板式塔设备机械设计
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第八章 塔设备的机械设计(化工技术)
塔壁间的密封
碳钢制塔板与 塔盘圈厚度，一 般3-4mm，用不锈 钢时取2-3mm
2
分块式塔盘第八章图\分块塔板一.rm 第八 章图\分块塔板二.rm
塔身为焊制的整体圆筒，塔盘分成数块， 由人孔送入塔内，安装到塔盘固定件上。
塔径在800~900mm以上时建议采用
特点：
1）结构简单，装拆方便 2）制造方便，模具简单
二 裙座设计 结构： 1）座体 2）基础环 3）螺栓座 4）管孔
1
座体设计
初选座体有效厚度δes，然后验算危险
截面应力。
1）
基底为危险截面时,应满足
操作时，
0 0 M max m0 g Fv0 0 t min KB; K S Z sb Asb
水压试验时，
0.3 M
水压试验时，
0.3 M M e m g min 0.9 K s ; KB Z sm Asm
1 1 w 1 1 max
2
基础环设计
基础环尺寸的确定
1）
Dob Dis 160 ~ 400 mm Dib Dis 160 ~ 400 mm
7）稳定条件
ii max
cr
4
塔体拉应力校核
1）假设有效厚度δei
2）计算最大组合轴向拉应力
内压，正常操作时 外压，非操作时
max 1
i i 2
ii 3
max
ii 3
ii 2
• 3）强度校核条件
ii max
K
5）最大组合轴向压应力
外压，正常操作时 max 1
板式塔设备机械设计完整版
板式塔设备机械设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】1板式塔设备机械设计任务书设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
设计内容（1）根据设计条件选材；（2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力；（8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。
.设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）2塔设备已知条件及分段示意图按设计压力计算塔体和封头厚度塔设备质量载荷计算风载荷与风弯距计算偏心弯距最大弯距圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核地脚螺栓计算4计算结果总汇1按设计压力计算塔体和封头厚度4后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到，工程类的设计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。
最后感谢老师的指导，组员的帮助，其他舍友以及其他同学的共同努力，让本次课程设计顺利完成。
塔设备的机械设计课程设计
塔设备的机械设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握塔设备的基本结构及其在化工生产中的应用，理解塔设备的设计原理和关键参数；2. 使学生了解塔设备机械设计的相关标准、规范和要求，掌握塔设备的设计流程；3. 引导学生掌握塔设备力学分析的基本方法，理解其强度、稳定性和疲劳寿命等方面的评价标准。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行塔设备结构设计和计算的能力；2. 提高学生解决实际工程问题的能力，能够根据设计要求完成塔设备的机械设计；3. 培养学生查阅相关资料、运用专业软件进行塔设备设计和分析的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对化工设备机械设计的兴趣，培养其创新意识和实践能力；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神，使其在工程设计中具备较强的责任感和使命感；3. 引导学生关注化工设备在实际生产中的应用，认识到所学知识在工程实践中的价值。
本课程针对高年级本科或研究生阶段的学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，学生能够掌握塔设备机械设计的基本原理和方法，具备实际工程问题的分析和解决能力，为未来从事相关工作奠定坚实基础。
二、教学内容1. 塔设备概述：介绍塔设备的基本概念、分类及其在化工生产中的重要作用，对应教材第一章。
- 塔设备结构及工作原理- 塔设备的分类及特点2. 塔设备设计原理：讲解塔设备设计的基本原理、关键参数和设计要求，对应教材第二章。
- 塔设备设计的基本原理- 塔设备设计的关键参数- 塔设备设计的相关规范和要求3. 塔设备结构设计：学习塔设备的结构设计方法，包括力学分析、强度计算等，对应教材第三章。
- 塔设备力学分析- 塔设备强度计算- 塔设备稳定性分析4. 塔设备设计流程与实践：通过案例分析，使学生掌握塔设备设计的实际操作流程，对应教材第四章。
- 塔设备设计流程- 设计软件的应用- 案例分析与实践5. 塔设备设计评价与优化：介绍塔设备设计评价标准及优化方法，提高学生的工程设计能力，对应教材第五章。
塔设备的机械设计
阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对 称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料 表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降 降低，传质效率提高。
鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，利 用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，一种是 弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传 质效率的波纹成４５°，盘与盘之间成９０°排列，结 构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温 度及腐蚀情况采用不同的材料。
一、 喷淋装置
液体喷淋装置设计的不合理，将导致液体 分布不良，减少填料的润湿面积，增加沟流和 壁流现象，直接影响填料塔的处理能力和分离 效率。液体喷淋装置的结构设计要求是：能使 整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单， 制造维修方便。
塔径DN=300～500mm时，塔节高度L=800～ 1000mm；塔径DN=600～700mm时，塔节高度 L=1200～1500mm。 为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。
降液管的结构有弓形和圆形两类
另设溢流堰圆形降液管
圆形降液管伸出塔盘表面兼作流堰的圆形降液管
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径 在800~900 mm以下时，建议采用整块式塔盘。 当塔径在800~900 mm以上时，人可以在塔内 进行装拆，一般采用分块式塔盘。
1. 整块式塔盘
此种塔的塔体由若干塔节组成，塔节与塔 节之间则用法兰连接。每个塔节中安装若干块 层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子 支承，并保持所需要的间距。图为定距管式支 承塔盘结构。
2．分块式塔盘
在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式 塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板 的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很 不方便。因此，当塔径在800 ～900 mm以上 时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整 体圆筒，不分塔节 。
第八章-塔设备的机械设计
Fi hi
i 1
对于等直径、等壁厚塔器的底截面 地震弯矩为：
M
00 E
16 35
1m0
gH
(N mm)
风载荷
