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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