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第三节 塔体强度校核

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第八章 塔设备的机械设计(化工技术)

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

塔器强度校核

塔器强度校核

上封头校核计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力P c 0.13 MPa设计温度 t 145.00 ︒ C内径D i 7000.00 mm曲面深度h i 1500.00 mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力[σ]t 183.20 MPa试验温度许用应力[σ] 185.00 MPa钢板负偏差C1 0.30 mm腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数φ 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P T = 1.25P ct][][σσ= 0.1650 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力[σ]t[σ]T≤ 0.90 σs = 292.50MPa试验压力下封头的应力σT =φδδ.2)5.0.(eeiTKDp+= 37.18MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+2ii2261hD = 1.2407计算厚度δh =KP DPc itc205[].σφ- = 3.68mm有效厚度δeh =δnh - C1- C2= 22.70mm 最小厚度δmin = 21.00mm 名义厚度δnh = 25.00mm 结论满足最小厚度要求重量9546.41 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+= 0.81293MPa结论合格下封头校核计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力P c 0.15 MPa设计温度 t 145.00 ︒ C内径D i 7000.00 mm曲面深度h i 1500.00 mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力[σ]t 183.20 MPa试验温度许用应力[σ] 185.00 MPa钢板负偏差C1 0.30 mm腐蚀裕量C2 2.00 mm焊接接头系数φ 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P T = 1.25P ct][][σσ= 0.7489 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力[σ]t[σ]T≤ 0.90 σs = 292.50MPa试验压力下封头的应力σT =φδδ.2)5.0.(eeiTKDp+= 168.78MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+2ii2261hD = 1.2407计算厚度δh =KP DPc itc205[].σφ- = 4.20mm有效厚度δeh =δnh - C1- C2= 22.70mm 最小厚度δmin = 21.00mm 名义厚度δnh = 25.00mm 结论满足最小厚度要求重量9546.41 Kg压力计算最大允许工作压力[P w]=205[].σφδδtei eKD+= 0.81293MPa结论合格内压圆筒校核 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 P c 0.14 MPa设计温度 t 145.00 ︒ C 内径 D i 7000.00mm 材料Q345R ( 板材 ) 试验温度许用应力 [σ]189.00 MPa 设计温度许用应力 [σ]t189.00 MPa 试验温度下屈服点 σs 345.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.30 mm 腐蚀裕量 C 2 2.00 mm焊接接头系数 φ0.85厚度及重量计算计算厚度 δ = P D P c it c 2[]σφ- = 3.04mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 13.70 mm 名义厚度 δn = 16.00 mm 重量160562.78Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = 1.25P [][]σσt = 0.7489 (或由用户输入)MPa 压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ 0.90 σs = 310.50MPa试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 225.54 MPa校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]= 2δσφδe t i e []()D += 0.62760MPa 设计温度下计算应力 σt= P D c i e e()+δδ2= 35.66 MPa [σ]tφ 160.65 MPa校核条件 [σ]tφ ≥σt结论 合格。

塔设备设计与强度校核 PPT

塔设备设计与强度校核 PPT

在塔板设计页面，新建一个并进行相关数据输入，其中塔板开始层数为1（有冷 凝器则为2），结束塔板数为10（有再沸器则为9），塔板类型根据经验（见下页） 选取，我们此次设计选择浮阀型，溢流数也是根据经验选择（见下页），板间距
同理！其他的数据采用aspen默认。（注意塔板数的具体数据来源于block）
• 塔板类型经验见浙江大学初步设计说明书P244 表9-20以及化工原理下册
• 溢流数，板间距经验参见化工原理下册塔设备 设计一章（图为block显示的精馏塔数据）
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
在Design页面可以进一步对流体的性质设置，如物系的发泡因子，系统 的过载量（其中发泡因子经验来自孙兰义的化工流程模拟实训P110 表7）
数据输入完毕后，点击run就可以得到结果，结果如下
结果可以看出我们的流量比较均匀，实际设计的时候我们将我们 的塔径设为1.8米，应该能够符合要求（注意设计定型设备的时候 塔径和塔板间距是有标准的，具体标准请参见化工工艺设计手册， 非定型设备价格较高需要订做，慎重考虑，实在设计不能完成时
可以考虑！）
设计温度和设计压力都应该取工作温度与压力的1.15-1.5倍，而筒体的 内径则是来自aspen，筒体长度来自于自己的计算（具体看下一页），腐 蚀余量一般取1-2 mm，焊缝系数按照双面焊或单面焊分别取1,0.85，材 料可以按照需求选取（总之具体的设计细则可以参照化工工艺设计手册， 化工设备机械基础，以及重庆大学的初步设计说明书的塔这一章节，都
塔设备设计与强度校核
浙江大学的设计结果如下！
可以看出浙江大学对板间距和塔径经过调整后是能够满足上 面提出的三点的！
• 至此，塔的工艺设计部分就算完成了！我 们可以得到的数据输入到sw6中进行强度校 核！