风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的塔壁 和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；作 用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡 街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动，这种 情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，一般 不予以考虑。
M
ii max
/
0.785Di2
S
e
2
式中M
ii max
maxM M
ii W
ii E
Me
25%M
ii W
M e
稳定条件：
组合轴向压应 力要满足：
ii m a x压
[ ]cr
KB
minK[ ]t
式中K——载荷组合系数，取K=1.2; B——见书p172。
4 塔体拉应力验算
依前述，假设一有效壁厚Se3。 计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
(8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me (8-3)
地震载荷
(5)水压试验验算。
8.2 裙座设计
四个部分： 1.座体---承受并传
递塔体载荷。 2.基础环---将载荷
传递到基础上。 3.螺栓座---固定塔
于基础上。 4.管孔---人孔、排
气孔、引出管孔。
第六章 塔设备的机械设计
自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力 之外，还承受自重载荷、风载荷、地震载荷及 偏心载荷的作用。
（1）塔设备自重载荷的计算
塔设备的操作质量：
(kg) (6-2) 塔设备水压试验时的质量，这时设备质量最大， 简称设备最大质量 m0 m01 m02 m03 m04 mw ma me (kg) (6-3) 设备吊装时的质量，这时设备质量最小，简称 设备最小质量： m0 m01 0.2m02 m03 m04 ma me (kg) (6-4)
M
00 E
8CZ 1 m0 g (10 H 3.5 14 H 2.5 h 4h3.5 ) 175H 2.5
(Nmm)
底部截面的地震弯矩 16 I I M E CZ 1 mo gH 35
(Nmm)
（3）风载荷的计算
图6-31所示为自支承式塔设备受风压作用 的示意图。塔体会因风压而发生弯曲变形。吹 到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增 加而增加。为了计算简便，将风压值按设备高 度分为几段，假设每段风压值各自均布于塔设 备的迎风面上，如图所示。
Fk Cz α1k mk g (N )
式中 Ｃz—— 结构综合影响系数，对圆筒形 直立设备取Cz=0. 5； α1—— 对应于塔器基本自振周期T（利用图630查取α1值时，应使T =T1）的地震影响系数 α值； ηk—— 基本震型参与系数；
关于 α—— 地震影响系数，按图6-30确定；图中曲 Tg 0.9 线部分按公式
（6-19）
（4 ）偏心载荷的计算
有些塔设备在顶部悬挂有分离器、热交换 器、冷凝器等附属设备，这些附属设备对塔体 产生偏心载荷。偏心载荷所引起的弯矩为： Me=me g e (6-20) 式中 me—— 偏心质量Kg e—— 偏心质量的重心至塔设备中心线的距离， mm
第六章-塔设备的机械设计PPT参考课件
29
二、 液体再分布器
当液体流经填料层时，液体有流向器壁造 成“壁流”的倾向，使液体分布不均，降低了 填料塔的效率，严重时可使塔中心的填料不能 润湿而成“干锥”。因此在结构上宜采取措施， 使液体流经一段距离后再行分布，以便在整个 高度内的填料都得到均匀喷淋。
在液体再分配器中，分配锥是最简单的，如 图6-25(a)所示，沿壁流下的液体用分配锥再将 它导至中央。
截面大致相等； (3)槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的60％～80
％； (4)栅板可以制成整块的或分块的。
32
33
34
第四节 塔体与裙座的机械设计
一 塔体厚度的计算 自支承式塔设备一般都很高，且承受多种载
荷的作用。塔体除应满足强度条件外，还需满 足稳定条件。 1．按计算压力计算塔体及封头厚度 按第4章“内压薄壁圆筒与封头的强度设计” 的有关规定，计算塔体及封头的有效厚度S。 和S<a,
第六章 塔设备的机械设计
第一节 概述
塔设备可划分为板式塔和填料塔 塔设备的机械设计要求做到： ①选材立足国内； ②结构安全可靠，满足工艺要求； ③制造、安装、使用、检修方便。
1
第二节 板式塔
2
3
4
填料塔和填料
5
6
一、 总体结构
1.塔体与裙座结构 这是所有塔设备的基本工作结构和支撑结构。 2．塔盘结构 这是塔设备完成化工过程和操作的主要结构部分。它包括塔盘板、
9
10
降液管的结构有弓形和圆形两类
图6-3 一般圆形降液管
图6-4 带有滋流堰的圆形降液管
பைடு நூலகம்
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
11
2．分块式塔盘
二、 液体再分布器
当液体流经填料层时，液体有流向器壁造 成“壁流”的倾向，使液体分布不均，降低了 填料塔的效率，严重时可使塔中心的填料不能 润湿而成“干锥”。因此在结构上宜采取措施， 使液体流经一段距离后再行分布，以便在整个 高度内的填料都得到均匀喷淋。
在液体再分配器中，分配锥是最简单的，如 图6-25(a)所示，沿壁流下的液体用分配锥再将 它导至中央。
截面大致相等； (3)槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的60％～80
％； (4)栅板可以制成整块的或分块的。
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第四节 塔体与裙座的机械设计
一 塔体厚度的计算 自支承式塔设备一般都很高，且承受多种载
荷的作用。塔体除应满足强度条件外，还需满 足稳定条件。 1．按计算压力计算塔体及封头厚度 按第4章“内压薄壁圆筒与封头的强度设计” 的有关规定，计算塔体及封头的有效厚度S。 和S<a,
第六章 塔设备的机械设计
第一节 概述
塔设备可划分为板式塔和填料塔 塔设备的机械设计要求做到： ①选材立足国内； ②结构安全可靠，满足工艺要求； ③制造、安装、使用、检修方便。
1
第二节 板式塔
2
3
4
填料塔和填料
5
6
一、 总体结构
1.塔体与裙座结构 这是所有塔设备的基本工作结构和支撑结构。 2．塔盘结构 这是塔设备完成化工过程和操作的主要结构部分。它包括塔盘板、
9
10
降液管的结构有弓形和圆形两类
图6-3 一般圆形降液管
图6-4 带有滋流堰的圆形降液管
பைடு நூலகம்
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
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2．分块式塔盘
第17章 塔设备的机械设计PPT课件
第17章 塔设备的机械设计
.29.
14.11.2020
❖ 座底为危险截面时
a) 操作时底截面处的最大组合压应力应满足下列强度和稳定 性的要求：
ma x0.7M 8m 0 D 0 i2 a 5 sxes m D 0 ig ses Bts 取其中
b) 水压试验时底截面处的最大组合压应力应满足下列强度和 稳定性的要求：
D e iD o i 2 s iK 3 K 4 d 0 2 ps m
❖当笼式扶梯与进出口管布置成90°，取下列二者中的较大者：
D eiD o2siK 3K 4 mm D eiD o2siK 4do2ps mm
第17章 塔设备的机械设计
.17.
14.11.2020
则任意截面I-I的风弯矩为：
ma x M Wm 1sm 1a x m A 0 1 s1m g B
t s
取其中小者
b) 水压试验时底截面处的最大组合压应力应满足下列强度和 稳定性的要求：
ma x0.3M W w 1 s1m M em A 1 m s1m agx 0 B.8s 取其中
第17章 塔设备的机械设计
.31.
M w i i p il 2 i p i 1 li li 2 1 p i 2 li li 1 li2 2 ...N .m ..
对于塔，可能的危险截面有： 裙座人孔处，塔底封头焊缝连接处， 不等直径塔变截面处，等截面塔变 壁厚处，以及裙座底截面处等。计 算时可比较以选择危险截面来计算 风弯矩
MP
第17章 塔设备的机械设计
二、裙座设计：
由：1)座体 2)基础环 3)螺栓座 4)管孔
等组成。
.27.
