【導讀】要求：繪制0#總裝圖一張，零部件圖0#總量1張，設計說明書一份。閱讀查找大量國內(nèi)外文獻，在系統(tǒng)了解球罐結(jié)構(gòu)設計及制造方法的基礎上，并對比國內(nèi)和國外球罐技術(shù)和發(fā)展趨勢，完成緒論的撰寫。GB12337-98《鋼制球形儲罐》對球罐進行結(jié)構(gòu)與強度設計計算。關附件，并根據(jù)技術(shù)要求對球罐進行制造安裝。

　　

【正文】 n( ) = 弧長 L? 3=πR90arcsin (L 32R ) = 弦長 L 3=2Rsin(β22 :β2)H =26150sin21 = 弧長 B? 2=πRβ3180 = 615014180 = 弦長 B 2=2Rsin(β32) = 12300 sin7 = 弦長 B 1=2Rsin(a22 ) = 12300 sin 12 = 弧長 B? 1= πR180 a2 = 6150180 24 = 弦長 D =√L 1L 3 +(B 1)2 = √ + ()2 = 弧長 D? =πR90arcsin(D2R) = 615090 arcsin() = 式中： a2 = 180。β02 ? arcsin(D 02R )= 180。502 ?arcsin( ) = 24 四川理工學院畢業(yè)設計 25 a3 = 90 ?β02 +arcsin(M2R) = 65+ arcsin( 895912300) = a4 = 2arcsin*√22 sin (a32)+ = M=2√2Rsin31H = 2√26150 = 5. 溫帶板 (見圖 ) 圖 溫帶板 弧長 B? 7=2πRn cos45 = 12300 = 弦長 B 7=2Rcos45sin(18020 )= 弦長 B 8=2Rcos(β:α2 )sin (πn) = 12300 cos(502 )sin9 = 弧長 B? 8=2πRn cos(β:α2 ) = 1230020 cos25 = 弦長 B 9=2Rcosasin (πn) = 12300 cos5sin9 = 弧長 B? 9=2πRn cosa = 1230020 cos5 = 弦長 D 5=√B 7B 8 + (L B)2 = √ +()2 = 弧長 D? 5=2Rarcsin(D 52R ) = 12300 arcsin( ) = 弧長 L? 8=2Rsin(20176。) = 第 2章 球罐的結(jié)構(gòu)設計 26 弦長 L 8= 6150 = 4305mm 球殼 （ 1）球殼設計載荷 設計時，考慮了以下載荷： ① 設計壓力； ② 球罐自重以及正常操作條件或試驗條件下內(nèi)裝介質(zhì)的重力載荷； ③ 液體靜壓力； ④ 附件重量； ⑤ 雪載荷； ⑥ 風載荷； ⑦ 地震載荷； 具體計算結(jié)果參見計算書。 （ 2）厚度附加量 C C= C1 + C2 C1—鋼板負偏差 mm C1 = [17] C2—腐蝕余量 mm C2 = C= mm （ 3）許用應力 根據(jù) GB15098 中表 41， 16MnR 厚 度＞ 16~36mm， 強度極限 ? b=470 MPa 屈服極限 ? s=305 MPa 常溫許用應力 ][? t=157 MPa （ 4 ）焊縫系數(shù) ? 球殼全部焊縫采用雙面焊全焊透結(jié)構(gòu)， 100%無損探傷，按 GB1233798 和 GB15098規(guī)定要求，取焊縫系數(shù) ? =。 球罐支柱與拉桿 球罐連接結(jié)構(gòu)形式的確定 GB1233798 中 要求支柱與球殼的連接為赤道正切式。 在 GB12337 標準中推薦了四種正切式支柱與球罐連接結(jié)構(gòu)型式，目前主要是采用加托板的結(jié)構(gòu)和 U形上支柱加連接板結(jié)構(gòu)型式。大型球罐采用加托板支柱還是 U 形支柱四川理工學院畢業(yè)設計 27 更好一直有所爭議。由于加托板結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，已被大多數(shù)制造廠采用，設計和制造技術(shù)比較成熟，本次設計采用加托板連接結(jié)構(gòu)。 支柱結(jié)構(gòu) 支柱 采用無縫鋼管，無縫鋼管的選擇根據(jù)文獻 [18]選擇， 整體 制造，支柱材料采用?4269 mm 的 10 號鋼 制造， 連接焊縫采用全熔透結(jié)構(gòu)。支柱頂部設有球形防雨蓋板。支柱上設置了易熔塞，火災時，通氣用。 拉桿 設 計采用可調(diào)式拉桿結(jié)構(gòu)。 支柱和拉桿設計計算 支柱和拉桿的設計計算遵循 [5]中 ～ 節(jié)。設計計算結(jié)果見計算書。 第 3 章 球罐的工藝尺寸及強度設計 28 第 3 章 球罐的工藝尺寸及強度設計 球殼計算 圖 球罐結(jié)構(gòu)參數(shù)簡圖 設計條件 設計壓力 : ciP = MPa 設計溫度： T= 50 ℃ 球殼材料密度 ρ1： 7850 3/mkg 水壓試驗壓力： MpaPT ? 球殼內(nèi)直徑： mmDi 12300? ( 1000m3 ) 液化石油氣 密度 ρ2： 3/560 mkg 水的密度 ρ3： 1000 3/mkg 充裝系數(shù)： ?K 地震設防烈度： 6 度 基本風壓值： q0 = 300 N/m2 支柱數(shù)目： n = 10 支柱選用 ? 4269 鋼管 拉桿選用 ? 56 圓鋼 四川理工學院畢業(yè)設計 29 球罐建造場地： Ⅱ 類場地土 ，近震， B 類地區(qū) 計算壓力 通常情況下，計算壓力等于設計壓力加上液柱靜壓力 [15] 計算壓力 Pc=設計壓力 P+液柱靜壓力 P1 設計壓力 P= 液體靜壓力 P1 =ρ2gH H= H=γRi 當 K= 時 γ= γ ?