【正文】 成靜載荷，即在靜力的基礎(chǔ)上考慮與動(dòng)力有關(guān)的折算系數(shù)，稱為風(fēng)振系數(shù)。風(fēng)載荷除了使塔體產(chǎn)生應(yīng)力和變形外，還可能使塔體產(chǎn)生順風(fēng)向的振動(dòng)（縱向振動(dòng)）及垂直于風(fēng)向的誘導(dǎo)振動(dòng)（橫向振動(dòng)）。0 = 。Ⅱ = Ⅱ 。Ⅰ = Ⅰ 。Ⅰ = Ⅰ 。0 = 1635Czα1m0gH 底截面 00， h=0 ME10。Ⅰ ， 107 （ 2）裙座與塔體連接處的焊縫截面Ⅱ Ⅱ， h= 塔體段號(hào) 1 2 3 ??? ??(????) ????(??? ??) 104 104 106 ????1Ⅱ 。i (i = 1,2……n) 式中， h為計(jì)算截面距地面的高度， mm。Ⅰ 按式計(jì)算： FE1Ⅰ 。Ⅰ =m??h??∑ m??h??????=?? F??0。0 = α????????m??????= = m??h?? 105 106 107 ∑m??h??3i1 107 垂直地震力 F??Ⅰ 。0 表為求解處置地震力表 塔段號(hào) 1 2 3 垂直地震影響系數(shù)α???????? α???????? = ?????? = = 操作質(zhì)量 m0， kg 當(dāng)量質(zhì)量 m????， kg m????== = 底截面處垂直地震力F??0。Ⅰ ： FvⅠ 。0按式計(jì)算： Fv0。 GB150 所使用的計(jì)算垂直地震力的方法也是第三種。 計(jì)算垂直地震力的方法主要有以下三種： 靜力法； 反應(yīng)譜法； 利用水平地震反應(yīng)譜采用等效重力載荷進(jìn)行計(jì)算。 α1的求?。? α = (TgT)αmax 式中 αmax為地震影響系數(shù)的最大值，見下表 表 地震影響系數(shù) α的最大值 設(shè)計(jì)烈度 7 8 9 α?????? T??為各類場(chǎng)地土的特征周期，見表 表 場(chǎng)地土的特征周期 場(chǎng)地土 近振 遠(yuǎn)振 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 取設(shè)計(jì)烈度為 8 度，故 αmax=， ?、箢悎?chǎng)土地，近振時(shí)，故 Tg= 所以， α1 = (TgT)αmax = ( ) = = = hk的求?。? ηk1 = h∑ 1∑ mihi3ni1 表 第一振型參與系數(shù)第一振型參與系數(shù)計(jì)算表 塔段號(hào) 1 2 3 各段操作質(zhì)量 m??， kg 各點(diǎn)距地面高度 h??， mm 7500 h?? 104 105 105 m??h?? 107 107 109 A = ∑m??h??3i1 109 h??3 108 1010 1011 m??h??3 1011 1013 1015 B = ∑m??h??33i1 1015 A/B 106 由上表得：基本振型參與系數(shù) ηk1 ηk1 = = 10。3 = 地震載荷與地震彎矩計(jì)算 按照 JB/T47102020《鋼制塔式器》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法和步驟在上章靜載荷的基礎(chǔ)上對(duì)動(dòng)載荷進(jìn)行計(jì)算，參考文獻(xiàn)《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》對(duì)塔體進(jìn)行校核分析。 各段重量計(jì)算 m1= + +底板重 m1= m2= +出料口接管重 +封頭質(zhì)量 + m2= m3= 封頭連接質(zhì)量 +7m 筒體質(zhì)量 +氣體分布器質(zhì)量 + 籠式扶梯質(zhì)量 +1 個(gè)人孔質(zhì)量 +支撐板質(zhì)量 + 填料質(zhì)量 +1 個(gè)平臺(tái)質(zhì)量 +附件質(zhì)量 +液體再分布器質(zhì)量 +封頭質(zhì)量 +除沫擋板質(zhì)量 +液體分布器質(zhì)量 +吊柱重 +其他附件重 m3= 查閱文獻(xiàn)得等直徑等厚塔設(shè)備自振周期 T1的簡(jiǎn)化計(jì)算公式為： T1 = √ m0HEδnDi3 10。由于此次設(shè)計(jì)的填料塔為等厚等直徑填料塔，為了在簡(jiǎn)化的同時(shí)又得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果，一般將塔沿高度分為 6~8 段，并將其每段質(zhì)量載荷計(jì)算在設(shè)計(jì)中。得封頭 Vf= mw = π4 7 +2 = 塔器操作質(zhì)量 m0 = m01 + m02 + m03 +m04 +m05 + ma + me = + +0 + ++ = 塔器最大質(zhì)量 mmax = m01 +m02 + m03 +m04 +mw + ma + me =++0+++ = 塔器最小質(zhì)量 mmin = m01 + +m03 + m04 + ma + me =+ +0++ = 塔的自振周期計(jì)算 塔設(shè)備在風(fēng)載荷和地震載荷作用下將產(chǎn)生振動(dòng)，而塔設(shè)備的振動(dòng)問題僅限于線性振動(dòng)。 m平臺(tái) = π4 [(+ )2 ?] 12 1 200 = 故 m04 =253+= 操作狀態(tài)下塔內(nèi)物料質(zhì)量 操作時(shí)填料塔內(nèi)最高液位高度為 1095mm，填料段上噴灑裝置下，液體再分布器存留液為 100mm。 