14.11.2020
第17章 塔设备的机械设计
板式塔设备机械设计
1 板式塔设备机械设计任务书1.1 设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
1.2 设计内容〔1〕根据设计条件选材；〔2〕按设计压力计算塔体和封头壁厚； 〔3〕塔设备质量载荷计算； 〔4〕风载荷与风弯矩计算； 〔5〕地震载荷与地震弯矩计算； 〔6〕偏心载荷与偏心弯矩计算； 〔7〕各种载荷引起的轴向应力；〔8〕塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； 〔9〕塔体水压试验和吊装时的应力校核； 〔10〕基础环设计； 〔11〕地脚螺栓计算； 〔12〕板式塔结构设计。
1.3.设计要求：〔1〕进行塔体和裙座的机械设计计算； 〔2〕进行裙式支座校核计算； 〔3〕进行地脚螺栓座校核计算； 〔4〕绘制装备图〔A3图纸〕2 塔设备已知条件及分段示意图已知设计条件分段示意图塔体内径i D 2000mm塔体高度H 30000mm 设计压力P MPa 设计温度t300℃ 塔 体材料16MnR 许用应力[σ]170MPa [σ]t144MPa设计温度下弹性模量EMPa 51086.1⨯常温屈服点s σ 345MPa 厚度附加量C 2mm 塔体焊接接头系数φ介质密度ρ 3/800m kg塔盘数N55 每块塔盘存留介质层高度w h100mm 基本风压值0q 500N/㎡ 地震设防烈度 7度 场地土类别 II 类 地面粗糙度 B 类 偏心质量e m 4000kg 偏心距e 2000mm 塔外保温层厚度s δ 100mm保温材料密度2ρ 3/300m kg材料 Q235-A 裙 座许用应力t s ][σ 86MPa 常温屈服点s σ 235MPa设计温度下弹性模量s E3 塔设备设计计算程序及步骤3.1 按设计压力计算塔体和封头厚度3.2 塔设备质量载荷计算3.3 自振周期计算3.4 地震载荷与地震弯距计算V kF h =gH m 0 689030616.0⨯3.5 风载荷与风弯距计算3.6 偏心弯距3.7 最大弯距3.8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核3.12 地脚螺栓计算3.13 计算结果4 计算结果总汇1 按设计压力计算塔体和封头厚度4 后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
塔设备机械设计
（部分塔设备零部件的质量，若无实际资料，可 参考表5-4）
第五章 塔设备设计 9
课程设计 5.3.3 自振周期 将塔设备看成是顶端自由，底端刚性固定，质量沿高 度连续分布的悬臂梁。 其基本震型的自振周期T1按式(5-4)计算：
T1 90 .33 H mo H 10 3 E e Di
(s)
如校核不能满足条件时，须重新设定有 效厚度，重复上述计算，直至满足要求。
第五章 塔设备设计 20
课程设计
5.3.9 塔设备压力试验时的应力校核 5.3.9.1 圆筒应力 对选定的各计算截面按式(5-33)、式 (5-34)、式(5-35)和式(5-36)进行各项应力 计算： 试验压力引起的周向应力：
第五章 塔设备设计 7
5.3.1 塔设备的载荷分析 塔设备在操作时主要承受以下几种载荷作 用： 1、操作压力 2、质量载荷 3、地震载荷 4、风载荷 5、偏心载荷 （各种载荷示意图及符号见图5-3）
第五章 塔设备设计 8
课程设计
（塔设备设计计算常用符号及说明见表5-3）
课程设计
5.3.2 质量载荷 塔设备的操作质量mo（Kg） mo=mo1+mo2+mo3+mo4+mo5+ma+me 塔设备的最大质量mmax mmax =mo1+mo2+mo3+mo4+mw+ma+me 塔设备的最小质量mmin mmin =mo1+0.2mo2+mo3+mo4+ma+me
5.4.1 板式塔的总体结构 其总体结构可以分为五大部分： ①塔体与裙座 ②塔盘结构 ③除沫装置 ④设备接管 ⑤塔附件（扶梯、平台、吊柱、保温圈）
第五章 塔设备设计 9
课程设计 5.3.3 自振周期 将塔设备看成是顶端自由，底端刚性固定，质量沿高 度连续分布的悬臂梁。 其基本震型的自振周期T1按式(5-4)计算：
T1 90 .33 H mo H 10 3 E e Di
(s)
如校核不能满足条件时，须重新设定有 效厚度，重复上述计算，直至满足要求。
第五章 塔设备设计 20
课程设计
5.3.9 塔设备压力试验时的应力校核 5.3.9.1 圆筒应力 对选定的各计算截面按式(5-33)、式 (5-34)、式(5-35)和式(5-36)进行各项应力 计算： 试验压力引起的周向应力：
第五章 塔设备设计 7
5.3.1 塔设备的载荷分析 塔设备在操作时主要承受以下几种载荷作 用： 1、操作压力 2、质量载荷 3、地震载荷 4、风载荷 5、偏心载荷 （各种载荷示意图及符号见图5-3）
第五章 塔设备设计 8
课程设计
（塔设备设计计算常用符号及说明见表5-3）
课程设计
5.3.2 质量载荷 塔设备的操作质量mo（Kg） mo=mo1+mo2+mo3+mo4+mo5+ma+me 塔设备的最大质量mmax mmax =mo1+mo2+mo3+mo4+mw+ma+me 塔设备的最小质量mmin mmin =mo1+0.2mo2+mo3+mo4+ma+me
5.4.1 板式塔的总体结构 其总体结构可以分为五大部分： ①塔体与裙座 ②塔盘结构 ③除沫装置 ④设备接管 ⑤塔附件（扶梯、平台、吊柱、保温圈）
第六章 塔设备的机械设计(1)
第八章 塔设备的机械设计
8.1 塔体与裙座的机械设计
8.28.3 8.4来自塔体与裙座的机械设计举例
板式塔结构 填料塔结构
2013-7-28
第八章 塔设备的机械设计
本章重点：板式塔的基本结构和塔设备的应力校核 本章难点：地震载荷、风载荷的计算
2013-7-28
分 离 设 备
2013-7-28
精 细 脱 硫 塔
2013-7-28
2013-7-28
8.1.1 塔体厚度的计算
(
Tg T
)0.9 max
在高度为hk处的集中载荷mk所引起的基本振型水平 地震力F1k计算式：
F1k 11k mk g
mk—距地面hk处的集中载荷。
η1k —基本振型参与系数。
k
1.5 hk mi hi1.5
2013-7-28
8.1.1 塔体厚度的计算
设计地震分组： 设防烈度为9度的地区，因为相邻地区地震烈度比本地 区小，所以其建筑受地震影响主要是本地区的地震，一般选 第一组；设防烈度较低的一般选第二或第三组。 近震、远震： 远震震中距大于1000公里;近震震中距在100-1000公里 范围内;地方震震中距在100公里以内。 设计基本地震加速度： 地震时地面运动的加速度，可以作为确定烈度的依据。 在以烈度为基础作出抗震设防标准时,往往对相应的烈度给 出相应的峰值加速度。
2013-7-28
8.1.1 塔体厚度的计算
① 水平地震力
安装在7级及7级以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它 的抗震能力，计算出水平地震力，垂直地震力和地震弯矩。
假设：直径、壁厚沿高度变化的单个圆筒形直立设备， 每一直径和壁厚相等的一段长度间的质量，处理为作用在该 段高度1/2处的集中载荷。
8.1 塔体与裙座的机械设计
8.28.3 8.4来自塔体与裙座的机械设计举例
板式塔结构 填料塔结构
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第八章 塔设备的机械设计
本章重点：板式塔的基本结构和塔设备的应力校核 本章难点：地震载荷、风载荷的计算
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分 离 设 备
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精 细 脱 硫 塔
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2013-7-28
8.1.1 塔体厚度的计算
(
Tg T
)0.9 max
在高度为hk处的集中载荷mk所引起的基本振型水平 地震力F1k计算式：
F1k 11k mk g
mk—距地面hk处的集中载荷。
η1k —基本振型参与系数。
k
1.5 hk mi hi1.5
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8.1.1 塔体厚度的计算
设计地震分组： 设防烈度为9度的地区，因为相邻地区地震烈度比本地 区小，所以其建筑受地震影响主要是本地区的地震，一般选 第一组；设防烈度较低的一般选第二或第三组。 近震、远震： 远震震中距大于1000公里;近震震中距在100-1000公里 范围内;地方震震中距在100公里以内。 设计基本地震加速度： 地震时地面运动的加速度，可以作为确定烈度的依据。 在以烈度为基础作出抗震设防标准时,往往对相应的烈度给 出相应的峰值加速度。
2013-7-28
8.1.1 塔体厚度的计算
① 水平地震力
安装在7级及7级以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它 的抗震能力，计算出水平地震力，垂直地震力和地震弯矩。
假设：直径、壁厚沿高度变化的单个圆筒形直立设备， 每一直径和壁厚相等的一段长度间的质量，处理为作用在该 段高度1/2处的集中载荷。
(完整)板式塔
板式塔一、板式塔的概念、用途、示意图板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。
用途：广泛应用于精馏和吸收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程.操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。