脱硫塔强度、地震、风载荷计算_强度校核

脱硫塔强度、地震、风载荷计算_强度校核

塔操作质量，kg m 0677532.973塔最大质量，kg m max 687711.773塔最小质量，kg m min 283255.3塔内径，mm D i 90009000塔体高度，mm H 130000烟囱高度，mm H 230000塔总高，mmH6000060000段号 项目代号12塔段长度h i 57008000厚度δe，i 2018壳体质量m 0125358.1832024.29内件质量m 0200保温层质量m 032428.23408平台、扶梯质量m 0426966241操作时塔内介质质量m 054352040液压试验时塔充液质量m w 3626700塔的操作质量m 0465686.3841673.29该段塔的最大质量m max 393152.3841673.29该段塔的最小质量m min30482.3841673.29代号12塔第i段操作质量，kg m i 465686.3841673.29第i段集中质量距地面高度，mmh i28509700一、塔基本参数二、分段质量1第i段当量集中质量49.90848251176.0837343塔顶部至第i段底截面高度，mm H i 6000054300第i计算段截面惯性矩，mm 4I i5.7638E+125.1840E+12第i段产生的挠度 1.9544E-04 1.6106E-04第i-1段产生的挠度1.4486E-04基本自振周期，sT 1代号12塔第i段操作质量，kg m i /m k 465686.3841673.29第i段集中质量距地面高度，mmh i /h k2850970070853421362398121278121.07802E+163.80341E+16基本振型参与系数0.0247540430.155430577地震影响系数曲线下降段的衰减系数γ地震影响系数曲线的阻尼调整系数η2对塔的基本振型自振周期T 1的地震影响系数α1集中质量m k 引起的基本振型水平地震力，NF 1k51927.2058129177.596721327206183404230913αmax取0.24垂直地震影响系数最大值αvmax 计算垂直地震力塔的当量质量m eq塔式容器底截面处垂直地震力任意质量i处所分配到的垂直地震力F vi158106.106948154.82082塔任意计算截面处得垂直地震力780869.2301622763.1232第2截面集中质量高度距截面处高h k -h①基本参数体型系数K 10.70.7基本风压,Pa/m2q 0450450q 0T 284.75516392代号12塔段长度，m0-5.7 5.7-13.757008000脉动增大系数ξ 1.842 1.842保温层厚度，mm δsi 100100笼式扶梯当量宽度，mm K 3400400操作平台当量宽度，mm K 412001200塔顶管线外直径d 0200200管线保温层厚度，mm δps 2018第i段计算长度，mml i 57008000第i段直径D oi 90009000风压高度变化系数f i 1.00 1.1036塔各段有效直径D ei1104011036脉动影响系数υi 0.41040.7459振型系数φzi 0.020.08264塔各计算段的风振系数（H>20m)K 2i 1.0151191361.102884239第i段计算长度，mml i 57008000水平风载荷P20122.0163533849.62446计算截面代号12塔壳有效厚度，mm δei 2018计算截面以上操作质量，kgm 0465686.3841673.29计算截面塔直径D 90009000计算截面横截面积，mm 2565486.668508938.0012计算截面断面模数，mm 312723450031145110503最大弯矩M max ，N·mm2.22472E+101.83749E+10B70461.2B 8455.21.2[σ]t159.6159.6操作时引起的轴向应力，Mpa 22.525M max 引起的轴向应力,Mpa 轴向压应力轴向拉应力30.5256439.01945经对比，明显，在任何截面地震弯矩>风弯矩允许轴向压应力m 0引起的轴向应力，Mpa是否满足条件是否满足条件七、裙座稳定校核由试验压力引起的周向应力，MPa σ69.2285由试验压力引起的轴向应力，Mpa σ128.125由质量引起的轴向应力，Mpa σ2 3.723717455由弯矩引起的轴向应力，Mpaσ35.2455591660.9R el R p0.2φ185.16825液压试验时最大组合拉应力29.64684171液压试验时最大组合压应力σ2+σ38.96927662基础环外径D ob 9300基础环内径D ib 8700基础环抗弯截面系数Z b1.8E+10基础环面积A b84823001.986781.156316181基础环无筋板时的厚度28.852628240.87561地脚螺栓的螺纹小径d 138.86928962地震载荷为控取地脚螺栓为M48，5混凝土基础上的最大应力σbmax地脚螺栓承受的最大拉应力σB取较大值八、立置液压试验时的应力校核九、基础环厚度计算十、地脚螺栓计算900090009000420042004200600006000060000600006000060000 345678 100006300294410000100007056 161414121212 35574.6519606.1717169.8912464.5512464.558795.00 33500129000000 42602683.82357.2000 5486.515001085104310431043 000000 000000 78821.1536689.9720612.0913507.5513507.559838.00 78821.1536689.9720612.0913507.5513507.559838.00 112321.1549589.9720612.09213507.5513507.559838 