Cscbpv_压力容器_设计_审核员_培训班PPT_4《塔式容器》王者相

压力容器设计审批员培训考核班塔式容器王者相塔式容器一、总则1.适用范围适用于H/D＞5，且高度H＞10m裙座自支承的塔式容器：H——总高；D——塔壳的公称直径。对不等直径塔式容器：D=D1HlDHl221……塔式容器一、总则塔式容器必须是自支承的。适用范围是考虑下述因素制定的：a.塔式容器振动时只作平面弯曲振动；b.高度小的塔式容器截面的弯曲应力小，计算臂厚取决于压力或最小厚度。塔式容器一、总则2.塔式容器应考虑的载荷和工况载荷：a.压力（含液柱静压力）载荷；b.重力载荷；c.风载荷：顺风和横风向；d.地震载荷：水平地震力和垂直地震力。塔式容器一、总则2.塔式容器应考虑的载荷和工况工况：a.安装工况；b.水压试验工况；c.操作工况；d.检修工况。从载荷性质上分：可以分为静载荷和动载荷。塔式容器一、总则2.塔式容器应考虑的载荷和工况区别：a.载荷大小、方向甚至作用点等不随时间变化的是静载荷，随时间变化的是动载荷。b.动载荷使结构产生加速度，引起结构振动。振动过程中结构的位移和内力随时间变化，因此，求出来的解是随时间有关的系列，而静载荷的解是单一的。c.动载荷计算与结构自身的振动特征（如自振频率或周期、振型与阻尼）有关，而静载荷仅与载荷大小、约束条件有关。塔式容器一、总则3.设计压力与设计温度对工作压力小于0.1MPa的内压塔式容器、设计压力取不小于0.1MPa；由中间封头隔成两个或两个以上压力室的塔式容器应分别确定其设计压力；裙座壳的设计温度取使用地区月平均最低气温的最低值加10℃。塔式容器一、总则4.腐蚀裕量与最小厚度腐蚀裕量A.容器的塔体。a)应根据预期寿命和介质；利用金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量；b)各元件受到腐蚀程度不同时，分别确定其腐蚀裕量；c)介质：压缩空气，水或水蒸汽，材质为碳素钢或低合金钢时，腐蚀裕量不小于1毫米。塔式容器一、总则4.腐蚀裕量与最小厚度腐蚀裕量B.裙座和地脚螺栓a)裙座腐蚀裕量取C2=2mm；b)地脚螺栓的腐蚀裕量，取C2=3mm。塔式容器一、总则5.最小厚度A.容器壳体a)碳素钢、低合金钢制为2/1000的内直径、且不小于4毫米；b)高合金钢制，不小于3mm。塔式容器一、总则5.最小厚度B.裙座壳和地脚螺栓a)裙座壳的最小厚度没有要求，但规范规定裙座壳的各意厚度不得小于6mm。b)地脚螺栓小径，规范并无限制，但工程上一般不小于M24，最大不超过M100。塔式容器一、总则6.许用应力A.塔式容器壳体（含裙座壳体）按GB150材料一章选取。塔式容器一、总则6.许用应力B.非受压元件，基础环，盖板和筋板，地脚螺栓a)地脚螺栓Q235—A[σ]bt=147MPa16Mn[σ]bt=170MPa采用其他材料时ns≥1.6b)基础环，盖板和筋板碳素钢[σ]b=147MPa低合金钢[σ]b=170MPa塔式容器一、总则7．载荷组合系数K长期载荷效应与短期载荷效应不同。方法是在应力组合后，其许用应力（强度或稳定）乘以一个等于1.2的载荷组合系数K。塔式容器二、结构1.裙座的型式，分为圆筒形和圆锥形两种。要求：圆锥形裙座的半锥顶角不超过15°，无论圆筒形或圆锥形裙座壳其名义厚度不得小于6mm。塔式容器二、结构塔式容器二、结构2.筒体与裙座的连接型式分为对接和搭接两种，对接要求：裙座壳体外径与塔体封头外径相等。搭接分为搭接在封头与搭接在筒体上两种。塔式容器二、结构2.筒体与裙座的连接型式塔式容器二、结构3.当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳应开缺口，如下图所示。塔式容器二、结构4.当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400℃时，应设置隔气圈，如图所示。塔式容器二、结构5.塔式容器操作过程中，可能有气体逸出积聚在裙座与塔底封头之间的死区中，它们有些是易燃，易爆的气体，有些是具有腐蚀作用的气体，会危及塔器正常操作或检修人员的安全，故设置排气孔，如图所示。排气孔在裙座有保温或防火层时，应改为排气管。塔式容器二、结构塔式容器二、结构6.地脚螺栓座由基础环、筋板、盖板和垫板组成，结构如图所示，该结构适用于予埋地脚螺栓和非予埋地脚的情况。