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
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。
塔设备设计方案范文
塔设备设计方案范文背景介绍：塔设备是指在高空环境中进行建筑、维修、保养等工作时使用的设备，主要包括升降机、脚手架、吊篮等。
随着城市化进程的加快，高楼大厦的建设数量不断增加，对塔设备的需求也越来越大。
因此，设计一套安全、高效、可靠的塔设备，对于提高建筑施工质量和效率具有重要意义。
设计要求：1.安全可靠：设备在高空环境中工作，必须保证操作人员的安全。
设备的结构要坚固稳定，具备较高的抗风性能，能够抵御自然环境的影响。
同时，设备还要配备安全保护装置，如防坠器、制动器等，确保在发生紧急情况时能够及时采取措施保护操作人员。
2.高效节能：设备的设计应当尽量提高工作效率，减少人力投入。
例如，升降机的升降速度要快、载重量要大，以满足不同工作需求。
同时，设备还应该具备节能功能，如采用先进的电动技术替代传统的机械传动方式，降低能耗和运行成本。
3.灵活易用：设备应具备较大的适应性和可调节性，以满足不同场合的需求。
例如，升降机的高度应该可调节，脚手架的搭建方式应该灵活多变。
同时，设备的操作应简单易懂，方便工人上手使用，减少出错。
设计方案：基于以上设计要求，设计了一套符合要求的塔设备方案。
1.升降机：采用液压驱动方式，提供快速、稳定的升降功能。
配备可调节高度的工作平台，满足不同高度的工作需求。
同时，升降机还具备较大的载重量，能够承载多人和工具设备同时上下运行。
为了提高安全性，升降机还配备了防坠器和制动器等安全装置，一旦出现异常情况，即可自动启动保护机制。
2.脚手架：采用铝合金材料制作，具有轻便、坚固的特点。
脚手架的搭建方式可调节，适应不同形状和高度的建筑物。
为了提高操作人员的安全性，在脚手架的边缘设置了护栏，确保人员不会意外掉落。
脚手架还配备了平台和扶手等设施，方便操作人员上下、前后移动。
3.吊篮：采用电动驱动方式，提供稳定的升降和运行速度。
吊篮的结构采用钢构设计，具有较好的抗风性能。
吊篮具备较大的载重量，可同时承载多人和工具设备。
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。
第二课塔器设计基础及案例
Ring
Intalox Saddle
螺旋环，Spiral Ring
改 进 矩 鞍 (Glitsch) ，
Ballast Saddle
鲍尔(开孔)环，
改 进 矩 鞍 (Koch) ， Flexi
Pall (Slotted)Ring
Saddle
哈埃派克(Norton)Hy-Pak 改
进
矩
鞍
(Hydronyl)Hydronyl
体在管内停留时间短,不容易结垢,且容易清洗;但壳程不能清洗,因此用 于较脏的加热介质;其本身造价较低,但要求较高的塔体裙座.
• 卧式热虹吸再沸器的主要特点:可用低裙座,但占地面积大,出塔
产品缓冲容积较大,故流动稳定,在加热段停留时间短,不容易结垢,可以 使用较脏的加热介质.
• 立式和卧式强制循环再沸器的共同特点:适应于高粘度液体和
热敏性物料,因为强制循环流速高,停留时间短,有利于工艺流体循环流 量的控制和调节.
精馏方案的选定
• 5.冷却方式
– 1)冷却剂----通常是水,水温随气候而定.入口一般为15℃--20℃,出
口<50℃，目的防止溶解于水中的无机盐析出.
