚度hc ,mm 封头名义厚度hn ,mm封头有效厚度he mm2塔设备质量载荷计算计算内容计算数据塔段内直径 Di ,mmDi=2000mm塔段名义厚度 ni ,mm名义厚度12mm塔段长度 li,mm塔体高度H1 ,mm17000mm单位筒体质量 m1m ,Kg/m筒体高度 H1 ,mm1592

15、0筒体质量 m1 ,Kg封头质量 m2 ,Kg裙座高度 H3 ,mm裙座质量 m3 ,Kg塔体质量m01 ,Kg塔段内件质量m02 ,Kg保温层质量 m03 ,Kg塔设备质量载荷计算计算内容计算公式及数据平台、扶梯质量m04 ,Kg共4层，每层500kg 总高度为17m，质量载荷 40kg/m操作时塔内物料质量m05 ,Kg人孔、接管、法兰等附件质量ma ,Kg2395.68充液质量mw ,Kg塔体圆筒部分长24m，每个封头的容积为偏心质量me, kg操作质量m0 ,Kg最小质量m min ,Kg最大质量 m max ,Kg 3自振周期计算计算内容计算公式及数据塔体内直径 Di ,mm2000

16、塔体有效厚度 e ,mm10塔设备高度 H ,mm17000操作质量 m0 ,Kg塔设备自振周期T1 ,s0.33s4地震载荷与地震弯矩计算计算内容计算公式及数据各段操作质量 mi ,Kg619.55 3020.33 1936.11 1936.11 1936.11 3717.3239002500250025004800各点距地面高度 hi , mm800.00 4700.00 7200.00 9700.00 12200.00 17000.00619.553020.331936.111936.111936.113717.322.26E+04 3.22E+05 6.11E+05 9.55E+05

17、1.35E+06 2.22E+06 1.40E+07 9.73E+08 1.18E+09 1.85E+09 2.61E+09 8.24E+091.49E+105.12E+08 1.04E+11 3.73E+11 9.13E+11 1.82E+12 4.91E+12 3.17E+11 3.14E+14 7.23E+14 1.77E+15 3.52E+15 1.83E+162.46E+16A/B0.00基本振型参与系数 k10.01 0.19 0.37 0.58 0.82 1.34综合影响系数 Cz0.5地震影响系数最大值 max0.45各类场地特征周期 Tg近震：0.3，远震0.4地震影响系数

18、11.46水平地震力 Fk1 , N60.72 4215.28 5123.34 8011.47 11300.42 35688.58垂直地震影响系数 v max0.29操作质量 m0 ,Kg当量质量meq ,Kg36687.68底截面处垂直地震力,N105165.224.96E+05 1.42E+07 1.39E+07 1.88E+07 2.36E+07 6.32E+071.34E+08垂直地震力,N105165.22 388.33 11122.08 10921.84 14714.15 18506.46 49512.36底截面处地震弯矩,N.mm8.79E+08底截面处地震弯矩 ,N.mmgH=

19、0.50.099.8117000=1.08296地震载荷与地震弯矩计算计算内容计算数据截面1-1处地震弯矩, N.mm8.28E+08截面2-2处地震弯矩, N.mm5.77E+085风载荷与风弯矩计算计算内容计算公式及数据各计算段外径 DOi ,mm=2020塔顶管线外径 dO,mm32第i段保温层厚度 si ,mm100管线保温厚度 ps ,mm30笼式扶梯当量宽度 K3400各计算段长度 li ,mm800 3900 2500 2500 2500 4800操作平台所在计算段长度l0 ,mm800 3900 3500 6500 6500 13800平台数4各段平台构件的投影面积4操作平台当

