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1、页眉一、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A102.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 Di2000mm，塔高 Hj59.299m ;2设计压力Pc=2.36MPa，设计温度为t 90 C;3.设置地区：山东省东营市，基本风压值q=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；开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台
2、12个，平台宽度B=900mm，高度为1200mm ;5.塔外保温层厚度为&=100mm，保温层密度p2=350kg/m3;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&=100mm，保温层密度p32=350kg / m；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B=900mm，高度为 1200mm；设计压力pc=2.36 MPa，设计温度为t90C；壳3mm，裙座厚度附加量 2mm；焊接接头系数取为 0.85；塔内径Di2000
3、mm。 通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用Q345R。对该塔进行强度和稳定计算。页眉2.主要受压元件壁厚计算页脚1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。I塔壳和封头材料选用 Q345RReL（Rw.2）325, t185MPa（l630m,因此要同时计算顺风向和横风向载 荷。（1）顺风向水平风力计算塔设备第一自振周期T|1.79JmH1.7964m40H_1VElYE（D：Di4）464131605. 1959.29931.911051063. 14(2. 044424)因地面粗糙度是 B 类，基本风压q1q0塔设备中第i计算段所受的水
4、平风力按下式计算:PiK1K2ifiqgliDei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i123456789K10.7q(N/m480fi1111.0741.2951.4571.5891.6971.755li(m)0.85.41.4610101010101.639K21Vzifi1.0431.0431.0681.2941.5631.8662.2702.4632.4822.959Vi0.720.720.720.7740.8130.8430.8610.8760.879zi0.020.020.0320.1380.3030.5060.7920.9581.0gm)0001.81.21
5、.21.21.801.792.539s塔设备第二自0.285輕 EI0.28564mH1 E (D：Di40.28564131605. 1959.2993.1.911051063. 14 (2.044424)0. 404s塔设备第三自振周期T30.102輕V EI0.10264m0HE (D：Di4)0. 102.1.9164131605. 1959.29931051063. 14 (2.044424)0. 145s5Dei(m)3.5593.0602.5684.4443.8443.8443.8444.4442.644P(N)997.5790.1345.22185.23320.29122.37
6、098.44238.6342.884245215(2)顺风向弯矩计算0-0 截面风弯矩：Q=6. 10010 N.mm1- 1截面风弯矩:9=5. 96410 N.mm11-11截面风弯矩:4. 806109N.mmIII-III截面风弯矩:(3 )横风向振幅计算MW0P3(12丨1)P9(l8l7l6l5l4MW巧 IP9(舟l8l7l6l5l4l3叨176607800P4(2P5(l5/ 2176607800)P9(2l8l7l6l5176607800)P41766028500P垮17660l6l5176008500)9=4. 70010 N.mm8500)临界风速计算:Da2. 2442
7、. 5390. 24. 42m/ sDaVc2T2S2. 2440. 4040. 227. 77m/ s61.265.ftq1.265 .1.77 48036.87m/s因为 v Vc2Vci，故应同时考虑第一振型和第二振型的振动。横风塔顶振幅：雷诺数Re 69vDa 69 36. 87 22445. 711064 105时，CL0.2v丄4 42一当Hd/H(-c1)(;-)0160 时，11.56vH36. 87阻尼比取为0.01截面惯性矩I (D：D：)314(2044420004) 7.14 1010mm46464横风塔顶振幅*1CLDa Vc1忙110949.41EtI0.22244
8、1.254.4225929941.5649. 40. 01 1. 91 1057. 14 10100. 0319m(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i123456789K10.7q(N/m2)12q vd12. 602fi1111.0741.2951.4571.5891.6971.755li(m)0.85.41.4610101010101.639e 1vizifi1.0261.0261.0421.1821.3491.5371.7871.9061.9181.833共振判别：设计风速v VH107vi0.720.720.720.7740.8130.8430.