345678 78821.1536689.9720612.0913507.5513507.559838.00 1870026850314723794447944564722386.2384283287.9596232974.6875023416.2698466891.6882998202.619644463003630030000270561705670564.6049E+124.0266E+121.1241E-04 6.1950E-059.9849E-055.4171E-0534567878821.1536689.9720612.0913507.5513507.559838.001870026850314723794447944564722.0156E+11 1.61422E+11 1.15082E+1199836937667 1.41801E+11 1.32025E+115.15428E+177.10199E+17 6.42533E+177.37914E+17 1.4886E+18 1.77177E+180.416045920.7158059320.9083754151.202523371.7079700662.183376397147720.0019118303.588884341.7705673168.70675103923.103796758.850281473955505985125694.5648703759.4512530477.2647605977.25555715360.9727272731.519480519Tg取0.55αmax取0.240.459183488=⎪⎭⎫⎝⎛∑3H h m i i175587.9151117355.080477278.1405261056.224377147.3650166183.57703574608.3024399020.3873281665.3069204387.1663143330.94266183.577031.32644E+107.76087E+09 5.13160E+09 4.20123E+09 1.82857E+09 3.41365E+080.70.70.70.70.70.745045045045045045034567813.7-23.723.7-3030-32.94432.944-42.94442.944-52.94452.944-601000063002944100001000070561.842 1.842 1.842 1.842 1.842 1.8421001001001001001004004004004004004001200120012001200120012002002002002002002001614141212121000063002944100001000070569000900066004200420042001.3129 1.42 1.4752 1.592 1.6994 1.77110321102886286224622462240.156510251.9865780869.23010.80480.830.8360.8560.872940.880.22550.340.3990.621460.85176811.254619987 1.36606507 1.416502771 1.615507725 1.805934461 1.91579661100006300294410000100007056 57241.1904442452.922416719.6363850423.4132160169.6848846909.561876.43093E+09 3.97798E+09 2.74665E+09 2.25835E+099.35441E+08 1.65497E+081.32644E+107.76087E+09 5.13160E+09 4.20123E+09 1.82857E+09 3.41365E+086.43093E+09 3.97798E+09 2.74665E+09 2.25835E+099.35441E+08 1.65497E+08风弯矩，故该塔稳定及强度校核以地震弯矩控制345678161414121212 78821.1536689.9720612.0913507.5513507.559838.00 900090009000420042004200 452389.3344395840.6676395840.6676158336.267158336.267158336.267 1017876002890641502.1890641502.1166253080.4166253080.4166253080.41.32644E+107.76087E+09 5.13160E+09 4.20123E+09 1.82857E+09 3.41365E+084543433535355451.651.6424242159.6159.6159.6159.6159.6159.628.12532.1428571432.1428571417.517.517.52.97938895 1.917309299 1.222385593 2.127726251 1.742115137 1.0275242690.439062471-0.098756355-0.200739062-0.453958541-0.0683474280.1915366813.031488.71380 5.7616925.2701010.99871 2.0532916.0108710.63111 6.9840827.3978312.74082 3.0808138.1770938.9393436.6821640.6423826.7565918.52576校验合格（橙色的两行纵向对比）校验合格本塔无裙座，该项略合格取2.0MPa荷为控制载荷，故不需计算48，50个680335.98备注27385.45556材质弹性模量1917509.62393E+115.91526E+186554930045备注∑。

