xx工程200m3氮气球罐设计计算书.docx
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xx工程200m3氮气球罐设计计算书
xx工程200m3氮气球罐设计计算书
D1 设计条件
设计压力：
p=1.68 MPa
设计温度：
t=－19~80℃
水压试验压力：
PT=1.25p=1.25x1.68MPa=2.1MPa
球壳内直径：
Di=7100 mm（200m3）
储存物料：
氮气
充装系数：
K＝1
地震设防烈度：
7度
10ｍ高度处的基本风压值：
ｑ０＝350Ｎｍ２
支柱数目：
ｎ＝6
支柱选用219ｘ8无缝钢管
拉杆选用32圆钢
球罐建造场地：
III类场地土
D2球壳计算
D2.1计算压力
设计压力:
p=1.68 Mpa
球壳各带的物料液柱高度:
（储存介质为气体,不计算物料液柱高度）
物料密度:
0=1.251kg/m3（标准状态下）
重力加速度:
=9.81m/s2
球壳各带的计算压力:
（储存介质为气体,各带的计算压力相等）
D2.2球壳各带的厚度计算:
（储存介质为气体,各带的计算厚度相等）
球壳内直径:
Di=7100mm
设计温度下球壳材料16MnR的许用应力:
163 Mpa
焊缝系数:
=1
厚度附加量:
c=c1+c2= 0+1 = 1 mm
取球壳名义厚度n=22 mm.有效厚度e=n-C=22-1=21mm。
设计温度下球壳的最大允许工作压力 pw=4δe[σ]tФ/（Di+δe）
=4*21*163*1/（7100+21）=1.92MPa
设计温度下球壳的计算应力 σt=pc（Di+δe）/4δe=1.68*（7100+21）/（4*21）
=142.4<[σ]tФ=163（MPa）
D3 球罐质量计算
球壳平均直径:
Dcp=7122 mm
球壳材料密度:
1=7850 kg/m3
物料密度:
0=1.251 kg/m3
气体密度:
=
充装系数:
K=1
水的密度:
3=1000 kg/m3
球壳外直径:
D0= 7144 mm
基本雪压值:
q=250 N/m2;
球面的积雪系数:
Cs=0.4
球壳质量:
m1=D2cp1×10-9=×71222×22×7850×10-9=27520kg.
物料质量:
m2=
液压试验时液体的质量:
m3=
1000×10-9 =187402 kg
积雪质量:
m4=
71442×250×0.4×10-6 = 408.6 kg
保温层质量
m5=0
支柱和拉杆的质量:
m6= ~2020 kg
附件质量:
m7=~3000 kg（包括盘梯、人孔、接管、安全阀等）
操作状态下的球罐质量:
m0=m1+m2+m4+m5+m6+m7=27520+4478.5+408.6+0+2020+3000
=37427.1 kg
液压试验状态下的球罐质量:
mT=m1+m3+m6+m7=27520+187402+2020+3000
=219942 kg
球罐最小质量:
mmin=m1+m6+m7=27520+2020+3000 =32540 kg
D4地震载荷计算
D4.1自震周期
支柱底板底面至球壳中心的距离:
H0=5030 mm
支柱数目:
n=6
支柱材料10号钢的常温弹性模量:
Es=192×103Mpa
支柱外直径:
d0=219mm
支柱内直径:
di=203 mm
支柱横截面的惯性矩:
I=
（2194－2034 ）=2.955×107 mm4
支柱底板底面至上支耳销子中心的距离:
mm
拉杆影响系数:
=
球罐的基本自振周期:
=0.2967 s.
