【正文】 頭深度較小、成型方便、但存在較大邊緣彎曲應(yīng)力、曲面不連續(xù)。 平蓋：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、封頭厚度大、材料耗費(fèi)多、多用于 直徑小高壓容器。 封頭參數(shù)確定 由 JB/T47462020 可知橢圓形封頭各參數(shù)值為：公稱直徑： 1400mm；曲面高度 350mm；直邊高度： 25mm。 根據(jù)工藝 要求，選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)力分布均勻，易于沖壓形成。=。 計(jì)算封頭厚度： δh = KPcDi2[?]t?? c δh = 14002 189 ? = 低合金鋼 δmin δh，故 δh取 3mm，由于鋼材的厚度負(fù)偏差不大于 ，且不超過(guò)名義厚度的 6%，故取 C1=0mm， δn = δh +C2 = 3 +1 = 4mm。 裙座的結(jié)構(gòu)與焊接設(shè)計(jì) 裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了制作方便，裙座一般選用圓筒形。設(shè)計(jì)圓錐形裙座時(shí)，考慮到按穩(wěn)定計(jì)算的錐體厚度是與cos2α成反比（即錐體的半錐頂角 α增大，厚度也將增加），且錐體與塔體的焊縫在彎曲與剪切作用下引起的應(yīng)力突變，也將隨 α的增大而增加，所以 α一般不大于 10176。由于裙座高度一般取為 3～ 6m，本次所設(shè)計(jì)的塔 高為 ，所以在這里取裙座高度取為 。但由于裙座對(duì)整個(gè)塔器而言是個(gè)至關(guān)重要的元件，支撐整個(gè)塔器，如它破壞將直接影響塔器的正常使用。常用的裙座材料為 Q235B 和 Q345R。所以選用 Q345R 較合適。而其中塔接型式的受力情況較差，只是因?yàn)榘惭b較方便，在一些小塔或焊接接頭受力較小的情況下采用，因此我 采用對(duì)接焊接 。 焊接形式設(shè)計(jì) 裙座與塔體的連接采用焊接。 采用對(duì)接 形式時(shí)，一般裙座筒體外徑與填料塔封頭的外徑相等，裙座筒體與填料塔封頭的連接焊縫應(yīng)采用全焊透的連續(xù)焊，且與填料塔封頭的外壁圓滑過(guò)渡。 開(kāi)孔和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 由于工藝與結(jié)構(gòu)要求，需對(duì)容器上開(kāi)孔并安置接管。 目前常用的壓力容器接管局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)分為三種形式： 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)。 開(kāi)孔最大直徑要求 根據(jù) GB1502020 規(guī)定，圓筒上開(kāi)孔的限制： 當(dāng)圓筒內(nèi)徑 Di≤ 1500mm 時(shí)，開(kāi)孔最大直徑 dop≤ Di/2，且 dop≤ 520mm；當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑 dop≤ Di/3，且 dop≤ 1000Mm； 橢圓形封頭、凸形封頭或球殼上開(kāi)孔最大直徑 d ≤ 12Di，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。 查 GB1502020表 43得， Q345R鋼管在設(shè)計(jì)溫度 100℃下的許用應(yīng)力為 [?]t = 189MPa。 用途 公稱尺寸 DN,mm D1,mm 壁厚 ,mm 材料 液體出口 a 200 219 6 Q345R 再生氣進(jìn)口 b 300 325 氣體出口 c 250 273 接管法蘭 d 200 219 6 銅液進(jìn)口 e 200 219 6 人孔 f1,2 450 480 9 液體進(jìn)口補(bǔ)強(qiáng) A 開(kāi)孔位于筒體上部，筒體的計(jì)算厚度 δ = ， δn = 4mm B 開(kāi)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 = 6 ?1 = 5mm 開(kāi)孔直徑： d = di +2c = 219 +2 1 = 221mm 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)面積 A： A = dδ+2δδet(1? fr) = 221 +2 6 (1 ?) = C 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度： Bmax = { 2d = 2 221 = 442mmd +2δn +2δnt = 221 +2 4+2 6 = 241mm 取其中較大值，故 B=442mm 有效高度： h1min = {√dδnt = √221 6 = 取其中較小值，故 h1 = 。 