故梯子的質(zhì)量為 40 =253kg。材料 Q345R 密度為 103kg/m3，采用對(duì)接接頭 故 mq = π4( ? ) 103 = 封頭質(zhì)量：查 JB47462020 表 EHA 橢圓形封頭質(zhì)量得 m 封 =，上下共兩個(gè) mf = 2 = 所以 m01 = mt +mq +mf = + + = 內(nèi)件質(zhì)量 填料層總重 陶瓷矩鞍環(huán)的堆積密度 ρp (kgm3)：?jiǎn)挝惑w積填料的質(zhì)量。 圓筒和裙座質(zhì)量 筒體質(zhì)量：筒體高度 H=7000mm。 水壓試驗(yàn)： 本次設(shè)計(jì)的筒體為內(nèi)壓容器，按下列公式計(jì)算： PT = [?][?]t 在常溫 20℃時(shí)， Q345R 在耐壓溫度下的許用應(yīng)力 [?] = 189MPa 所以， PT = = 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力： ?T = PT(Di +δe)2δe ?T = (1400 +3)2 3 ?T應(yīng)滿足下列條件： ?T ≤ ??s ??s = 345 = 所以，筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度要求。還計(jì)算了接管直徑，開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，主要對(duì)封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。材料的選擇方面，對(duì)筒體、封頭和裙座的材料都選了 Q345R。 E 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 工程直徑 DN450 選擇補(bǔ)強(qiáng)圈，參照文獻(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn) JB/T47362020 選擇外徑D0 = 760mm，內(nèi)徑 Di = 455mm，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 δ = A4D0 ?Di= ? 455 = 所以選用 δn = 6mm，坡口型式為 A 型的補(bǔ)強(qiáng)圈。pc= 4822115。 h2min = {√dδnt = √482 9 = 取其中較小值，故 h2 = 。 = A2 = 2h1(δet ?δt)fr +2h2(δet ?C2)fr = 2 0 (8? ) + 2 (8? 1) = 焊縫金屬截面積 (焊腳取 )A3 A3 = 6 6 12 2 = 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 Ae = A1 +A2 +A3 = ++ 36 = 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積 A4 = A? Ae = ? = ? A4 0 故無需補(bǔ)強(qiáng)。 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭有效厚度 δe = δn ? c = 4?1 = 3mm 封頭多余金屬面積 A1： A1 = (B ? d)(δe ? δ)?2δet(δe ?δ)(1 ?fr) = (964 ?482) (3 ?) ? 2 8 (3 ?) (1 ?) = 接管多余金屬面積 A2 接管計(jì)算厚度 δt = pcdi2[σ]nt ?。 人孔 1 補(bǔ)強(qiáng) A 開孔位于 筒體下段 ，筒體的計(jì)算厚度 δ = ， δn = 4mm B 開孔補(bǔ)強(qiáng)面積 A 計(jì)算強(qiáng)度消弱系數(shù)： fr = [σ]nt[σ]r = 115189 = 接管有效厚度： δet = δnst ? C = 9 ?1 = 8mm 開孔直徑： d = di +2c = 480 +2 1 = 482mm 開孔補(bǔ)強(qiáng)面積 A： A = dδ+2δδet(1? fr) = 482 +2 8 (1 ?) = C 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度： Bmax = { 2d = 2 482 = 964mmd +2δn +2δnt = 482 +2 4+2 9 = 508mm 取其中較大值，故 B=964mm 有效高度： h1min = {√dδnt = √482 9 = 取其中較小值，故 h1 = 0mm。pc= 2522115。 h2min = {√dδnt = √302 = 取其中較小值，故 h2 = 。 = A2 = 2h1(δet ?δt)fr +2h2(δet ?C2)fr = 2 (?) +2 (? 1) = 焊縫金屬截面積 (焊腳取 )A3 A3 = 6 6 12 2 = 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 Ae = A1 + A2 +A3 = + +36 = 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積 A4 = A? Ae = ? = ? A4 0 故無需補(bǔ)強(qiáng)。 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭有效厚度 δe = δn ? c = 4?1 = 3mm 封頭多余金屬面積 A1： A1 = (B ? d)(δe ? δ)?2δet(δe ?