每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。
板式塔结构示意图如右图：塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位,塔板决定了塔的操作性能，一般由以下三个部分组成：1 气体通道为保证气液两相充分接触2 溢流堰为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面3 降液管使液体有足够的停留时间二、各类型塔板的结构及其特点：按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。
错流塔板为塔内气、液两相成错流流动,即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。
逆流塔板亦称穿流板,板上不设降液管，气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。
这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层,操作范围较小,分离效率也低，工业上应用较少.常见塔板泡罩塔板 Bubble-cap tray泡罩塔塔板上的主要部件是泡罩。
罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。
塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达罩与管之间的环形空隙,然后从罩下沿的小孔或齿 缝分散气泡而进入板上的液层。
优点：弹性大、操作稳定可靠。
缺点:结构复杂,成本高，压降大.对于大直径塔，塔板液面落差大,导致塔板操作不均匀。
现状：近二、三十年来已趋于淘汰三、板式塔的工艺设计筛板塔化工设计计算 （1）塔的有效高度 Z已知：实际塔板数 N P ； 塔板间距 H T ；有效塔高：塔体高度=有效高+顶部+底部+其他塔板间距和塔径的经验关系：（2）塔径确定原则: 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s ）； 然后选设计气速 u ； 最后计算塔径 D.① 液泛气速pT N H Z ⋅=VVLf C u ρρρ-=2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=σC CC ：气体负荷因子,与 HT 、 液体表面张力和两相接触状况有关. 两相流动参数 FLV ：② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / u f一般液体， 0.6 ～0。
板式塔设备机械设计
1板式塔设备机械设计任务书设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
设计内容（1）根据设计条件选材；（2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力；（8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。
.设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）2塔设备已知条件及分段示意图按设计压力计算塔体和封头厚度塔设备质量载荷计算自振周期计算地震载荷与地震弯距计算风载荷与风弯距计算偏心弯距最大弯距圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核地脚螺栓计算计算结果4计算结果总汇1按设计压力计算塔体和封头厚度4后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到，工程类的设计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。
最后感谢老师的指导，组员的帮助，其他舍友以及其他同学的共同努力，让本次课程设计顺利完成。
5设计图纸见附图6参考文献[1]蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.,63~64[2]陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,169~171[3]陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,125~125[4]蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.,85~85[5]路秀林.王者相主编.化工设备设计全书塔设备.北京：化学工业出版社.,324~3277主要符号说明。
塔器设备设计
焊接方法选择
根据塔器设备的材料和结构特 点，选择合适的焊接方法，如 手工电弧焊、气体保护焊等。
焊接工艺评定
对焊接工艺进行评定和验证， 确保焊接质量符合要求。
焊接操作要点
制定焊接操作规程，规范焊接 工艺参数和操作要求，确保焊 接质量稳定可靠。
焊接质量检测
对焊接质量进行检测和检验， 包括外观检查、无损检测等， 确保焊接质量符合标准要求。
故障诊断与预测
利用智能化技术对塔器设备进行故障诊断和预测，通过分析设备运行数据和历史数据，预 测设备可能出现的故障和问题，提前采取措施进行维护和修复，降低设备故障率。
优化操作
通过智能化技术对塔器设备进行优化操作，提高设备的运行效率和生产效益。例如，利用 人工智能算法对塔器设备的操作参数进行优化调整，实现节能减排、降低能耗和提高产品 质量的目标。
检测与试验操作要点
制定检测与试验操作规程，规范检测 与试验工艺参数和操作要求，确保检 测与试验结果准确可靠。
检测与试验结果评价
对检测与试验结果进行评价和分析， 确定塔器设备的性能和质量是否符合 设计要求和使用安全。
04
塔器设备的设计优化
塔器设备的节能设计
01
节能设计
塔器设备的节能设计旨在降低能耗，提高能源利用效率。例如，采用高
器重量、提高传热效率、降低能耗。
塔器设备的可靠性设计
可靠性评估
在塔器设备设计阶段进行可靠性评估，预测设备在各种工 况下的性能表现和故障模式，以便及时采取措施提高设备 的可靠性和稳定性。
冗余设计
通过增加备份系统、采用并联结构等方式，提高塔器设备 的可靠性。在设备发生故障时，冗余系统可以迅速投入运 行，确保生产过程的连续性和稳定性。
塔器设备的强度计算
根据塔器设备的材料和结构特 点，选择合适的焊接方法，如 手工电弧焊、气体保护焊等。
焊接工艺评定
对焊接工艺进行评定和验证， 确保焊接质量符合要求。
焊接操作要点
制定焊接操作规程，规范焊接 工艺参数和操作要求，确保焊 接质量稳定可靠。
焊接质量检测
对焊接质量进行检测和检验， 包括外观检查、无损检测等， 确保焊接质量符合标准要求。
故障诊断与预测
利用智能化技术对塔器设备进行故障诊断和预测，通过分析设备运行数据和历史数据，预 测设备可能出现的故障和问题，提前采取措施进行维护和修复，降低设备故障率。
优化操作
通过智能化技术对塔器设备进行优化操作，提高设备的运行效率和生产效益。例如，利用 人工智能算法对塔器设备的操作参数进行优化调整，实现节能减排、降低能耗和提高产品 质量的目标。
检测与试验操作要点
制定检测与试验操作规程，规范检测 与试验工艺参数和操作要求，确保检 测与试验结果准确可靠。
检测与试验结果评价
对检测与试验结果进行评价和分析， 确定塔器设备的性能和质量是否符合 设计要求和使用安全。
04
塔器设备的设计优化
塔器设备的节能设计
01
节能设计
塔器设备的节能设计旨在降低能耗，提高能源利用效率。例如，采用高
器重量、提高传热效率、降低能耗。
塔器设备的可靠性设计
可靠性评估
在塔器设备设计阶段进行可靠性评估，预测设备在各种工 况下的性能表现和故障模式，以便及时采取措施提高设备 的可靠性和稳定性。
冗余设计
通过增加备份系统、采用并联结构等方式，提高塔器设备 的可靠性。在设备发生故障时，冗余系统可以迅速投入运 行，确保生产过程的连续性和稳定性。
塔器设备的强度计算
塔设备的机械设计
塔设备的机械设计
b. 塔盘板之间下可拆的螺纹连接。
塔设备的机械设计
c. 塔盘板间双面可拆的螺纹连接。
塔设备的机械设计
(2)螺纹卡 板紧固件
塔设备的机械设计
(3)楔形紧固件 龙门楔结构和楔卡结构
塔设备的机械设计
二、塔盘的机械计算
需要进行强度校核和挠度计算,以满足其强度和刚度 要求。
（一）塔盘的设计载荷
fmax35q8lE44 If 塔设备的机械设计
塔设备的机械设计
三、塔盘构件的最小厚度
为保证塔盘在制造、安装过程中的强度和刚度， 规定了塔盘构件的最小厚度。
四、塔节简介
塔设备的机械设计
第三节 填料塔结构设计
一、液体分布装பைடு நூலகம் 二.液体收集及再分布装置 三、填料支承装置 四、填料压板和床层限制板
塔设备的机械设计
支承圈和支承板的尺寸参见表。
塔设备的机械设计
塔盘紧固件
是连接构件，用于塔盘之间的连接，塔盘板与支 承圈、支承板、受液盘或支承梁，以及降液板与支持 板之间的连接。
常用紧固件有螺纹、螺纹卡板 楔卡等结构。
塔设备的机械设计
(1)螺纹紧固件
a.塔盘之间上可拆的螺纹连接。
（a）为槽式塔板之间可拆螺纹结构。 （b）为自身梁式塔盘板之间上可拆螺纹连接结构。
塔径D=400 ～ 600mm, δ =3～4mm 塔径D=700 ～ 1200mm, δ =4～6mm 分布器定位块外缘与塔壁的间隙：8～12mm 塔径〉600mm,分布盘常设计成分块式结构，一般分 2～3块
塔设备的机械设计
液体通过分布盘上方的中心管加入盘内的，中心管口距 围环上缘～200mm。
塔设备的机械设计
3.降液管结构
b. 塔盘板之间下可拆的螺纹连接。
塔设备的机械设计
