化工设备设计基础第11章塔器设备设计.ppt
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1、第11章 塔器设备设计,一、塔体壁厚的计算二、裙座设计,一、塔体壁厚的计算,结构组成:塔体筒节、封头和联接法兰内件塔板或填料及其支撑装置裙式支座和附件人孔、进出料接管、各仪表接管、液体和气体的分配装置、塔外的扶梯、平台和保温层。,填料塔,板式塔,一、塔体壁厚的计算,塔器多属自支承式设备,一般都很高,且承受多种载荷作用。塔体除应满足强度条件外,还需满足稳定条件。1.按设计压力计算塔体及封头壁厚按内(外)压容器及封头的有关规定,计算塔体及封头的有效厚度Se和SeH。,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算,工作介质压力重量载荷风载荷地震载荷偏心载荷,力学模型:底部固定支撑的悬臂梁。,一、
2、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 塔设备重量载荷塔设备的操作质量(Kg):m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me设备最大质量(Kg)(水压试验时的质量):mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me设备最小质量(Kg)(吊装时的质量,要考虑吊装时的实际质量包含的内容):mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 塔设备重量载荷m01塔设备壳体(包括裙座)质量,Kg。根据求出的壁厚Sn、Sns、SnH;m02塔设备内构件质量,kg;(0.2m02指考虑部分内构件焊在壳体上)m03塔设备保
3、温材料质量,kg;m04平台;扶梯质量,kg;m05操作时塔设备内物料质量,kg,ma人孔、法兰、接管等附属件质量,kg;mw设备内充水质量,kg;me设备的偏心质量,kg;,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 地震载荷计算简化假设:直径、壁厚沿高度变化的圆筒形直立设备,可视为一个多质点体系。每一直径和壁厚相等的一段长度间的质量,可处理为作用在该段高度1/2处的集中载荷 高度hk处的集中载荷mk所引起的水平地震力,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 地震载荷计算,Cz-结构综合影响系数,圆筒形直立设备取Cz=0.5;-设备基本自振周期为T1对应的地震影响系数值;令T
4、=T1按下图查;-地震影响系数的最大值 按下表选取;T设备自震周期,sT1设备基本振型自振周期,按下两式进行计算,Cz-结构综合影响系数,圆筒形直立设备取Cz=0.5;-设备基本自振周期为T1对应的地震影响系数值;令T=T1按下图查;-地震影响系数的最大值 按下表选取;T设备自震周期,sT1设备基本振型自振周期,按下两式进行计算,Cz-结构综合影响系数,圆筒形直立设备取Cz=0.5;-设备基本自振周期为T1对应的地震影响系数值;令T=T1按下图查;-地震影响系数的最大值 按下表选取;T设备自震周期,sT1设备基本振型自振周期,按下两式进行计算,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算
5、地震载荷计算等直径、等壁厚设备的基本自振周期:,-不等直径或不等壁厚设备的基本自振周期,式中 hi第i段集中质量距地面的高度,mm;Hi塔顶至第i段底截面的高度,mm;H塔设备总高,mm;I第i段的截面惯性矩,mm4;Ii=0.393(Di+Sei)3Sei;mi第i段的操作质量,kg;Di塔体内直径,mm;Ei,Ei-1第i段,第i-1段塔材料的弹性模数,MPa;,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 地震载荷计算式中 hi第i段集中质量距地面的高度,mm;Hi塔顶至第i段底截面的高度,mm;H塔设备总高,mm;I第i段的截面惯性矩,mm4;Ii=0.393(Di+Sei)3Se
6、i;mi第i段的操作质量,kg;Di塔体内直径,mm;Ei,Ei-1第i段,第i-1段塔材料的弹性模数,MPa;振型参数与系数,hk计算截面II以上集中质量mk的作用点距地面的高度,mm。,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 地震载荷计算任意计算截面II的地震弯矩,h计算截面距地面高度,等直径、等壁厚的设备任意截面II的地震弯矩,底部截面的地震弯矩,【注】当H/Di5时,设备为柔性结构,须考虑高振型影响,在进行稳定或其他验算时,取地震弯矩值应为上列计算值的1.25倍。,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算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
7、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。塔设备的计算截面应该选在其较薄弱的部位,如截面0-0,1-1,2-2等。两相邻计算截面区间为一计算段;任一计算段的风载荷,就是集中作用在该段中点上的风压合力。任一计算段风载荷的大小,与设备所在地区的基本风压值q0、设备的高度、直径、形状以及自振周期有关。,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算两相邻计算截面间的风载荷为:p0=K1K20q0f0l0De010-6 Np1=K1K21q0f1l1De110-6 NPi=K1K2iq
8、0filiDei10-6 N 式中:q010米高度处的基本风压值。以一般空旷平坦地面、离地面10米高度处,统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速vmax(m/s)为标准,按照 计算得来的。,一、塔体壁厚的计算,2.塔体承受的各种载荷的计算 风载荷计算fi风压高度处变化系数,在100m以下时按表173选取,中间值按内插法求取;K1体型系数(空气动力系数),对圆筒设备取K10.7;K2i风振系数,当塔高H20m时,K2i=1.7,当H20m时取;脉动增大系数,按表174选取;第i段脉动影响系数,按表175选取;第i段振型系数 同一直径的两相邻计算截面间距离,mm;Dei设备各段的有效直径,mm;
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