塔架强度校核2

塔架强度校核2

3MW 塔架强度校核一、塔架总体参数：见图纸二、机组载荷分析暴风51m/s 时，风向横向吹，风机停车工况载荷载荷计算按blade 软件提供的载荷进行。

根据报告可知：对应各段法兰接合面的最大弯矩M XY 如下：第一节底部:95382KNM 第一节顶部:77236KNM 第二节顶部:56819KNM 第三节顶部:32762KNM 第四节顶部:9780KNM第一部分：塔壁强度校核（一）受力分析1、如图剪力Q=P 风阻弯矩：Mxy 扭矩Mn压力P=机舱全重+风轮全重+分析截面上部分自重，2、工作应力:为复杂应力状态A ：弯曲应力σw =Mxy/WB ：剪应力：由二部分组成，一是纯剪力Q 产生的，另一个是纯扭矩Mn 产生的，最大时为二者的迭加，即τ=τ1+τ2=2Q/A 环+Mn/Wn C:压应力σ=P/A环综合：最大剪应力为τmax =τ1+τ2，发生位置为4；最大压应力为σmax =σ+σw发生位置为1。

综合上述应用第四强度理论：当量应力σdl =≤[σ]223τσ+由于以上应力最大时不同时发生在相同位置，因此计算时按不同工况及部位进行简化。

对于筒壁这里以弯矩Mxy 引起的应力σw 进行筒壁最大安全抗弯能力计算，以简化计算，计算公式：Mmax=W 弯[σ]这里：W 弯为塔筒抗弯截面模量，，D 为⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−4343)2(132)(132D e D D D d D ππ塔筒外径，e 为塔架壁厚，[σ]为塔壁材料的安全许用应力,等于σs /n,n 为安全系数。

安全系数的选取：根据通用机械手册关于安全系数选择的要求，考虑塔筒工作的条件，如高低温、静载、周期与极端载荷交互影响，材料结构焊接，底部开门等影响和其严格的安全要求，及以上公式简化，故取安全系数n=3~4,计算中取3.5,由于塔筒材料选用Q345D，可知其σs=500MPa=500(N/mm2),[σ]=143(N/mm2)进行计算。

塔设备机械强度校核

塔设备机械强度校核

塔设备机械强度校核（一）已知条件：（1）塔体直径i D =800mm ，塔高H=29.475m 。

（2）设计压力p=2.3Mpa 。

（3）设计温度t=19.25O C ,（4）介质为有机烃类。

（5）腐蚀裕量2C =4mm 。

（6）安装在济南地区（为简化计算，不考虑地震影响）。

（二）设计要求（1）确定塔体和封头的厚度。

（2）确定裙座以及地脚螺栓尺寸。

（三）设计方法步骤A 材料选择设计压力p=2.3Mpa,属于中压分离设备，三类容器，介质腐蚀性不提特殊要求，设计温度19.25O C ，考虑选取Q235-C 作为塔体材料。

B 筒体、封头壁厚确定先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及风载荷引起的弯曲应力进行强度和稳定性验算。

a 筒体厚度计算按强度条件，筒体所需厚度d δ=[]22it pD C pσ+Φ-= 2.3800420.85125 2.3?+??-=12.75 mm 式中[]t t σ——Q235-C 在19.25O C 时的许用应力。

查《化工设备机械基础》为125MpaΦ——塔体焊缝为双面对接焊，局部无损检测，Φ=0.85。

2C ——腐蚀裕量，取值4mm 。

按刚度要求，筒体所需最小厚度min δ=22800 1.610001000i D mm ?==。

且min δ不小于3mm 。

故按刚度条件，筒体厚度仅需3mm 。

考虑到此塔较高，风载荷较大，而塔的内径不太大，故应适当增加厚度，现假设塔体厚度n δ=20mm ，则假设的塔体有效厚度e δ=12n C C δ--=20-4.8=15.2mm式中1C ——钢板厚度负偏差，估计筒体厚度在8～25mm 范围内，查《化工设备机械基础》的1C =0.8mm 。

b 封头壁厚计算采用标准椭圆形封头，则[]2 2.3800421250.850.5 2.320.5id t pD C p δσ?=+=+??-?Φ- =12.71mm 。

为便于焊接，取封头与筒体等厚，即n δ=20mm 。

中石油二建塔器强度校核软件开发说明书

塔器强度校核软件开发说明书学校：兰州理工大学学院：石油化工学院开发人：郑运虎指导教师：梁瑞(教授)姜峰(副教授)二零一四年六月十日1. 开发目的为便于大型塔器顺利安装、降低安装成本、提高作业效率，根据GB4710与GB150等相关标准，结合材料在高温650℃热处理条件的强度要求开发出塔器强度校核软件。

2. 开发特点（1）软件开发者在开发软件过程中首先应该考虑的是计算准确、安全并且与计算结果极力靠拢，保证真实性。

（2）其二，软件的便利出了能尽快给出可信的结果，另外要求界面尽量友好、美观，便于操作，尽量体现人性化等操作特点。

（3）为方便用户对输出结果进行查看、打印、另存以及其他粘贴、复制等操作，将VB6. 0与EXCEL等办公软件结合起来，实现程序与EXCEL的无缝连接，并将强度校核报表以E xcel的形式输出。

