球罐设计说明书2

成绩评定表
课程设计任务书
目录
1 概论 (1)
1.1 球罐的分类 (1)
1.2 球罐的特点 (1)
1.3 球罐的应用 (1)
2 球罐的结构设计 (2)
2.1 材料的选用 (2)
2.2 球壳橘瓣式结构尺寸计算 (2)
2.2.1 设计计算参数 (2)
2.2.2 橘瓣式结构排版的计算 (3)
2.3 支座 (8)
2.3.1 支座设计 (8)
2.3.2 底板 (9)
2.3.3 拉杆 (9)
2.4人孔和接管 (9)
2.4.1 人孔结构 (9)
2.4.2 接管结构 (10)
2.4.3 接管法兰 (10)
2.4.4 接管和补强结构 (10)
2.4.5 保冷措施 (10)
3 球罐强度计算 (12)
3.1 设计条件 (12)
3.2 球壳壁厚的计算 (12)
3.3 球壳应力 (13)
3.4 球壳的稳定性验算 (13)
3.5 支柱、拉杆计算 (15)
3.5.1 静载荷 (15)
3.5.2 动载荷 (16)
3.5.3 附加压缩载荷 (19)
3.5.4 拉杆直径的计算 (19)
3.6 连接部位的强度计算 (20)
3.6.1 销钉直径的计算 (20)
3.6.2 耳板、翼板厚度计算 (20)
3.6.3 地脚螺栓直径的计算 (21)
3.6.4 支柱底板的计算 (21)
4 焊接结构设计 (23)
4.1 焊缝布置 (23)
4.2 焊接顺序 (23)
4.3 焊接方法的选择 (23)
4.4 坡口加工 (23)
参考文献 (24)
1、概论
1.1 球罐的分类
球罐的结构是多种多样的，根据不同的使用条件(介质、容量、压力湿度)有不同的结构形式。

通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类。

(1)按形状分为圆球形和椭球形
(2)按壳体层数分为单层壳体和双层壳体
(3)按球壳的组合方式分为纯橘瓣式、纯足球瓣式和足球橘瓣混合式
(4)按支承结构分为柱式支承和裙式支承，半埋入式支承、高架支承等
(5)按储存温度分为常温球罐、低温球罐、深冷球罐
1.2 球罐的特点
与圆筒形容器相比其主要优点是：
(1)受力均匀
(2)在同样壁厚条件下，球罐的承载能力最高，在相同内压条件下，球形容器所需要壁厚仅为同直径、同材料的圆筒形容器壁厚的l/2(不考虑腐蚀裕度)
(3)在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，由于壁厚、表面积小等原因，一般要比圆筒形容器节约30%～40%的钢材
(4)球罐的表面积最小，即在相同的容量下球罐所需的钢材面积最小
(5)球罐的承载能力比圆筒形容器大一倍，即在相同直径、相同压力下，采用同样钢板时，球罐的板厚只需筒形容器板厚的一半
(6)球罐占地面积小，且可向空间高度发展，有利于地表面积的利用
其主要缺点是制造施工比较复杂。

1.3 球罐的应用
我国在石油化工、合成氨、城市燃气建设中，大型球罐容器被广泛应用于贮存和运输液态或气态物料。

例如，在石油、化工、冶金城市煤气的工程中，球形容器被用于储存液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮、氧气、氮气、天然气、城市煤气、压缩空气等物料；在原子能发电站，球形容器被用作核安全壳；在造纸厂被用作蒸煮球等。

由于球形容器多数作为有压储存容器，故又称球形储罐(简称“球罐”)。

总之，随着工业的发展，球形容器的使用范围必将越来越广。

1—上极；2—上温带；3—赤道带； 4—支柱；5—下极
图2-2 球壳上球瓣几何尺寸关系图（一）
式中 m θ—过m 点与极轴夹角为m β的大圆与球片两交点的半球心角，(°)。

)
180(tan sin 1)
180tan(sin 22i
m i m m N N D C ︒
+︒
=
ββ
第一带球片靠近上极的弧的水平弦长，即当m β为︒30时，mm C m 52.929=
第一带球片远离上极的弧的水平弦长，即当n β为︒85时，mm C n 11.1831= (4) 球片各点相应m C 弦长的弧长
m m D A θπ2360︒
=
∴ )arcsin(180D
C D
A m m ︒=
π 第一带球片靠近上极的弧长mm A m 72.931=
第一带球片远离上极的弧长mm A n 10.1851
=
(5) 球片经线边缘各点至该片上边缘的弧长从图2-2中可知：
图2-3 球瓣几何尺寸关系图（二）(9) 各带球片对角线弦长和弧长计算
从图2-4中可知：
图2-5 回转盖整体铸件凸缘补强人孔
2.4.2 接管结构
球罐接管部分是强度的薄弱环节，国内外事故大多数是从接管处发生的。

为了提高该处安全性，国外制造的球罐采用厚壁管或整体锻件凸缘等补强措施。

1.接管材料
接管最好选用与球壳相同的材料。

补强结构的材料也应与球壳相同的材料。

2.开孔位置
球罐开孔应尽量设计在上、下极带上，便于集中控制，并使接管焊接能够在制造长完成。

开孔应与焊缝错开，其间距应于大3倍的板厚，并且必须大于100mm。

如图
2.4.3接管法兰
本球罐的法兰接管，除了与液位计、安全阀和溢流阀连接的管口之外，进液口、出液口、放空口和排污口都应与对应的钢制管法兰盖配合使用。

2.4.4接管的补强结构
接管最好采用厚壁管补强，如图2-6所示
2.4.5 保冷措施
保冷结构应该充分防止外界热量侵入出罐本体。

单层壳球罐的壳体保冷一般采用聚氨酯泡沫。

图2-6 厚壁管补强。