塔设备的机械设计

σ max ≤ Kφ [σ ]
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t
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8.1 塔体与裙座的机械设计
如厚度不能满足上述条件，须重新假设厚度，重 复上述计算，直至满足为止。 5．塔体最终厚度的确定 按设计压力计算的塔体厚度Se； 按稳定条件验算确定的厚度Sei； 按抗拉强度验算条件确定的厚度Sei； 取上述三者中的最大值，作为塔体的有效厚度。 6．塔设备水压试验时的应力验算（自学）
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2
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8.1 塔体与裙座的机械设计
当笼式扶梯与塔顶管线布置成180 时 Dei＝Doi＋2Ssi＋K3+K4+d0＋2Sps 当笼式扶梯与塔顶管线布置成90o时，取下列二式中 较大值： Dei＝Doi＋2Ssi＋K3+K4 Dei＝Doi＋2Ssi+K4+d0＋2Sps ④风弯矩 塔设备作为悬臂梁，在风载荷作用下产生弯曲变 形。任意计算截面的I－I处的风弯矩按下式计算：
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8.1 塔体与裙座的机械设计
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 + mw + ma + me
T1的求法： 等直径、等壁厚塔器的基本自震周期：
m0 H T1 = 90.33H ×103 ESe Di3
不等直径或不等壁厚塔器：
n hi n H i3 H i3 T1 = 114.8 ∑ mi ∑ ∑ ×103 H i =1 Ei I i i = 2 Ei 1 I i 1 i =1 n 3
Me＝me g e
式中 me － 偏心质量，kg； e － 偏心质量的中心至塔设备中心线的距离， mm。
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8.1 塔体与裙座的机械设计
3.塔体稳定校核 1）先假定筒体有效厚度Sei, 计算压力在塔体中引起的轴向应力σ1：
Pc Di σ1 = ( MPa ) 4Sei
+σ
i i 3
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8.1 塔体与裙座的机械设计
3）稳定性校核 求出的最大组合轴向压应力， 并使之等于或小于轴向许用压应力 [σ]cr值。许用轴向压应力按下式求 取： t [σ ]cr = KB，K [σ ]
{
}
min
式中 B—按6.2节“筒体轴向压应力的验算”求取； t [σ] —材料在设计温度下的许用应力，MPa； K—载荷组合系数，取K＝1.2。
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8.1 塔体与裙座的机械设计
式中 hi －第i段集中质量距地面的高 度，mm； Hi－塔顶至第i段底截面的高度 ，mm； H －塔设备的总高，mm； 4 i －第i段的截面惯性矩，mm I mi －第i段的操作质量，kg； Ei －第i段塔材料在设计温度下 的弹性模数，Mpa； Di －塔体的内直径，mm。
Fk = Czα1η k mk g
Cz — 结构综合影响系数,对圆筒形直立设备取C=0.5。 α1—对应于塔器基本自震周期T1的地震影响系数α。 其值可从图8－5中查取。
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8.1 塔体与裙座的机械设计
8.1.1 塔体厚度的计算 1 按计算压力计算塔体及封头厚度 根据我们以前第4章和第5章所学知识计算。 2 塔体承受的各种载荷计算 自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力之 外，还承受自重载荷，风载荷，地震载荷，偏心载 荷的作用，如图8-3。 1）塔设备自重载荷的计算 主要要求计算正常操作下、水压试验时和吊装 时各自的质量。分别为最大质量，最小质量和操作 质量。
塔设备的最小质量： mmin = m01 + 0.2m02 + m03 + m04 + ma + me
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8.1 塔体与裙座的机械设计
2）地震载荷 当发生地震时，塔设备作为悬壁梁，在地震载荷 作用下产生弯曲变形。所以，安装在7度及7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 水平地震力，垂直地震力和地震弯矩。 ① 水平地震力

其中Fv 0－0仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入此 项。 如裙座上人孔或较大管线引出孔处为危险截面时 应满足下列条件：
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操作时
M1－1 m1－1 g + Fv1－1 t 0 max + ≤ KB，K [σ ]s Zsm Asm
00 E
当H/Di>15，或高度大于等于20m时，视设备为 柔性结构，必须考虑高振型的影响，在进行稳定或其 他验算时，所取的地震弯矩值应为上列计算值的1.25 倍。
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16 = Czα1m0 gH ( N mm ) 35
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8.1 塔体与裙座的机械设计
3）风载荷计算 风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的 塔壁和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力 ；作用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡 曼涡街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动， 这种情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显 ，一般不予以考虑。 计算步骤： ①分段，图8-8 ②选危险截面
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8.1 塔体与裙座的机械设计
式中 αvmax － 垂直地震影响系数最大值， 取αvmax ＝0.65 αmax（ αmax按表8－2选取） ； meq － 塔器的当量质量，取meq ＝0.75m0，kg。 ③地震弯矩 塔器任意计算截面I－I的基本振型地震弯矩：
M
I I E
= ∑ Fk (hk h)
M
i i w
o
li li +1 li + 2 = Pi + Pi +1 li + + Pi + 2 li + li +1 + + ...( N mm) 2 2 2
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4）偏心载荷计算 偏心载荷所引起的弯矩为：
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ηk —基本振型参与系数。
h
ηk =
式中
1.5 k
mi hi3 ∑
i =1
i =1 n
∑m h
n
1.5 i i
hk－计算截面I－I以上集中质量mk的作用点距 地面的高度，mm。
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8.1 塔体与裙座的机械设计
如基底为危险截面时应满足下列条件：
操作时
水压试验时
m0 g + F M + Zsb Asb
0-0 max
00 v
≤ KB，K [σ ]s
t
{
}
min
0.3M 0-0＋M e mmax g w + ≤ { KB，0.9Kσ s }min Zsb Asb
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8.1 塔体与裙座的机械设计
4、塔体拉应力校核 1）假定筒体有效厚度Sei 计算压力在塔体中引起的轴向应力σ1 重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力σ2 弯矩在塔体中引起的轴向应力σ3 2）求出最大组合拉应力 内压操作的塔设备，最大组 合轴向拉应力出现在正常操作情 况；在危险截面2－2上的分布情 况如图(8－13)
σ max = σ 1 σ
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i i 2
+σ
i i 3
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8.1 塔体与裙座的机械设计
外压操作的塔设备，最大组 合轴向拉应力出现在非操作情况； 在危险截面2－2上的分布情况如 图(8－14)。
σmax = σ σ
i i 3
i i 2
3）塔体拉应力校核 计算出的最大组合轴向拉应力应满足下式：
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8.1 塔体与裙座的机械设计
内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在 停车情况；图(a)
σ
i i max
=σ
i i 2
+σ
i i 3
外压操作的塔设备，最 大组合轴向压应力出现在正 常操作情况；如图(b)
σ
i i max
= σ1 + σ
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i i 2
重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力 σ2： i i i i i i
σ 2 = (m g ± Fv ) / π Di Sei ( MPa)