塔设备机械计算
第八章 塔设备的机械设计(化工技术)
塔壁间的密封
碳钢制塔板与 塔盘圈厚度，一 般3-4mm，用不锈 钢时取2-3mm
2
分块式塔盘第八章图\分块塔板一.rm 第八 章图\分块塔板二.rm
塔身为焊制的整体圆筒，塔盘分成数块， 由人孔送入塔内，安装到塔盘固定件上。
塔径在800~900mm以上时建议采用
特点：
1）结构简单，装拆方便 2）制造方便，模具简单
二 裙座设计 结构： 1）座体 2）基础环 3）螺栓座 4）管孔
1
座体设计
初选座体有效厚度δes，然后验算危险
截面应力。
1）
基底为危险截面时,应满足
操作时，
0 0 M max m0 g Fv0 0 t min KB; K S Z sb Asb
水压试验时，
0.3 M
水压试验时，
0.3 M M e m g min 0.9 K s ; KB Z sm Asm
1 1 w 1 1 max
2
基础环设计
基础环尺寸的确定
1）
Dob Dis 160 ~ 400 mm Dib Dis 160 ~ 400 mm
7）稳定条件
ii max
cr
4
塔体拉应力校核
1）假设有效厚度δei
2）计算最大组合轴向拉应力
内压，正常操作时 外压，非操作时
max 1
i i 2
ii 3
max
ii 3
ii 2
• 3）强度校核条件
ii max
K
5）最大组合轴向压应力
外压，正常操作时 max 1
塔设备计算实例讲解
《化工设备设计基础》课程设计计算说明书学生姓名：________________ 学号： __________________ 所在学院：_________________________________________ 专业：____________________________________________ 设计题目：_________________________________________ 指导教师： ________________________________________2006 年月目录一. 设计任务书 (2)二. 设计参数与结构简图 (4)三. 设备的总体设计及结构设计 (5)四. 强度计算 (7)五. 设计小结............................................ ..13六. 参考文献............................................ ..14、设计任务书1、设计题目根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（板式塔）设计。
各个同学按照自己的工艺参数确定设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。
设计题目：—例：精馏塔（DN1800）设计2、设计任务书2.1设备的总体设计与结构设计（1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式（填料塔、板式塔）；（2）根据化工工艺计算，确定塔板数目（或填料高度）；（3）根据介质的不同，拟定管口方位；（4）结构设计，确定材料。
2.2设备的机械强度设计计算（1）确定塔体、封头的强度计算。
（2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。
（3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。
（4）裙式支座的设计验算。
（5）水压试验应力校核。
2.3完成塔设备装配图（1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
（2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
塔器吊装计算书
附录5计算说明书一、受力分析及绳扣选择设备主吊简图如下：图1 图2图1是塔器下端各分段主吊简图，图2是塔器上段主吊简图。
件1为管式吊耳，件2和件4为吊装绳扣，件3为平衡梁，件5为板式吊耳，件6为吊装绳扣。
图1所示模型以苯塔Ⅰ段为例进行校核，图2所示模型以白土塔为例进行校核，件3平衡梁单独进行校核，其它各段不逐一校核。
1．苯塔Ⅰ段校核（直立状态受力最大）设备重量G=57.5吨，件1选用φ273×10无缝钢管（20#），长度为L=200mm=20cm（见下图），件2选用φ39mm×18m钢丝绳扣，件4选用φ39mm×20m钢丝绳扣，α为吊装绳扣与水平方向夹角。
1）主吊耳强度校核Gj=K*G=1.1×56=63.3t，K=1.1为动载系数；Q=1/2 Gj=1/2×63.3=31.7t=31700Kg；弯矩为M=Q*L/2=31700*20/2=3.17×105kg.cmφ273×10无缝钢管的抗弯模量为：W=πD3［1-（d/D）4］/32=3.14×27.33［1-（25.3/27.3）4］/32=523.84cm3 弯曲应力σ=M/W=3.17×105/523.84=605.2 kg/ cm2＜[σ]=1700 Kg/cm2；其中，[σ]=1700 Kg/cm2为20#无缝钢管许用弯曲应力。
剪应力τ＝Pcosα/A（此处α＝0）＝31700/82.6=384 Kg/cm2＜[τ]=1000 Kg/cm2组合应力[τ2＋(σM 2+σN2)]1/2＝[3842＋605.22)]1/2＝716Kg/cm2＜[σ]=1000 Kg/cm2；故件1强度满足要求。
2）吊装绳扣强度校核2.1件2选用钢丝绳扣φ39mm×18m一对，每根四股使用（每根工作绳数按3根绳计算）。
每根绳扣受力为：P1=Q=1/2Gj=1/2×63.3=31.7t=31700Kg；单根φ39mm钢丝绳破断拉力为S=52d2=52×392=79092 Kg钢丝绳扣使用安全系数为：n=3S/P=3×79092/31700=7.48≥[n]=6[n]=6为吊装钢丝绳扣许用安全系数。
塔设备的强度计算
Dei== D0+2δsi+K3+K4 Dei== D0+2δsi+K3+K4+d0+2δps
式中：
