第八章 塔设备的机械设计ppt课件.ppt

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1、第八章塔设备的机械设计教学重点：板式塔的基本结构和塔设备的应力校核教学难点：风载荷的计算基本结构：塔体：包括筒节、端盖和联接法兰等；内件：塔板或填料及其支承装置；支座：一般为裙式支座；附件：包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。）（一）塔体厚度的计算第一节塔体与裙座的机械设计1、按设计压力计算筒体及封头壁厚（强度）按第四章“内压薄壁圆筒与封头的强度设计”以及第五章“外压圆筒与封头的设计”方法，计算塔体和封头的有效厚度。（二）塔设备所承受的各种载荷计

2、算（稳定性）以下要讨论的载荷主要有：操作压力；质量载荷；风载荷；地震载荷；偏心载荷。塔设备自重载荷的计算m01------塔体重量（包括外壳及伸出的接管）m02------塔内件重量m03------保温层重量m04------平台和扶梯的重量m05------物料重量me-------偏心重量ma-------附件重量（人孔、法兰）mw------充水重量塔设备在正常操作时的质量塔设备在水压试验时的最大质量塔设备在吊装时的最小质量(8-1)(8-2)(8-3)地震载荷当发生地震时，塔设备作为悬壁梁

3、，在地震载荷作用下产生弯曲变形。所以，安装在7度及7度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出水平地震力，垂直地震力和地震弯矩。塔设备作为悬壁梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。将质量离散：简化力学模型———多质点体系的悬臂梁发生地震时的受力地震载荷及塔体内力（1）.水平地震力任一段集中质量mk所引起的基本振型水平地震力为：Fk=α1ηkmkgN式中α1——对应于设备基本自振周期T1的地震影响系数；ηk——基本振型参与系数；mk——任一段（第k段）塔体的操作质量。（2）.垂直地震力地震烈度

4、为8度或9度地区的塔设备考虑垂直地震力。垂直地震力的作用点：塔器底截面。计算式：Fv=αvmax·meq．g式中αvmax——垂直地震影响系数最大值，取0.6αmax。meq——塔器的当量质量，取0.75m0。3.地震弯距悬臂梁的弯矩：任一质点mk对塔底(0-0截面）的弯矩为：所有质点（k=1,2,……n)对塔底截面的弯矩和为：对于等直径、等壁厚塔器的底截面地震弯矩为：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

5、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。风载荷塔的迎风面受到风压载荷，并随高度而增加。将风压按塔的高度离散，任一计算段的风载荷，就假定是集中作用在该段中点的风压合力：（1）.力学模型的简化：风载荷及塔体内力计算步骤分段（图8-8）选危险截面0—0截面，塔设备的基底截面；1—1截面，裙座上人孔或较大管线引出孔处的截面；2—2截面，塔体与裙座连接焊缝处的截面。两相邻计算截面间的水平风力(8-4)式中─塔设备中第i段的水平风力，N；

6、─体型系数,取0.7；─塔设备中第i计算段的风振系数；─风压高度变化系数,按表8-5查取；─各地区的基本风压，N/m2，见表8-4；─塔设备各计算段的计算高度(见图8-8)，mm；─塔设备中第i段的有效直径，mm.将塔设备沿高度分为若干段，则水平风力在任意截面处的风弯矩为（图8-8所示）风载荷对基底截面的弯矩：风弯矩塔设备顶部悬挂有分离器、冷凝器等附属设备，其重力对塔体产生偏心载荷。偏心载荷引起的弯矩：Me=meg·e偏心载荷计算载荷产生的弯矩为：(8-6)─重力加速度，m/s2;式中─偏心距，即偏

7、心质量中心至塔设备中心线间的距离，m；─偏心弯矩，N·m。7.1.2自支撑式塔设备塔体壁厚的确定方法1.塔设备的危险截面：0-0截面——基底；1-1截面——人孔截面；2-2截面——塔体与裙座连接焊缝截面。位于塔体上的危险截面——2-2截面。2.塔体应力组合（2-2截面）组合轴向应力的构成：σ1——介质压力引起的轴向应力；σ2——塔体自重引起的轴向应力；σ3——塔体所受弯矩引起的轴向应力。例如，内压操作的塔设备在2-2截面处的应力组合：位于背风面，组合轴向应力为：σ=σ1-σ2-σ3位于迎风面，组合轴

8、向应力为：σ=σ1-σ2+σ33、塔体稳定校核计算压力在塔体中引起的轴向应力重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力弯矩在塔体中引起的轴向应力第一　筒体轴向应力轴向许用压应力第二其中B为许用轴向压缩应力。和B的确定参见本书第5章。第三内压塔在停车时和操作时的应力组合：操作时停车时内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在停车情况外压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在正常操作情况3.塔体壁厚的确定方法（1）依据内压容器或外压容器壁厚设计方法确定塔体有效壁厚Se1。