塔式容器二、结构塔式容器二、结构下图为中央地脚螺栓座结构，优点是地脚螺栓中心圆直径小，用于地脚螺栓数量较少，需予埋。对塔高较小的塔式容器，地脚螺栓座可简化成单环板结构。优点：结构简单；缺点：地脚螺栓座整体刚度不足。塔式容器二、结构塔式容器三、计算内容：自振周期；水平地震力和垂直地震力；顺风向风振和横风向风振；塔的挠度计算四部分。1.自振周期A.名词术语：自由度：指振动过程中任何瞬时都能完全确定系统在空间的几何位置所需的独立坐标数目。振型：振动时任何瞬间各点位移之间的相对比值，即整个体系具有的确定的振动形态。一般取前三个振型，如下图所示。塔式容器三、计算体系的振动是由对称各振型的谐振叠加而来的复合振动。塔式容器三、计算B.模型的简化，简化成一端自由、一端固定的悬臂梁，做平面弯曲振动，对等直径、等壁厚的塔式容器，按弹性连续体公式计算。不等直径或不等壁厚的塔式容器按多自由度体系进行计算，方法：a)首先将各段的分布质量聚缩成集中质量；b)利用机械能守恒定律，并近似地给出振型函数，即可得到自振周期公式，例如：y=yo(hi/H)3/2c)一般仅限于基本振型，原因：二、三振型函数难以确定。塔式容器三、计算C．高振型计算按附录计算，对等直径、等壁厚的塔式容器，可近似取：T2=1/6T1T3=1/18T1塔式容器三、计算D.影响自振周期的因素单自由度体系，自振周期T=2πmym——质点的质量；y——顶端作用单力时的挠度，为体系的柔度，对塔式容器：y=33)/(383DHEEIH塔式容器三、计算2.水平地震力和垂直地震力名词术语：•震源：地壳内发生断层破坏的一点，实际上断层面积很大，很难确定其中的一点，一般采用其几何中心代替。•震中：震源在地表面的投影。•震中距：地表面上任一点距震中的直线距离。•震级：表示地震大小的尺度，用震源释放能量大小度量。•烈度：某一地区地面各类结构物和建筑物宏观破坏程度。塔式容器三、计算2.水平地震力和垂直地震力名词术语：•基本烈度：指在一定期限内，一个地区可能普遍遭遇到的最大烈度，基本烈度为50年超越概率为10%的烈度。•设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。塔式容器三、计算2.水平地震力和垂直地震力名词术语：•设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度取值；•七度区八度区九度区•0.1g0.2g0.4g•(0.15g)(0.2g)塔式容器三、计算2.水平地震力和垂直地震力A.抗震设防目标当遭遇到多遇地震时，塔式容器处于正常使用状态（工作状态是弹性状态）；遭遇到相当于基本烈度时，结构进入弹塑状态，遭遇到罕遇地震时，应控制其变形，避免倒塌塔式容器三、计算B.水平地震力计算计算理论：静力理论、动力理论、反应谱理论和历程响应分析。计算方法：对多自由度和无限自由度体系，采用振型遇合法a)公式F=αηmgα为地震影响系数，其值为α=__CzKβ，式中的K为地震系数，β为动力放大系数；设计时可利用反应谱曲线查取；η为振型参与系数；m为各质点质量，g为重力加速度。塔式容器三、计算b)地震影响系数谱的特征塔式容器三、计算塔式容器三、计算i)制定该反应谱时，取阻尼比ζ=0.05；βmax=2.25。ii)曲线由四部分组成：上升段、平台段、下降区段1（或称曲线下降段）和下降区段2（又称直线下降段）。iii)曲线有三个拐点，对应的自振周期为0.01，Tg，5Tg，Tg一土壤的卓越周期。与场地上类另和地震分组有关。场地土壤分四类：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ地震分组分三组：第一组、第二组和第三组。塔式容器三、计算ⅳ）曲线的平台段为加速度控制段；下降区段1为速度控制段；下降区段2为位移控制段。T很小时，结构刚度大，加速度控制，T很大结构很柔，位移控制。塔式容器实际阻尼不一定等于0.05，对曲线要修正。塔式容器三、计算衰减系数：r=0.9+55.005.0斜率调整系数：η1=0.02+(0.05-ζ)/8阻尼调整系数：η2=1+7.106.005.0式中：ζ——塔式容器阻尼比。曲线不同段修正效果不同，平台段最大，T=6秒时各种阻尼比结果接近。塔式容器三、计算C.垂直地震力。