• 冷却剂 还可以是冷冻盐水.液氨等，一般用于较低温度。
– 2)冷凝设备的结构形式
2024/6/8
4
天津创举科技有限公司
➢ 六七十年代，出现塔径十米以上的板式塔，塔板 数多达上百块、塔高度达80米；填料塔的最大直 径有15米，高八十年代以后，填料塔开始大量应用。板式塔与
填料塔的应用并驾驱，竞争日趋激烈。 ➢ 近年来，大量新型塔板研究成功。例如：
• 小塔---蛇管换热器 • 大塔---列管式换热器
工艺流程设计的要求
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
化工机械设备课程设计浮阀塔的设计
摘要 (2)1 前言 (3)1.1 研究的现状及意义 (3)1.2 设计条件及依据 (6)1.3 设备结构形式概述 (7)2 设计参数及其要求 (9)2.1 设计参数 (9)2.2设计条件 (9)2.3设计简图 (10)3 材料选择 (11)3.1 概论 (11)3.2塔体材料选择 (11)3.3裙座材料的选择 (11)4 塔体结构设计及计算 (12)4.1塔体和封头厚度计算 (12)4.1.1 塔体厚度的计算 (12)4.1.2封头厚度计算 (12)4.2塔设备质量载荷计算 (12)4.3风载荷与风弯矩的计算 (14)4.4地震弯矩的计算 (17)4.4.1地震弯矩的计算 (17)4.4.2偏心弯矩的计算 (18)4.5各种载荷引起的轴向应力 (19)4.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (20)4.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 (20)4.6.2.塔体和裙座的稳定校核 (21)4.7塔体水压试验和吊装时的应力校核 (22)4.7.1水压试验时各种载荷引起的应力 (22)4.7.2水压试验时应力校核 (23)4.8基础环的设计 (24)4.8.1 基础环尺寸 (24)4.8.2基础环的应力校核 (24)4.8.3基础环的厚度 (25)4.9地脚螺栓计算 (25)4.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (25)4.9.2地脚螺栓的螺纹小径 (26)符号说明 (27)小结 (30)参考文献 (30)谢辞....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
图纸....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
塔式起重机设计规范
塔式起重机设计规范1. 引言塔式起重机是一种常用的起重设备，广泛应用于工地、码头等领域。
为了保证塔式起重机的安全性和功能性，设计过程中必须遵循一定的规范，本文将介绍塔式起重机设计规范的相关要求。
2. 设计原则在进行塔式起重机的设计过程中，需要遵循以下原则：2.1 安全性原则塔式起重机的设计必须保证其在运行过程中能够保持稳定，并且能够承受额定的荷载。
设计中应考虑各种不同荷载情况下的稳定性和安全性。
2.2 功能性原则塔式起重机的设计应满足其预期功能，包括提升和移动重物的能力。
设计中应考虑不同工况下的功能需求，确保起重机能够满足实际使用需求。
2.3 经济性原则塔式起重机的设计应尽可能节约成本，同时要保证其性能和质量。
在设计过程中应考虑材料的成本、维护成本等因素，达到经济合理的设计方案。
3. 结构设计塔式起重机的结构设计是实现功能和安全的关键。
以下是一些常见的结构设计要求：3.1 塔身结构塔式起重机的塔身结构应具有足够的强度和刚度，以保证其在运行过程中不会发生变形或断裂。
在设计过程中，需要考虑材料强度、造型和连接方式等因素。
3.2 附着装置塔式起重机的附着装置用于固定塔身，以保证其稳定性。
附着装置应具有足够的牢固性，并且能够承受塔身和荷载的力。
3.3 提升装置塔式起重机的提升装置用于提升和放下重物。
提升装置应具有足够的承载能力和运行稳定性，并且具备合理的工作空间和速度等参数。
4. 控制系统设计塔式起重机的控制系统设计是实现操作和控制的关键。
以下是一些常见的控制系统设计要求：4.1 操纵方式塔式起重机的操纵方式可以采用手动或自动控制。
在设计中需要考虑操纵杆、按钮、遥控器等的布置和操作方式，以便操纵员能够灵活、准确地操作起重机。
4.2 安全保护装置塔式起重机的控制系统中应配备必要的安全保护装置，例如过载保护装置、限位保护装置等。
这些装置能够对起重机的运行状况进行监测，保证操作的安全性。
5. 维护与检修塔式起重机的维护和检修是保障其安全和运行的重要环节。
塔设备设计课程设计
塔设备设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法，能够运用所学知识进行简单的塔设备设计。