D0—i —第i段塔式设备外直径 ， mm；
—si —圆筒或圆锥保温层或防火层厚度， mm；
max 1 2 3 K t
MPa
最大组合轴向压应力是在非操作时容器的背风侧，即：
max 2 3 cr
cr
KB
K
t
取其中的较小值
Ｂ按外压容器设计方法求取，可取
计算系数A：A 0.094e
Ri
根据材料按外压容器计算步骤查表取B值，或B= 2 AEt 3
K——载荷组合系数，取K = 1.2 φ——焊接接头系数
高阶振型阻尼比可参照第一节振型选取。
表7—10 对应于设防烈度max 值
设防烈度 设计基本地震加速度 地震综合影响系数最大值 max
7
8
9
0.1g 0.15g 0.2g 0.3g 0.4g
0.08 0.12 0.16 0.24 0.32
表7—9 各类场地土的特征周期 Tg 值
设计地震分组
第一组 第二组 第三组
0.9 0.05 i 0.5 5 i
1 ——直线下降段下降斜率的调整系数，按下式计算
1 0.02 (0.05 i ) / 8 2 ——阻尼调整系数，按下式计算
i ——第i2阶振1型0阻.00.尼605比1，.7i通i 常应根据实测值确定。无实测值时，
一阶振型阻尼比可取 1 0.01 ~ 0.03
塔设备机械设计说明
第一章绪论1.1塔设备概述塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。
在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。
这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。
传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。
以及吸附、离子交换、干燥等方法。
相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。
在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。
为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。
根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。
在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。
两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为：（1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等；（2）内件，指塔盘或填料及其支承装置；（3）支座，一般为裙式支座；（4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。
塔体是塔设备的外壳。
常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。
随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。
塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。
另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。
支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。
其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。
它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。
塔机的简单计算说明
塔式起重机的金属结构
塔式起重机是各种工程建设， 特别是现代化工业与民用建筑中主要的施工机 械。金属结构是塔式起重机的重要组成部分，通常，其重量占整机重量的一半以 上，耗钢量大。作为整机的骨架，起重机的各种工作机构及零部件安装或支承在 金属结构上，金属结构承受起重机的自重以及工作时的各种外载荷。因此，合理 设计塔式起重机的金属结构，对减轻整机自重，提高性能，扩大功用和节省钢材 都有重要意义。
Mx =
qx (l2 − x ) ql12 x (l − x ) ⋅ x − × + Q2 2 2 2 l2 l2
（10-2 ）
式中
x ——移动载荷作用点至臂架根部铰点的 水平距离。
最大弯矩假 定发生在距臂 架左支点某一距离 x0 处 ，这 一距离可由下 式求得： 令
dM x =0 dx
得
2 l 2 l1 1 x0 = 1 − 2Q2 2 l2 1+ ql2
7
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（四）风载荷 塔式起重机属高耸结构，在计算风载荷时，要考虑风 振的影响，风载荷计算 见 第三章。 塔式起重机的金属结构按 许用应力法设计计算时，一般要进行强 度、刚度和 弹 性稳 定性的验算。对工作 级 别 A6以上的起重机金属结构 还需 进行 疲劳 强度 的 验 算。 为了保证设计计算的可靠 性与合理性，塔式起重机结构的计算载荷，必须选 用 最不利工况时的截荷组合。 对于塔式起重机的金属结构计算，一 般说来，动臂 变幅时臂架和 吊重的切向 惯 性载荷和径向 离心力、回转时臂架和吊 重的径向离心 力，对支承反力和杆件内 力 的影响都很小 ，可以忽略不 计。轨道式塔式起重机的轨道坡 度不超过0.5%时， 不 计算坡道载荷。附着 式塔式起重机 不考虑基础倾斜。安装载荷和地 震载荷只在 特 殊条件下才作计算。
塔设备的机械设计
阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对 称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料 表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降 降低，传质效率提高。
鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，利 用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，一种是 弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传 质效率的波纹成４５°，盘与盘之间成９０°排列，结 构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温 度及腐蚀情况采用不同的材料。
一、 喷淋装置
液体喷淋装置设计的不合理，将导致液体 分布不良，减少填料的润湿面积，增加沟流和 壁流现象，直接影响填料塔的处理能力和分离 效率。液体喷淋装置的结构设计要求是：能使 整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单， 制造维修方便。
塔径DN=300～500mm时，塔节高度L=800～ 1000mm；塔径DN=600～700mm时，塔节高度 L=1200～1500mm。 为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。
降液管的结构有弓形和圆形两类
另设溢流堰圆形降液管
圆形降液管伸出塔盘表面兼作流堰的圆形降液管
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径 在800~900 mm以下时，建议采用整块式塔盘。 当塔径在800~900 mm以上时，人可以在塔内 进行装拆，一般采用分块式塔盘。
1. 整块式塔盘
此种塔的塔体由若干塔节组成，塔节与塔 节之间则用法兰连接。每个塔节中安装若干块 层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子 支承，并保持所需要的间距。图为定距管式支 承塔盘结构。
2．分块式塔盘
在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式 塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板 的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很 不方便。因此，当塔径在800 ～900 mm以上 时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整 体圆筒，不分塔节 。
第六章 塔设备的机械设计
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、地震载荷及 偏心载荷的作用。
（1）塔设备自重载荷的计算
塔设备的操作质量：
(kg) (6-2) 塔设备水压试验时的质量，这时设备质量最大， 简称设备最大质量 m0 m01 m02 m03 m04 mw ma me (kg) (6-3) 设备吊装时的质量，这时设备质量最小，简称 设备最小质量： m0 m01 0.2m02 m03 m04 ma me (kg) (6-4)
M
00 E
8CZ 1 m0 g (10 H 3.5 14 H 2.5 h 4h3.5 ) 175H 2.5
(Nmm)
底部截面的地震弯矩 16 I I M E CZ 1 mo gH 35
(Nmm)
（3）风载荷的计算
图6-31所示为自支承式塔设备受风压作用 的示意图。塔体会因风压而发生弯曲变形。吹 到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增 加而增加。为了计算简便，将风压值按设备高 度分为几段，假设每段风压值各自均布于塔设 备的迎风面上，如图所示。
Fk Cz α1k mk g (N )
式中 Ｃz—— 结构综合影响系数，对圆筒形 直立设备取Cz=0. 5； α1—— 对应于塔器基本自振周期T（利用图630查取α1值时，应使T =T1）的地震影响系数 α值； ηk—— 基本震型参与系数；
关于 α—— 地震影响系数，按图6-30确定；图中曲 Tg 0.9 线部分按公式
（6-19）
（4 ）偏心载荷的计算
有些塔设备在顶部悬挂有分离器、热交换 器、冷凝器等附属设备，这些附属设备对塔体 产生偏心载荷。偏心载荷所引起的弯矩为： Me=me g e (6-20) 式中 me—— 偏心质量Kg e—— 偏心质量的重心至塔设备中心线的距离， mm
塔基础计算(圆柱式)
按构筑物抗震设计规范（ＧＢ－５０１９１－９３）的经验
公式 当Ｈ２／Ｄ０＜７００时
Ｔ１＝０.４０＋０.９８Ｘ１０－３Ｈ２／Ｄ０
0.4784当Ｈຫໍສະໝຸດ ／Ｄ０＞７００时Ｈ２／Ｄ０
80
Ｔ１＝０.２９＋１.１４Ｘ１０－３Ｈ２／Ｄ０
0
四．风荷载计算
Ｗ=DbzmsmzW0(kN/m)
bz=1+zufz/mz
ms
mz
4.48
一．设计资料
塔设备直径D（米） 3.2
塔设备高度H
（米） 16
基本风压W0(kN/m2) 0.4
地基承载力特征值fak(kPa) 400
抗震设防烈度 6
场地类别 2
设计地震分组 2
a1 0.12
二．荷载
塔设备自重(kN)
385
操作时塔总重(kN) 1350
塔试验重(kN)
1350
三．塔型设备自振周期
2.24
1.10 1.42
( 14.2.6 - 1 ) ( 14.2.6 - 2 )
mzW0D2
H/D
z
5.81632
5
2.1
塔基础顶面剪力（Ｑ）
塔基础顶面弯矩(kN-m)
Q=W*H(kN)
M=W*H2/2(kN-m)
71.729152
573.833216
地基承载力特征值fa(kPa) 400
u 0.84
-0.73
0.53
14.4
2
rl
Pjmax
R
1.8
107.4
2
R 1.6
r1/R 0.90
底板厚度h0取 0.5 米
-209.12
-0.5944 -0.5944
化工机械基础12塔设备强度设计计算