3、软件设计3.1 功能模块设计对系统功能分析中的各项功能进行集中、分块，按照结构化程序设计的要求，得到系统功能模块图如下：图1 软件系统功能模块图3.2 计算模块计算功能模块是软件的关键部分，为具体说明计算模块的流程，下面对计算功能模块以流程图的形式进行说明。

图2 计算模块流程图4、界面设计好的界面、人性化的操作方式给用户会带来愉快的感觉！下面就该软件的设计的界面以图片格式进行具体列举:图3 登录界面图4 启动界面图5 参数数据界面图6 计算提示界面图7 计算完成提示界面图8 提取结果参数输入界面图9 结果提取提示界面图10 结果提取完成界面图11 结果显示界面图10 其他相关提示界面图11 计算完成自动弹出的结果存储路径界面5、实例应用某长有一丙烯塔，总高65850mm，组装时分三段组装，各段长度从下至上依次为234 40m，21900mm和20510mm，内径为5200mm，材料为Q345R.塔器裙座高度4800mm，第二焊接截面距塔器裙座焊接截面的高度为3200。

裙座名义厚度为30mm，第一焊接截面与第二焊接截面之间材料的名义厚度为30mm，其他各部位壳体的名义厚度均为44mm，焊接系数0.85，校核过程按设防烈度8度，场地土类别为II，地面粗糙粗为B，一阶振型系数0. 01,校核时分别将塔器分为3段校核和16段校核。

塔设备设计与强度校核

• 溢流数，板间距经验参见化工原理下册塔设备 设计一章（图为block显示的精馏塔数据）
在Design页面可以进一步对流体的性质设置，如物系的发泡因子，系统 的过载量（其中发泡因子经验来自孙兰义的化工流程模拟实训P110 表7）
数据输入完毕后，点击run就可以得到结果，结果如下
结果可以看出我们的流量比较均匀，实际设计的时候我们将我们 的塔径设为1.8米，应该能够符合要求（注意设计定型设备的时候 塔径和塔板间距是有标准的，具体标准请参见化工工艺设计手册，
非定型设备价格较高需要订做，慎重考虑，实在设计不能完成时 可以计数据输
入到校核中，并对初步设计过程中没有的数据进行进一步设计！其中塔径按照上 一步圆整到1.8米，板间距按照上步0.6米，溢流数为1，堰高0.05米（堰高的经验 也在化工原理下册第三章）输入完毕后，若design有调整过则调整，没有则采用 默认设置（主要就是发泡因子有无调整），layout这一项选择塔板具体类型（我
最后形成计算说明书，并转化为pdf格式，基本上一个塔的工艺设计和强 度校核就算完毕了！
谢谢
于0.2-0.5 3.停留时间应该大于4秒）
可以看出浙江大学对板间距和塔径经过调整后是能够满足上 面提出的三点的！
• 至此，塔的工艺设计部分就算完成了！我 们可以得到的数据输入到sw6中进行强度校 核！
• 下面以我们自己的数据，模仿浙江大学的 设计过程，完成我们自己的塔设备设计与 校核！并对之前的设计过程进行详细的讲 解！
塔设备设计与强度校核
（此次说明以水洗塔为例）
2016年5月13日
王程
浙江大学的设计结果如下！
得到的塔的具体工艺结果如下，其中比较重要和余下部分部分相 关的就是直径，需要注意的是若直径相差太大就需要进行分段设

精馏塔机械强度校核 整理版

根据《塔设备设计》取扶梯 K3 =400mm
3 各段平台构件的投影面积 A A = Doi ×ph
其中 ph--------平台厚度，根据《塔设备设计》取厚度 20mm
4 操作平台当量宽度 K4
2 A
K4 = l0
其中
l0 --------操作平台所在计算段长度 5 各计算段的有效直径 Dei ，mm Dei = Doi 2si K4 do 2 ps
23.51269496
T1 T 2 T 3 16<0.9K (满足要求) T 2 T 3 36.06 []cr (满足要求)
裙座轴向应力校核 计算内容
裙座有效厚度 es ，mm
裙座筒体直径 Dis ，mm 0-0 截面积 Asb ， mm2 0-0 截面系数 Zsb mm3
KB，MPa
+2s
)2 - ( Di+2n )2 ] H0 +2 m'03
其中
Di---------塔体内直径，800mm
n ---------圆筒名义厚度，6mm
s ---------保温层厚度，30mm
H0 ---------筒体高度，14700mm
----------保温层密度，查过程装备设计基础知 =170 kg/ m3
12 最小质量 mmin
mmin = m01 + 0.2 m02 + m03 + m04 + ma + me
13 最大质量 mmax
mmax = m01 + m02 + m03 + m04 + ma + me + mw
14 塔设备的自振周期 T1
T1 =90.33H

《输电线路基础》第5章-杆塔强度校核-第四节-铁塔型式选择和.