具体来说，知识目标包括：掌握塔设备的基本结构和工作原理；了解塔设备设计的基本理论和方法；熟悉塔设备的常用材料和计算方法。
技能目标包括：能够运用CAD等软件进行塔设备的绘图；能够进行塔设备的选型和计算；能够独立完成简单的塔设备设计。
情感态度价值观目标包括：培养学生的创新意识和团队合作精神；增强学生对工程实践的认知和兴趣；培养学生对塔设备设计和制造的热爱和敬业精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括塔设备的基本原理、塔设备的结构设计、塔设备的强度计算、塔设备的材料选择、塔设备的制造工艺等。
具体来说，教学大纲如下：1.塔设备的基本原理：包括塔设备的定义、分类和应用；塔设备的工作原理和性能指标。
2.塔设备的结构设计：包括塔设备的塔体、塔板、塔内件等的设计方法和步骤。
3.塔设备的强度计算：包括塔设备的压力容器强度计算、塔板的强度计算等。
4.塔设备的材料选择：包括塔设备的常用材料、材料的性能和选择原则。
5.塔设备的制造工艺：包括塔设备的制造流程、制造技术和质量控制。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。
具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解塔设备设计的具体应用和注意事项。
3.实验法：通过实验操作，使学生掌握塔设备的制造工艺和质量控制。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的塔设备设计教材作为主要教学资源。
2.参考书：提供相关的塔设备设计参考书籍，供学生自主学习。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，丰富教学手段。
4.实验设备：准备齐全的塔设备实验设备，为学生提供实践操作的机会。
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（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）
根据塔盘的结构特点，常将板式塔分为：泡罩 塔、筛板塔、浮阀塔、浮舌塔、浮动喷淋塔等多 种不同的塔型。本节以浮阀塔为例介绍板式塔结 构设计。
第五章 塔设备设计 36
第五章 塔设备设计
21
课程设计
试验压力引起的轴向应力：
重力引起的轴向应力：
弯矩引起的轴向应力：
第五章 塔设备设计
22
课程设计 5.3.9.2 应力校核 压力试验时，圆筒材料的许用轴向压应 力[σ]cr按式(5-37)确定：
压力试验时，圆筒最大组合应力按以下 公式校核：
液压试验时：
气压试验时：
液压试验时： 气压试验时：
板式塔的总体结构
1.出料管 2.蒸汽进口管 3.塔体 4.回流管 5.吊柱 6.蒸汽出口管 7.除沫装置 8.人孔 9.塔盘 10.加料管 11.裙座
第五章 塔设备设计
37
课程设计
5.4.2. 塔盘结构设计 塔盘是板式塔内气、液接触的主要元件。 塔盘的设计要求： 塔盘板要求有一定的刚度以维持水平， 使塔盘上的液层深度相对均匀； 塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以 避免气、液短路； 塔盘设计应该以便于制造、安装、检修， 并且成本低为原则。
第五章 塔设备设计 24
课程设计
裙座基底截面的组合应力按式(5-43)和式 (5-44) 校核：
（其中Fv仅在铅垂地震力参与组合时计入此项）
5.3.10.2 裙座检查孔和较大管线引出孔截面处 组合应力
第五章 塔设备设计 25
裙座检查孔和较大管线引出孔 (见图5-8) h-h截面处组合应力按 式(5-47)和式(5-48)校核：
第五章 塔设备设计 6
课程设计
5.3
塔设备的强度和稳定性计算
Calculation of Strength and stability of tower 塔设备壁厚（等截面、等壁厚塔设备）的计算步骤： ①根据GB 150-1998《钢制压力容器》相应章 节按压力计算圆筒及封头的有效厚度 ②考虑各种载荷的作用，并考虑制造、安装、 运输的要求，设定各截面处圆筒有效厚度δei与裙 座有效厚度δes。应满足δei ≥ δe 。若按强度计算的 厚度较小时，考虑刚度要求应使δ δmin≥2Di/1000, 且不小于3mm,腐蚀裕量另加。 ③根据自支承式塔设备承受的质量载荷、风 载荷、地震载荷及偏心载荷与介质压力同时作用 的危险情况下的应力组合，选取若干计算截面(包 括所有危险截面)，进行应力校核，并应满足各相 应要求，确定塔体及裙座的名义壁厚。
•无垫板时
课程设计
第五章 塔设备设计
32
课程设计
有垫板时
一般环形盖板厚度不小于基础环厚度。 盖板最大应力应等于或小于盖板材料的许用 应力，即： σz ≤ [σ]z 。 对低碳钢盖板的许用应力[σ]z ＝140MPa。
第五章 塔设备设计
33