pi Di 4 ei gm
ii max
D i ei
0 .3 M
ii w
Me
2 i
0 . 785 D ei
0 . 9 K s
(2) 设备充水（未加压）后最大质量和最
大弯矩在壳体中引起的组合轴向压应力
max
gm
ii max
D i ei
0 .3 M
按第十章"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。
0 .3 M
i i W
Me
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4M
2 i ii max
D ei
１．最大轴向组合应力的计算
内压塔设备 正常操作 停修 外压塔设备 正常操作 迎风 背风 + + -2+3 停修 迎风 0 背 风
㈣ 筒体壁厚效核
迎风 背风 迎风 背风 1 应力 状态 2 3 ma
对接焊缝压应力，轴向载荷较高，一 般用于大型塔，搭接焊缝受剪应力， 一般用于小型塔
1、群座体与塔体对接焊缝
J-J截面的拉应力校核
2、群座体与塔体搭接焊缝
J-J截面的剪应力校核
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。
i i 3
)
（2） 外压操作的塔设备
塔设备机械计算
第四章塔设备机械设计塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。
机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。
4.1设计条件由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。
表4-1 设计条件表4.2设计计算4.2.1全塔计算的分段图4-1 全塔分段示意图塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。
分段示意图如图4-1。
4.2.2塔体和封头厚度塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ）液柱静压力：018.034.281.992.783101066=⨯⨯⨯==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60.185.0170220000.12=-⨯⨯⨯=-=c i c p D p φσδ（mm ）圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=∆++=∆++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60.15.085.0170220000.15.02=⨯-⨯⨯⨯=-=c i c h p D p φσδ（mm ）封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=∆++=∆++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3塔设备质量载荷1. 塔体质量查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。
吊塔力学计算公式
吊塔力学计算公式引言。
吊塔是一种用于建筑工地的重型机械设备，用于在建筑物的施工过程中起重和搬运重物。
吊塔力学计算公式是用来计算吊塔在工作过程中所受的力学作用，以确保吊塔的安全稳定运行。
本文将介绍吊塔力学计算公式的基本原理和应用。
吊塔力学基本原理。
吊塔的力学作用主要包括自重、荷载和风载。
吊塔的自重是指吊塔本身的重量，它会对吊塔的结构和基础产生压力和扭矩的作用。
荷载是指吊塔在工作过程中所搬运的重物，它会对吊塔的结构和机械部件产生压力和扭矩的作用。
风载是指吊塔在风力作用下所受的风压力和风扭矩，它会对吊塔的结构和基础产生压力和扭矩的作用。
吊塔力学计算公式。
吊塔力学计算公式是用来计算吊塔在工作过程中所受的力学作用的数学表达式。
吊塔力学计算公式的基本原理是根据力学平衡原理，将吊塔的自重、荷载和风载转化为等效的集中力和集中力矩，然后根据结构力学原理，计算吊塔结构和基础的受力情况。
吊塔的自重可以用以下公式表示：F_self = m g。
其中，F_self表示吊塔的自重，m表示吊塔的质量，g表示重力加速度。
吊塔的荷载可以用以下公式表示：F_load = m a。
其中，F_load表示吊塔的荷载，m表示搬运的重物的质量，a表示加速度。
吊塔的风载可以用以下公式表示：F_wind = 0.5 ρ A V^2。
其中，F_wind表示吊塔的风载，ρ表示空气密度，A表示吊塔的风载面积，V 表示风速。
吊塔的力学平衡可以用以下公式表示：ΣF = 0。
ΣM = 0。
其中，ΣF表示受力的合力，ΣM表示受力的合力矩。
吊塔的结构和基础的受力情况可以用以下公式表示：σ = F/A。
τ = M/S。
其中，σ表示应力，τ表示剪应力，F表示受力，A表示受力面积，M表示受力矩，S表示抵抗剪应力的面积。
吊塔力学计算公式的应用。
吊塔力学计算公式的应用包括吊塔的结构设计、基础设计和安全评估。
在吊塔的结构设计中，可以根据吊塔的自重、荷载和风载，计算吊塔结构的受力情况，从而确定吊塔的结构尺寸和材料。
塔设备强度设计计算概述
塔设备强度设计计算概述1. 引言塔设备强度设计计算是在塔式结构工程中十分重要的环节。
塔式结构广泛应用于电力、通信、航空等领域，在保障设备可靠性和安全性方面起着至关重要的作用。
本文将概述塔设备强度设计计算的基本原理和方法。
2. 设计目标塔设备的强度设计主要目标是确保设备在外部负荷作用下不发生破坏或失效。
一般而言，塔设备的设计目标包括以下几个方面：•承受外部荷载的能力：塔设备需要能够承受各种外部荷载，如风荷载、重力荷载、地震荷载等。
设计中需要考虑这些荷载的大小和方向，以确定设备的主要强度参数。
•抗震能力：特别是在地震频发地区，塔设备需要具备足够的抗震能力，以保护设备的安全运行。
•稳定性：塔设备需要保持稳定，不发生失稳现象。