图5-4-1铁塔结构图 (a)酒杯型塔；(b)三角型(克里姆型)塔 l-避雷线顶架；2-横担；3-主材；4-斜材；5-辅助材；6-水平材；7-横隔斜材；8-节点；9-节间
对于上字型或鼓型塔，下导线横担以上称为塔头部分；酒杯型塔 或猫头型塔颈部以上称塔头部分。 一般将与基础连接的那段桁架称塔腿。 塔头与塔腿之间的桁架称为塔身。
铁塔的塔身为柱形立体桁架，桁架的断面多呈正方形或矩形。 桁架的每一侧面均为平面桁架，立体桁架的四根主要杆件称为主 材。在主材的每一个平面上有斜材(或称腹材)连接。 为保证铁塔主柱形状不变及个别杆件的稳定性，需在主柱的某些 断面中设臵横隔材。由于构造上的要求和减少构件的长细比而设臵 辅助材。 斜材与主材的连接处或斜材与斜材的连接处称为节点。 杆件纵向中心线的交点称为节点中心。 相邻两节点间的主材部分称为节间。 两节点中心间的距离称为节间长度。 1、组成塔架的杆系形式 塔架一般由若干片平面桁架组成。平面桁架的杆系布臵常有单腹 杆系、双腹杆系、再分式腹杆系、K形腹杆系、倒K形腹杆系等，见 图5-4-2。
图4-13所示为三角型铁塔亦称鸟骨型换位塔。 这种铁塔与上字型铁塔的优缺点基本相同。用于山区时，将中横 担放在靠近山坡侧，可以充分利用塔高，减少边坡的开挖土石方量， 所以这种铁塔用于山区比上字型铁塔较为有利。 如图4-25、4-28所示为上字型拉线和拉线V型塔铁塔。 上字型拉线铁塔的塔身断面，可用圆钢或角钢做成方形或三角形 的。 该塔构造简单、加工制造方便、重量轻、便于运输和施工组立， 适合于山区线路，以代替笨重的钢筋混凝土电杆。其缺点是：由于 山区地形复杂，故拉线的施工比较麻烦；一旦拉线折断，容易造成 倒塔事故。 图4-16所示为洒杯型直线铁塔。 优点： ⑴适合与双避雷线、导线水平排列的双杆线路配合使用； ⑵导线、避雷线对称布臵，在正常情况下没有不平衡力矩，塔身稳 定性较好；
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（1）风压的计算 ） 计算风压时，对于高度在10m以下的塔，按一段计算，以塔顶部 以下的塔， 计算风压时，对于高度在 以下的塔 按一段计算， 的风压值作为塔设备的均布风压，对于高度超过10m的塔体，应以 的塔体， 的风压值作为塔设备的均布风压，对于高度超过 的塔体 10m为一段分段计算，且将风力简化为作用于整段上的均布载荷。其 为一段分段计算， 为一段分段计算 且将风力简化为作用于整段上的均布载荷。 中任意计算段的风压为： 中任意计算段的风压为：
Doi------塔体各计算段处的外径，m； 塔体各计算段处的外径， ； 塔体各计算段处的外径 Do------塔顶管线外径，m； 塔顶管线外径， δsi ------ 塔设备第i段保温层厚度，m； 段保温层厚度， δps -------塔顶管线保温层厚度，m； 塔顶管线保温层厚度， K3------笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时，可 取K3=0.400m 笼式扶梯当量宽度；当无确切数据时， K4------操作平台当量宽度，m； 操作平台当量宽度， ∑A------第i段内平台构件的投影面积，m2； 段内平台构件的投影面积， L0------操作平台所在计算段的长度，m； 操作平台所在计算段的长度，
1．正确选材 ． 金属材料的耐腐性能，与所接触的介质有关，因此，应根据介质的特性 合理选择。 2．采用覆盖层 ． 覆盖层的作用是将主体与介质隔绝开来。常用的有金属覆盖层与非金属 覆盖层。金属覆盖层是用对某种介质耐蚀性能好的金属材料覆盖在耐蚀性 能较差的金属材料上。常用的方法如电镀、喷镀、不锈钢衬里等。非金属 保护层常用的方法是在设备内部衬以非金属材料或涂防腐涂料。 3．采用电化学保护 ． 电化学保护是通过改变金属材料与介质电极电位来达到保护金属免受电 化学腐蚀的办法。电化学保护分阴极保护和阳极保护两种。其中阴极保护 法应用较多。 4．设计合理的结构 ． 塔设备的腐蚀在很多场合下与它们的结构有关，不合理的结构往往 引起 机械应力、热应力、应力集中和液体的滞留。这些都会加剧或产生腐蚀。 5．添加缓蚀剂 ． 在介质中加入一定量的缓蚀剂，可使设备腐蚀速度降低或停止。
