xx工程200m3氮气球罐设计计算书

xx 工程200m 3氮气球罐设计计算书

D1 设计条件

设计压力： p= 1.68 M Pa 设计温度： t= －19~80 ℃

水压试验压力： P T = 1.25p = 1.25x1.68 M Pa =2.1 MPa 球壳内直径：D i = 7100 mm ( 200 m 3 ) 储存物料：氮气 充装系数： K ＝ 1 地震设防烈度：7 度

10ｍ高度处的基本风压值： ｑ０＝ 350 Ｎ/ｍ２

支柱数目： ｎ＝6

支柱选用 φ 219 ｘ8 无缝钢管 拉杆选用 φ 32 圆钢

球罐建造场地：III 类场地土

D2 球壳计算

D2.1 计算压力 设计压力: p= 1.68 Mpa

球壳各带的物料液柱高度: (储存介质为气体,不计算物料液柱高度) 物料密度: ρ0 =1.251kg/m 3 (标准状态下) 重力加速度:=9.81m/s 2

球壳各带的计算压力:(储存介质为气体, 各带的计算压力相等)

D2.2 球壳各带的厚度计算: (储存介质为气体, 各带的计算厚度相等) 球壳内直径: D i = 7100 mm

设计温度下球壳材料16MnR 的许用应力:

[]σt

=163 Mpa

焊缝系数: ϕ = 1

厚度附加量: c =c 1 +c 2 = 0 + 1 = 1 mm

[]mm c p D p c

t

i

d 34.19134.18168

.1116347100

68.141

1=+=+-⨯⨯⨯=

+-=

φσδ

取球壳名义厚度δ n = 22 mm. 有效厚度δe = δn -C = 22 - 1 = 21mm 。 设计温度下球壳的最大允许工作压力 p w =4δe[σ]t Ф/(Di+δe)

=4*21*163*1/(7100+21)=1.92MPa

设计温度下球壳的计算应力 σt = p c (Di+δe)/4δe = 1.68*(7100+21)/(4*21)

=142.4<[σ]t Ф=163(MPa)

D3 球罐质量计算

球壳平均直径: D c p = 7122 mm 球壳材料密度: ρ 1 = 7850 kg / m 3

物料密度: ρ 0 = 1.251 kg / m 3 气体密度: ρρ20

00=⨯T T P P =3/9.231

.01.068.119273273251.1m kg =+⨯- 充装系数: K = 1

水的密度: ρ 3 = 1000 kg / m 3 球壳外直径: D 0 = 7144 mm 基本雪压值: q = 250 N / m 2; 球面的积雪系数: C s = 0.4 球壳质量:

m 1 =π D 2c p δη ρ1 ×10-9 = π×71222 ×22×7850×10 -9 =27520 kg . 物料质量: m 2 =

kg K D i 5.44781019.2371006

106

939

23=⨯⨯⨯⨯=

⨯--

π

ρπ

液压试验时液体的质量: m 3 =

⨯⨯=

⨯-

39

33

71006

106

π

ρπ

i D 1000×10 - 9 = 187402 kg

积雪质量: m 4 =

π

π

4104981

02

6

g

D qC s ⨯=

⨯⨯-

.71442× 250 ×0.4 ×10 -6 = 408.6 kg

保温层质量 m 5 = 0

支柱和拉杆的质量:

m 6 = ~2020 kg 附件质量:

m 7 = ~3000 kg (包括盘梯、人孔、接管、安全阀等) 操作状态下的球罐质量:

m 0 =m 1 + m 2 + m 4 + m 5 + m 6 + m 7 = 27520 + 4478.5 + 408.6+ 0 +2020 + 3000 = 37427.1 kg

液压试验状态下的球罐质量:

m T =m 1 + m 3 + m 6 + m 7 = 27520 + 187402 + 2020 +3000 = 219942 kg 球罐最小质量:

m min = m 1 + m 6 + m 7 = 27520 + 2020 + 3000 = 32540 kg

D4 地震载荷计算 D4.1 自震周期

支柱底板底面至球壳中心的距离: H 0 = 5030 mm 支柱数目: n= 6

支柱材料10号钢的常温弹性模量: E s = 192×103 Mpa 支柱外直径: d 0 = 219 mm 支柱内直径: d i = 203 mm 支柱横截面的惯性矩: I=()

π

π

64

64

044

d d i

-=

( 219 4－203 4 )= 2.955×10 7 mm 4

支柱底板底面至上支耳销子中心的距离: 3530=l mm 拉杆影响系数:

ξ=21375.050303530235030353012312

02

0=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛-⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛-H l H l 球罐的基本自振周期:

7

33

33

3

0010955.210192*********.050302.33491310⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=--

πξπ

I

nE H m T s

=0.2967 s . D4.2 地震力

综合影响系数: C Z = 0.45

地震影响系数的最大值: αmax = 0.23 (查表15) 对应于自振周期T 的地震影响系数: αα==max .023

球罐的水平地震力:

F C e Z = α m 0 g = 0.45 × 0.23 × 37427.1× 9.81 =38001 N

D5 风载荷计算

风载体形系数: K 1 =0.4

系数ζ1 : ζ1 = 1.0747 (按表17选取)

风振系数: K 2 =1+0.35ζ1 = 1+0.35×1.0747 = 1.376 10m 高度处的基本风压值: q 0 = 350 N/m 2

支柱底板底面至球壳中心的距离: H 0 = 5.03 m 风压高度变化系数: f 1 =0.8012 (按表18选取) 球罐附件增大系数: f 2 =1.1 球罐的水平风力: F w =

626210212

0101.18012.0350376.14.071444

104

--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=

⨯π

π

f f q K K D

= 6805 N

D 6 弯矩计算

(F e +0.25F w )与F w 的较大值 F max :

F e +0.25F w = 38001 +0.25×6805= 39702 N

F w = 6805 N F max =39702N

力臂: L =H 0 - l = 5030 - 3530 =1500 mm 由水平地震力和水平风力引起的最大弯矩:

M max =F max L = 39702 × 1500 = 5.96×10 7 N ·mm

D7 支柱计算

D7.1单个支柱的垂直载荷 D7.1.1 重力载荷

操作状态下的重力载荷 G 0 =

6

81

.91.374270⨯=

n g m = 61193N