xx 工程200m 3氮气球罐设计计算书D1 设计条件设计压力： p= 1.68 M Pa 设计温度： t= －19~80 ℃水压试验压力： P T = 1.25p = 1.25x1.68 M Pa =2.1 MPa 球壳内直径：D i = 7100 mm ( 200 m 3 ) 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＝ 350 Ｎ/ｍ２支柱数目： ｎ＝6支柱选用 φ 219 ｘ8 无缝钢管 拉杆选用 φ 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: ρ0 =1.251kg/m 3 (标准状态下) 重力加速度:=9.81m/s 2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: D i = 7100 mm设计温度下球壳材料16MnR 的许用应力:[]σt=163 Mpa焊缝系数: ϕ = 1厚度附加量: c =c 1 +c 2 = 0 + 1 = 1 mm[]mm c p D p ctid 34.19134.18168.111634710068.1411=+=+-⨯⨯⨯=+-=φσδ取球壳名义厚度δ n = 22 mm. 有效厚度δe = δn -C = 22 - 1 = 21mm 。

设计温度下球壳的最大允许工作压力 p w =4δe[σ]t Ф/(Di+δe)=4*21*163*1/(7100+21)=1.92MPa设计温度下球壳的计算应力 σt = p c (Di+δe)/4δe = 1.68*(7100+21)/(4*21)=142.4<[σ]t Ф=163(MPa)D3 球罐质量计算球壳平均直径: D c p = 7122 mm 球壳材料密度: ρ 1 = 7850 kg / m 3物料密度: ρ 0 = 1.251 kg / m 3 气体密度: ρρ2000=⨯T T P P =3/9.231.01.068.119273273251.1m kg =+⨯- 充装系数: K = 1水的密度: ρ 3 = 1000 kg / m 3 球壳外直径: D 0 = 7144 mm 基本雪压值: q = 250 N / m 2; 球面的积雪系数: C s = 0.4 球壳质量:m 1 =π D 2c p δη ρ1 ×10-9 = π×71222 ×22×7850×10 -9 =27520 kg . 物料质量: m 2 =kg K D i 5.44781019.237100610693923=⨯⨯⨯⨯=⨯--πρπ液压试验时液体的质量: m 3 =⨯⨯=⨯-393371006106πρπi D 1000×10 - 9 = 187402 kg积雪质量: m 4 =ππ4104981026gD qC s ⨯=⨯⨯-.71442× 250 ×0.4 ×10 -6 = 408.6 kg保温层质量 m 5 = 0支柱和拉杆的质量:m 6 = ~2020 kg 附件质量:m 7 = ~3000 kg (包括盘梯、人孔、接管、安全阀等) 操作状态下的球罐质量:m 0 =m 1 + m 2 + m 4 + m 5 + m 6 + m 7 = 27520 + 4478.5 + 408.6+ 0 +2020 + 3000 = 37427.1 kg液压试验状态下的球罐质量:m T =m 1 + m 3 + m 6 + m 7 = 27520 + 187402 + 2020 +3000 = 219942 kg 球罐最小质量:m min = m 1 + m 6 + m 7 = 27520 + 2020 + 3000 = 32540 kgD4 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: H 0 = 5030 mm 支柱数目: n= 6支柱材料10号钢的常温弹性模量: E s = 192×103 Mpa 支柱外直径: d 0 = 219 mm 支柱内直径: d i = 203 mm 支柱横截面的惯性矩: I=()ππ6464044d d i-=( 219 4－203 4 )= 2.955×10 7 mm 4支柱底板底面至上支耳销子中心的距离: 3530=l mm 拉杆影响系数:ξ=21375.050303530235030353012312020=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-H l H l 球罐的基本自振周期:7333330010955.210192*********.050302.33491310⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=--πξπInE H m T s=0.2967 s . D4.2 地震力综合影响系数: C Z = 0.45地震影响系数的最大值: αmax = 0.23 (查表15) 对应于自振周期T 的地震影响系数: αα==max .023球罐的水平地震力:F C e Z = α m 0 g = 0.45 × 0.23 × 37427.1× 9.81 =38001 ND5 风载荷计算风载体形系数: K 1 =0.4系数ζ1 : ζ1 = 1.0747 (按表17选取)风振系数: K 2 =1+0.35ζ1 = 1+0.35×1.0747 = 1.376 10m 高度处的基本风压值: q 0 = 350 N/m 2支柱底板底面至球壳中心的距离: H 0 = 5.03 m 风压高度变化系数: f 1 =0.8012 (按表18选取) 球罐附件增大系数: f 2 =1.1 球罐的水平风力: F w =6262102120101.18012.0350376.14.071444104--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯ππf f q K K D= 6805 ND 6 弯矩计算(F e +0.25F w )与F w 的较大值 F max :F e +0.25F w = 38001 +0.25×6805= 39702 NF w = 6805 N F max =39702N力臂: L =H 0 - l = 5030 - 3530 =1500 mm 由水平地震力和水平风力引起的最大弯矩:M max =F max L = 39702 × 1500 = 5.96×10 7 N ·mmD7 