9、8610.8760.8798zi0.020.020.0320.1380.3030.5060.7920.9581.0gm)0001.81.21.21.21.80Dei(m)3.5593.0602.5684.4443.8443.8443.8444.4442.644P(N)25.78149.534.47532.09528.22629.53766.46898.85128.696mk(kg)1128.47617.22032.022898.523754.124052.023158.424420.82521.898787358顺风向弯矩：0-0 截面风弯矩：M0w0pg P2( ll) P3(2ll) 2
10、2 28=1.28110 N.mmI- I截面风弯矩：MewP2：2硝l2)卩9(中l8l7l68=1.25210 N.mmII- ll截面风弯矩：横风向弯矩:0-0唱l7l6l5l4l3l2l5l4l3l2)MwP41766027800卩5（等176607800)=1.002108N.mm8500)8=0. 98010 N.mm95.294108N.mmM0a0(2-)2YT1T19mkhkk 123 14k1()20. 03192. 7631092. 5395. 398108N.mm1-1MCa(292)YT1mk(hkk 2800)k123 14()20. 0319 2. 710 109
11、2. 539104.700109N.mm11-11截面:MCa(?)2YT111g(hk7800)k1(23.14)2(2. 539)0. 03192. 242109III-III截面:MCa29()2YT1g(hk8500)Tk423 14(K)2O.。319 2 195 1094.288 108N.mm组合风弯矩:0-0截面：MwM006. 100 109N.mm.(M0a0)2(MCW0)25. 548108N.mm6. 100109N.mmI-I截面：Mew5. 964109N.mmII-II截面：MewIII-III截面：M.w(Mca)2(MCW)25. 440 108N.mm95
12、. 96410 N.mm4.806109N.mm(MCa)2(MCW)24.493 108N.mm4. 806109N.mmMW,(Mca)94. 70010 N.mm2(MCW)24. 399 108N.mm=4.380X108Nmm116.地震弯矩计算地震设防烈度 8 度，取max0.16；因场地土类别 III 类，则特性周期Tg0.55s阻尼比取为0. 01,0. 05阻尼调整系数211.5190. 061.7则 0-0 截面的地震弯矩:161m0gH=350.0544 131605.199.8 592991. 902109N.mm1-1 截面的地震弯矩：ME1翳(10H3.514hH2
13、.5刖)仁66 109N.mm11-11 截面的地震弯矩ME1- (10H3514h H254h3.5)1. 552109N.mm175 HHI-HI 截面的地震弯矩ME18 1mg5(10H3.514h H2.54h3.5)1.521109N.mm175H以上计算是按塔设备基本振型的结果，此塔H/D 30 15且高度大于20m，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 地震弯矩为：0 00 09ME1.25ME12. 37810 N.mmME1.25ME12.333109N.mm9ME1.25ME11.9410 N.mm衰减指数0.9 罟=0.978地震影响系数1( )2
14、T1max(25|-)09781. 5190. 160. 05442. 5390 0ME13535129ME1.25MEI1.90110 N.mm7.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M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，在正常或停工检修时，取计算截面的最大弯矩为0-0截面：Mew06. 100 109N.mmMET0. 25M0/3.903109N.mm 1-1截面:%5.964109N.mm6. 100109N.mm （风弯矩控5.96
15、4109N.mm（风弯矩控13(2)圆筒的强度及稳定性校核计算11-11的轴向应力并进行校核，将结果写入表4中 筒体的有效厚度ei22 3 19mm计算截面ll-ll计算截面以上操作质量kg120827.35计算截面横截面积 A Dei2mm119380.52计算截面断面系数 W -4Di2ieimm35.969107计算截面最大弯矩 MmaxN mm4.806109许用轴向压缩应力打KB K tMPa1.2150180（选取）222许用轴向拉应力tKtMPa188.7操作压力引起的轴向应力PcDi14i耳eiMPa62.11重力引起的轴向应力2mgAMPa9.92Mmax引起的轴向应力3Mm
16、axWMPa80.52组合压应力c23crMPa90.44168组合拉应力t123K tMPa132. 71188. 711-11截面：A 0.0940.00179，查过程设备设计图4-8得B=150 MPa。 R8.裙座危险截面的强度与稳定校核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。14(1)0-0截面裙座按圆锥形裙座进
17、行验算圆锥半顶角arctan0.5(3200-20007800 140 324.50A 0.0940.00179Ri,查过程设备设计图4-8得B=150 MPa。则crKBcos2K178.89MPa取cr222MPa178.89MPa液压许用应力TKBcos2178. 89MPa0.9K&L351MPa,取T178. 89MPa0-020- 0m g頁m)gDei131605. 199.83.143200168. 02MPqMmax0-034M；a；2ei组合压应力0-0c0-02液压力0-0T0. 3MW0W6. 1006. 100 1063. 140-0)3丿cosmaxg109(奧k3
18、. 14 3200216)cos23. 20. 01647. 40MPa55. 42cos 4. 5287351.989. 83. 1432001655.59MPa cr4)_Jcos178. 89MPa73. 5873. 81MPacos 4. 5T178. 89MPa(2)1-1截面A 0.0940.00179R，查过程设备设计 图4-8得B=150 MPa。1516裙座出入口：lm230mm ； bm450mm ；m18mm ； Dim3074.14mm130476.7 kgADsmim es(bm2m)esAm3. 143074. 14162(450218)16223018155452
19、.79rn)mWsm护esDim宁皿组合压应力液压力Wm16230.1537.07222521. 119107mm3074. 1421624(4503074. 141621. 119107)1. 190108mm重力引起的轴向应力130476.79.8Am155452 798. 23MPa,Mmax引起的轴向应力MmaxWm5.9641091. 19010850. 12MPacos58. 3558. 53MPacos 4.5cr178. 89MPa0. 3%maxAsm)cos(0. 35. 9641. 190109108286223. 499. 8)1cos155452. 7933. 08c