课程设计
5.3.12 裙座与塔壳焊缝 5.3.12.1 裙座与塔壳搭接焊缝 搭接焊缝J-J截面处(见图5-l2) 的剪应力按式 (5-73)或式(5-74)校核：
5.3.8.1 圆筒轴向应力 圆筒任意计算截面I-I处的轴向应力分 别按式(5-25)、式(5-26)和式(5-27)计算： 由内压和外压引起的轴向应力：
第五章 塔设备设计 17
由内压和外压引起的轴向应力：
课程设计
操作或者非操作时重力及垂直地震力引起的轴 向应力：
（其中Fv仅在铅垂地震力参与组合时计入此项）
第五章 塔设备设计 30
课程设计
当λ≤ λc时：
当λ> λc时：
筋板的压应力应小于或等于许用应力
即σG ≤ [σ]G
但δG一般不小于2／3基础环厚度。
第五章 塔设备设计 31
5.3.11.4 盖板 ①分块盖板最大应力按式(5-69)或式(5-70)计 算： 无垫板时
有垫板时 一般，分块盖板厚度不小于基础环厚度。 • ②环形盖板的最大应力按式 •(5-71)或式(5-72)计算；
I I M E I 1.25 M E1 I
第五章 塔设备设计
12
课程设计
5.3.5 风载荷 塔设备受风压作用时， 风压值随设备高度的增加 而增加。 为计算简便，将风压值 按塔设备高度每10米分为 一段，假设每段风压值各 自均匀分布于塔设备的迎 风面上，如图5-7所示。
第五章 塔设备设计 13
第五章 塔设备设计
4
①了解设计条件； ②选材； ③按设计压力计算塔体和封头壁厚； ④塔设备质量载荷计算； ⑤风载荷与风弯矩计算； ⑥地震载荷与地震弯矩计算； ⑦偏心载荷与偏心弯矩计算； ⑧各种载荷引起的轴向组合应力； ⑨塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； ⑩塔体水压试验和吊装时的应力校核； ⑪基础环设计； ⑫地脚螺栓计算。
第五章 塔设备设计
34
课程设计
5.3.12.2 裙座与塔壳的对接焊缝 对接焊缝J-J截面处（如图5-13） 的拉应力按式5-77校核：
（其中Fv仅在铅垂地震力参与组合时计入此项）
式中： Dit——裙座顶截面内直径，mm
第五章 塔设备设计
35
5.4
板式塔的结构设计
Structure design of plate tower
第五章 塔设备设计 2
第五章 塔设备设计
3
5.2
塔设备设计的内容和步骤
Content and procedure of the design
5.2.1 塔设备设计的内容 包括： 工艺设计（化工原理所做计算） 机械设计：强度、刚度、稳定性计算 结构设计 （材料的选择） 5.2.2 塔设备设计的步骤 5.2.2.1 进行强度、刚度和稳定性计算
第五章 塔设备设计 23
课程设计
5.3.10 裙座轴向应力校核 裙座分为：圆筒形和圆锥形两种。 （常用圆筒形裙座） 裙座的设计： 试取一裙座壁厚δes，然后进 行危险截面的轴向应力校核。 一般取： 裙座基底截面 (0-0) 裙座检查孔和较大管线引出孔 (h - h)截面 (见图5-8) 5.3.10.1 裙座底截面的组合应力
变截面塔基本震型的自振周期T1按下式计算：
h T1 114 .8 mi i H i 1
n 3 n n H i3 H i3 t t 10 3 EI i 1 i i i 1 Ei 1I i 1
(s)
5.3.4 地震载荷 安装在七度或七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑 它的抗震能力，计算出它的地震载荷。
•最大弯矩引起的轴向应力：
第五章 塔设备设计
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课程设计
5.3.8.2 圆筒稳定校核 圆筒许用轴向压应力[σ]按式(5-28)确定：
圆筒最大组合压应力按(5-29)或 (5-30)式 校核：
对内压塔器 对外压塔器
第五章 塔设备设计
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课程设计
5.3.8.3 圆筒拉应力校核 圆筒最大组合拉应力按式(5-31)或式 (5-32)校核： 对内压塔器 对外压塔器
5.3.6 偏心弯矩 偏心载荷在塔截面上引起偏心 弯矩Me，可按式(5-22)计算：
5.3.7 最大弯矩
塔设备任意计算截面I-I处的最 大弯矩Mmax I-I按式(5-23)计算：
第五章 塔设备设计
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课程设计
塔设备底部截面0-0处的最大弯矩 Mmax 0-0 按式(5-24)计算：
5.3.8 圆筒轴向应力校核
课程设计
（其中Fv仅在铅垂地震力参与组合时计入此项）
第五章 塔设备设计
