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1、设计室安排,01、07班 东院 222教室 02、03班东院 223教室 04、05、06 、08班东院 156教室 答疑时间 14、15周 周二、四、六全天 点名、签到、设计过程考核,化工过程与设备课程设计辅导 设备的机械设计,课程设计的目的和意义 1. 综合运用化机基础课程及其它相关课程的知识，并使之得到巩固和深化； 2. 培养正确的工程设计思想，掌握设备机械设计的基本方法和步骤; 3. 熟悉常用的设计规范和标准的使用； 4. 训练机械制图能力； 5. 培养分析问题和解决问题的能力。,二、设计任务,（一）工艺条件 采用前面化工原理课程设计的工艺条件和计算结果。 （二）机械设计内容 1. 确
2、定设计依据 2.结构设计（绘制结构草图） 3.材料选择 4.强度设计（强度和稳定性计算） 5. 标准化零部件选择（人孔、接管、接管法兰） 6. 开孔补强计算 7. 绘制1号装配图一张 8. 编写设计说明书,三、设计方法和步骤,1.设计依据 钢制压力容器 GB150 1998 及其相关标准 压力容器安全技术监察规程 1999 钢制塔式容器 JB4710 2000 钢制管壳式换热器 GB151 1999,2.结构设计,塔内件结构 塔盘结构,在设计说明书中，绘制工艺结构草图， 标注形位尺寸。,3.材料选择（要写出选材理由和依据）,分析影响材质的各种因素； 明确标准规定和选材原则； 确定出塔体、支座、
3、塔内件、零部件的材质 （1）考虑压力 （2）考虑温度 （3）考虑介质性质 是否有毒、易燃、易爆 （4）考虑安全监察、管理 属几类容器,4.强度设计（强度和稳定性计算）,（一）计算步骤 （1）按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚Se和Seh ； （2）设定各截面处筒体有效壁厚Sei、封头有效壁厚Seh 、裙座 壳有效壁厚Ses ； （3）选取若干计算截面（包括所有危险截面），计算各种载荷； （4）计算塔在各种载荷作用下的轴向应力； （5）筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 计算塔在多种载荷联合作用下的组合轴向应力，并应满足 相应的强度和稳定性条件。否则须重新设定壁厚，直至满 足全部校核条件为止；
4、 （6）筒体和裙座水压试验应力校核 （7）基础环设计 （8）地脚螺栓计算,4.强度设计（强度和稳定性计算）,（二）计算方法 （1）按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚Se和Seh 确定设计参数（说明理由） Pc、 t、 、 C1、 C2 、 n。,筒体计算壁厚：,设计壁厚：,名义壁厚：,有效壁厚：,封头计算壁厚： （标准椭圆形封头）,设计壁厚：,名义壁厚：,有效壁厚：,（2）设定塔各截面处的壁厚（若取等截面塔，则各截面处壁 厚相等）, 筒体名义壁厚Sni和有效壁厚Sei （可参照Se设定） Sei应不小于Se 封头名义壁厚Snhi和有效壁厚Sehi （可参照Seh设定） Sehi应不小于Seh
5、裙座壳有效壁厚Ses ，Ses应不小于6 mm；,（3）选取若干计算截面（包括所有危险截面） 计算各种载荷,质量载荷计算,塔操作质量：mo = mo1+ mo2+ mo3+ mo4+ mo5+ ma+ me 塔最大质量： mmax = mo1+ mo2+ mo3+ mo4+ma+ mw+ me 塔最小质量： mmin = mo1+ 0.2mo2+ mo3+ mo4+ma + me mo1 塔壳体和裙座质量，kg； mo2 内件质量，kg； mo3 保温材料质量，kg； mo4 平台、扶梯质量，kg； mo5 操作时塔内物料质量，kg； ma 人孔、接管、法兰等附件质量，kg； mw 液压试验时
6、，塔内充液质量，kg； me 偏心质量，kg。, 塔壳体和裙座质量 mo1,（1） 圆筒质量m1,式中： Ho 塔体圆筒总高度（已由工艺计算求得） m,Di 、 Do分别为塔的内、外直径 m,钢 材料的密度 kg/m3,（2）封头质量m2,根据封头的公称直径DN和壁厚，查取相应标准。,（3）裙座质量m3,式中： Hs裙座高度 m,Di 、 Do分别为裙座的内、外直径 m,mo1 = m1 + m2 + m3, 塔内件质量 mo2,查化机基础教材P236 表8-1 或课程设计教材P437 表9-21 得浮阀（或筛板）塔盘单位质量 q kg/m2 则,人孔、法兰、接管与附属物质量 ma, 保温材料
7、质量 mo3, 平台、扶梯质量 mo4,qp 平台单位质量，150 kg/m2 ； B 平台宽， 取B = 900 mm ； n 平台数量，在每个人孔处安装一个平台； qF 笼式扶梯单位质量，40 kg/m； HF 扶梯高度，根据塔高确定。, 操作时塔内物料质量 mo5,hL 塔盘上清液层高度 m （工艺设计确定） ho 塔釜深度 m （工艺设计确定）, 充水质量 mw, 全塔操作质量 mo, 全塔最小质量 mmin, 全塔最大质量 mmax, 将各段质量载荷列表,塔段号,质量, 地震载荷计算, 塔的自振周期计算,由课程设计P437表9-22查得： （设计地震烈度7级）,由表9-23查得 场地