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) = (442 ? 221) (3 ? ) ?2 6 (3? ) (1? ) = 接管多余金屬 面積 A2 接管計(jì)算厚度 δt = pcdi2[σ]nt ?。 = A2 = 2h1(δet ?δt)fr +2h2(δet ?C2)fr = 2 (5 ?) +2 (5 ?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(wú)需補(bǔ)強(qiáng) 同理可證，接管法蘭與銅液出口也無(wú)需補(bǔ)強(qiáng)。 h2min = {√dδnt = √302 = 取其中較小值，故 h2 = 。pc= 3022115。 氣體出口補(bǔ)強(qiáng) A 開(kāi)孔位于 下封頭頂端 ，筒體的計(jì)算厚度 δ = ， δn = 4mm B 開(kāi)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(kāi)孔直徑： d = di +2c = 250 +2 1 = 252mm 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)面積 A： A = dδ+ 2δδet(1?fr) = 252 + 2 (1 ?) = C 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度： Bmax = { 2d = 2 252 = 504mmd+ 2δn + 2δnt = 252+ 2 4+ 2 = 273mm 取其中較大值，故 B=504mm 有效高度： h1min = {√dδnt = √252 = 取其中較小值，故 h1 = 。 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) = (504 ?252) (3 ?) ?2 (3 ?) (1 ?) = 接管多余金屬面積 A2 接管計(jì)算厚度 δt = pcdi2[σ]nt ?。 = 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(wú)需補(bǔ)強(qiáng)。 h2min = {√dδnt = √482 9 = 取其中較小值，故 h2 = 。pc= 4822115。 人孔 2 補(bǔ)強(qiáng) A 開(kāi)孔位于 裙座 ， 裙座 的計(jì)算厚度 δ = ， δn = 4mm B 開(kāi)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(kāi)孔直徑： d = di +2c = 480 +2 1 = 482mm 開(kāi)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 = 。 D 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 ?。 = A2 = 2h1(δet ?δt)fr +2h2(δet ?C2)fr = 2 (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 = ?630 = 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 本章總結(jié) 本章我主要做了材料的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。筒體計(jì)算厚度為 ，封頭計(jì)算厚度為 ，名義厚度 4mm。裙座與筒體的連接采用焊接，且焊接形式為對(duì)接形式。 