9塔设备强度设计计算.ppt

第九章　塔设备强度设计计算 主要内容： 了解塔所承受载荷的特点。 熟悉塔体和裙座承受的各项载荷计算及强度校核步骤。 能够确定塔体和裙座体危险截面，并掌握塔体壁厚的校核方法。 一、塔体强度计算 室外H/D较大的塔， 操作压力、 质量载荷、 风载荷、 地震载荷 偏心载荷等 ㈠ 按设计压力计算筒体及封头壁厚 　　按第七章容器设计基础中内压、外压容器的设计方法，计算塔体和封头的有效厚度。 ㈡ 塔设备所承受的各种载荷计算 以下要讨论的载荷主要有： 操作压力； 质量载荷； 风载荷； 地震载荷； 偏心载荷。　 １． 操作压力 内压塔，周向及轴向拉应力； 外压塔，周向及轴向压应力。 操作压力对裙座不起作用。 ２． 质量载荷 塔设备质量包括： m1:塔体和裙座质量； m2:内件；m3:保温材料； m4:平台、扶梯质量； m5:操作时塔内物料质量； ma:人孔、接管、法兰等附件质量； me:偏心；mw:液压试验时，塔内充液质量； 操作停修或水压试验等不同工况物料或充水质量。 m1:塔体和裙座质量； m2:内件质量； m3:保温材料质量； m4:平台、扶梯质量； m5:操作时塔内物料； ma:人孔、接管等附件； me:偏心质量； mw:液压试验塔内充液 设备操作时质量： M0=m1+m2+m3 +m4+m5+ma+me 设备最大质量 （水压试验时）： Mmax=m1+m2+m3 +m4+mw+ma+me 设备最小质量： mmin =m1+0.2m2 +m3+m4 +ma+me 0.2m2:部分内件焊在塔体 空塔吊装，如未装保温层、平台、扶梯等，则mmin应扣除m3和m4。 3. 风载荷 室外自支承塔为悬臂梁。 产生风弯矩， 迎风面拉应力， 背风面压应力。 塔背后气流引起周期性旋涡，垂直于风向的诱发振动弯矩。只在塔H/D较大、风速较大时较明显，一般可忽略。考虑两弯矩矢量叠加。 4. 地震载荷 地震烈度七度及以上地区，设计时必须考虑地震载荷。 地震波作用下： 水平方向振动、 垂直方向振动、 扭转 其中以水平方向振动危害较大。 计算地震力时，仅考虑水平地震力，并把塔设备看成是悬臂梁。 5. 偏心载荷 塔外附属设 塔顶冷凝器偏心安装 塔底外侧悬挂再沸器 偏心载荷引起轴向压应力和轴向弯矩Me， ㈢ 圆筒的应力 1．塔设备由内压或外压引起的轴向应力 2．操作或非操作时，重量及垂直地震力引起的轴向应力（压应力） 3．最大弯矩在筒体内引起的轴向应力 风弯矩MW、地震弯矩ME、偏心弯矩Me。 最大平均风速和可能出现的最大地震烈度，同时达到最大值的几率极小。 通常操作下最大弯矩按下式取值： ??最大弯矩在筒体中引起轴向应力 水压试验时间人为选定且时间较短，在实验情况下最大弯矩取值 ㈣ 筒体壁厚效核 １．最大轴向组合应力的计算 内压塔设备 外压塔设备 正常操作 停修 正常操作 停修 迎风 背风 迎风 背风 迎风 背风 迎风 背风 应力状态 s1 + 0 - 0 s2 - - - - s3 + - + - + - + - smax s1-s2+s3 -（s2+s3） -（s1+s2+s3） -s2+s3 （1） 内压操作的塔设备 ① 最大组合轴向拉应力，出现在正常操作时的迎风侧，即： ② 最大组合轴向压应力，出现在停修时的背风侧，即： （2） 外压操作的塔设备 ① 最大组合轴向压应力，出现在正常操作时的背风侧，即： ② 最大组合轴向拉应力，出现在停修时的迎风侧，即： 2. 强度与稳定性校核 根据正常操作或停车检修时的各种危险情况，求出最大组合轴向应力，必须满足强度条件与稳定性条件，表12-10。 轴向拉应力只进行强度校核，因为不存在稳定性问题。 轴向压应力既要满足强度要求，又必须满足稳定性要求，进行双重校核。 名 称 强度校核 稳定性校核 轴向最大拉应力smax ≤K[s]tf 轴向最大压应力smax ≤K[s]t ≤K0.06Et?ei/Ri???????????????? K为载荷组合系数，取K=1.2。 表12-10 轴向最大应力的校核条件 思考题： 1.自支撑式塔设备设计时需要考虑哪些载荷？ 2.简述内压塔操作时的危险工况及强度校合条件。 组合轴向应力:内压或外压引起的，轴向载荷引起的，最大弯矩引起的。 * 由于最大弯矩在筒体中引起的轴向应力沿环向是不断变化的。与沿环向均布的轴向应力相比，这种应力对塔强度或稳定失效的危害要小一些。为此，对许用拉伸和压缩应力引入载荷组合系数K，并取K=1.2。 * 组合轴向应力:内压或外压引起的，轴向载荷引起的，最大弯矩引起的。 * 由于最大弯矩在筒体中引起的轴向应力沿环向是不断变化的。与沿环向均布的轴向应力相比，这种应力对塔强度