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1、 4.1 概述概述 4.2 板式塔及其结构设计板式塔及其结构设计 4.3 填料塔及其结构设计填料塔及其结构设计 4.4 其他结构设计其他结构设计 4.5 板式塔设计举例板式塔设计举例 本章主要通过板式塔的设计实例来学习本章主要通过板式塔的设计实例来学习和掌握塔设备的结构设计及计算步骤。和掌握塔设备的结构设计及计算步骤。 设计条件： 塔径2000mm 塔高20.35m（20m） 工作压力0.5Mpa 工作温度110 介质：弱腐蚀性有机物（密度0.8) 地点：济南 基本风压400pa 地震烈度8级 塔板距0.459+0.7m 周而复始 各接管： DN DN 裙座人孔 400 回流100 温度 32
2、 取样25 进气450 液面计15 进料100 出料125 压力计25 人孔450 出气150 1、将塔器当作容器，按设计压力求其壁厚； 2、寻找危险截面，分析其危险因素； 3、将各危险因素叠加起来，进行强度和稳定性校核，对拉应力进行强度校核，对压应力，应同时满足强度和稳定条件； 4、校核地脚螺栓的个数及其直径。 00截面：底面基准 11截面：裙座人孔 22截面：塔、座焊缝 33截面：第二人孔下 44截面：顶面mmmm5 .104305. 7328 . 121110 据工作压力0.5Mpa,工作温度110，属低压常温。 工作介质微腐，故选Q235A。l补充：低温：420 1、筒体壁厚 设 P设
3、计压力，应略大于工作压力； P=0.51.15=0.5750.58MPa PPDti2 MPat1138 . 0用单面对接焊，局探， 则， 查 取 查mmCd4 . 72mmC8.01mmn10 无变化t合适mmn10mm4 . 658. 08 . 01132200058. 0 2、封头壁厚 采用标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。 1、设备自重 （1）塔体重m1 其中 NkgDHDDmnniini911509115108 . 701. 001. 022785. 02108 . 75 .17201. 022785. 0242243232220221mmH1755010003475023000
4、 （2）补充：内构件 板式塔的塔盘有整块式（塔径1m以下）和分块式（塔径1m以上）两种。 A、整块式塔盘塔 1)塔盘塔盘： 有小孔通气相 有液封受液装置接受液相 有溢流管排放液相 2）盘壁间密封结构 塔盘圈塔盘圈焊在塔盘上，其高度溢流堰高度； 填料支持圈（板）填料支持圈（板）焊在塔盘圈上，其位置视填料高度而定； 填料填料塞在密封处； 压圈压圈压在填料上； 压板压板压在压圈上； 螺栓螺栓焊在塔盘圈另一侧，用于固定压紧压板。3）降液管降液管 焊在塔盘上，多为弓形。4）塔节内塔盘的固定 塔节下部内壁焊有支座支座，用于固定底层塔盘，每上层塔盘由定距管定距管支承，管内有拉杆拉杆穿过各层塔盘，拧紧拉杆上的
5、螺母即把塔节内各层塔盘紧固。5）塔节塔节由法兰联接组成全全塔塔。 1）塔身为整体圆筒，不分塔节，而塔盘板分为数块安装。 2）据塔径不同，塔盘可分单、双多流结构，泄流。 3）图3-7解说 筋板、受液盘、支持圈（板）、降液筋板、受液盘、支持圈（板）、降液板板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件固定件。弓形板弓形板固定在支持板、受液盘和支持圈上；矩形板矩形板固定在支持板、受液盘和弓形板上；通道板通道板固定在支持板、受液盘、弓形板和矩形板上。自身梁自身梁 一种防止弯曲的手段。矩形板 无支承的一边为自身梁结构，有过渡凹平面，以备叠放通道板。通道板 无自身梁弓形板 弦边为自身梁结构5）塔板的连接与紧固A、固
6、定件 焊在塔壁上B、紧固件 塔板与支持板、塔板与受液盘、通道板与矩形板靠龙门、楔子结板紧固。 弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。查P151表4-2，取浮阀塔盘重79kg/m2由工艺条件知共30个塔盘则 NkgDmi7065070653075422取保温层厚度0.1m，密度300kg/m3 （JB） NkgoHDDmnini3495034953005 .1701. 0221 .201. 022785. 02224220223 由工艺条件知，每10个塔盘设一人孔，一平台，共4个。每个平台为半圆形，取平台宽度0.9m，平台自重查P151表4-2。q=1502mkg2mkgNkgqnDBDmnini26
7、4502645241501 . 0202. 0229 . 021 . 0201. 022785. 0222222422224 塔盘充液重查P151表4-2,取q=70 塔釜液面高1.8m2mkgNkgqnhDmi1111601111630708008.12785.0)(42025 各种管口（人孔、接管、法兰）估计 取Nkgma150001500NkgHDmiw5495005495010005.172785.04202 以上各载按不同情况组合 操作时 水压试验时 安装时Nkgmmmmmmma34936034936543210Nkgmmmmmmmwa787700787704321maxNkgmmm
8、mmma181680181682 . 04321min m0 mmax mmin 349360(N) 787700(N) 181680(N) 先确定最危险界面 0-0 裙座底部 1-1 裙座人孔 2-2 裙座与塔体连接处的焊缝计算段 0-1 1-2 2-3 3-4备注K1 0.7形状系数K2 1.42风振系数q0 400(Pa)基本风压fi 0.8 0.8 0.9 1.2高度系数hi 1 1.8 7.05 10.5各计算高度D效 2.62有效直径Fi 8301500660913120各段风载以3-4段为例：1、K1 空气动力系数空气动力系数，又名形状系数，风吹在不同的凹凸面上会产生不的风力，对