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5.3.11 地脚螺栓座 5.3.11.1 基础环设计 (1)基础环内、外径(见图5-9、图5-10)可参考 式(5-53)、式(5-54)选取：
课程设计
(2)基础环厚度按式(5-55)或式(5-56)计算： ①无筋板时(见图5-9)基础环厚度为
塔设备设计
Design of Tower equipment
化工设备机械基础课程设计
5.1
塔设备的分类和总体结构
Classification and general structure
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）
根据塔盘的结构特点，常将板式塔分为：泡罩 塔、筛板塔、浮阀塔、浮舌塔、浮动喷淋塔等多 种不同的塔型。本节以浮阀塔为例介绍板式塔结 构设计。
第五章 塔设备设计 36
第五章 塔设备设计
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课程设计
试验压力引起的轴向应力：
重力引起的轴向应力：
弯矩引起的轴向应力：
第五章 塔设备设计
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课程设计 5.3.9.2 应力校核 压力试验时，圆筒材料的许用轴向压应 力[σ]cr按式(5-37)确定：
压力试验时，圆筒最大组合应力按以下 公式校核：
液压试验时：
气压试验时：
液压试验时： 气压试验时：
板式塔的总体结构
1.出料管 2.蒸汽进口管 3.塔体 4.回流管 5.吊柱 6.蒸汽出口管 7.除沫装置 8.人孔 9.塔盘 10.加料管 11.裙座
第五章 塔设备设计
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课程设计
5.4.2. 塔盘结构设计 塔盘是板式塔内气、液接触的主要元件。 塔盘的设计要求： 塔盘板要求有一定的刚度以维持水平， 使塔盘上的液层深度相对均匀； 塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以 避免气、液短路； 塔盘设计应该以便于制造、安装、检修， 并且成本低为原则。
第五章 塔设备设计 24
课程设计
裙座基底截面的组合应力按式(5-43)和式 (5-44) 校核：
（其中Fv仅在铅垂地震力参与组合时计入此项）
5.3.10.2 裙座检查孔和较大管线引出孔截面处 组合应力
第五章 塔设备设计 25
裙座检查孔和较大管线引出孔 (见图5-8) h-h截面处组合应力按 式(5-47)和式(5-48)校核：
第五章 塔设备设计 6
课程设计
5.3
塔设备的强度和稳定性计算
Calculation of Strength and stability of tower 塔设备壁厚（等截面、等壁厚塔设备）的计算步骤： ①根据GB 150-1998《钢制压力容器》相应章 节按压力计算圆筒及封头的有效厚度 ②考虑各种载荷的作用，并考虑制造、安装、 运输的要求，设定各截面处圆筒有效厚度δei与裙 座有效厚度δes。应满足δei ≥ δe 。若按强度计算的 厚度较小时，考虑刚度要求应使δ δmin≥2Di/1000, 且不小于3mm,腐蚀裕量另加。 ③根据自支承式塔设备承受的质量载荷、风 载荷、地震载荷及偏心载荷与介质压力同时作用 的危险情况下的应力组合，选取若干计算截面(包 括所有危险截面)，进行应力校核，并应满足各相 应要求，确定塔体及裙座的名义壁厚。
•无垫板时
课程设计
第五章 塔设备设计
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课程设计
有垫板时
一般环形盖板厚度不小于基础环厚度。 盖板最大应力应等于或小于盖板材料的许用 应力，即： σz ≤ [σ]z 。 对低碳钢盖板的许用应力[σ]z ＝140MPa。
第五章 塔设备设计
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课程设计
5.3.12 裙座与塔壳焊缝 5.3.12.1 裙座与塔壳搭接焊缝 搭接焊缝J-J截面处(见图5-l2) 的剪应力按式 (5-73)或式(5-74)校核：
5.3.8.1 圆筒轴向应力 圆筒任意计算截面I-I处的轴向应力分 别按式(5-25)、式(5-26)和式(5-27)计算： 由内压和外压引起的轴向应力：
第五章 塔设备设计 17
由内压和外压引起的轴向应力：
课程设计
操作或者非操作时重力及垂直地震力引起的轴 向应力：
（其中Fv仅在铅垂地震力参与组合时计入此项）
第五章 塔设备设计 30
课程设计
当λ≤ λc时：
当λ> λc时：
筋板的压应力应小于或等于许用应力
即σG ≤ [σ]G
但δG一般不小于2／3基础环厚度。
第五章 塔设备设计 31
5.3.11.4 盖板 ①分块盖板最大应力按式(5-69)或式(5-70)计 算： 无垫板时