D4.2 地震力
综合影响系数:
CZ=0.45
地震影响系数的最大值:
max= 0.23 （查表15）
对应于自振周期T的地震影响系数:
球罐的水平地震力:
m0g=0.45×0.23×37427.1×9.81=38001 N
D5风载荷计算
风载体形系数:
K1=0.4
系数1:
1=1.0747（按表17选取）
风振系数:
K2=1+0.351=1+0.35×1.0747 =1.376
10m高度处的基本风压值:
q0= 350N/m2
支柱底板底面至球壳中心的距离:
H0= 5.03 m
风压高度变化系数:
1=0.8012（按表18选取）
球罐附件增大系数:
2=1.1
球罐的水平风力:
Fw =
=6805 N
D6弯矩计算
（Fe+0.25Fw）与Fw的较大值Fmax:
Fe+0.25Fw=38001+0.25×6805=39702N
Fw=6805 N
Fmax=39702N
力臂:
L=H0-l=5030-3530=1500 mm
由水平地震力和水平风力引起的最大弯矩:
Mmax=FmaxL=39702×1500=5.96×107 N·mm
D7 支柱计算
D7.1单个支柱的垂直载荷
D7.1.1重力载荷
操作状态下的重力载荷
G0=
=61193N
液压试验状态下的重力载荷
GT=
=359605N
D7.1.2支柱的最大垂直载荷
支柱中心圆半径:
R=Ri=3550mm
最大弯矩对支柱产生的垂直载荷的最大值（按表19计算）:
α=Mmax/R=5.96x107/3550=16789
b=lFmax/R=3530x39702/3550=39478
（Fi）max=0.3333a=5596 N
拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值
（Pi-j）max=0.3333b=13158N
据表19.（Fi+Pi-j）max=0.3333a+0.3333b=18754N
D7.2组合载荷
操作状态下支柱的最大垂直载荷:
W0=G0+（Fi+Pi-j）max=61193+18754=79947N
液压试验状态下支柱的最大垂直载荷:
WT=GT+0.3（Fi+Pi-j）max
=360569N
D7.3单个支柱弯矩
D7.3.1偏心弯矩
操作状态下赤道线的液柱高度:
h0e= 0 mm;
液压试验状态下赤道线的液柱高度:
hTe= 3550mm;
操作状态下物料在赤道线的液柱静压力:
p0e=h0e2g×10-9= 0× ×9.81×10-9= 0 MPa;
液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力:
pTe=hTe3g×10-9=3550×1000×9.81×10-9=0.0348 MPa;
球壳的有效厚度:
e=n-C= 22-1= 21 mm;
操作状态下物料在球壳赤道线的薄膜应力:
MPa;
液压试验状态下液体在球壳赤道线的薄膜应力:
MPa;
球壳内半径:
Ri=3550 mm
球壳材料的泊松比:
=0.3
球壳材料16MnR的弹性模量:
E=206×103 MPa;
操作状态下支柱的偏心弯矩:
= 1.37×105 N.mm
液压试验状态下支柱的偏心弯矩:
= 7.87×105 N.mm
D7.3.2附加弯矩
操作状态下支柱的附加弯矩:
=2.31×106 Nmm
液压试验状态下支柱的附加弯矩:
=2.94×106 Nmm
D7.3.3总弯矩
操作状态下支柱的总弯矩:
M0=M01+M02=1.37×105+2.31×106=2.447×106 N.mm.
液压试验状态下支柱的总弯矩:
MT=MT1+MT2=7.87×105+2.94×106=3.727×106 N.mm.
D7.4支柱稳定性校核
单个支柱的横截面积:
单个支柱的截面系数:
计算长度系数:
K3=1;
支柱的惯性半径:
支柱长细比:
支柱材料10, s=205MPa
支柱换算长细比
>0.215
对于轧制钢管α1=0.41,α2=0.986, α3=0.152
弯矩作用平面内的轴心受压柱稳定系数
=
=0.862
等效弯矩系数：
βm=1
截面塑性发展系数：
γ=1.15
欧拉临界力：
WEX=л2ESA/λ2=л2x192x103x5303/67.382=2.2134x106N
支柱材料的许用应力:
操作状态下支柱的稳定性校核:
c;
液压试验状态下支柱的稳定性校核:
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