(最新版)化工设备机械基础毕业课程设计

《化工设备机械基础》课程设计

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二零一四年六月

目录

一、塔体的设计条件 (3)

二、按计算压力计算塔体和封头厚度 (4)

三、塔设备质量载荷计算 (4)

四、风载荷与风弯矩计算 (6)

五、地震载荷计算 (10)

六、偏心弯矩计算 (11)

七、各种载荷引起的轴向应力 (11)

八、筒体和裙座危险截面的强度性校核 (13)

九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 (16)

十、基础环设计 (17)

十一、地脚螺栓计算 (19)

十二、筒体与封头联接法兰的选取 (20)

十三、主要符号说明 (22)

十四、个人总结 (24)

参考文献 (27)

一、塔体的设计条件

1、塔体的内径，塔高近似取； 2.计算压力，设计温度150℃；

3、设置地区：基本风压值=300Nm 2，地震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.2g ，地震分组为第二组；场地土类：I 类，地面粗糙度B 类。

4、塔内装有N=70层浮阀塔盘，塔盘间距450mm ，每层塔板上每块塔盘上存有介质高度为，塔板上介质密度为800kgm 3；

5、塔壳外表面层100mm ，保温层材料的密度300kgm 3。

6、沿塔高每10层塔盘开设一个人孔，人孔数为7个，相应在人孔处安装平台为，平台宽1.0m ，单位质量150kg ㎡，包角180°。

7、塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为，偏心距e=2000mm ； 8

、

塔

体

与

封

头

材

料

选

用

Q345R,

其

中

5[]170a, []170MPa, 345, 1.910t s MP Mpa E Mpa σσσ====?，裙座材料选用

Q235-B 。

9、塔体与裙座厚度附加量C=3mm ，裙座厚度附加量3mm 。塔体与裙座对接焊缝，塔体焊接接头系数。 对该塔进行强度和稳定计算。

二、按计算压力计算塔体、封头和裙座厚度 1、塔体厚度计算 0.92000

6.252[]21700.850.9

c i t

c p D mm p δσ??=

==-??-

考虑厚度附加量C=3mm ，经圆整后取。 2、封头厚度计算

0.92000

6.242[]0.521700.850.50.9

c i t c p D mm p δσ??=

==-??-?

考虑厚度附加量C=3mm ，经圆整后取。 3、裙座厚度也取12mm 。 三、塔设备质量载荷计算 1、筒体圆筒、封头、裙座质量

()()22012

234

2.0242407.85104

23817o i m D D H kg

π

ρπ

=-??=

-???=

2、附属间质量

3、塔内构件质量

202707547075164934

4

i m D kg π

π

=

??=

???=

（浮阀塔盘质量75） 4、保温层质量

2203[(2.0240.2) 2.024](40 3.6)300

47287m kg

π

=+-?-?= 5、平台、扶梯质量

22041

[(2.0242) 2.024]15074040

42

6588m kg

π

=

+-???+?= 说明：单位面积质量，笼式扶梯单位长度质量；笼式扶梯总高，

平台数量为7。 6、操作时物料质量

220520.0970800

44

=15834kg

i w

m D h N π

π

ρ=

=

????

说明：物料密度，塔板数N=70，塔板上液层高度。 7、 充水质量为

221000=114354kg 4

w m π=

???（40-3.6） 其中 8、 各种质量载荷汇总

将全塔分为9段，计算各质量载荷（计算中略有近似）

全塔操作质量

001020304052381716493728749881600158345954380079773a e

m m m m m m m m kg

=++++++=+++++++= 全塔最小质量

min 010203040.2238170.2164937287498816005954380050745a e

m m m m m m m kg

=+++++=+?+++++= 水压试验时最大质量

max 01020304238171649372874988114354595416003800178293a w e

m m m m m m m m kg =++++++=+++++++=

四、风载荷与风弯矩计算 1、风载荷计算示例

以2~3段为例计算风载荷

6

31230333

10()e P K K q f l D N -=? 式中：

——体形系数，对圆筒形容器， ——10m 高处基本风压值，

——风压高度变化系数，查表8-5得：

——计算段长度，

——脉动影响系数，由表得：

——塔的基本自振周期，对等直径、等厚 度得圆截面塔：

390.3310 1.75s -=?= ——脉动增大系数，根据自振周期，由 表查的：

——振型系数，由表得： ——风振系数

33

233

2.500.720.108

11 1.1931.0098

z v K f ξφ??=+

=+

=

——塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90°，取下a 、b

中较大者。

30340.22e i s ps b D D K d δδ=++++

，，

43

2210001000

296.36750

A K mm l ??=

=

=∑

，取

6

312303336100.7 1.193300 1.0098675003170.3105413.76()

e P K K q

f l D N --=?=??????=

2、各段塔风载荷计算结果

3、风弯矩计算

0-0截面：

001281

21812345 222w l l l M P P l P l l l l l -???