20、量宽度 K4 , mm各计算段有效直径 Dei , mm2000各计算段顶截面距地面高度hit ,m风压高度变化系数fi体型系数 K10.7基本风压值 qo ,N/m2250塔设备自振周期 T1 ,s0.33sqoT12qoT1227.225风载荷与风弯矩计算计算公式及数据计算内容脉动增大系数（B类）)+0.398=1.498脉动影响系数i（B类）=0.82hit/Hu1第i段振型系数 zi各计算段的风振系数 K2i各计算段的水平风力 Pi ,N 0-0截面的风弯矩 , N.mm8.79E+081-1截面的风弯矩, N.mm8.28E+082-2截面的风弯矩, N.mm5.77E+08偏心弯矩

21、计算公式及数据计算内容偏心质量me, kg偏心矩e,mm2000偏心弯矩Me, N.mm N.mm最大弯矩计算公式及数据计算内容最大弯矩, N.mm 6圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算公式及数据计算内容有效厚度 ei ,mm=6.2筒体内径 Di ,mm2000计算截面以上操作质量 ,Kg设计压力引起的轴向应力1 , MPa MPa操作质量引起的轴向应力2 , MPa 最大弯矩引起的轴向应力3 , MPa MPa载荷组合系数 K1.2系数 A设计温度下材料的许用应力t ,MPa170系数 B ,MPa105MPaKB , MPaKB=1.2K t , MPa许用轴向压应力cr ,MPaK t

22、 , MPa圆筒最大组合压应力(2+3) , MPa圆筒最大组合拉应力(1-2+3) , MPa7塔设备压力实验时的应力校核计算数据计算内容试验介质密度（介质为水），Kg/cm3880液拄高度 H ，cm液拄静压H/9.81， MPa有效厚度 ei ，mm6.2筒体内径 Di ，mm2000塔设备压力实验时的应力校核计算公式及数据计算内容2-2截面最大质量 ,Kg 试验压力 pT ，MPa筒体常温屈服点 s ，MPa2-2截面 0.9 Ks ，MPa2-2截面 KB ，MPa压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力 cr ，MPa试验压力引起的周向应力 T ，MPa试验压力引起的轴向应力T1 ,MP

23、a重力引起的轴向应力 T2, MPa弯矩引起的轴向应力 T3 , MPa压力试验时圆筒最大组合应力，MPa8裙座轴向应力核算计算数据计算内容裙座有效厚度 es，mm裙座筒体内径 Dis，mm0-0截面积Asb ，mm20-0截面系数Zsb，mm3KB ，MPaKts ，MPaKts1.2113=135.6裙座轴向许用应力 , MPa1130-0截面最大弯矩, N.mm9.8*0-0截面操作质量 ,Kg0-0截面组合应力 ，MPa检查孔加强管长度 lm , mm检查孔加强管水平方向最大宽bm, mm检查孔加强管厚度 m ，mm=12裙座内直径 Dim mm Am3.141-1截面处裙座筒体的截面

24、面积 Asm ，mm2Zm1-1截面处裙座筒体的截面系数Zsm，mm31-1截面最大弯矩 , N.mm1-1截面处风弯矩 , N.mm1-1截面以上操作质量 ,kg1-1截面以上最大质量 ,kg1-1截面组合应力，MPa9基础环设计计算数据计算内容裙座内径Dis ，mm裙座外径Dos ，mm基础环外径Dob ，mm基础环内径Dib，mm基础环伸出宽度b ，mm176相邻两筋板最大外侧间距l , mm231.69基础环面积 Ab ，mm2基础环截面系数Zb ，mm3最大质量m max ，kg操作质量mo，kg0-0截面的风弯矩, N.mm9.160-0截面最大弯矩, N.mm偏心弯矩Me, N.

