1、一、设计任务1. 结构设计任务完成各板式塔的总体结构设计，绘图工作量折合 A1 图共计 4 张左右，具体包括以下内容：各塔总图 1 张 A0 或 A0 加长；各塔塔盘装配及零部件图 2 张 A1。2. 设计计算内容完成各板式塔设计计算说明书，主要包括各塔主要受压元件的壁厚计算及相应的强度校核、稳定性校核等内容。二、设计条件1. 塔体内径 ，塔高 ；m20iDm29.5Hi2.设计压力 pc=2.36 ，设计温度为 90 ；MPatC3. 设置地区：山东省东营市，基本风压值 q0=480Pa，地震设防烈度 8 度，场地土类别 III 类，地面粗糙度是 B 类；4. 塔内装有 N=94 层浮阀塔盘
2、；开有人孔 12 个，在人孔处安装半圆形平台12 个，平台宽度 B=900 ，高度为 1200 ；mm5. 塔外保温层厚度为 s=100 ，保温层密度 2=350 ；3/kg三、设备强度及稳定性校核计算1. 选材说明已知东营的基本风压值 q0=480Pa，地震设防烈度 8 度，场地土类别 III 类；塔壳与裙座对接；塔内装有 N=94 层浮阀塔盘；塔外保温层厚度为 s=100 ，保温层密度m 2=350 ；塔体开有人孔 12 个，在人孔处安装半圆形平台 12 个，平台宽度3m/kgB=900 ，高度为 1200 ；设计压力 pc=2.36 ，设计温度为 90 ；壳MPatC3 ，裙座厚度附加量
3、 2 ；焊接接头系数取为 0.85；塔内径m。通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用 Q345R。对该塔进行0iD强度和稳定计算。12. 主要受压元件壁厚计算本部分应包括常压塔的主要筒体及椭圆封头等重要受压元件的壁厚计算，裙座厚度先按经验值取。l塔壳和封头材料选用 Q345R (1630 ,因此要同时计算顺风向和横风向载荷。1529/DHHm（1）顺风向水平风力计算塔设备第一自振周期 EIT419.7)(6479.1403iDHs539.24.21310.95964465 3塔设备第二自振周期 EImHT428.)(8.403iDHms40.2.1301959650 45 3塔设备第三自振
4、周期 EImHT432.)(42.403iDHms145.021301959610 45 3因地面粗糙度是 B 类，基本风压 q塔设备中第 计算段所受的水平风力按下式计算：i eiii DlfKP021式中各参数按线性插值由标准查得，计算结果列于表 2表 2段号 i1 2 3 4 5 6 7 8 91K0.7）20N/m(q480if1 1 1 1.074 1.295 1.457 1.589 1.697 1.7554)m(il0.8 5.4 1.46 10 10 10 10 10 1.639izfvKi121.043 1.043 1.068 1.294 1.563 1.866 2.270 2.
5、463 2.4822.959iv0.72 0.72 0.72 0.774 0.813 0.843 0.861 0.876 0.879zi0.02 0.02 0.032 0.138 0.303 0.506 0.792 0.958 1.0)m(4K0 0 0 1.8 1.2 1.2 1.2 1.8 0eiD3.559 3.060 2.568 4.444 3.844 3.844 3.844 4.444 2.644NiP997.8 5790.8 1345.4 22185.2 23320.4 29122.5 37098.2 44238.1 6342.5(2)顺风向弯矩计算0-0 截面风弯矩: )2(.)
6、2()2( 12345678913110 lllPlPlPlMw = N.m69I-I 截面风弯矩：)2(.)2( 2345678932 llllPlPlW = Nm10964.59II-II 截面风弯矩：=)780162(.2/5()7867894 llPPMWN.m1064III-III 截面风弯矩:=)8501762(.2(85075678954 llPPMW N.m107495（3）横风向振幅计算临界风速计算： tacSTDv12.05394s/mtac2 7共振判别：设计风速 0265.1qfvtH480.1265.s/m87.36因为 ，故应同时考虑第一振型和第二振型的振动。12c
7、v横风塔顶振幅：雷诺数 时，Da9Re2487.36 5610471.5.0LC当 时，11)(/Hccv0416.1阻尼比取为 0.截面惯性矩 )(644iDI 41044m.7)2(6.3横风塔顶振幅 91210.9IEvCYtcaLT910542.71.456940 m3（4）横风向弯矩计算共振时临界风速风压作用下的顺风向风力列于表 3 中表 3段号 i1 2 3 4 5 6 7 8 91K0.7）20N/m(q 210cvq0.6if1 1 1 1.074 1.295 1.457 1.589 1.697 1.755)m(il0.8 5.4 1.46 10 10 10 10 10 1.6
8、39izfvKi21.026 1.026 1.042 1.182 1.349 1.537 1.787 1.906 1.9181.833iv0.72 0.72 0.72 0.774 0.813 0.843 0.861 0.876 0.879zi0.02 0.02 0.032 0.138 0.303 0.506 0.792 0.958 1.0)m(4K0 0 0 1.8 1.2 1.2 1.2 1.8 0eiD3.559 3.060 2.568 4.444 3.844 3.844 3.844 4.444 2.644NiP25.78 149.59 34.47 532.09 528.22 629.53