在设计中需要考虑设备的结构刚度和形状参数。
3. 强度计算方法塔设备的强度计算通常基于力学原理和结构力学方法，常用的计算方法包括以下几种：•静力计算方法：根据外部荷载的大小和方向，通过应力分析和形变计算，确定设备的强度参数。
这种方法一般适用于静态荷载情况下的强度计算。
•动力计算方法：根据外部荷载的动态特性，通过振动分析和响应计算，确定设备的强度参数。
这种方法适用于考虑塔设备在地震或风荷载下的强度计算。
•有限元方法：利用有限元分析软件，在计算机上建立塔设备的有限元模型，通过数值求解得到设备的应力分布和形变情况。
这种方法适用于复杂的塔式结构和荷载情况。
4. 设计要点在塔设备强度设计计算中，需要注意以下几个要点：•荷载分析：对于各种可能的外部荷载，需要进行详细的分析和计算，确定荷载的大小和方向。
•强度参数选取：根据实际情况和设计要求，选取适当的强度参数，并结合设计规范进行计算。
•材料选择：塔设备所使用的材料需要具备足够的强度和韧性，能够满足设计要求。
•施工质量控制：在塔设备的施工过程中，需要严格控制质量，确保各个构件和连接部位的强度和稳定性。
5. 设计规范塔设备的强度计算需要遵循相应的设计规范，以确保设计的合理性和安全性。
板式塔设备机械设计
1 板式塔设备机械设计任务书设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
设计内容（1）根据设计条件选材；（2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力；（8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。
.设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）2 塔设备已知条件及分段示意图按设计压力计算塔体和封头厚度塔设备质量载荷计算自振周期计算地震载荷与地震弯距计算风载荷与风弯距计算偏心弯距最大弯距圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核地脚螺栓计算计算结果4 计算结果总汇1 按设计压力计算塔体和封头厚度4 后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到，工程类的设计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。
最后感谢老师的指导，组员的帮助，其他舍友以及其他同学的共同努力，让本次课程设计顺利完成。
5 设计图纸见附图6 参考文献[1] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,63~64[2] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,169~171[3] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,125~125[4] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,85~85[5] 路秀林.王者相主编.化工设备设计全书塔设备.北京：化学工业出版社.2004 .1,324~3277主要符号说明。
塔机计算书-完整版
一．臂架计算_______________________________________________________ 3 1.1俯仰变幅臂架________________________________________________________ 31.1.1 载荷____________________________________________________________________ 31.1.2 臂架计算________________________________________________________________ 3 1.2小车变幅臂架计算（单吊点三角截面）__________________________________ 91.2.1 载荷____________________________________________________________________ 91.2.2臂架计算 ________________________________________________________________ 9 1.3小车变幅臂架计算（双吊点三角截面）_________________________________ 221.3.1 载荷___________________________________________________________________ 221.3.2臂架计算 _______________________________________________________________ 22二塔式起重机塔身结构计算_________________________________________ 402.1塔身受力计算_______________________________________________________ 402.1.1塔身在臂根铰接截面受力计算：___________________________________________ 412.1.2 塔身内力计算工况_______________________________________________________ 41 2.2桁架塔身整体强度和稳定性计算_______________________________________ 432.2.1塔身截面几何性质 _______________________________________________________ 432.2.2塔身的长细比 ___________________________________________________________ 