塔设备强度设计计算模板

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； 设备操作时质量：
第八章 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
有多种振型，任意高度hK处集 中质量mK引起基本振型的水平 地震力 FK1 Cza1hK1mK g
FK1-mK引起的基本振型水平地震力 Cz-综合影响系数，直立圆筒Cz=0.5；
mK-距离地面hK处的集中质量；
n
h1.5 K
mi
h1.5 i
hK1-基本振型参与系数， hK1
i 1
n
mi hi3
Pi K1K 2i q0 f i Li Dei 10 6
Pi-水平风力； q0-基本风压值，见表4-26，但 均不应小于250N/ｍ2； fi-风压高度变化系数，表4-27 Li-第计算段长度； Dei-塔各计算段有效直径； K1-体型系数，圆柱直立设备0.7 K2i-各计算段风振系数，
K2i-塔设备各计算段的风振系数，
（1）水平风力的计算
迎风面产生风压。与风速、 空气密度、地区和季节有关。 各地离地面10m处30年一遇 10分钟内平均风速最大值作为计算风压，
得到该地区的基本风压q0，见表4-26。
风速随地面高度而变化。塔高于10m，应 分段计算风载荷，视离地面高度的不同乘
以高度变化系数fi，见表4-27。
风压还与塔高度、直径、形状以及自振周 期有关。两相邻计算截面间的水平风力为：
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。
（1）水平地震力
实际全塔质量按全 塔或分段均布。
计算地震载荷与计 算风载荷一样， 将全塔沿高度分 成若干段，每一 段质量视为集中 于该段1/2处
当塔高H≤20m时，取K2i=1.7；
当H>20m时，
K2i
1
vif zi
fi
z-脉动增大系数，按表4-28查取；
Vi-第i段脉动影响系数，按表4-29查 fzi- 第i段振型系数，根据Hi/H与m查表
4-30；
（2）风弯矩
一般习惯自地面起每 隔10m一段，风压定
值。求出风载荷Pi
Pi K1K 2i q0 f i Li Dei 10 6
M M
ii W
ii E
Me 0.25MWii
Me
(取大值)
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
M ii max
0.3M
ii W
Me
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4M
ii max
空塔吊装，如未装保温层、 mmin =m1+0.2m2
平除台m3和、m扶4。梯等，则mmin应扣
+m3+m4 +ma+me
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。
175H 2.5
10H 3.5
14H 2.5h 4h3.5
H/D>15，或高度大于等
于20m时，考虑高振型
M ii E
1.25
M
ii Ei
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，
M e me ge
㈢ 圆筒的应力
1．塔设备由内压或外压引起的轴向
任意截面的风弯矩：
M ii w
Pi
Li 2
Pi1
Li
Li1 2
Pi2
Li
Li1
Li2 2
等直径、等壁厚塔体 和裙座，风弯矩最 大值为最危险截面。
变截面塔体及开有人 孔的裙座体，各个 可疑的截面各自进 行应力校核。
图中0-0、1-1、2-2各 截面都是薄弱部位， 可选为计算截面。
4. 地震载荷
按第十五章"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。
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
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
0.2m2:部分内件焊在塔体 设备最小质量：
i 1
a1-对应与塔基本自振周期T1的地震影响系数a值。
（2）垂直地震力
防烈度8度或9度的塔应考虑垂直地震力
塔底截面处垂直地震力：F00 a m max eqg
avmax-垂直地震影响系数最大值， avmax= 0.65amax
meq-塔设备的当量质量， meq=0.75m0
任意质量i处垂直地震力：
Hale Waihona Puke Baidu
应力
1
pc Di
4 ei
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）
2
m0ii g Fvii
Di ei
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：
M ii max
Fii
mi hi
n
F00 i 1,2, , n
mk hk
k 1
（3）地震弯矩
任意截面i-i基本振型地震弯矩：
n
M ii Ei
FK1 hK h
i 1
M 00 Ei
16 35
Cza1m0
gH
等直径、等厚度塔的任意截面i-i和底
截面0-0的基本振型地震弯矩：
M ii Ei
8Cza1m0 g