δ)(1 ?fr) = (604 ?302) (3 ?) ?2 (3 ?) (1 ?) = 接管多余金屬面積 A2 接管計(jì)算厚度 δt = pcdi2[σ]nt ?。 再生氣進(jìn)口補(bǔ)強(qiáng) A 開孔位于筒體 下 部，筒體的計(jì)算厚度 δ = ， δn = 4mm B 開孔補(bǔ)強(qiáng)面積 A 計(jì)算強(qiáng)度消弱系數(shù)： fr = [σ]nt[σ]r = 115189 = 接管有效厚度： δet = δnst ? C = ?1 = 開孔直徑： d = di +2c = 300 +2 1 = 302mm 開孔補(bǔ)強(qiáng)面積 A： A = dδ+ 2δδet(1?fr) = 302 + 2 (1 ?) = C 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度： Bmax = { 2d = 2 302 = 604mmd+ 2δn + 2δnt = 302+ 2 4+ 2 = 325mm 取其中較大值，故 B=604mm 有效高度： h1min = {√dδnt = √302 = 取其中較小值，故 h1 = 。pc= 2192115。 h2min = {√dδnt = √221 6 = 取其中較小值，故 h2 = 。 所以，……都滿足不另行補(bǔ)強(qiáng)要求，所以不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 允許不 另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑 根據(jù) GB1502020 規(guī)定，對(duì)于不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑要求如下： 設(shè)計(jì)壓力小于或等于 ； 兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和；對(duì)于 3 個(gè)或以上相鄰開孔，任意兩孔中心的間距（對(duì)曲面間距弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于該兩孔直徑之和的 倍； 接管外徑小于或等于 89mm； 接管壁厚滿足表 61 要求，表中接管壁厚的腐蝕裕量為 1mm，需要加大腐蝕裕量時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加壁厚； 開孔不得位于 A、 B 類焊接街頭上； 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值 Rm≥ 540MPa 時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。 而本次設(shè)計(jì)的筒體屬于 低壓容器，所以選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富的補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)作為 補(bǔ)強(qiáng)形式。開孔后，除了削 弱了器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全造成隱患， 故需對(duì)開孔進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。 圖 裙座與塔體對(duì)接 橢圓封頭壁厚為 4mm，塔的公稱直徑為 1400mm，直邊高度 h為 25mm。焊接接頭可采用對(duì)接形式或搭接形式。對(duì)接焊接接頭裙座殼體外徑與封頭外徑相等，兩者的連接焊縫必須采用全焊透連續(xù)焊 。 （ 3） 焊接接頭可以分為對(duì)接或塔接型式。 Q235 因?yàn)槟陀眯院瓦m用場(chǎng)合等多種因素已經(jīng)不太使用 。并且裙座所 耗費(fèi)材料對(duì)整個(gè)塔而言不多，提高它的用材要求，在經(jīng)濟(jì)上不會(huì)造成太多的費(fèi)用。 （ 2） 選擇裙座材料為 Q345R，裙座不能與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器用材的限制。 （ 1） 類型 DN1m， H/DN=7750/1400=30，因此選用圓筒形裙座。對(duì)直徑小又細(xì)高的塔（即 DN≤1m， 且 H/DN＞ 25 或 DN＞ 1m， 且 H/DN＞ 30） ， 為了提高設(shè)備的穩(wěn)定性及降低地腳螺栓與基礎(chǔ)環(huán)支承面上的應(yīng)力，可采用圓錐形裙座。圓整得 δn = 4mm。 確定應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù) K： K = 16[2 +( Di2hi)2] K = 16 *2+ ( 14002 344)2+ = K 為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，取 K=。選擇材料為與筒體相同的 Q345R，則 [?]t = 189MPa，選雙面焊接對(duì)接接頭， 局部 無損檢測(cè)時(shí)取 216。 封頭厚度計(jì)算 對(duì)受內(nèi)壓封頭的強(qiáng)度計(jì)算，由于封頭和圓筒相連接，所以不僅需要考慮封頭的薄膜應(yīng)力，還需要考慮與圓筒連接處的不連續(xù)應(yīng)力。 封頭類型的確定 由于設(shè)計(jì)壓力為 ，屬低壓容器，設(shè)計(jì)溫度為 100℃ ，故在滿足工藝條件前提下，比較封頭的制造難以程度、消耗材料