462.2.3塔身强度与整体稳定性 ___________________________________________________ 48 2.3桁架塔身主肢计算___________________________________________________ 48 2.4腹杆计算___________________________________________________________ 49 2.5塔身位移计算_______________________________________________________ 51 2.6塔身的扭转角_______________________________________________________ 51 2.7塔身的连接_________________________________________________________ 53三整机稳定性的计算_______________________________________________ 553.1 第一种工况（无风，验算前倾）： _____________________________________ 56 3.2 第二种工况（无风，验算后倾） _______________________________________ 57 3.3 第三种工况（最大风力作用下，验算前倾） _____________________________ 57 3.4 第四种工况（最大风力作用下，验算后倾） _____________________________ 57 3.5 第五种工况（45度转角）____________________________________________ 58 3.6 第六种工况（非工作状态、暴风侵袭） _________________________________ 583.7 第七种工况（突然卸载，验算后倾） ___________________________________ 59四变幅机构计算___________________________________________________ 604.1正常工作时变幅机构的作用力_________________________________________ 60 4.2最大变幅力_________________________________________________________ 61 4.3 机构的参数计算 _____________________________________________________ 62五回转机构_______________________________________________________ 655.1 回转阻力矩计算 _____________________________________________________ 65六起升机构的计算_________________________________________________ 686.1钢丝绳与卷筒的选择_________________________________________________ 68 6.2选择电动机_________________________________________________________ 68 6.3 选择减速器 _________________________________________________________ 69 6.4选择制动器_________________________________________________________ 70 6.5 选择联轴器 _________________________________________________________ 70 6.6 起制动时间验算 _____________________________________________________ 71七行走机构的计算_________________________________________________ 727.1 运行阻力的计算 _____________________________________________________ 72 7.2 电动机的选择 _______________________________________________________ 73 7.3 减速器的选择 _______________________________________________________ 75 7.4 制动器的选择 _______________________________________________________ 75 7.5 联轴器的选择 _______________________________________________________ 76 7.6 运行打滑验算 _______________________________________________________ 76一．臂架计算1.1俯仰变幅臂架 1.1.1 载荷起重臂架的主要载荷为起升载荷、臂架自重载荷、物品偏摆水平力、各种惯性力和风力。
塔吊吊运能力计算
塔吊吊运能力计算三、机械设备需用量计划3.1主要机械设备的计算与选择由于本工程单层面积大，工程材料转运、垂直运输工作量非常大，但现场施工场地狭小。
现场计划采用2台C7030及4台FO/23B固定式塔吊覆盖施工作业面及堆放加工车间，以运输施工材料，配置1台25t汽车吊配合吊装及进场施工材料的卸车和转运。
安置六台起重能力为2t的物料提升机，作为砂浆、砌体及装饰装修材料的垂直运输工具。
塔吊需用量的计算：N i=Q i×K/(q i×T i×b i) 式中：N i——某期间机械需用量；Q i——某期间需完成的工程量；q i——机械的产量指标；T i——某期间（机械施工）的天数；b i——工作班次。