25、mm基础环材料许用应力 b ,MPa140基础环设计计算公式及数据计算内容水压试验时压应力 b1，MPa操作时压应力b2，MPa混泥土基础上的最大应力 b max ，MPa b/l b/l=176/231.69=0.76b max b2=47393.28b max l2=82137.88对X轴的弯矩 Mx , N mm/mm N对Y轴的弯矩 My, N mm/mm N计算力矩Ms ，N mm/mm： N.mm/mm有筋板时基础环厚度，mm mm10地脚螺栓计算计算数据计算内容最小质量 m min ，kg操作质量 mo ，kg0-0截面的风弯矩偏心弯矩,N.mm9.16底截面处地震弯矩, N.m

26、m87.87偏心弯矩Me, N.mm N.mm最大拉应力B1 ，MPa MPa最大拉应力B2 ，MPa MPa基础环中螺栓承受的最大拉应力B ，MPa地脚螺栓个数 n28地脚螺栓腐蚀裕量 C2 ，mm3地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据地脚螺栓纹小径d1 ，mm mm裙座于塔壳焊缝验算 MPa MPa故验算合格。11计 算 结 果1塔体圆筒名义厚度n ，mm2塔体封头名义厚度hn ，mm3塔设备的操作质量 mo ，kg4塔设备的最小质量m min ，kg5塔设备的最大质量 m max ，kg6塔设备的自振周期 T1，s0.33s7底截面处地震弯矩 ,N.mm8.79E+088底截面处地震弯矩

27、,N.mm=0.50.099.8117000=1.082969截面1-1处地震弯矩, N.mm8.28E+0810截面2-2处地震弯矩, N.mm5.77E+0811 0-0截面的风弯矩 , N.mm8.79E+0812 1-1截面的风弯矩 , N.mm8.28E+0813 2-2截面的风弯矩 , N.mm5.77E+0814圆筒最大组合压应力 (2+3) , MPa 15圆筒最大组合拉应力 (1-2+3) , MPa16试验压力引起的周向应力T ，MPa17试验压力引起的轴向应力T1 ，MPa18重力引起的轴向应力T2 ，MPa19弯矩引起的轴向应力T3 ，MPa20压力试验时圆筒最大最和应

28、力 ，MPa21裙座许用轴向应力 ，MPa11322 1-1截面组合应力 ，MPa23基础环面积 Ab ，mm224基础环材料的许用应力b ，MPa14025水压试验时压应力b1 ，MPa26操作时压应力b2 ，MPa27混凝土基础上的最大应力b max ，MPa28计算力矩 N.mm/mm29基础环中螺栓承受的最大拉应力B=47393.28=82137.8830地脚螺栓个数 n2831地脚螺栓材料的许用应力bt ，MPa14032地脚螺栓纹小径 d1 ，mm33裙座圆筒名义厚度en ，mm MPa MPa34基础环名义厚度b ，mm15.64二、总结: 通过这一周的课程设计，我学得到很多，从

29、哪儿着手，虽然需要考虑的因素很多，但是慢慢做来还蛮开心的，因为刚开始真的一头污水，对于任务书中的内容感觉好陌生，然后只有结合例题和看书一点一点弄清楚，再来设计。生活中我们看到的塔看起来很简单，但那凝结了化工设计员很多的心血，要考虑成本和安全性等等，作为化工专业即将毕业的学生，这也许是我以后需要认真学习的，这次课设给了我很多的启发，同时也巩固了我在校的专业知识，真的受益匪浅。 由于时间的原因可能很多内容都有点粗糙，但大致所需要的内容都应该涉及得到了，最后对于画图部分也稍微复习了一下，以前虽然用了很多，但一两年没用，很多知识都很生疏，对于怎样将图的背景由黑变为白，还没彻底弄出来。做这次课设，需要很静下心来才能做出来，刚开始有点浮躁，做不动，但可幸的是很快调整出来了，相信认真细心就能够成功的。 最后，感谢吴洪特老师的指导！也谢谢同学们的帮助！三、参考文献:潘永亮.2006.化工设备机械基础.北京.科学出版社付家新、王为国、肖稳发.2010.化工原理课程设计.荆州。化学工业出版社魏崇光、郑晓梅.1992.化工工程制图化工制图.北京.化学工业出版社四、附录（塔装配图）