9、 766.46 898.85 128.66( )kg1128.497617.28 2032.07 22898.58 23754.17 24052.03 23158.45 24420.88 2521.8顺风向弯矩：0-0 截面风弯矩: )2(.)2()(2 123456789131210 lllllPllPllPMcw = N.m8I-I 截面风弯矩：)2(.)2( 2345678932 llllPlPlcw = Nm105.8II-II 截面风弯矩：=)780162(.2(276456789 5llPPMcw N.m1028III-III 截面风弯矩: )850172( .2(20156789
10、4 llPPMcw= Nm1987横风向弯矩：0-0 截面： 19120)(kkTcahmYM92 0763.)539.14(N.m103985I-I 截面： 1921)8()(kkkTcahmY92 07.0359.143( N.m1029458II-II 截面: 9412)78()(kkkTcahmYM 921024.035.3=4.380X108NmmIII-III 截面: 19412)850()(kkkTcahmYM92.235.3N.m102848组合风弯矩:0-0 截面： N.m10548)(10622090 cwcaWewMMN.m169I-I 截面： 8229cwcaWew09
11、459II-II 截面： N.m10493)(06.822cwcaWewMM8N.m108649III-III 截面： N.m10394)(70822 cwcaWewMM796. 地震弯矩计算地震设防烈度 8 度，取 ；16.0max因场地土类别 III 类，则特性周期 s5.gT阻尼比取为 阻尼调整系数 710629.衰减指数 =0.9785.9地震影响系数 max21)(Tg 054.1659.)390(78则 0-0 截面的地震弯矩：=gHgME012101356356 928 3046N.m99I-I 截面的地震弯矩: )410(17585.3.25.3. hHgEN.m10869II
12、-II 截面的地震弯矩: )(5.35.25.35.11 HmME 29III-III 截面的地震弯矩: )40(17585.35.25.3. hgEN.m109以上计算是按塔设备基本振型的结果，此塔 且高度大于53/DH20 ，故还必须考虑高振型的影响。采用一种简化的近似算法，则各截面的m9地震弯矩为: 0105.2EEMN.m1037891.49EE7. 各种载荷引起的轴向应力的计算 （1）最大弯矩因塔体顶只悬有吊住，故可以忽略偏心弯矩 。eM确定最大弯矩时，偏保守的假设风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩同时出现，且出现在塔设备的同一方向。但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可能性很小，在正常
13、或停工检修时，取计算截面的最大弯矩为0-0 截面：(风弯矩控N.m106N.m109325.069900max ewEMM制)I-I 截面：(风弯矩控N.m109645N.m10824325.09699max ewEMM制)II-II 截面：(风弯矩N.m10864N.m1042325.08699max ewEMM控制)III-III 截面：(风弯N.m1074N.m1076325.04 99max ewEMM矩控制)水压试验时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，取最大弯矩为 Nm18390ew10N.m107893.0MewI429I（2）圆筒的强度及稳定性校核计算 II-II 的轴向应力
14、并进行校核，将结果写入表 4 中筒体的有效厚度 m1932ei计算截面 II-II计算截面以上操作质量 0kg120827.35计算截面横截面积 eiDA2119380.52计算截面断面系数 iW243m7105.96计算截面最大弯矩 maxMN 948许用轴向压缩应力 tcrKBMPa180（选取）21222许用轴向拉应力 tt 188.7操作压力引起的轴向应力 eicDp41a62.11重力引起的轴向应力 Agm02P9.92引起的轴向应力 maxMWMax3 a80.52组合压应力 crc2P6814.90组合拉应力 tt K31a732II-II 截面： ，查过程设备设计图 4-8 得
15、 B=1500179.94.ieRA。MPa8.裙座危险截面的强度与稳定校核11裙座筒体受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。重量和弯矩在裙座底部截面处最大，因而裙座底部截面是危险截面。此外，裙座上的检查孔或人孔、管线引出口有承载削弱作用，这些孔中心横截面处也是裙座筒体的危险截面。裙座筒体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。因此，只需校核危险截面的最大轴向压缩应力。（1）0-0 截面裙座按圆锥形裙座进行验算圆锥半顶角 50.4321078-5.arctn）（，查过程设备设计图 4-8 得 B=150 。09.94.ieRA MPa则 ，取MPa2817costcrKB 8
16、9.17cr液压许用应力 ,取359.0MPa9.eLTKRMPaT重力引起的轴向应力 ，02.861203149.50-2 eiDgmA引起的轴向应力maxM，MPa40.71602.31464ei20-max0-m0-3 DMW组合压应力 MPa89.1759cos5)（ 0-30-20-c cr液压力 MPa89.17MPa81.7354cos cos1)6320445620（ cos1)3.（ 9max00-T TewAgWM(2)I-I 截面，查过程设备设计图 4-8 得 B=150 。ieRA MPa12裙座出入口： ； ； ；m230l450bm18m14.307iDkg7.16
