塔设备强度设计计算

平地震力
•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；
•hK1-基本振型参与系数，
•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：
•avmax-垂直地震影响系数最大值，
•
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。
•
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
任意截面的风弯矩 ：
•
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
•
4. 地震载荷
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
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
•
•精品课件
！
•
•精品课件
！
•
•（三）地脚螺栓
•迎风侧可能出现零值甚至是拉应力 •基础面上由螺栓承受的最大拉应力 为
•
•σB≤0塔自身稳定，固定位置加螺 栓 •σB>0，必须设地脚螺栓，螺纹小径
•地脚螺栓个数取4的倍数，小直径塔 取6个，圆整后地脚螺栓的公称直径不 得小于M24
•
•（四）群座与塔底封头焊接结 构•对接焊缝压应力，轴向载荷较高，一
以高度变化系数fi，见表4-27。
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•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：
•
•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，
塔设备强度设计计算
•
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
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。
•
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
•
有多种振型，任意高度hK处 集中质量mK引起基本振型的水
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。
•
（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
•
(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
•K为载荷组合系数，取K=1.2。
塔体，最大风弯矩引起的弯曲应 力s3i-i发生在截面2-2上。 •裙座，s3i-i的最大应力发生在裙 座底截面0-0或人孔截面1-1上。
•
二、 裙座
按所支承设备 的高度与直 径比，裙座 分成两种：
；
操作停修或水压试验等不同工况物料或充
•
m1:塔体和裙座质量； •设备操作时质量：
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）：
•
•表4-34 轴向最大应力的校核条件
•名 称
•周向最大拉应 力smax
•强度校 核
•稳定性校核
•≤K[s]t
f
•轴向最大压应 力smax
•≤K[s]t •≤K0.06Etei/Ri
•K为载荷组合系数，取K=1.2。
•
3. 水压试验时应力校核
(1) 关于拉应力
•① 环向拉应力的验算在第十五章 •② 最大组合轴向拉应力
应力和轴向弯矩Me
，
•
㈢ 圆筒的应力
1．塔设备由内压或外压引起的轴向 应力
•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）
•
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：
•Mmax=m1+m2+m3 +m4+mw+ma+me
•0.2m2:部分内件焊在塔体 •设备最小质量：
•空塔吊装，如未装保温层
、扣平除台m3和、m扶4。梯等，则mmin应
•mmin =m1+0.2m2 +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
•
•K2i-塔设备各计算段的风振系数， •当塔高H≤20m时，取K2i=1.7； •当H>20m时，
•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
•s3
••+ •-
•sm •s1-s2+s3 ax
•-
•+ ••-（s2+s3
）
•-
•+ ••-（s1+s2+s3
）
••+ ••-s2+s3
•
（1） 内压操作的塔设备
① 最大组合轴向拉应力，出现在 正常操作时的迎风侧，即：
•② 最大组合轴向压应力，出现 在停修时的背风侧，即：
•
（2） 外压操作的塔设备
•
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：
•
（3）地震弯矩
任意截面i-i基本振型地震弯矩：
•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：
•H/D>15，或高度大于等
于20m时，考虑高振型
•
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
和人孔截面
•组合应力满足条件后，壁厚附加、圆整
•
(二)基础环板设计
1、基础环板内、外径
• 2、基础环板厚度, • 背风侧外缘压应力大，组合轴向压应
力
•
•（1）基础环板上无筋板
•基础环板厚度 不小于16mm
•
•（2）基础环板上有筋板
•基础环板厚度 不小于16mm
•
•Ms—计算力矩，按表4-35计 算Mx和My，取绝对值较大
•
•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
• 最大弯矩在筒体中引起轴向应力
•
㈣ 筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力的计算
•内压塔设备
•外压塔设备
•正常操作
•迎 •背 风风
•s1
•+
•停修
•正常操作
•迎 风
•背风 •迎风 •背风
•0
•-
•停修
•迎风
•背 风
•0
•应力 •s2 状态
一种是圆筒形 ，
一种是圆锥形
•
圆筒形裙座制造方便和节省材 料，被广泛采用。
圆锥形裙座：地角螺栓较多和 基础环承受面积较大，承受 较大风载荷和地震载荷。
•
群座体 （Q235-A或
16Mn）、 基础环板、 螺栓座、 基础螺栓,
•
•
•
(一)圆筒形群座体壁厚的验算
先参照筒体厚度试取一群座体壁厚δs 验算危险截面的应力，群座体底截面
① 最大组合轴向压应力，出现 在正常操作时的背风侧，即：
•② 最大组合轴向拉应力，出现 在停修时的迎风侧，即：
•
2. 强度与稳定性校核
根据正常操作或停车检修时的各种危 险情况，求出最大组合轴向应力， 必须满足强度条件与稳定性条件， 表4-34。
周向拉应力只进行强度校核，因为不 存在稳定性问题。
轴向压应力既要满足强度要求，又必 须满足稳定性要求，进行双重校核 。