单班为1，双班为2；K——不均衡系数。
一般取1.1～1.4，吊装（装卸）作业取2.0。
本工程塔吊主要用于吊装、装卸材料，K值取2；b i取1。
以本工程结构施工高峰阶段计算，2008年8月需要塔吊的施工日历天数T i为31天。
需要完成主要工程量有：钢筋重量Q2=3251t；模板总重量为Q3=64300m2×0.011t/m2=707.3t；木枋重量Q4=1929m3×0.4t/m3=771.6t；钢管重量Q5=1500t。
合计：Q i=3251+707.3+771.6+1500=6230t机械产量指标q i的计算：塔吊每个吊次需要15～20分钟，每个台班按8小时考虑，可以完成60×8/20=36次，FO/23B平均每个吊次吊重2t，C7030塔吊平均每个吊次吊重为3t；所有塔吊同时作业，得出q i=36×（2×4+3×2）=504t/台班，所以N i=Q i×K/(q i×T i×b i)=6230×2/（504×31×1）=0.8台，所以在满足塔吊覆盖的前提下施工现场布置2台C7030塔吊及4台FO/23B塔吊可以满足结构施工阶段吊装需求。
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第四章塔设备机械设计塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。
机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。
4.1设计条件由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。
表4-1 设计条件表4.2设计计算4.2.1全塔计算的分段图4-1 全塔分段示意图塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。
分段示意图如图4-1。
4.2.2塔体和封头厚度塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ）液柱静压力：018.034.281.992.783101066=⨯⨯⨯==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60.185.0170220000.12=-⨯⨯⨯=-=c i c p D p φσδ（mm ）圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=∆++=∆++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60.15.085.0170220000.15.02=⨯-⨯⨯⨯=-=c i c h p D p φσδ（mm ）封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=∆++=∆++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3塔设备质量载荷1. 塔体质量查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。
通体质量：5.121275.244951=⨯=m （kg ） 封头质量：72823642=⨯=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=⨯=m （kg ）塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=⨯=m （kg ）1-2段：135436424952-1,01=+⨯=m （kg ） 2-3段：135436424952-1,01=+⨯=m （kg ） 3-4段：4950104954-3,01=⨯=m （kg ） 4-顶段：.55066364.59495-4,01=+⨯=顶m （kg ）2. 塔段内件质量查表5-4得[8],筛板塔塔盘质量2/65m kg q N =，则 塔体内件质量：81646540444202=⨯⨯⨯=⨯⨯=ππN i q N D m （kg ）2-3段：5.10206554432,02=⨯⨯⨯=-πm （kg ） 3-4段：9.387765194443,02=⨯⨯⨯=-πm （kg ） 4-顶段：6.32656516444,02=⨯⨯⨯=-π顶m （kg ）3. 保温层质量()()[]()()()()kg V V H D D m f f n i s ni 5.51163001729.15459.123005.2402.222.242222422212202203=⨯-⨯+⨯⨯-=-++-++=πρρδδδπ1-2段：()9.1113001729.15459.121,03=⨯-=-m （kg ） 2-3段：()5.9983005202.222.242232,03=⨯⨯-⨯=-πm （kg ） 3-4段：()199********.222.242243,03=⨯⨯-⨯=-πm （kg ）4-顶段：1.200919975.9989.1115.51164,03=---=-顶m （kg ）4. 平台和扶梯质量查表5-4得[8],平台质量2/150m kg q P = 笼式扶梯质量2/40m kg q F = 平台数6=n 笼式扶梯总高度m H F 65.26=()()[]()()kg H q nq D B D m F F P ni n i 7.503365.264015062122.202.4421222224222204=⨯+⨯⨯⨯-=⨯+⨯++-+++=πδδδδπ0-1段：4014010,04=⨯=-m （kg ） 1-2段：8024021,04=⨯=-m （kg ）2-3段：()3.86154015012122.202.442232,04=⨯+⨯⨯⨯-⨯=-πm （kg ） 3-4段：()6.172210401502222.202.442243,04=⨯+⨯⨯-⨯=-πm （kg ）4-顶段：()8.232965.8401502322.202.44224,04=⨯+⨯⨯-⨯=-π顶m （kg ）5. 