过程设备设计 教学课件 ppt 作者 郑津洋 董其伍 桑芝富 主编 77 57 6.ppt

第七章 塔设备 7.1 概述 7.2 填料塔 7.3 板式塔 7.4 塔设备附件 7.5 塔的强度设计 7.6 塔设备的振动 浙江大学承压设备研究室 * 浙江大学承压设备研究室 * 塔设备多数安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混泥土基础上，通常称为自支承式塔，除承受介质压力外，塔设备还承受各种重量、管道推力、偏心载荷、风载荷及地震载荷的联合作用。 由于在正常操作、停工检修、压力实验等三种工况下，塔所受的载荷并不相同，为保证塔设备安全运行，必须校核三种工况下塔的轴线强度和稳定性。 轴向强度及稳定性校核的基本步骤为： 1） 按设计条件，初步确定塔的厚度和其他尺寸； 2）计算塔设备危险截面的载荷，包括重量、风载荷、地震载荷和偏心载荷等； 3）危险截面的轴向强度和稳定性校核； 4）设计计算裙座、基础环板、地脚螺栓等。 7.5 塔的强度设计 在不考虑操作平台及外部管线的限制作用时，若将塔设备视为具有多个自由度的体系，则它就有多个固有频率，最低的称为基本固有频率或基本频率。各质点振动后的变形曲线称为振型。与基本固有频率对应的周期称为基本固有周期或基本周期。 等直径、等厚度塔的固有周期 x y H 7.5.1 塔的固有周期 7.5 塔的强度设计 等直径、等厚度塔的固有周期 令上式的解为 7.5.1 塔的固有周期 7.5 塔的强度设计 上式的边界条件为：塔底固定端， 塔顶自由端定端， 求解方程得塔设备前三个振型时的K值分别为： 得塔在前三个振型时的固有周期分别为 7.5.1 塔的固有周期 7.5 塔的强度设计 等直径、等厚度塔的固有周期 第一振型 0.22H 0.5H H 0.13H 第二振型 第三振型 等直径、等厚度塔的固有周期 7.5.1 塔的固有周期 7.5 塔的强度设计 不等直径、不等厚度塔的计算 （a）多自由度体系 （b）折算后的单自由度体系 7.5.1 塔的固有周期 7.5 塔的强度设计 等直径、等厚度塔的固有周期 处理成多个塔节组成，将每个塔节化为质量集中于其重心的质点，并采用质量折算法计算第一振型的固有周期。 质量折算法的基本思想是将一个多自由度体系，用一个折算的集中质量来代替，从而将一个多自由度体系简化成一个单自由度体系。确定集中质量的原则是使两个相互折算体系在振动时产生的最大动能相等。 多自由度体系的第一振型曲线可近似为抛物线，且最大位移 和 之间有如下关系: 不等直径、不等厚度塔的固有周期 7.5.1 塔的固有周期 7.5 塔的强度设计 对单自由度体系，其固有周期的计算公式为 由材料力学，顶端作用单位力时，变截面梁在顶端的位移为： ——顶端作用单位力时所产生的位移 得不等直径、不等厚度塔第一振型的固有周期为： 不等直径、不等厚度塔的固有周期 7.5.1 塔的固有周期 7.5 塔的强度设计 质量载荷包括：塔体、裙座质量；塔内件质量；保温材料质量；操作平台及扶梯质量；操作时物料的质量；塔附件质量；水压实验时充水的质量；偏心载荷等。 塔设备在正常操作时的质量 塔设备在正常操作时的质量 塔设备在正常操作时的质量 7.5.2 塔的载荷分析 7.5 塔的强度设计 质量载荷 塔体上有时悬挂有再沸器、冷凝器等附属设备或其他附件，因此承受偏心载荷，该载荷产生的弯矩为： 安装在塔体上有时悬挂有再沸器、冷凝器等附属设备或其他附件，因此承室外的塔设备将受风力的作用。风力除了使塔体产生应力和变形外，还可能使塔体产生顺风向的振动（纵向振动）及垂直于风向的诱导振动（横向振动）。强度及失稳、效率降低。 7.5.2 塔的载荷分析 7.5 塔的强度设计 偏心载荷 风载荷 （1）风力计算——塔设备中第i计算段所受的水平风力可由下式计算 基本风压 高度变化系数 风压 体型系数 风振系数 塔设备迎风面的有效直径 7.5.2 塔的载荷分析 7.5 塔的强度设计 风载荷 （2）风弯矩计算——将塔设备分成若干段，则水平风力在第I段塔底截面I-I处的弯矩为 7.5.2 塔的载荷分析 7.5 塔的强度设计 风载荷 地震载荷可以分解为三个平动分量和三个转动分量。转动分量实测数据很少，一般不予考虑。地面水平方向（横向）的运动会使设备产生水平方向的振动，危害较大。垂直方向较小，一般只有在地震烈度为8度或9度