c. 塔盘板间双面可拆的螺纹连接。
塔设备的机械设计
(2)螺纹卡 板紧固件
塔设备的机械设计
(3)楔形紧固件 龙门楔结构和楔卡结构
塔设备的机械设计
二、塔盘的机械计算
需要进行强度校核和挠度计算,以满足其强度和刚度 要求。
（一）塔盘的设计载荷
fmax35q8lE44 If 塔设备的机械设计
塔设备的机械设计
三、塔盘构件的最小厚度
为保证塔盘在制造、安装过程中的强度和刚度， 规定了塔盘构件的最小厚度。
四、塔节简介
塔设备的机械设计
第三节 填料塔结构设计
一、液体分布装பைடு நூலகம் 二.液体收集及再分布装置 三、填料支承装置 四、填料压板和床层限制板
塔设备的机械设计
支承圈和支承板的尺寸参见表。
塔设备的机械设计
塔盘紧固件
是连接构件，用于塔盘之间的连接，塔盘板与支 承圈、支承板、受液盘或支承梁，以及降液板与支持 板之间的连接。
常用紧固件有螺纹、螺纹卡板 楔卡等结构。
塔设备的机械设计
(1)螺纹紧固件
a.塔盘之间上可拆的螺纹连接。
（a）为槽式塔板之间可拆螺纹结构。 （b）为自身梁式塔盘板之间上可拆螺纹连接结构。
塔径D=400 ～ 600mm, δ =3～4mm 塔径D=700 ～ 1200mm, δ =4～6mm 分布器定位块外缘与塔壁的间隙：8～12mm 塔径〉600mm,分布盘常设计成分块式结构，一般分 2～3块
塔设备的机械设计
液体通过分布盘上方的中心管加入盘内的，中心管口距 围环上缘～200mm。
塔设备的机械设计
3.降液管结构
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板式塔设备机械设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1 板式塔设备机械设计任务书1.1 设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
1.2 设计内容（1）根据设计条件选材；（2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力；（8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。
1.3.设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）2 塔设备已知条件及分段示意图已知设计条件分段示意图塔体内径i D 2000mm塔体高度H 30000mm 设计压力P 1.2MPa 设计温度t300℃ 塔 体材料16MnR 许用应力[σ]170MPa [σ]t144MPa设计温度下弹性模量EMPa 51086.1⨯常温屈服点s σ 345MPa 厚度附加量C 2mm 塔体焊接接头系数φ0.85介质密度ρ 3/800m kg塔盘数N55 每块塔盘存留介质层高度w h100mm 基本风压值0q 500N/㎡ 地震设防烈度 7度 场地土类别 II 类 地面粗糙度 B 类 偏心质量e m 4000kg 偏心距e 2000mm 塔外保温层厚度s δ 100mm保温材料密度2ρ 3/300m kg材料 Q235-A 裙 座许用应力t s ][σ 86MPa 常温屈服点s σ 235MPa设计温度下弹性模量s E厚度附加量s C 2mm 人孔，平台数 6地脚 螺栓 材料 Q235-A许用应力bt ][σ147MPa腐蚀裕量2C3 个数n 323 塔设备设计计算程序及步骤3.1 按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计算公式及数据计算压力MPap c ,Pc=1.2Mpa圆筒计算厚度 mm ,δ=-=c t i c p D p φσδ][29.92.185.0144220002.1=-⨯⨯⨯+圆筒设计厚度mm c ,δ 9.1129.9=+=+=C c δδ 圆筒名义厚度mm n ,δ 14=n δ圆筒有效厚度mm e ,δ 12=-C n δ封头计算厚度mm h ,δ/(2[]0.5)t h c i p D p δσϕ=-mm 8.9)2.15.085.01442/(20002.1=⨯-⨯⨯⨯=封头设计厚度mm hc ,δ 8.1128.9=+=+=C h hc δδ 封头名义厚度mm hn ,δ 14=hn δ封头有效厚度mm he ,δ12214=-=-=C hn he δδ3.2 塔设备质量载荷计算计算内容计算公式及数据0~11~22~3 3~44~顶塔段内直径 mm D i , 2000 塔段名义厚度mm ni ,δ 14塔段长度 mm l i , 100020007000 1000010000塔体高度 mm H ,1 30000 单位筒体质量m kg m m /,1 695 筒体高度 mm H ,1 26230筒体质量 kg m ,1 85.1833923.266951=⨯=m 封头质量 kg m ,2 6.97128.4852=⨯=m裙座高度 mm H ,3 3000裙座质量 kg m ,3 208536953=⨯=m塔体质量 kg m ,0145.2128620856.97185.1822932101=++=++=m m m m6951875.8486569506900.65塔段内件质量kg m ,02()1295975550.2442202=⨯⨯⨯=⨯⨯=ππN i q N D m)/75(2m kg q N =浮伐塔盘质量2591.75654.94712.4保温层质量kg m ,03032022032])2()22[(4m H D D m n i s n i ++-++=ρδδδπ()()[]22014.020.21.02014.020.24⨯+-⨯+⨯+=π()30013.135.1230063.26⨯-⨯+⨯⨯=5473()kg m —封头保温层质量，'03 0146.21469.92071.61785.3计算内容计算公式及数据0~11~22~33~44~顶平台，扶梯质量kg m ,04平台质量2/150m kg q N = 笼式扶梯质量m kg q N /40= 平台数量n=6 笼式扶梯总高 m H F 29=()()[]F F p ni n iH q nq D B D m +⨯++-+++=212222242204δδδδπ()()[]221.02014.020.29.021.02014.020.24⨯+⨯+-⨯+⨯+⨯+=π2940150621⨯+⨯⨯⨯ 5410=40801606.61726.6 1686.8操作时塔内物料质量kg m ,05 ()1102054ρρπf w i V h N h D m ++=6.147238001257.1800)0551.0(0.242=⨯+⨯+⨯⨯⨯=π900.62764.636031.925026.6人孔、接管、法兰等附件质量kg m a ,按经验取附件质量为：6.532145.2128625.025.001=⨯==m m a173.75468.951216.251737.51725.16充液质量kg m w ,wf w i w V H D m ρρπ2402+=4.8465510001257.12100023.260.242=⨯⨯+⨯⨯⨯=π1125.723116.932541.727871.1偏心质量kg m e ,再沸器：4000=e m14002600 0操作质量kg m ,0ea m m m m m m m m ++++++=0504030201040006.53216.14723514054731259545.21286++++++= 81.68903=908.753471.5115914.0826775.5221836.91最小质量kg m ,minea m m m m m m m +++++=04030201min 2.040006.532151405473125952.045.21286++++⨯+= 85.43812=908.752570.9511076.0916216.6813040.39最大质量kg m ,m axea w m m m m m m m m ++++++=04030201max40006.53214.84655514054731259545.21286++++++=46.138835=908.75 3696.6536266.3553282.344681.413.3 自振周期计算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期s T ,1301390.3310e i m H T HE D δ-=⨯922.0102000161086.13000065.689033000033.90335=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-3.4 地震载荷与地震弯距计算计算内容计算公式及数据0~1 1~2 2~3 3~4 4~顶 各段操作质量kg m i , 908.75 3471.55 15914.08 26772.52 21836.91 各点距地面高度mm h i ,5002000650015000250005.1i h41012.1⨯ 41094.8⨯ 51024.5⨯ 61084.1⨯ 61095.3⨯5.1i i h m71002.1⨯ 81011.3⨯ 101083.0⨯ 101092.4⨯ 111086.0⨯∑==515.1i i i h m A111044.1⨯计算内容计算公式及数据0~1 1~2 2~3 3~4 4~顶3i h81025.1⨯ 91000.8⨯ 111075.2⨯ 111038.3⨯ 131056.1⨯3i i h m111014.1⨯ 131078.2⨯151037.4⨯ 161004.9⨯ 171041.3⨯∑==513i i i h m B171036.4⨯B A /7103068.3-⨯基本振型参与系数1k η5.175.11103068.3i i k h h