?=+++?++++++ ? ????

?

()91047.169001047.1618009005413.76(1800180033755079.51(1800180067502375)9063.24(36006750

5900

475032375)14668.53(3600675047505)

2

1.50710N mm

=?+?++?+++++++++?++++?+=??

1-1截面：

112382

3282345222w l l l M P P l P l l l l -???

?=+++?+++++ ? ????

? 1047.169005413.76(18003375)5079.51(1800

67502375)6306.41(1800675047502375)7561.24(18006750475022375)9063.24(1800675047503

2375)10552.11(18006750475042375)14668.53(1800=?+?++?+++?++++?++?++?++?++?++?++?

+95900

675047505)2

1.36510N mm

+?+=??

2-2截面：

??? ?

?++++?+??? ??

++=-2226543643433

22l l l l P l l P l P M w 95413.7633755079.51(67502375)6306.41(675047502375)7561.24(6750475022375)9063.24(6750475032375)10552.11(6750475042375)14668.53(6750475052950)1.29210N mm

=?+?++?+++?+?++?+?++

?+?++?+?+=??

五、地震载荷计算 取第一振型阻尼比为

则衰减指数0.050.02

0.90.950.550.02

γ-=+

=+?

塔的总高度 H=40000mm 全塔操作质量 重力加速度

地震影响系数1211max [0.2(T 5)]g T γαηηα=-- 由表查的（设防烈度8级） 由表查的

11(0.05)

0.020.023758

ξη-=

+= 1210.050.050.02

11 1.3190.06 1.70.06 1.70.02

ξηξ--=+

=+=++?

1211max

0.95[0.2(T 5T )][1.3190.20.2375(1.75 1.5)]0.160.0448

g γαηηα=--=?--?= 计算截面距地面高度h ： 0-0截面：=20，，C=3mm 。

1337.53d C mm =

=

+=

取地脚螺栓为M 42。由表8-12查得M42的螺纹小径d=37.219mm ，故选用20个M 42的地脚螺栓，满足要求。 十二、筒体与封头联接法兰的选取

1、根据筒体内径，计算压力，温度150℃，查表6-2，确定法兰结构

为长颈对焊法兰，查附录12选取材料16Mn ，公称压力PN=1.6Mpa 。

2、查相关手册得法兰基本数据：

D=2215mm，D1=2155mm，D2=2110mm，D3=2090mm，D4=2087mm

螺纹孔直径d=33mm，法兰厚度b=102mm，高颈尺寸H=190mm，。

4、压紧密封面选取平面密封面，选用缠绕型垫片，D=2089mm，

d=2039mm，

垫片种类为石棉式石墨填充带。

法兰图见附图

塔的机械设计结果

主要符号说明裙座人孔处截面的面积，

裙座人孔处截面的抗弯截面系数，

裙座壳底部内直径，

裙座壳有效壁厚，

裙座人孔截面处裙座壳的内直径，

裙座人孔截面处水平方向的最大宽度，

人孔或较大管线引出孔加强管的长度，

人孔或较大管线引出孔加强管的厚度，

塔计算段的有效直径，

基础环内直径，

基础环外直径，

裙座大端外直径，

E 设计温度下材料的弹性模量，

风压高度变化系数

H 塔的总高度，

塔第i段顶截面距地面的高度，

塔第i-i截面处的地震弯矩，

塔第i-i截面处的最大弯矩，

塔第i-i截面处的风弯矩，

塔的最大质量，

塔的最小质量，

塔的操作质量，

计算截面以上的操作质量，

计算压力，

塔i-i计算段的水平风力，

基本风压值，

塔的基本自振周期，

对应的地震影响系数

地震影响系数的最大值

管线保温层厚度，

脉动增大系数

脉动影响系数

由计算压力引起的轴向应力，

由重力引起的轴向应力，

设计温度下筒体材料的许用应力，设计温度下材料的许用轴向压应力，设计温度下裙座材料的许用应力，振型系数

总结

参考文献

[1] 路秀林，王者相. 化工设备设计全书塔设备[M].北京：

化学工业出版社，2004.

[2] 陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 刁玉玮，王立业. 化工设备机械基础[M]. 大连：大连理

工大学出版社，2005.

[4] 匡国柱，史启才. 化工单元过程及设备课程设计[M].北

京：化学工业出版社，2005.

[5] 董大勤. 化工设备机械基础[M].化学工业出版社，2004。