9、于圆形，取0.7；有效DhfqKKFiii021imK12im2、K2 风振系数风振系数，风速是脉动的，这种脉动离地越近，受建筑物影响越大，离地越远，脉动越小，这用高度系数 校正。（P153)l另外，塔的振动影响了风载，这种影响动荷系数动荷系数l 与塔的自振周期自振周期T有关。smmmmMPammkgmmsDEHmHTin38.01020001010220000349362000033.901033.903335330 smmPamkgmDEHmHTin38. 0201. 010102203493620856. 2856. 2336530 smmPamNmDEHQHTin38. 0201. 0
10、1010220349360209125. 09125. 0336530国际单位制距地面高度 40 60 80 100 0.35 0.32 0.26 0.25 0.21im20im系数系数自振周期0.250.51.01.5 22.5 3 4 11.41.72.02.32.52.73.03.2 sT m系数5imK12 查 查 3、 4、 5、35. 0im2 . 1125. 038. 014 . 125. 05 . 0tg42. 12 . 135. 0112imK4003415200qPq表查基本风压2 . 1, 1, 8 . 04415243322110ffffPfi表查不同高度不一样。高度变
11、化系数。风力在mhhi5 .1043计算段长度。 6、mDFFhFKKmmKKmmDDKKDDDi62. 24 . 02 . 002. 2002,4002 . 01 . 022 ,202. 22,443300430效效效水平投影面积。平台宽度扶梯宽度，保温层厚外径，有效直径值见表其它效iiiFNDhqfKKF1312062. 25 .104002 . 142. 17 . 002143 (2)各段风弯矩 前面我们求出了各段的风力 ， 怎样破坏塔体？显然是要把塔吹弯。所以要研究风力产生的弯矩： 弯矩弯矩=力力 矩矩NmhhhhFhhhFhhFhFMw24318025 .1005. 78 . 111
12、3120205. 78 . 11660928 . 11150021830)2()2()2(23210321021010000iFiwMiFNmhhhFhhFhFMw22153525 .1005. 78 . 113120205. 78 . 1660928 . 11500)2()2(232132121111NmhhFhFMw18467325.1005.713120205.76609)2(23232222 题外补充题外补充 地震以波的形式向四周传播破坏，对建筑物来说，以水平振动危害较大。 （1）作用在单质点上的水平地震力mgcFl式中：lc形状系数，对钢制圆形容器：c=0.5；l a地震影响系数 1
13、）据地震烈度查表4-8，选 2）再据T和基质查图4-48得 之系数 3） 本题中，据地震烈度 -查表4-8 得 T=0.38s按二类场地-查图4-48 得系数0.8 故：maxmaxmax系数45. 0max36. 08 . 0max P155表4-9的解释（参考） 一类场地：微风化和中等风化的基石； 三类场地：饱和松沙、淤泥和淤泥质土、充填土等； 二类场地：除一、三类外的一级稳定土。 全塔质量不集中于一点，将塔分成几段，求作用在质点K（K段）的震力（由K段振型系数校正，它包括了各i段对K段的影响）。段振型系数地震系数结构系数KacgmcaFkkkkmmihmmmKhmhmhhikkniiin
14、iiikk段质心距地高度，；的作用点距地高度，段质量1315 . 15 . 1 对质量沿高度均布的等截面塔：总高操作时质量HmhHdhhHmdhhHmhkHiHikk05 . 15 . 103005 . 105 . 158 截面i-I的震矩为自i以上至n各段震力对其力矩之和： 其中，hi-i面距地高度nKkkiiEhhFM1)( 对等径、等厚之塔： 式中H、h的单位是mm m的单位是kg 上式为国际单位 注意：)41410(1758)(5 . 35 . 25 . 35 . 201mmNhhHHHgmcMhhFMiiEnKkkiiE)1234(3543430mNhhHHHmcMiiE25. 15
15、iiEiiEiMMDH柔性大时，注意：当偏心距egemMee 因为是等直径等壁厚的塔设备，所以4343025. 15220)1234(35iiEiiEiiiEMMDHhhHHHmcM为柔性结构又)(65505052404025.1)(5240402034936036.05 .01254(350043000mNMmNHHmcMEE）)(61133048906325. 1)(48906312131204202034936036. 05 . 035)1234(351143434343011mNMmNhhHHHmcMEE)(53281242625025. 1)(426250128 . 238 . 22
16、04202034936036. 05 . 035)1234(352243434343022mNMmNhhHHHmcMEE0-01-12-2243180221535184673655050611330532812715843666714578980WMEMmaxM)(57898025. 0)(66671425. 0)(71584324318025. 065505025. 025. 0222222max111111max000000maxmaxmNMMMMmNMMMMmNMMMMMMMMMMeWEeWEeWEeiiWiiEeiiW取大偏心矩1、设计压力产生的轴向应力MpaPDni291042000