垂直地震只有在八度区和九度区才需验算。计算方法有：等效重力法；反应谱法和时程响应分析。塔式容器三、计算a)计算方法底截面处总的垂直地震力为FO-0V=αvmaxmegg然后将总垂直地震力分配到每个质点处，分配原则是倒三角形，即：Fvi=001vnkkkiiFhmhm(I=1，2，……，n)需要说明的是，对任何计算截面只有当最大弯矩是地震弯矩时，才考虑统计算截面的垂直地震力。在塔式容器H/D＞15，或高度大于等于20m时，还应考虑高振型的影响。塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振A.顺风向风振a）名词术语•风压：当风以一定速度运动时，垂直于风向的平面上所受到的压力。•基本风压：风载荷的基准压力，按我国荷载规范规定为十米高度处五十年一遇十分钟的最大平均风速，按Q=1/2ρv2计算得出的，新标准规定，不得小于0.3KN/m2塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振•地面粗糙度：风在到达结构以前吹越过2公里范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍分布状况等级分为A、B、C、D四级。•平均风：在风的顺风向时程曲线中超过10分钟以上的长周期部份•脉动风：在风的顺风向时程曲线中通常只有几秒钟的短周期成分。塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振•重现期：是指连续两次超过某一数值的时间间隔。•体型系数：是指风作用在物体表面上所引起的实际压力（或吸力）与风速度压（即q=1/2ρ2）的比值。此值一般采用风洞试验或实测确定。对圆截面K1=0.7，平面K1=1.4。•高度变化系数：任意高度处风压与10米高度处的风压之比，它是与高度和地面粗糙度有关的系数，荷载规范规定为指数规律：fi=c(h/10)α塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振•地面粗糙度ABCD•C1.3791.000.6160.318•α0.240.320.440.60塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振•脉动增大系数ζi，表示脉动风作用下塔式容器的振幅与将脉动载荷以静力方式作用在塔式容器上所产生的位移之比。它就是动力放大系数。•脉动影响系数νi，反映脉动风压沿高度变化及其空间相关性的系数。振型系数φzi塔式容器的顺风向计算公式仅考虑了第一振型风振，多自由度体基本振型的顺风的风振。塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振b）计算公式平均风压对塔式容器静力作用P1=K1fiqoAi脉动风压对塔式容器动力作用P2=K1viζφziAi/fiP=P1+P2=K1fiqoAi(1+viζφzi/fi)令K2=1+viζφzi/fi所以P=K1K2fiqoAi塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振B.横风向风振条件：当H/D＞15，且H＞30米时，还应按规范附录进行横风向风振计算。塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振a)产生的原因塔式容器三、计算3.顺风向风振和横风向风振b）是否发生共振的判别。v＜vc1不需考虑塔器共振vc1＜v＜vc2必须考虑第一振型振动v＞vc2考虑一、二振型，取最大值。塔式容器三、计算c）横向风振计算的几个要点。ⅰ）起始高度的确定Hcj=10（1)ojcvvα对A、B、C和D类地面粗糙度取0.12、0.16、0.22和0.30。ⅱ）横向共振风力作用范围5Dfvi至7Dfvi都是共振区，即速度可以提到1.4倍。风压可以提至1.96倍。根据风压高度变化系数可求出作用高度范围。塔式容器三、计算塔式容器三、计算ⅲ）等效静力作用方式可以有三角形分布、均布和振型函数形式三种，标准取图中b）。塔式容器三、计算d）计算方法任意计算截面第j振型的共振弯矩。Miica=（2π/Tj）2__yTj)()(KjR1Rhhhmnk其中：__yTj=9ij42cj