化工设备机械基础课程设计
设计参考数据
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2000i D m =，塔高近似取40000H mm =；
2.计算压力0.9c P Mpa =，设计温度150℃； 3、设置地区：基本风压值0q =300N/m 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90w h mm =，塔板上介质密度为800kg/m 3；
5、塔壳外表面层100mm ，保温层材料的密度300kg/m 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3800e m kg =，偏心距e=2000mm ；
8、塔体与封头材料选用Q345R,其中
5
[]170a , [
]
170M P a , 345
t s M P
M p a E 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0.85φ=。
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12n mm δ=。 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12n mm δ=。 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01m
()()22012
234
2.0242407.85104
23817o i m D D H kg
π
ρπ
=-??=
-???=
2、附属间质量 a m 010.255954a m m kg ==
3、塔内构件质量02m
202707547075164934
4
i m D kg π
π
=
??=
???=
（浮阀塔盘质量752/kg m ） 4、保温层质量03m
2203[(2.0240.2) 2.024](40 3.6)300
47287m kg
π
=+-?-?=
5、平台、扶梯质量04m
22041
[(2.0242) 2.024]15074040
42
6588m kg
π
=
+-???+?= 说明：单位面积质量2150/kg m ，笼式扶梯单位长度质量40/kg m ；笼式扶梯总高40m ，平台数量为7。 6、操作时物料质量05m
220520.0970800
44
=15834kg
i w m D h N π
π
ρ=
=
????
说明：物料密度3800/kg m ρ=，塔板数N=70，塔板上液层高度
0.09w h m =。
7、 充水质量为
221000=114354kg 4
w m π=
???（40-3.6） 其中31000/w kg m ρ= 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3P
63123033310()e P K K q f l D N -=?
式中：
1K ——体形系数，对圆筒形容器，10.7K =
0q ——10m 高处基本风压值，20300/q N m = 3f ——风压高度变化系数，查表8-5得：3 1.0098f =
3l ——计算段长度，36750l mm =
3v ——脉动影响系数，由表得：30.72v = 1T ——塔的基本自振周期，对等直径、等厚
度得圆截面塔：
33
011033.90-?=i
e D ES H
m H
T
390.3310 1.75s -=?= ξ——脉动增大系数，根据自振周期1T ，由
表查的： 2.50ξ=
3z φ——振型系数，由表得：30.108z φ=
23K ——风振系数
33
233
2.500.720.108
11 1.1931.0098
z v K f ξφ??=+
=+
=
3e D ——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。
30334.2e i s a D D K K δ=+++ 30340.22e i s ps b D D K d δδ=++++
3400K mm =，0450d mm =，3100s ps mm δδ==
43
2210001000
296.36750
A K mm l ??=
=
=∑
a b <，取33170.3e D mm =
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
5900475032375)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(18006750475032375)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(6750
4752375)7561.24(6750475022375)9063.24(6750475032
375)10552.11(6750475042375)14668.53(675
04750
52950)1.29210N m m
=?+?++?+++?+?++?+?++?+?++?+?+=??
五、地震载荷计算
取第一振型阻尼比为10.02ξ= 则衰减指数0.050.02
0.90.950.550.02
γ-=+
=+?
1 1.75T s =
塔的总高度 H=40000mm 全塔操作质量 079773m kg = 重力加速度 29.81/g m s =
地震影响系数1211max [0.2(T 5)]g T γαηηα=-- 由表查的16.0max =α（设防烈度8级） 由表查的g 0.3T =
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：h=0 1-1截面：h=1800mm 2-2截面：h=3600mm
等直径、等厚度的塔，/40000/20002015i H D ==>，按下列方法计 算地震弯矩。
0-0截面：
'00
1016
35
E M m gH α-=
816
0.0448797739.8140000
356.4110N mm
=
????=??
00'0081.258.0110E E M M N mm --==??
1-1截面：
)41410(17585
.35.25.35
.20111'h h H H H
g m M E +-=
-α
3.5 2.52.5
3.5880.0448797739.81(1040000144000018001754000041800 6.010N mm
???=?-???+?=?? 11'1181.257.510E E
M M N mm --==?? 2-2截面：
)41410(17585
.35.25.35
.20122'h h H H H
g m M E +-=
-α
3.5 2.52.5
3.5880.0448797739.81
(1040000144000036001754000036004) 5.610N mm
???=
?-???+?=?? 22'2281.257.010E E
M M N mm --==??
六、偏心弯矩计算
838009.8120000.745610e e M m ge N mm ==??=??
七、各种载荷引起的轴向应力 1、计算压力引起的轴向压应力1σ
120000.9
50449
c i S P D MPa σδ?=
==?
其中1239s n C mm δδ=-=-=
2、操作质量引起的轴向压应力2σ
0-0截面：
000000002
797739.8113.84200010
sb is es m g m g MPa A D σ
πδπ---?====?? 裙座的有效厚度1239es n C mm δδ=-=-= 1-1截面：
1111
02
78361.39.8114.5752767
sm m g MPa A σ
--?==-=
其中，11
797731411.778361.3m kg -=-=，sm A 为人孔截面的截面积，查相关标准得：252767sm A mm = 2-2截面：
2222
02
75049.69.8113.0220009
i e m g MPa D σ
πδπ--?===??
其中，220797731411.73311.775049.6m kg -=--= 3、最大弯矩引起的轴向应力3σ 0-0截面
0000800
max max 3
2
2
15.821055.950.785200094
sb is es M M MPa Z D S σ
π---?====?? 其中，最大弯矩i
i M -max 取下式计算值中较大者： 000088max 000000
max 88(15.070.7456)1015.82100.25(8.010.2515.070.7456)1012.5210w e E w e M M M N mm M M M M N mm -----?=+=+?=???=++=+?+???=???
1-1截面：
11811max 3
7
14.7331055.962.63310
sm M MPa Z σ
--?===?