17、58. 0412、操作重量产生轴向压应力MpammlldnmldnDSMpaSgmMpaDgmini8 . 51200586. 001. 012. 0201. 045. 0202. 02)2(96. 50586. 034936056. 501. 0214. 33493602221120022111101120002取短管长度。人孔直径；人孔个数； 同样的弯矩作用于不同的杆件会产生不同的结果，这说明弯曲还与杆的横截面的面积、形状及方向有关。这种横截面的影响叫截面模量。截面模量。MPaPaDMWMni8 .222279754701. 02785. 071584342200max0000003 Mp
18、aDMWMMpaWMmdDildDnDWniii4 .1801. 02785. 057898047 .24027. 0666714027. 0245. 02212. 001. 02201. 0245. 0201. 02785. 0222242222max2222max2231111max113322222211 危险截面轴向应力计算值0-01-12-2295.822.824.718.4niPD41Agm02WM3内应力弯矩力重载力 1、按轴向拉应力验算筒体壁厚 取筒体危险截面2-2，其拉应力强度条件： t22322222122maxl左边：29-5.8+18.4=41.6Mpal右边：1130
19、.8=90.4Mpal左边右边 故满足条件。 2、按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁厚 （1）验算筒体危险截面2-2的组合 轴向压应力，其强度和稳定条件为：取小REnt06.022322222maxl左边：5.8+18.4=24.2Mpal右边：许用应力为113Mpa，而0.06200000 0.01/1=120Mpal因为24.2113，所以满足条件 2）验算裙座危险截面1-1轴向压应力取小REnt06.0113112l左边=5.8+24.7=30.5右边= 113l所以满足条件 （3）0-0截面验算 取小REnt06.0003002l左边=5.8+22.8=28.6右边= 113l所以满足条
20、件 (1)强度验算 1）环向拉应力满足条件水水水5 .2119 . 02359 . 01118 . 00018. 001. 020018. 001. 0225. 158. 02snniMpaCCDPmmCmmC8 . 0112 2）最大组合轴向拉应力 （P157公式434）满足条件右左ssieWniiMpaMpaDMMDgmPD9 . 01698 . 09 . 02355 .2501. 02785. 01846733 . 001. 0214. 378770001. 0421025. 158. 09 . 0785. 03 . 0425. 1max2622222max321max 3）塔充水后（未
21、加压）最大质量和最大弯矩在壳体中引起的组合轴向压应力(P157公式4-35)满足要求右：左取小ininsinsieWniREMpaREMpaMPaREDMMDgm06. 012006. 01882358 . 08 . 03 .1401. 02785. 01846743 . 001. 0214. 378770006. 08 . 0785. 03 . 0max222222maxmax 1、选取基环直径 （1）外径 （2）内径mmDDnib232030020200030020mmDDnibi17203002020003002 2、基础环厚度计算 无筋板时bbbbbWM6222max Cbbbbmax
22、23即 有筋板时，可增加裙座底部刚性，减薄厚度。 关于b和L看P159图4-55CMbgb6maxb板，需先求由以上知，无论有无筋的系数可得值查表据系数计算力矩。2max2max124blbbMMbbgg号混凝土。的取查混凝土设计表，为使取）（取大水试时）操作时）水试操作1005 . 515 . 087. 02431803 . 09 . 1787700132. 21072. 134. 271584372. 132. 2758. 0349360(3 . 0(maxmaxmax4422max00max00max0maxMpaRRMpaMpaMpaWMMAgmWMAgmaabbbbbeWbbbb 混
23、凝土设计强度混凝土标号 100 150 200 250 300轴心抗压 MPa 5.5 8.5 11 14.5 17.5aR 当采用有筋板的基础环时， mNMMbMbMlbmmblmDDbMMlbMMxgbybxnibyxgbgb265515. 0101118. 00972. 0118. 0124115015. 001. 02232. 2212211246262max2max00，。查表则取：中取绝对值大者。本例和从查表是计算力矩，据其中 mmmmCmMbbgb142122012. 0101132655666取考虑附加量 底座环上最大拉应力（由螺栓承担）：取大bbeWEbbeWBAgmWMMM
24、AgmWMM00000min0025. 0 MPammcnAdnMpaMpaMpabtbtBBBBB15022003. 01502814. 372. 132. 2785. 064. 044287464. 064. 09 . 134936087. 024317325. 065505018. 072. 132. 2785. 018168032. 21072. 132. 224317322412244对底碳钢取（根），选螺栓取地风 裙座与筒体的连接焊缝采用对接焊。 不需要验算。一、设计题目：浮阀塔之塔体和群座的机械设计二、设计条件：塔径2000mm 塔高40m 设计压力1.0Mpa 设计温度120 介质：弱腐蚀性有机物（密度0.8) 地点：洛阳 地震烈度8级