南华大学机械工程学院毕业设计
第三章 塔的设计及强度校核
3.1塔体和封头的厚度计算
3.1.1材料的选择
最高工作压力P=0.1Mpa
设计压力P=0.11Mpa,属于低压吸收设备，一类容器；介质腐蚀性未提特殊要求，故选16MnR作为塔体材料。
3.1.2筒体、封头厚度的确定。
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。 根据设计压力和液柱静压力确定计算压力
塔内液柱高度仅考虑塔1液面高度h=1m，则液柱静压力pH为：
pH?10?6?gh=10×992×9.8×1=0.009<0.05P 故不可以忽略
?6则计算压力Pc=Ph+P=0.119?0.12MPa 筒体厚度计算
按强度条件，筒体所需厚度 ?d＝
＝
PcDi2????t?Pc+C2
+C2
0.12?12002?170?0.85?0.11
=0.47+2 =2.47 ㎜
式中??? — 16MnR在40℃时的许用应力，查标准???为170MPa ;
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? — 塔体焊缝为双面对接焊，局部无损检测，?＝0.85 ； C2 — 腐蚀裕量，根据工艺条件，C2＝2㎜ ； 按刚度要求，筒体所需最小厚度 ?min＝
2Di1000=
2?12001000=2.4㎜ ；
且?min 不小于3㎜ ，
故按刚度条件，筒体厚度仅需3㎜ ；
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＝10㎜，刚假设的塔体有效厚度 ?e＝?n－C1－C2＝10-0-4＝6㎜ ；
式中 C1 — 钢板厚度负偏差，由于GB6654《压力容器用钢板》和GB《低温压力容器用低合金钢板》规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25mm，因此使用该标准中钢板厚度超过5㎜时（如20R、16MnR、和16MnDR等），可取C1=0;
3.1.3封头壁厚计算
采用标准椭圆封头，刚 ?d＝
pDi2?????0.5pt?C2＝
0.11?12002?170?0.85?0.5?0.11+4
＝4.46㎜ ； 为便于焊接，取封头与筒体等厚，取?d=10㎜ ；
3.2塔体上各项载荷计算
塔设备的操作质量m0?m01?m02?m03?m04?m05?ma?me 塔设备的最大质量mmax?m01?m02?m03?m04?ma?me?mw 塔设备的最小质量mmin?m01?0.2m02?m03?m04?ma?me
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3.2.1塔质量
筒休质量m1：查表得，1米高（10㎜厚）筒节钢板质量为298㎏； 1米高筒节的容积为1.131m3 ； 筒体质量 m1=14.425×298=4298㎏ ； 封头质量m2：查表得EHA椭圆封头容积为0.2545m ； 质量（壁厚10㎜）m2=128.3㎏ ； 裙座质量m3
单位裙座质量为305kg ，裙座高度为3m。则m3为915kg； 故塔体质量m01＝m1+m2+m3=4298+128.3×2+915=5469.6㎏ ； 塔内件质量m02：
填料质量＝体积×堆积密度 ＝
?43
×（1.2）2×9×395＝4018㎏ ；
其他内件质量约为50㎏； 故m02＝4018+50＝4068㎏； 保温层质量m03,?si＝0㎜ 质量m03＝0㎏ ；
操作平台（共五层，第层500㎏）及斜梯（总高15m，每5m重125㎏） 质量m04＝4×500+3×125＝2375㎏ ；
m05为操作时塔内物料质量＝2%容积＝0.02×（14×1.13+2×0.2545）×1000＝
326㎏ ；
ma为人孔，接管法兰等附件质量
按经验公式取附件质量为ma?0.25m01=0.25×5469.6=1367.4㎏ 偏心质量me=0
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综上 操作质量m0?m01?m02?m03?m04?m05?ma?me
=5469.6+4018+0+2375+1367.4+0=13230㎏；
塔设备的最小质量mmin?m01?0.2m02?m03?m04?ma?me
=5469+0.2×4018+0+2375+1367+0=10015㎏
最大质量约等于操作质量mmax?m01?m02?m03?m04?mw?ma?me
=5469+4018+0+2375+16956+1367+0=29385
充水质量mw＝
?4×1.22×15×103＝16956㎏
3.2.2自振周期的计算
分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台及外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底部刚性固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁，其基本震型的自振周期T1(s)按《过程设备设计》第二版 （7-5）式第一振型计算式：
T1?1.79mHEI4
3其中I??8Di?e?3?8?1.2?0.006?4.0?10?3(m)4
其中m为塔单位高度上的质量即
T1?1.79m0HEI3m?m0/H，所以
3?3?1.7913230?182.1?1011?4.0?10=0.54(s
允许振动周期 TS＝0.8mHQ?0.8?13230?187560?4.4?s?
式中 Q — 总剪力 Q＝350×18×1.2＝7560 N； 故实际振动周期未超过最大允许振动周期。
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3.2.3地震载荷与地震弯矩的计算
当发生地震时，塔设备作为悬臂梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。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。
首先，选取计算截面（包括危险截面）。该课题中将全塔分为3段。其计算截面分别为0-0、1-1、2-2；
塔体分段如图3.2.2所示，将塔体分为三段分别为0-0，1-1和2-2，其基本参数为
表3.2.2
计算内容 各段操作质量mi,㎏ 各点距地面高度hi,㎜ 0～1 2466 2000 1～2 3250 6500 2～塔顶 3714 12000 图3.2.2
3A=?mihi
i?1对于0-0段：m1h1=2466×2000=2.2×10 对于1-1段：m2h1.521.51.51.58
=3250×65001.5=1.7×109
对于2-2段：m3h3=3714×120001.5=4.9×109
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