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 G 0 =681.91.374270⨯=n g m = 61193N液压试验状态下的重力载荷 G T =681.9219942⨯=ng m T = 359605 ND7.1.2 支柱的最大垂直载荷支柱中心圆半径: R=R i = 3550 mm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=0.333 3a= 5596 N拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值 (Pi-j)max=0.333 3b= 13158 N据表19. (Fi+Pi-j)max=0.333 3a+0.333 3b=18754 ND7.2 组合载荷操作状态下支柱的最大垂直载荷:W 0 =G 0 +(F i +P i - j )max =61193 +18754= 79947 N 液压试验状态下支柱的最大垂直载荷: W T =G T +0.3(F i +P i - j )max397026805187543.0359605max ⨯⨯+=F F w = 360569ND7.3 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: h 0e = 0 mm;液压试验状态下赤道线的液柱高度: h Te = 3550 mm; 操作状态下物料在赤道线的液柱静压力:p 0 e =h 0 e ρ2 g ×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:p Te =h Te ρ3 g ×10-9 = 3550×1000×9.81×10-9 = 0.0348 MPa; 球壳的有效厚度: δ e =δ n - C = 22 - 1= 21 mm; 操作状态下物料在球壳赤道线的薄膜应力: ()()()()4.142214217100068.1400=⨯+⨯+=++=ee i e e D p p δδσ MPa ;液压试验状态下液体在球壳赤道线的薄膜应力: ()()()()1812142171000348.01.24=⨯+⨯+=++=ee i Te T Te D P p δδσ MPa ;球壳内半径: R i = 3550 mm 球壳材料的泊松比: μ = 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 : ()()3.01102067994735504.142130001-⨯⨯⨯⨯=-=μσEW R M i e= 1.37×105 N . mm液压试验状态下支柱的偏心弯矩 : ()()3.01102063605693550181131-⨯⨯⨯⨯=-=μσEW R M Ti Te T = 7.87×105 N .mmD 7.3.2 附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩 :()()3.0110206503035504.14210955.210192616327320002-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=μσEH R I E M i e s = 2.31×106 N .mm液压试验状态下支柱的附加弯矩 :()()3.01102065030355018110955.2101926163273202-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=μσEH R I E M i Te s T = 2.94×106 N .mmD7.3.3 总弯矩操作状态下支柱的总弯矩:M 0=M 01 +M 02 = 1.37×105 +2.31×106 =2.447×106 N.mm . 液压试验状态下支柱的总弯矩:M T =M T 1 +M T 2 = 7.87×105 +2.94×106 =3.727×106 N.mm .D 7.4 支柱稳定性校核单个支柱的横截面积 : ()()222220530320321944mm d d A i =-=-=ππ单个支柱的截面系数 : ()()354444010699.22193220321932mm d d d Z i ⨯=⨯-=-=ππ计算长度系数 : K 3 = 1 ; 支柱的惯性半径 : mm A I r i 65.74530310955.27=⨯==支柱长细比 : 38.6765.745030103=⨯==i r H K λ 支柱材料10 , σs =205 MPa支柱换算长细比70.01019220538.673=⨯==-πσπλλS s E >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()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-++=222322322421λλλααλλααλφp =()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-+⨯+-+⨯+⨯222227.047.07.0152.0986.07.07.0152.0986.07.021=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：W EX =л2E S A/λ2=л2x192x103x5303/67.382 =2.2134x106 N支柱材料的许用应力 : []σσc sMPa ===1520515137..操作状态下支柱的稳定性校核 :MPaW W z M A W EX m p6.25102134.2799478.0110699.215.110447.21862.05303799478.0165600=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+γβφ< [σ] c ;液压试验状态下支柱的稳定性校核 :MPaW W z M A W EX T Tm pT69.92102134.23605698.0110699.215.110727.31862.0530********.01656=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+γβφ< [σ] c ;稳定性校核通过。