系數(shù) [1] 液柱靜壓力 P1 = ρ2gH =560 = 104Mpa P1P =104106 = 3% ≤ 5% 當元件所承受的液柱靜壓力小于 5%設計壓力時，可忽略不計 [1] 所以計算壓力 Pc= 球殼厚度計算 計算厚度： δ = PCDi4[ζ]t?。PC = 123004157。=≤ [ζ]t? = 157 = 計算厚度： δ = 設計厚度： δd =δ+C2 = + = 名義厚度： δn =δd +C1 = + = 向上圓整后 = 38mm 球罐質(zhì)量計算 球殼平均直徑： Dcp = 12300 +δn2 2 = 12338mm 球殼外徑： Do = 12376mm 球殼質(zhì)量： M1 =πDcp2δnρ1 10。9 = 123382 38 7850 10。9 = 142585kg 物料質(zhì)量： M2 = π6Di3ρ2K10。9 第 3章 球罐 的工藝尺寸及強度設計 30 = π6 (12300)3560 10。9 = 490822kg 液壓實驗時液體的質(zhì)量： M3 = π6Di3ρ3 10。9 = π6 (12300)3 1000 10。9 = 973854kg 積雪質(zhì)量： m4 = 0 保溫層質(zhì)量： m5 = 0 支柱和拉桿的質(zhì)量： m6 = 8500kg 附件質(zhì)量： m7 = 6500kg 操作狀態(tài)下的球罐質(zhì)量： m0 = m1+ m2 +m4 + m5 +m6 + m7 = 142585+ 490822 +0 +0+ 8500 +6500 = 648407kg 液壓試驗狀態(tài)下的球罐質(zhì)量： mT = m1+ m3 +m6 + m7 = 142585 + 973854 +8500 +6500 = 1131439kg 球罐最小質(zhì)量： mmin = m1 +m6 + m7 = 142585+ 8500 +6500 = 157585kg 地震載荷計算 自振周期 支柱底板底面至球殼中心的距離： H O = 8000mm 支柱數(shù)目： n=10 支柱材料 10 鋼的常溫彈性模量： E S = 192 103 MPa 四川理工學院畢業(yè)設計 31 支柱外直徑： d O = 426mm 支柱內(nèi)直徑： d i = 408mm 支柱橫截面的慣性矩： I = 64?( do4di4 ) = 64?( 42624082 ) = 108 mm4 支柱底板底面至拉桿中心線與支柱中心線交點處的距離： l = 5500 mm 拉桿影響系數(shù)： ξ= 1? * lH O+2*3? 2lH O+ = 1? *55008000+2*3 ? 255008000 + = 球罐的基本自震周期： T = InEHm S33003 10???? =π√6484078000310?3310192103108= 地震力 綜合影響系數(shù)： CZ = 地震影響系數(shù)的最大值： αmax = (中度） (查 [5]表 15 得 ) 特征周期： Tg = (查 [5]表 16 得 ) 對應于自振周期 T 的地震影響系數(shù)： α = (TgT) = ( ) = 球罐的水平地震力： Fe = CZαm0g = 648407 = 105N 風 載荷計算 風載形體系數(shù)： K1 = 系數(shù) ξ1 = （按 [5]表 15 選取 內(nèi)插法 ） 風振系數(shù)： K2 = 1 + = 1 + = 10m高度處的基本風壓值： q0 = 300 N/m2 支柱底板底面至球殼中心的距離： H0 = 8m 風壓高度變化系數(shù)： f1 = （按 [5]表 18 選取 ） 球罐附件增大系數(shù)： f2 = 第 3章 球罐 的工藝尺寸及強度設計 32 球罐的水平風力： Fw = π4DO2K1K2qo??1??2 10。6 = π4 123762 300 10。6 = 104N 彎矩計算 ( Fe + Fw )與 Fw的較大值 Fmax： Fe + Fw = 105 + 104 = 105N Fw = 105N Fmax = 105N 力臂： L = ???? ? l = 8000 ? 5500 = 2500 mm 由水平地震力和水平風力引起的最大彎矩： Mmax = Fmax L = 105 2500 = 109 N/mm 支柱計算 單個支柱垂直載荷 （ 1）重力載荷 操作狀態(tài)下的重力載荷： G0 = ngm0 = 10 ? = 105 N 液壓試驗狀態(tài)下的重力載荷： GT = ngmT = 10 ? = 106 N （ 2）支柱的最大垂直載荷 支柱中心圓半徑 ： R = Ri = 6150 mm； 最大彎矩對支柱產(chǎn)生的垂直載荷的最大值： （按 [5]表 19 計算） (Fi)max = RMmax = 9? = 104 N 拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值： （按 [5]表 19 計算） (Pi。j)max = RlFmax = 6150 5?? = 105 N 以上兩力之和的最大值 (按 GB1233798 表 17 計算 )： ( Fi + Pij )max = RMmax + RlFmax 四川理工學院畢業(yè)設計 33 = 9? + 6150 5?? = 105 N 組合載荷 操作狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷： W0 = G0 + ( Fi+Pij )max =105 + 105 = 105 N 液壓試驗狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷： WT = GT + ( Fi+Pij )max maxFFw = 106 + 1055 ?? = 106 N 單個支柱彎矩 （ 1）偏心彎矩 操作狀態(tài)下赤道線的液柱高度： hoe = ? = 液壓試驗狀態(tài)下赤道線的液柱高度： hT