BA -⨯==η 31070.3-⨯21096.2-⨯0.1730.607 1.307阻尼比i ζ 0.02衰减指数γ975.002.055.002.005.09.055.005.09.0=⨯--+=--+=i i ζζγ 阻尼调整系数2η319.102.07.1.06.002.005.017.106.005.012=⨯+-+=+-+=i i ζζη 地震影响系数最大值max α 12.0max =α()设计基本地震加速度度时设计烈度,7场地土的特征周期g Tg T ()类场土地地震分组为第一组， 35.0=地震影响系数1α75.135.055922.035.0g 1=⨯===T T T g ＜＜0616.012.0319.1922.035.0·)(975.0max211=⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛==αηαγT T g水平地震力N F k ,1g m F k k k 111ηα=2.02861.981664.829818.4017231.22垂直地震影响系数 max ,V α 2925.045.065.065.0max max ,=⨯==ααV操作质量kg m ,0 47263.6当量质量kg m eq ,取7.3544775.00==m m eq底截面处垂直地震力N F V ,00-5.10171481.97.354472925.0max ,00=⨯⨯=••=-g m F eq V V αi i h m51012.4⨯ 61058.4⨯ 71025.8⨯ 81067.2⨯ 81041.3⨯∑=51i i i h m81095.6⨯计算内容 计算公式及数据垂直地震力N FV,11-1100581101714.56.9510i iV V i i kkk m h F F m h mh --===⨯⨯∑60.3670.31207839088.849922.4底截面处地震弯距mm N M E •-,001gH m M E 010013516α=- 81070.5300008.981.689030616.03516⨯=⨯⨯⨯⨯=截面1-1处地震弯距mm N M E •-,111)41410(17585.35.25.35.201111h h H H Hgm M E +⨯-=-α 85.35.25.35.21044.5)10004100030000143000010(300001758.981.689030616.08⨯=⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=截面2-2处地震弯距mm N M E •-,221)41410(17585.35.25.35.201221h h H H Hg m M E +⨯-=-α 85.35.25.35.21091.4)300004300030000143000010(300001758.981.689030616.08⨯=⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=3.5 风载荷与风弯距计算计算内容计算公式及数据0~11~2 2~3 3~4 4~顶各计算段的外径mm D Oi , =+=n i Oi D D δ220281422000=⨯+塔顶管线外径mm d O , 400 第i 段保温层厚度mm si ,δ 100 管线保温层厚度mm ps ,δ 100 笼式扶梯当量宽度3K400 计算内容计算公式及数据0~1 1~2 2~3 3~4 4~顶 各计算段长度mm l i ,1000200070001000010000操作平台所在计算段的长度mm l ,00 2000 7000 10000 10000 平台数0 0 222各段平台构件的投影面积2,mm A ∑51018⨯ 51018⨯ 51018⨯操作平台当量宽度mm K ,442l A K ∑=873.8514.3360360各计算段的有效直径mm D ei ,ps O si Oi ei d K D D δδ224++++=282828283342.331883188432K K D D si Oi ei +++=δ26282628 3142.3 2988 2988 取大值mm D ei /282828283342.331883188各计算段顶截面距地面的高度m h it ,13 10 20 30风压高度变化系数i f 根据it h 查表5-221.01.0 1.0 1.25 1.42体型系数1K 0.7 基本风压值20/,m N q 500 塔设备的自振周期s T ,10.922210T q04.425922.05002=⨯脉动增大系数ξ 查表5-23 2.25 脉动影响系数i V查表5-240.72 0.72 0.72 0.79 0.83 H h it /0.0330.10.330.671计算内容计算公式及数据0~11~2 2~3 3~4 4~顶第i 段振型系数Zi φ根据H h it /与u 查表5-250.020.020.0680.340.612各计算段的风振系数i K 2izii i f V K φζ+=121.03241.03241.2921.7692.315各计算段的水平风力N P i ,612010i i i i ei P K K q f l D -=⨯1021.92043.7 10579.7 24673.1 36679.70-0截面的风弯距mm N M W •-,0)2()2()2(254321532132121100l l l l l P l l l P ll P l P M W ++++++++++=- 91036.17.36679250001.24673150007.1057965007.204320009.1021500⨯=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=1-1截面的风弯距mm N M W•-,11)2()2()2(25432543243232211l l l l P ll l P l l P l P M W ++++++++++=- 91029.17.79.366240001.24673140007.1057955007.20431000⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=2-2 截 面 的 风 弯 距mm N MW•-,22)2()2(254354343322l l l P ll P l P M W +++++=- 91014.17.36679220001.24673120007.105793500⨯=⨯+⨯+⨯=3.6 偏心弯距计算内容计算公式及数据偏心质量kg m e , 4000 偏心距mm e , 2000偏心弯距mm N M e •, =e M 710848.7200081.94000⨯=⨯⨯=e e g m3.7 最大弯距计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面e i i W M M +-91044.1⨯ 91037.1⨯ 91022.1⨯ e i i W i i E M M M ++--25.081089.9⨯81045.9⨯81054.8⨯最大弯距mm N M ii •-,max91044.1⨯ 91037.1⨯ 91022.1⨯3.8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面 2-2截面有效厚度mm ei ,δ 12 筒体内径mm D i ,2000计算截面以上的操作质量kg m ii ,0-68903.81 67995.06 64523.51设计压力引起的轴向应力MPa ,1σ==ei i pD δσ415012420002.1=⨯⨯ 050操作质量引起的轴向应力MPa ,2σeii i i D g m δπσ-=028.968.848.39最大弯距引起的轴向应力MPa ,3σeii i i D M δπσ2max34-=38.2236.35 32.38载荷组合系数K 1.2系数A==i ei R A δ094.0310128.1100012094.0-⨯=⨯ 设计温度下材料的许用应力MPa t,][σ查图9-4(16MnR ，300℃)得:：144][=tσ(Q235-A ，300℃) 得：86][=σt s8686144计算内容 计算公式及数据0-0截面1-1截面 2-2截面系数MPa B ,查图10-18(16MnR ，300℃)得：B=96 (Q235-A ，300℃)得：B=959595 96 MPa KB ,114 114 115.2 []MPa K t,σ103.2103.2 172.8许用轴向压应力MPa cr ,][σ取以上两者中小值103.2 103.2 115.2 []MPa K t,φσ87.7287.72146.88 圆筒最大组合压应力MPa ),(32σσ+对内压塔器)(32σσ+≤cr][σ（满足要求）47.1845.1840.77圆筒最大组合压拉力MPa ),(321σσσ+-对内压塔器 )(321σσσ+-≤ []φσt K （满足要求）29.2627.5173.993.9 塔设备压力试验的应力校核计算内容计算公式及数据试验介质的密度3/,m kg s γ 1000 液柱高度m H w , 27.28 液柱静压力MPa sgH w ,γ0.272-2截面最大质量kg m T ,22-06.13423065.369675.90846.13883522=--=-T m试验压力MPa p T , [][]771.11441702.125.125.1=⨯⨯==tT pp σσ 筒体常温屈服点MPa s ,σ 3452-2截面MPa K s ,9.0σ 372.62-2截面MPa KB ,115.2 计算内容计算公式以及数据 压力试验时圆筒材料的许用取以上两者中小值轴向压应力MPa cr ,][σ115.2试验压力引起的周向应力MPa T ,σ1.171122)122000()27.0771.1(2))((=⨯+⨯+=++=ei ei i w S T T D gH p δδγσ 液压试验时: S T K σσ9.01.171<=试验压力引起的轴向应力MPa T ,1σ1T σ=ei i T D p δ4=79.731242000771.1=⨯⨯ 重力引起的轴向应力MPa T ,2σ==-ei i T D g m δπσ220245.171220008.906.134230=⨯⨯⨯π弯矩引起的轴向应力MPa T ,3σeii e w T D M M δπσ2223)3.0(4+=-15.11122000)10848.71014.13.0(4279=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=π 压力试验时圆筒最大组合应力,MPa1T σ-2T σ+49.6715.1145.1779.733=+-=T σ液压试验时1T σ-2T σ+49.673=T σφσs K <(满足要求)2T σ+06.2815.1145.173=+=T σcr ][σ<(满足要求)3.10 裙座轴向应力校核计算内容计算公式以及数据0-0截面积2,mm A sb 4105.7122000⨯=⨯⨯==πδπis is sb D A0-0截面系数2,mm Z sb72210770.312200044⨯=⨯⨯==πδπis is sb D ZMPa KB ,114 MPa K S t ,][σ103.4裙座许用轴向应力MPa ,取以上两者中小值103.40-0截面组合应力MPa ,00max o sb sb M m g Z A -+=KB <=⨯⨯+⨯⨯20.47105.78.981.689031046.21044.1479KB A gm Z M M sbsb e W <=++-96.283.0max 0检查孔加强管长度mm l m , 120检查孔加强管水平方向的最大宽度mm b m ,450检查孔加强管厚度mm m ,δ122,m A mm28801212022=⨯⨯==m m m l A δ1-1截面处裙座筒体的截面积2,mm A sm[(2)]sm im es m m es m A D b A πδδδ=-+-∑()[]41098.6288012122450122000⨯=-⨯⨯+⨯-⨯⨯=π3,m Z mm222()()22m IM m es m b D Z l δ=-6221081.2)225()1000(120122⨯=-⨯⨯⨯=1-1截面处的裙座筒体截面系数3,sm Z mm2()42essm im esm imm Z D b D Z δπδ=--∑7621025.3)1081.262000450(21220004⨯=⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯=π1-1截面最大弯矩mm N M•-,11max91064.1⨯1-1截面组合应力MPa ,1111max 0sm sm M m Z A --+KB <=⨯⨯+⨯⨯=71.511098.68.906.679951025.31037.1479 1111max 0.3w sm smM m g Z A --+KB <=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=69.331098.68.971.1379261025.310848.71029.13.047793.11 基础环设计计算内容计算公式以及数据裙座内径mm D is , 2000裙座外径mm D os , 2os is es D D δ=+20281422000=⨯+=基础环外径mm D ob , 2280 基础环内径mm D ib , 1720基础环伸出宽度mm b , 252)17202280(21)(21=-=-=os ob D D b 相邻两盘板最大外侧间距mm l ,160基础环面积2,mm A b 622221076.1)17202280(4)(4⨯=-=-=ππib ob b D D A基础环截面系数3,mm Z b 844441087.7228032)17202280(32)(⨯=⨯-=-=ππobIb ob b D D D Z基础环材料的许用应力MPa b ,][σ140水压试验时压应力MPa b ,1σ =+=-b b b A g m Z M 000max 1σ21.21076.18.981.689031087.71044.1689=⨯⨯+⨯⨯ 操作时压应力MPa b ,2σ=++=-bb e W b A g m Z M M max 0023.0σ39.11076.18.946.1388351087.710848.71036.13.06879=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯混凝土基础上的最大压力 MPa b ,max σ取以上两者中大值2.21l b /6.1160/252/==l b矩形板力矩y C C x 、系数查表5-27得：1260.00485.0y x +=-=C C ；对X轴的弯距mm mm N M X /,•X M =7.68062max x -=b C b σ对Y轴的弯距mm mm N M y /,•y M 6.71282max y ==l C b σ计算力矩mm mm N M s /,•取以上两者中大值7128.6有筋板时基础环厚度mm ,[]48.171406.712866=⨯==bSb M σδ 经圆整取18=b δ3.12 地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据最大拉应力MPa B ,1σ=-+=-bb e W B A g m Z M M min 001σ58.11076.18.986.438121087.710848.71036.16879=⨯⨯-⨯⨯+⨯ 最大拉应力2,B MPa σ=--++=---bV b e W E B A F g m Z M M M 0000000225.0σ87.01076.18.981.689031087.710848.71036.125.01070.568798=⨯⨯-⨯⨯+⨯⨯+⨯ 基础环中螺栓承受的最大拉应力B σ去以上两者中大值B σ=1.58>0 塔设备必须设置地脚螺栓地脚螺栓个数n32地脚螺栓材料的许用应力MPa bt ,][σ取对,235A Q -MPa bt 147][=σ地脚螺栓腐蚀裕量 mm C ,2 mm C 32=地脚螺拴取地脚螺栓螺纹小径mm d ,1=+=21][4C n A d btbB σπσ44.303147321076.158.146=+⨯⨯⨯⨯⨯π故取32-M36地脚螺栓满足要求筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力3.13 计算结果塔体圆筒名义厚度mm n ,δ 14(满足强度和稳定性要求) 塔体封头名义厚度mm hn ,δ 14(满足强度和稳定性要求) 裙座圆筒名义厚度mm en ,δ 14(满足强度和稳定性要求) 基础环名义厚度mm b ,δ 28(满足强度和稳定性要求) 地脚螺栓个数32(满足强度和稳定性要求) 地脚螺栓公称直径mm d , 36(满足强度和稳定性要求)4 计算结果总汇1 按设计压力计算塔体和封头厚度项目数据计算压力MPap c ,1.2 圆筒计算厚度 mm ,δ 9.9 +圆筒设计厚度mm c ,δ11.9 圆筒名义厚度mm n ,δ 14 圆筒有效厚度 mm e ,δ12封头计算厚度mm h ,δ9.8封头设计厚度mm hc ,δ 11.8 封头名义厚度mm hn ,δ 14 封头有效厚度mm he ,δ122 塔设备质量载荷计算项目数据0~11~22~3 3~44~顶塔段内直径 mm D i ,2000塔段名义厚度mm ni ,δ 14 塔段长度 mm l i , 100020007000 1000010000塔体高度 mm H ,1 30000 单位筒体质量m kg m m /,1 695 筒体高度 mm H ,1 26230 筒体质量 kg m ,1 18339.85 封头质量 kg m ,2 971.6裙座高度 mm H ,3 3000 裙座质量 kg m ,3 2085 塔体质量 kg m ,0121286.456951875.84865 69506900.65塔段内件质量kg m ,0212959)/75(2m kg q N =浮伐塔盘质量2591.7 5654.94712.4保温层质量kg m ,035473146.2 1469.9 2071.6 1785.3项目数据0~11~22~3 3~44~顶平台，扶梯质量kg m ,04541040801606.6 1726.6 1686.8操作时塔内物料质量kg m ,0514723.6 0900.6 2764.63 6031.92 5026.6人孔、接管、法兰等附件质量kg m a ,5321.6173.75 468.951216.251737.5 1725.16充液质量kg m w ,84655.41125.7 23116.932541.7 27871.1偏心质量kg m e ,40001400 2600操作质量kg m ,068903.81908.753471.5115914.0826775.5221836.91最小质量kg m ,min43812.85908.75 2570.95 11076.09 16216.68 13040.39最大质量kg m ,m ax138835.46 908.753696.6536266.3553282.344681.413 自振周期计算计算内容计算公式及数据塔设备的自振周期s T ,1 0.9224 地震载荷与地震弯距计算项目数据0~1 1~2 2~3 3~4 4~顶 各段操作质量kg m i , 908.75 3471.55 