3 強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算 考核缺陷對(duì)壓力容器安全性的影響 壓力試驗(yàn)?zāi)康氖窃诔瑝毫Φ那闆r下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展，造成破壞或開(kāi)裂而造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 塔器質(zhì)量計(jì)算 塔設(shè)備的操作質(zhì)量 m0 = m01 +m02 + m03 + m04 +m05 +ma +me 塔設(shè)備的最大質(zhì)量 mmax = m01 +m02 +m03 + m04 + mw +ma +me 塔設(shè)備的最小質(zhì)量 mmin = m01 + +m03 + m04 +ma + me 其中： m01為 圓筒 和裙座質(zhì)量； m02為內(nèi)件質(zhì)量； m03為保溫材料質(zhì)量； m04為平臺(tái)和扶梯； m05為操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量； ma為人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量； me為偏心質(zhì)量；mw為液壓試驗(yàn)時(shí)，塔設(shè)備內(nèi)充液質(zhì)量。 Q345R 的材料密度為 103kgm3 ，所以 mt = π4 ( ?) 7 103 = 裙座質(zhì)量：裙座高度取 。 ρp = (1?ε)ρw 式中： ε為填料的空隙率， m3/m3 ρw為填料的密度 ρp = (1 ?) 538 = G = π4 = m02 =除沫裝置 +液體分布器 +液體再分布器 +填料總重 +填料支撐板 +氣體分布器? 保溫層質(zhì)量 保溫材料：無(wú) 所以 m03 =0kg 平臺(tái)和梯子質(zhì)量 扶梯質(zhì)量 根據(jù) JB47102020 附錄 D 得知籠式扶梯單位質(zhì)量為 40kg/m。 平臺(tái)質(zhì)量 鋼制平臺(tái)單位質(zhì)量為 200kg/m2，裙座處人孔由于距離地面高度較低，無(wú)需設(shè)置平臺(tái)，故此次設(shè)計(jì)一處 米的半圓形平臺(tái)。 填料物料重量 G1 下封頭承液體體積 V1 = 筒體承液體體積 V2 = π4 = 故填料塔內(nèi)物料重量 G1 = (V1 + V2)ρ = (+ ) = 液體再分布器上存留液體重量 G2 液體體積 V2 = π4 = G2 = V2ρ = = 故 m05=G1+G2=+= 人孔、接管及法蘭等附件質(zhì)量 ma = = = 水壓試驗(yàn)時(shí)質(zhì)量 液壓試驗(yàn)時(shí)充水質(zhì)量： mw = π4 Di2H0ρw +Vfρw H0為筒體高度， m； ρw為水的密度， 1000kg/m3； Vf為封頭的容積，查 JB47462020《鋼質(zhì)壓力容器用封頭》附錄。 工程中有很多結(jié)構(gòu)和設(shè)備都可以簡(jiǎn)化成單自有度體系，塔體可以看做一端固定，頂部自由的懸臂梁。 本次設(shè)計(jì)將塔設(shè)備分成 3 段，圖為塔的分段圖。3 T1 = 11250 √ 105 4 14003 10。 水平地震力 對(duì)于等直徑、等壁厚的塔設(shè)備，可近似看出是質(zhì)量和剛度沿塔體高度均勻分布的彈性連續(xù)體，也可稱為無(wú)限自由度體系，因此任意高度 hk處的集中質(zhì)量 mk引起的基本振型水平地震力 Fk1按下式計(jì)算，按圖進(jìn)行塔體分段，從下往上依次為 3 段： Fk1 = Czα1η k1mkg 式中 Cz—— 為綜合影響系數(shù)，取 Cz=； η k—— 為第一振型參與系數(shù)； mk—— 為距地面 hk處的集中質(zhì)量； α1—— 為對(duì)應(yīng)于塔設(shè)備第一振型自振周期的地震影響系數(shù)； G—— 為重力加速度。 所以，任意高度 hk處的集中質(zhì)量 mk引起的基本振型水平地震力 Fk1如下表所示： 塔段號(hào) 1 2 3 基本振型參與系數(shù) η??1 水平地震力 F??1 = C??α1η ??1m??g F??1， N 垂直地震力 當(dāng)震級(jí)大于八級(jí)時(shí)，還要計(jì)算垂直地震力。方法一的計(jì)算結(jié)果往往失實(shí)，方法二則因?yàn)槟壳皼](méi)有任何規(guī)范推薦可以用于設(shè)計(jì)的垂直地震反應(yīng)譜所以不能使用，所以方法三是目前處理垂直地震載荷最好的辦法。計(jì)算過(guò)程如下 塔設(shè)備底截面處的垂直地震力 Fv0。0 = αvmaxmeqg 式中 αvmax—— 垂直地震影響系數(shù)最大值，取 αvmax = ， meq —— 塔設(shè)備的當(dāng)量質(zhì)量，取 meq=， kg 任意質(zhì)量 i 處垂直地震力 FvⅠ 。Ⅰ = mihi∑ mkhknkiFv0。0， N F??0。Ⅰ ， N F??Ⅰ 。0 = m??h?? 107 地震彎矩 塔設(shè)備任意計(jì)算截面Ⅰ Ⅰ處基本振型地震彎矩 ME1Ⅰ 。Ⅰ =