g------重力加速度，m/s2 重力加速度， 重力加速度 e ------偏心距，偏心质量中心 偏心距， 偏心距 至塔设备中心线的距离， 至塔设备中心线的距离，m Me-----偏心弯矩，N .m 偏心弯矩， 偏心弯矩
me
B1
g
（三）风载荷 风载荷是安装在室外的塔设备承受的基本载荷之一。 风载荷是安装在室外的塔设备承受的基本载荷之一。 在风载荷作用下，塔体不仅可能产生弯曲， 在风载荷作用下，塔体不仅可能产生弯曲，还可能产生顺 风方向的振动和垂直于风向的横向振动。对于顺风方向的 风方向的振动和垂直于风向的横向振动。 风力，可以看做是平均风力和脉动风力所组成。 风力，可以看做是平均风力和脉动风力所组成。平均风力 对塔体产生静力作用。脉动风力产生动力作用， 对塔体产生静力作用。脉动风力产生动力作用，将引起塔 设备的振动。在计算风弯矩时，通常是在静力的基础上， 设备的振动。在计算风弯矩时，通常是在静力的基础上， 采用风振系数考虑脉动风力的影响。 采用风振系数考虑脉动风力的影响。
2、风弯矩的计算 、 塔设备任意截面I－ 处的弯矩为 处的弯矩为： 塔设备任意截面 －I处的弯矩为：
…
底截面0－ 处的风弯矩为 处的风弯矩为： 底截面 －0处的风弯矩为：
…
（四）地震载荷 如果塔设备安装在地震烈度为七度及以上地区， 如果塔设备安装在地震烈度为七度及以上地区，设计 时必须考虑地震载荷对塔设备的影响。 时必须考虑地震载荷对塔设备的影响。塔设备在地震波的 作用下有三个方向的运动：水平方向振动、垂直方向振动 作用下有三个方向的运动：水平方向振动、 和扭转，其中以水平方向振动危害较大。为此， 水平方向振动危害较大 和扭转，其中以水平方向振动危害较大。为此，计算地震 力时，仅考虑水平地震力对塔设备的影响， 力时，仅考虑水平地震力对塔设备的影响，并把塔设备看 成是固定在基础底面上的悬臂梁。 成是固定在基础底面上的悬臂梁。 对于实际应用的塔，全塔质量并不集中于顶点，而是 对于实际应用的塔，全塔质量并不集中于顶点， 按全塔或分段均布。计算地震载荷与计算风载荷一样， 按全塔或分段均布。计算地震载荷与计算风载荷一样，也 是将全塔沿高度分成若干段，每一段质量视为集中于该段 是将全塔沿高度分成若干段，每一段质量视为集中于该段 1/2处。即将塔设备化为多质点的弹性体系 处
当塔设备H/Di>5，或高度大于等于20m时，还需考虑 高振型的影响，则所取地震弯矩为上述计算值的1.25倍。
第四节 塔设备常见故障及排除方法
塔设备在操作时，不仅受到风载荷、 塔设备在操作时，不仅受到风载荷、地震载荷等外部 环境的影响，还承受着内部介质压力、温度、腐蚀等作用。 环境的影响，还承受着内部介质压力、温度、腐蚀等作用。 这些因素将可能导致塔设备出现故障， 这些因素将可能导致塔设备出现故障，影响塔设备的正常 使用。所以在设计与使用时，应采取预防措施， 使用。所以在设计与使用时，应采取预防措施，减少故障 的发生。一旦出现故障，应及时发现， 的发生。一旦出现故障，应及时发现，分析产生故障的原 制订排除故障的措施，以确保塔设备的正常运行。 因，制订排除故障的措施，以确保塔设备的正常运行。 塔设备的故障可分为两大类。一类是工艺性故障， 塔设备的故障可分为两大类。一类是工艺性故障，如 操作时出现的液泛、漏液量大、雾沫夹带过多、 操作时出现的液泛、漏液量大、雾沫夹带过多、传质效率 下降等现象。另一类是机械性故障，如塔设备振动、腐蚀 下降等现象。另一类是机械性故障，如塔设备振动、 破坏、密封失效、工作表面积垢、局部过大变形、 破坏、密封失效、工作表面积垢、局部过大变形、壳体减 薄或产生裂纹等。 薄或产生裂纹等。
(二)偏心载荷 二 偏心载荷