17、mesims )(ADAes826)2(471.3 295mimes(2）（ blW 3722 m109.507.15316 ）（ mesimes2ism4WDb 3872 m109.)109.2614.30745（16.307 重力引起的轴向应力 ，MPa3879.154sm02 Ag引起的轴向应力 ，maxM12068smax3 WM组合压应力 MPa89.7MPa53.4co581)（ 32c cr液压力 MPa89.17MPa18.354cos0 cos1)79.15426310640（cos)（ 89maxT TsmewAgW 9. 塔体水压试验时的应力校核( 校核 II-II 截面
18、)耐压试验压力 MPa95.218/5362525tTp由试验压力引起的周向应力 ：14MPa13.20885.0192)9(5.(2）（)液 注 静 压 力(eiei DpTT由试验压力引起的轴向应力 ：1，MPa3794)205.4ei1 DT液压实验时重力引起的轴向应力 ：2，5.101.3887ei2 TDgm由风弯矩引起的轴向应力 ：3，MPa24)0(4ei23wDMIII-III 截面： ，查过程设备设计图 4-8 得 B=1500179.9.ieRA校核：MPa校核通过。MPa35.298.09378104.64120321 eLcreLKRB10. 基础环设计基础环内径 mi
19、bD基础环外径 3540oobibZ2)(4 3944 m10.22)30(4ibA 262744）5（1. MPa8.1074.298351109.26303.0 3669max0maxbbewb AgZM15取 MPa36.bmax因 ，查 JB4710-2005 钢制塔式压力容器表 8-7927.0)412/(5/l， ，则.0xC8yC34.10523652max Mb Nm842y因为 ，则 = =10520.34xSxMN.则基础环厚度（ ）为：Pa185b，取m47185/34026/6Sb M 32b【注】基础选用 100混凝土，其许用应力 Ra=5.0MPa11. 地脚螺栓计
20、算地脚螺栓材料选用 Q345地脚螺栓承受的最大拉应力 按下式计算：B MPa39.1074.2891365019.2325.0866009min0bbewEewB AgZMM故取 Pa1B初选地脚螺栓个数是 36地脚螺栓的小径 （ ）为：1dPa70btmCnAdbtB 06.413170364.254 621 取地脚螺栓是 M56 , 36 个。12. 裙座与塔壳连接焊缝验算（对接焊缝）;Nm1086.49maxJ-maxM kg35.2870J-0; ;20iitDesMPa1.6.twK16esitesitDgmMJ-02J-ax4 MPa83.162014.3958762014.389
21、 wK6.验算合格。四、典型零部件计算主要是开孔补强的计算内容（1）补强及补强方法判别补强判别 根据过程设备设计表 4-15，允许不另行补强的最大接管外径为 。塔器上开孔大小不一，现以人孔为例进行计算。开孔直m89径是 ，查 HG21521-2005 表 3-1、3-2 知，所用接管规格为 ，50 14530且材料为 Q345R，其中厚度附加量取 。m2补强计算方法判别开孔直径 5062Cdi筒体开孔直径 ，且 ，满足等面积法1/506iDm20d开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行补强计算。（2）开孔所需补强面积 筒体计算厚度 m12.536285.01236ci pDt开孔所需补强面
22、积 强度削弱系数 ，rf接管有效厚度为 14Cntet开孔所需补强面积： 2m7.6502506dA（3）有效补强范围有效宽度 B取 大 值5781425062m1ntd故 0有效高度 外侧有效高度 1h17取 小 值m23m17.8450611hdnt故 。7.841内侧有效高度 2h取 小 值017.845062hdnt故 。2（4）有效补强面积壳体多余金属面积壳体有效厚度 m1932Cne壳体多余金属面积 1A21 m8.196325506- edBA接管多余金属面积接管计算厚度 m80.36285.01232t ctnip接管多余金属面积 A212 9174rtefhA接管区焊缝面积(
23、焊脚取 )m0.6233.有效补强面积 2321e m67.399.18096AA（5）所需另行补强面积23214 05417275采用补强圈补强。（6）补强圈设计根据公称直径 选补强圈，参照补强圈标注 JB/T4736 取补强圈外50DN径 ，内径 。因 ,补强圈在有效补强范围内。m840m4dDB18补强圈厚度为 m24.15084274 dDA考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为 。但为了便于制8造时准备材料，补强圈名义厚度取为筒体的厚度，即 。五、结论设备计算结果总结通过以上计算，可知：（1）各壁厚名义厚度筒体取 ，封头取 ，裙座厚度取 。m2248m1（2）取 36 个 M56 的地脚螺栓。（3）基础环外径 ，内径 ，厚度 。Dob3540Dib30b32（4）人孔采用补强圈补强，厚度为 。2经过各危险截面的强度及稳定性校核，各种材料及所选参数均达到要求，故所设计的精丙烯塔符合要求。六、参考文献