8、土的特征周期：Tg = 0.3 (类场地土，近震。), 地震影响系数, 结构综合影响系数Cz = 0.5, 计算：当H/D15，或 H20m 时，必须考虑高振型影响， 这时，地震弯矩按下式计算：, 计算危险截面的地震弯矩,0-0（基底）截面：,1-1（裙座人孔）截面：,2-2（筒体与裙座连接处）截面：,式中：h 计算截面距地面的高度，mm, 风载荷计算, 风力计算, 风振系数,由（9-26）式计算各塔段的风振系数K2i，计算结果列于表中：,塔 段 号,项 目, 水平风力计算,由式（9-25）计算各塔段的水平风力：,各段有关参数及计算结果列于表中,塔段号,项 目, 风弯矩计算,0-0截面 ：,1
9、-1截面：,2-2截面：,（4）各种载荷引起的轴向应力, 计算压力引起的轴向拉应力1, 操作质量引起的轴向压应力2,1-1截面：,0-0截面 ：,Asm 裙座人孔处截面的截面积， mm2 由式（9-43a）计算,2-2截面：,最大弯矩引起的轴向应力3, 最大弯矩取下式计算值中较大者：,计算结果列表：, 各危险截面的3计算如下：,（5）筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核,筒体的强度与稳定性校核, 强度校核, 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力, 校验，是否满足强度条件：, 稳定性校核, 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力, 校验，是否满足稳定性条件：, 许用轴向压应力：,K 载荷组
10、合系数，取 K=1.2,裙座的稳定性校核, 裙座危险截面0-0及1-1处的最大组合轴向压应力：, 校验，是否满足稳定性条件：, 许用轴向压应力：,（6）筒体和裙座水压试验应力校核, 筒体水压试验应力校核, 由试验压力引起的环向应力, 校验，是否满足：, 由试验压力引起的轴向应力1, 水压试验时,重力引起的轴向应力2, 由弯矩引起的轴向应力3, 最大组合轴向拉应力校核, 校验，是否满足强度条件：, 最大组合轴向压应力校核, 校验，是否满足稳定性条件：, 裙座水压试验应力校核, 水压试验时，重力引起的轴向应力2,Asm 裙座人孔处截面的截面积， mm2 由式（9-43a）计算, 由弯矩引起的轴向应
11、力3, 最大组合轴向压应力校核, 校验，是否满足稳定性条件：,（7）基础环设计, 基础环尺寸,取 Dob = Dis + (160400) （mm） Dib = Dis (160400) （mm）, 基础环的应力校核,取其中较大值,Zb 基础环的抗弯截面系数，mm3,Ab 基础环的面积，mm2, 校验，是否满足强度条件：,Ra 混凝土许用应力，MPa,若选用75号混凝土，则 Ra = 3.5 MPa, 基础环厚度,参见图9-67（b），按有筋板时，计算基础环的厚度Sb, 基础环材料的许用应力，对低碳钢取 =140MPa,计算力矩，Nmm/mm，取矩形板X、Y轴的弯矩Mx、My 中绝对值较大者，
12、Mx、 My按表9-29 计算,且 (Sb)n 12 mm,（8）地脚螺栓计算, 地脚螺栓承受的最大拉应力,取其中较大值,当 时，塔设备自身稳定，但应设置一定数量的地脚 螺栓，以固定位置； 当 时，塔设备必须设置地脚螺栓。, 地脚螺栓直径,圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24,d1 地脚螺栓的螺纹根部直径，mm；,n 地脚螺栓个数，一般取4的倍数；,C2 腐蚀裕度，一般取3mm；,地脚螺栓材料的许用应力，MPa,地脚螺栓材料一般选用Q235-A或16Mn， 对Q235-A， =147 MPa； 对16Mn， =170 MPa。, 在以上各项计算均满足强度条件及稳定性条件后， 将塔的机械设计结
13、果列于表中。,5. 标准化零部件选择（人孔、接管、接管法兰）,6. 开孔补强计算,等面积补强的设计方法,（1）计算有效补强范围 B 、 h1 、 h2,有效宽度,（3）计算可提供的补强面积 A1 、A2 、A3,A1 = (B d) (Se S) 2 (Sn.t C) (Se S) (1 fr),A2 = 2 h1 ( Sn.t St C ) fr + 2 h2 ( Sn.t C C2 ) fr,A3 = 按实际尺寸计算,（4）判断是否需要另加补强面积,若 A1 + A2 + A3 A 则不需补强 若 A1 + A2 + A3 A 则需补强,（5）若需补强，则计算另加补强面积 A4,A4 =
14、A （ A1 + A2 + A3 ）,（6）根据A4选取标准补强圈，并使得A1 + A2 + A3 + A4/ A,7. 绘制1号装配图一张,8. 编写设计说明书,设计说明书内容,一、前言 阐述 1.设计目的 2.设计要求 3. 设计条件 4. 设计依据 5. 设备结构形式的总体概述 二、材料选择 工艺条件分析、对选材的简要评述 选材原则和依据 2. 确定筒体、封头及各零部件材料,三、结构设计,按结构设计过程写 绘制结构草图 四、塔体、裙座强度及稳定性计算 按计算步骤写,五、标准化零部件选择及补强计算,1. 接管、法兰选择，编制表格,2. 人孔选择 写出PN、DN及标记,3. 其它标准件选择,六、符号说明,七、结束语 八、参考资料,