操作时塔内物料质量()()()kg V h N h Di m f L 1322792.7831729.18.1408.092.783444110205=⨯++⨯⨯⨯⨯=++=πρρπ1-2段：5.91992.7831729.121,05=⨯=-m （kg ） 2-3段：()3.54158.1508.092.7834432,05=+⨯⨯⨯⨯=-πm （kg ） 3-4段：5.37411908.092.7834443,05=⨯⨯⨯⨯=-πm （kg ） 4-顶段：7.31501608.092.783444,05=⨯⨯⨯⨯=-π顶m （kg ）6. 人孔等附件的质量1.35855.1434025.025.001=⨯==m m a （kg ） 0-1段：8.12349525.025.010,0110,=⨯==--m m a （kg ） 1-2段：5.338135425.025.021,0121,=⨯==--m m a （kg ）2-3段：8.618247525.025.032,0132,=⨯==--m m a （kg ） 3-4段：5.1237495025.025.043,0143,=⨯==--m m a （kg ）4-顶段：.61266.5506625.025.0-4,01-4,=⨯==顶顶m m a （kg ）7. 充液质量()kg V H Di m Wf W W 8.7927510001729.110005.2444402=⨯+⨯⨯⨯=+=πρρπ1-2段：9.117210001729.121,=⨯=-W m （kg ） 2-3段：157001000514.332,=⨯⨯=-W m （kg ） 3-4段：3140010001014.343,=⨯⨯=-W m （kg ）4-顶段：.9310021000729.111000.5914.34,=⨯+⨯⨯=-顶W m （kg ）8. 偏心质量已知再沸器：kg m e 4000=1-2段：140021,=-e m （kg ） 2-3段：260032,=-e m （kg ）9. 操作质量()kg m m m m m m m m ea 8.5346640001.3585132277.50335.511681645.1434005040302010=++++++=++++++=同理可得各段的操作质量如下：8.65810,0=-m （kg ），9.420321,0=-m （kg ），4.1398932,0=-m （kg ） 5.1752643,0=-m （kg ），.3170884,0=-顶m （kg ）10. 最小质量()kg m m m m m m m ea 6.3370840001.35857.50335.511681642.05.143402.004030201min =++++⨯+=+++++=同理可得各段的最小质量如下：8.65810min,=-m （kg ），4.328421min,=-m （kg ），7.775732min,=-m （kg ）68.1068243min,=-m （kg ），12.113254min,=-顶m （kg ）11. 最大质量()kg m m m m m m m m ea W 6.11951540001.35858.792757.50335.511681645.1434004030201max =+++++⨯+=++++++=同理可得各段的最小质量如下：8.65810max,=-m （kg ），3.445721max,=-m （kg ），1.2427432max,=-m （kg ） 4518543m ax,=-m （kg ），5.449404max,=-顶m （kg ）综上可知塔的各种质量载荷计算结果如表4-2所示。
表4-2 质量载荷计算结果4.2.4自振周期33011033.90-⨯=DiE Hm HT e δ式中H –––––塔设备高度，mm m 0 –––––操作质量，kgE –––––设计温度下弹性模量，MPa D i –––––塔体内径，mm δ–––––塔体有效厚度，mm()s Di E H m H T e 89.01020008109.1280008.534662800033.901033.903353301=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=--δ4.2.10 地震载荷与地震弯矩 1. 水平地震力g m C F K K Z K 111ηα=式中C Z –––––综合影响系数，取C Z =0.5；m K –––––距离地面h K 处的集中质量，kg ；α1 –––––对应于塔设备基本自振周期T 1的地震影响系数α值；max 9.01αα⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=TT gαmax –––––地震影响系数的最大值，设计烈度8度时取αmax =0.45； T g –––––各类场地土的特征周期，Ⅱ累场地、近震时取T g =0.3。
ηK1–––––基本振型参与系数；∑∑===ni ii ni iiKK hm hm h 1315.15.11η09.02.0169.045.089.03.0max 9.0max 9.01=>=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αααTT g表4-3 Excel 计算水平地震力过程及结果以0--1段为例进行计算：00412.010488.210167.950017105.11315.15.111⨯⨯⨯==∑∑==ni ii ni ii K K hm h m hη25.281.98.65800412.0169.05.0111=⨯⨯⨯⨯==g m C F K K Z K ηα（N ）其他段由Excel 计算过程及结果如表4-3。
2. 垂直地震力塔设备底截面处垂直地震力可由下式计算：g m F eq V V••=-α0式中m ax V α –––––垂直地震影响系数最大值，取max max 65.0αα=V ；eq m –––––塔设备的当量质量，取075.0m m eq =kg 。