15914.08 26772.52 21836.91 各点距地面高度mm h i ,5002000650015000250005.1i h41012.1⨯ 41094.8⨯ 51024.5⨯ 61084.1⨯ 61095.3⨯5.1i i h m71002.1⨯ 81011.3⨯ 101083.0⨯ 101092.4⨯ 111086.0⨯A111044.1⨯3i h81025.1⨯ 91000.8⨯ 111075.2⨯ 111038.3⨯ 131056.1⨯3i i h m 111014.1⨯ 131078.2⨯ 151037.4⨯ 161004.9⨯ 171041.3⨯ ∑==513i i i h m B171036.4⨯B A /7103068.3-⨯基本振型参与系数1k η31070.3-⨯21096.2-⨯0.173 0.607 1.307阻尼比i ζ 0.02 衰减指数γ0.975阻尼调整系数2η1.319地震影响系数最大值max α 0.12 场地土的特征周期g T0.35地震影响系数1α0.0616水平地震力N F k ,1 2.02861.981664.82 9818.40 17231.22垂直地震影响系数 max ,V α0.2925操作质量kg m ,0 47263.6 当量质量kg m eq ,35447.7 底截面处垂直地震力N F V ,00-101714.5i i h m51012.4⨯ 61058.4⨯ 71025.8⨯ 81067.2⨯ 81041.3⨯∑=51i i i h m81095.6⨯垂直地震力N F V ,11-60.3 670.31207839088.849922.4底截面处地震弯距mm N M E •-,00181070.5⨯截面1-1处地震弯距mm N M E •-,11181044.5⨯截面2-2处地震弯距mm N M E •-,22181091.4⨯5 风载荷与风弯距计算项目数据0~11~22~3 3~44~顶各计算段的外径mm D Oi , 2028塔顶管线外径mm d O , 400 第i 段保温层厚度mm si ,δ 100 管线保温层厚度mm ps ,δ 100 笼式扶梯当量宽度3K 400 各计算段长度mm l i , 1000200070001000010000操作平台所在计算段的长度mm l ,00 2000 7000 10000 10000 平台数0 0 222各段平台构件的投影面积2,mm A ∑51018⨯51018⨯51018⨯操作平台当量宽度mm K ,4 0 873.8 514.3 360 360 取大值mm D ei /282828283342.331883188各计算段顶截面距地面的高度m h it ,1 3 10 20 30风压高度变化系数i f 1.0 1.0 1.0 1.25 1.42体型系数1K 0.7 基本风压值20/,m N q 500 塔设备的自振周期s T ,10.922 210T q425.04 脉动增大系数ξ 2.25脉动影响系数i V0.720.72 0.72 0.79 0.83H h it /0.033 0.1 0.33 0.67 1项目数据0~1 1~2 2~3 3~4 4~顶 第i 段振型系数Zi φ 0.020.020.0680.340.612各计算段的风振系数i K 21.0324 1.0324 1.292 1.7692.315各计算段的水平风力N P i ,1021.9 2043.7 10579.7 24673.1 36679.70-0截面的风弯距mm N M W •-,0091036.1⨯1-1截面的风弯距mm N M W •-,1191029.1⨯2-2 截 面 的 风 弯 距mm N MW•-,2291014.1⨯6 偏心弯距偏心质量kg m e , 4000 偏心距mm e , 2000偏心弯距mm N M e •, 710848.7⨯7 最大弯距项目数据0-0截面1-1截面2-2截面e i i W M M +-91044.1⨯ 91037.1⨯ 91022.1⨯e i i W i i E M M M ++--25.081089.9⨯ 81045.9⨯ 81054.8⨯ 最大弯距mm N M ii •-,max91044.1⨯91037.1⨯91022.1⨯8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核项目数据0-0截面1-1截面 2-2截面有效厚度mm ei ,δ 12 筒体内径mm D i ,2000计算截面以上的操作质量kg m i i ,0-68903.81 67995.0664523.51设计压力引起的轴向应力MPa ,1σ500 0 50操作质量引起的轴向应力MPa ,2σ8.96 8.84 8.39最大弯距引起的轴向应力MPa ,3σ38.22 36.35 32.38载荷组合系数K 1.2系数A310128.1-⨯设计温度下材料的许用应力MPa t ,][σ查图9-4(16MnR ，300℃)得:：144][=tσ(Q235-A ，300℃) 得：86][=σt s8686144系数MPa B ,查图10-18(16MnR ，300℃)得：B=96 (Q235-A ，300℃)得：B=959595 96 MPa KB ,114 114 115.2 []MPa K t,σ103.2 103.2 172.8 许用轴向压应力MPa cr ,][σ103.2 103.2 115.2 []MPa K t,φσ87.7287.72146.88圆筒最大组合压应力MPa ),(32σσ+对内压塔器)(32σσ+≤cr][σ（满足要求）47.1845.1840.77圆筒最大组合压拉力MPa ),(321σσσ+-对内压塔器 )(321σσσ+-≤ []φσt K （满足要求）29.2627.5173.999 塔设备压力试验的应力校核试验介质的密度3/,m kg s γ 1000 液柱高度m H w , 27.28 液柱静压力MPa sgH w ,γ0.27 2-2截面最大质量kg m T ,22-134230.06 试验压力MPa p T , 1.771 筒体常温屈服点MPa s ,σ 3452-2截面MPa K s ,9.0σ 372.62-2截面MPa KB ,115.2压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力MPacr ,][σ115.2试验压力引起的周向应力MPa T ,σ171.1液压试验时: S T K σσ9.01.171<=试验压力引起的轴向应力MPa T ,1σ73.79重力引起的轴向应力MPa T ,2σ17.45弯矩引起的轴向应力MPa T ,3σ11.15压力试验时圆筒最大组合应力,MPa67.492T σ+06.283=T σcr ][σ<(满足要求)10 裙座轴向应力校核计算内容计算公式以及数据0-0截面积2,mm A sb 4105.7⨯ 0-0截面系数2,mm Z sb710770.3⨯MPa KB ,114 MPa K S t ,][σ103.4 裙座许用轴向应力MPa ,103.40-0截面组合应力MPa ,00max o sb sb M m gZ A -+=KB <20.47KB A gm Z M M sbsb e W <=++-96.283.0max 00检查孔加强管长度mm l m , 120检查孔加强管水平方向的最大宽度mm b m ,450检查孔加强管厚度mm m ,δ12 2,m A mm28801-1截面处裙座筒体的截面积2,mm A sm41098.6⨯3,m Z mm61081.2⨯1-1截面处的裙座筒体截面系数3,sm Z mm 71025.3⨯1-1截面最大弯矩mm N M•-,11max91064.1⨯1-1截面组合应力MPa ,1111max 0sm smM m Z A --+KB <=71.511111max 0.3w sm smM m g Z A --+KB <=69.33 11 基础环设计裙座内径mm D is , 2000 裙座外径mm D os , 2028 基础环外径mm D ob , 2280 基础环内径mm D ib , 1720基础环伸出宽度mm b , 252 相邻两盘板最大外侧间距mm l ,160基础环面积2,mm A b 61076.1⨯基础环截面系数3,mm Z b 81087.7⨯基础环材料的许用应力MPa b ,][σ140水压试验时压应力MPa b ,1σ 2.21 操作时压应力MPa b ,2σ 1.39 混凝土基础上的最大压力MPa b ,max σ2.21 l b /1.6矩形板力矩y C C x 、系数1260.00485.0y x +=-=C C ；对X轴的弯距mm mm N M X /,•-6806.7对Y轴的弯距mm mm N M y /,•7128.6计算力矩mm mm N M s /,• 7128.6 有筋板时基础环厚度mm ,17.48圆整取1812 地脚螺栓计算最大拉应力MPa B ,1σ1.58 最大拉应力2,B MPa σ 0.87 基础环中螺栓承受的最大拉应力B σ1.58 地脚螺栓个数n32 地脚螺栓材料的许用应力MPa bt ,][σ147 地脚螺栓腐蚀裕量 mm C ,2 3地脚螺栓螺纹小径mm d ,130.44故取32-M36地脚螺栓满足要求筋板及盖板计算略裙座与塔壳焊缝验算略塔设备法兰当量设计压力13 计算结果塔体圆筒名义厚度mm n ,δ 14(满足强度和稳定性要求) 塔体封头名义厚度mm hn ,δ 14(满足强度和稳定性要求) 裙座圆筒名义厚度mm en ,δ 14(满足强度和稳定性要求) 基础环名义厚度mm b ,δ 28(满足强度和稳定性要求) 地脚螺栓个数32(满足强度和稳定性要求) 地脚螺栓公称直径mm d ,36(满足强度和稳定性要求)4 后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。