20、os 4.533. 18MPa T178. 89MPa9.塔体水压试验时的应力校核（校核11-11截面）耐压试验压力pT1. 25p一t1. 252. 36185/ 1852.95MPa17由试验压力引起的周向应力918T（ 5液注静压力） （Dei)2ei(2. 950. 505)( 200019)2190. 85208. 13MPa由试验压力引起的轴向应力pT(Di)2. 95 (20004ei1919)78. 37MPa,液压实验时重力引起的轴向应力叶g287351.982_D_iiei9. 83. 1420001923. 59MPa,由风弯矩引起的轴向应力4(0.3MewM.)Ill-
21、Ill截面:校核:D2ei24. 15MPaA 0.094R0.00179，查过程设备设计图4-8得B=150 MPa208. 130. 9ReL47. 74 cr248. 63 MPaKB0. 9K&L378. 930.9K&L180MPa校核通过。298. 35MPa10.基础环设计基础环内径Dib3000mm基础环外径Dob3540mmZb(DObDi：)32Dob(35 4043 0 004)3235402. 109109mm2 2(DobDib)3. 14 (3540230002)2.774106mmbmaxZb0 0w_Zbm)gArHnaxg6. 100 1092. 109109
22、0.36. 100131605. 199. 83. 36MPa2. 7741092. 10910106287351.989.861.88MPa2.7741091920取bmax3. 36MPa因 b/l 152/(12044)0.927,查JB4710-2005钢制塔式压力容器表8-7Cx0.13552 , Cy0.0899，则MxCx bmaXD20. 13552 3.36 152210520.34N.mmMyCy bmaJ20.0899 3. 36 16428124. 31 N.mmMy，贝 U MS= Mx=10520.34 N.mm则基础环厚度(b185MPa)为:bV6MS/_bv6
23、 10520. 34 / 185 18.47mm取b32mm【注】基础选用 100 #混凝土，其许用应力 Ra=5.0MPa11.地脚螺栓计算地脚螺栓材料选用Q345地脚螺栓承受的最大拉应力B按下式计算:因为Mx0 0%mug0 0 0 0ME0. 25%Z6. 100109108033.69 9.896mgAb2. 51MPa3.903 1 091 31605.91 9.82. 109 1092. 774 1061. 39MPa故取B2. 51MPa初选地脚螺栓个数是36地脚螺栓的小径 d1(bt170MPa )为:4251A106:n bt.3. 1436170取地脚螺栓是M56,36个。
24、341.06mm12.裙座与塔壳连接焊缝验算(对接焊缝)MmaJMmax4. 806DitDi2000mm;es9J-J10 N.mmmbmb120827.35kg116mm0.6K0.6 1.2 185133.2MPa214MJJm0-Jg4 4.806 109Di2 esD3.14 20002160.6KW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 管外径为89mm。塔器上开孔大小不一，现以人孔为例进行计算。开孔直径 是 500mm，查HG21521-2005表3-1、3-2知，所用接管规格为 530 14， 且材料为Q345R
25、，其中厚度附加量取2mm。补强计算方法判别开孔直径 d di2C 5022 2506mm筒体开孔直径 506mm Di/21000mm，且d 520mm，满足等面积法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)开孔所需补强面积开孔所需补强面积强度削弱系数 fr1， 接管有效厚度为et ntC 14 2 12mm开孔所需补强面积：A d50615. 127650.72mm(3)有效补强范围有效宽度BB 2d 2 506 1012mm取大值B d 2n2nt506 2 22 2 14 578mm故B 1012mm有效高度外侧有效高度 h1120827. 359. 883. 83MPa
26、3. 142000164-15，允许不另行补强的最大接PcD2Pc2.3620002_185_0.85_2?3615. 12mm22故 hihl . dnth|233mm.,14 50684.17mm取小值84.17mm。内侧有效高度 h2.14 506h2. dnth20mm84.17mm取小值故 h2（4）壳体多余金属面积壳体有效厚度有效补强面积e n壳体多余金属面积 A122 319mmA B-de接管多余金属面积接管计算厚度10125061915. 121963.28mmPcditt2n接管多余金属面积*Pc2.3650221850.852?363. 80mmA2A 20et接管区焊缝
27、面积t（焊脚取284.17123. 8011380.39mm23AD d840540考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为18mm但为了便于制造 时准备材料，补强圈名义厚度取为筒体的厚度，即22mm。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22mm，封头取24mm，裙座厚度取18mm。（2）取36个M56的地脚螺栓。（3）基础环外径 Dob3540mm，内径 Dib3000mm，厚度b32mm。（4） 人孔采用补强圈补强，厚度为22mm。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ME0.25MS
28、W3. 824 109N.mmII-11截面：9%4.80610 N.mm9.Mmax空94.806 109N.mm（风弯矩ME0.25%3. 142 109N.mm控制）III-Ill截面：9%4.70010 N.mm9KMmax空64.700109N.mm（风弯ME0.25M.W3. 076 109N.mm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M0 00.3Mew1.83 109N.mmM1 10.3Mew1. 7891 09N.mmM11 III- 110.3Mew1.442 109N.mmM.0. 3Mew1. 410 109N.mm12A 2 - 6.0 6.036.0mm1 224271. 05补强圈厚度为14. 24mm24有效补强面积代 A A A 1963. 281380. 39363379. 67mnn（5）所需另行补强面积人A AA 47650. 723379. 674271.05mm采用补强圈补强。（6）补强圈设计根据公称直径DN500选补强圈，参照补强圈标注JB/T4736取补强圈外径 D840mm，内径 d540mm。因B D,补强圈在有效补强范围内。