有些塔设备悬挂有分离器、 有些塔设备悬挂有分离器、 冷凝器、 冷凝器、换热器等附属设备或 其他附件， 其他附件，这些附属设备对塔 体产生偏心载荷，并引起偏心 体产生偏心载荷， 弯矩。 弯矩。
e
M e = me ge
me -------偏心载荷，Kg 偏心载荷， 偏心载荷
场地土的特性周期Tg 表5-8 场地土的特性周期
（2）水平地震弯矩计算 ）
塔设备任意计算截面i-i的基本振型地震弯矩按式（ 塔设备任意计算截面 的基本振型地震弯矩按式（5-15）计算 的基本振型地震弯矩按式 ）
对于等直径、等厚度塔设备的任意截面 和底截面 和底截面0-0的基本 对于等直径、等厚度塔设备的任意截面i-i和底截面 的基本 振型地震弯矩分别按式（ 振型地震弯矩分别按式（5-16）和式（5-17）计算： ）和式（ ）计算：
1、风力的计算 、
Pi = ki k2i f i q0 Li Dei
Pi-----设备中第 段的水平风力，N； 设备中第i段的水平风力 设备中第 段的水平风力， ； ki ------体形系数，对圆柱形塔设备，取ki=0.7 体形系数， 体形系数 对圆柱形塔设备， k2i ------风振系数 风振系数 fi- ------风压高度变化系数，按表 选取 风压高度变化系数， 风压高度变化系数 按表5-3选取 q0------基本风压值，与建塔地区有关，可按表5-4选取 基本风压值，与建塔地区有关，可按表 选取 基本风压值 Li------塔设备第 段的计算高度，m 塔设备第i段的计算高度 塔设备第 段的计算高度， Dei------塔设备第 段迎风面的有效直径，m 塔设备第i段迎风面的有效直径 塔设备第 段迎风面的有效直径，
一、塔设备的振动
脉动风是塔设备常见故障及排除方法力是塔设备产 脉动风是塔设备常见故障及排除方法力是塔设备产 或周期)与 生振动的主要原因。当脉动风力的变化频率(或周期 生振动的主要原因。当脉动风力的变化频率 或周期 与 塔自振频率(或周期 相近时，塔体便发生共振。 或周期)相近时 塔自振频率 或周期 相近时，塔体便发生共振。塔体产 生共振后，使塔发生弯曲、倾斜，塔板效率下降， 生共振后，使塔发生弯曲、倾斜，塔板效率下降，影响 塔设备的正常操作，甚至导致塔设备严重破坏， 塔设备的正常操作，甚至导致塔设备严重破坏，造成重 大事故。因此在塔的设计阶段就应考虑塔设备产生共振 大事故。因此在塔的设计阶段就应考虑塔设备产生共振 的可能性，采取预防措施，防止共振的发生。 的可能性，采取预防措施，防止共振的发生。防止塔体 产生共振通常采用以下三方面的办法： 产生共振通常采用以下三方面的办法：
段迎风面有效直径Dei的计算 （3）第i段迎风面有效直径 ） 段迎风面有效直径 的计算
当笼式扶梯与塔顶管线布置成180°时： ° 当笼式扶梯与塔顶管线布置成 Dei=Doi＋2δsi＋K3＋K4＋do＋2δps 当笼式扶梯与塔顶管布置成90°时，取下列两式中大值： 取下列两式中大值： Dei=Doi＋2δsi＋K3＋K4 Dei=Doi＋2δsi＋K4＋do＋2δps
1、水平地震力的计算
按照振动理论，对于任意高度hK处的集中质量mK引起 基本振型的水平地震力为：
（1）地震影响系数a的确定 a值可查下图，图中的曲线部分按 计算，但不得小于
Tg----特性周期 特性周期 可由表5-8查得 可由表 查得
可由表5-9查得 可由表 查得

表5-9 地震影响系数的最大值
①提高塔体的固有频率，从根本上消除产生共振的根源。 具体的方法有：降低塔体总高度，增加塔体内径(但需与工 艺设计一并考虑)；加大塔体壁厚，或采用密度小、弹性模 量大的材料；如条件允许，可在离塔顶0．22H处(相应于 塔的第二振形曲线节点位置)，安装一个铰支座。 ②增加塔体的阻尼，抑制塔的振动。具体方法有：利用塔 盘上的液体或塔内填料的阻尼作用；在塔体外部装置阻尼 器或减振器；在塔壁上悬挂外包橡胶的铁链条；采用复合 材料等。 ③采用扰流装置。合理地布置塔体上的管道、平台、扶梯 和其他连接件，以破坏或消除周期性形成的旋涡。在大型 钢制塔体周围焊接螺旋条，也有很好的防振作用。
qi = fi q0