有垫板时 一般，分块盖板厚度不小于基础环厚度。 • ②环形盖板的最大应力按式 •(5-71)或式(5-72)计算；
I I M E I 1.25 M E1 I
第五章 塔设备设计
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课程设计
5.3.5 风载荷 塔设备受风压作用时， 风压值随设备高度的增加 而增加。 为计算简便，将风压值 按塔设备高度每10米分为 一段，假设每段风压值各 自均匀分布于塔设备的迎 风面上，如图5-7所示。
第五章 塔设备设计 13
第五章 塔设备设计
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①了解设计条件； ②选材； ③按设计压力计算塔体和封头壁厚； ④塔设备质量载荷计算； ⑤风载荷与风弯矩计算； ⑥地震载荷与地震弯矩计算； ⑦偏心载荷与偏心弯矩计算； ⑧各种载荷引起的轴向组合应力； ⑨塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； ⑩塔体水压试验和吊装时的应力校核； ⑪基础环设计； ⑫地脚螺栓计算。
第五章 塔设备设计
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课程设计
5.3.12.2 裙座与塔壳的对接焊缝 对接焊缝J-J截面处（如图5-13） 的拉应力按式5-77校核：
（其中Fv仅在铅垂地震力参与组合时计入此项）
式中： Dit——裙座顶截面内直径，mm
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5.4
板式塔的结构设计
Structure design of plate tower
第五章 塔设备设计 2
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5.2
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5.2.1 塔设备设计的内容 包括： 工艺设计（化工原理所做计算） 机械设计：强度、刚度、稳定性计算 结构设计 （材料的选择） 5.2.2 塔设备设计的步骤 5.2.2.1 进行强度、刚度和稳定性计算
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5.3.10 裙座轴向应力校核 裙座分为：圆筒形和圆锥形两种。 （常用圆筒形裙座） 裙座的设计： 试取一裙座壁厚δes，然后进 行危险截面的轴向应力校核。 一般取： 裙座基底截面 (0-0) 裙座检查孔和较大管线引出孔 (h - h)截面 (见图5-8) 5.3.10.1 裙座底截面的组合应力
变截面塔基本震型的自振周期T1按下式计算：
h T1 114 .8 mi i H i 1
n 3 n n H i3 H i3 t t 10 3 EI i 1 i i i 1 Ei 1I i 1
(s)
5.3.4 地震载荷 安装在七度或七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑 它的抗震能力，计算出它的地震载荷。
•最大弯矩引起的轴向应力：
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5.3.8.2 圆筒稳定校核 圆筒许用轴向压应力[σ]按式(5-28)确定：
圆筒最大组合压应力按(5-29)或 (5-30)式 校核：
对内压塔器 对外压塔器
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5.3.8.3 圆筒拉应力校核 圆筒最大组合拉应力按式(5-31)或式 (5-32)校核： 对内压塔器 对外压塔器
5.3.6 偏心弯矩 偏心载荷在塔截面上引起偏心 弯矩Me，可按式(5-22)计算：
5.3.7 最大弯矩
塔设备任意计算截面I-I处的最 大弯矩Mmax I-I按式(5-23)计算：
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塔设备底部截面0-0处的最大弯矩 Mmax 0-0 按式(5-24)计算：
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5.3.11 地脚螺栓座 5.3.11.1 基础环设计 (1)基础环内、外径(见图5-9、图5-10)可参考 式(5-53)、式(5-54)选取：
课程设计
(2)基础环厚度按式(5-55)或式(5-56)计算： ①无筋板时(见图5-9)基础环厚度为
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塔设备的分类和总体结构
Classification and general structure