第四章塔设备机械设计塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。

机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。

4.1设计条件由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。

表4-1 设计条件表4.2设计计算4.2.1全塔计算的分段图4-1 全塔分段示意图塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。

分段示意图如图4-1。

4.2.2塔体和封头厚度塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ）液柱静压力：018.034.281.992.783101066=⨯⨯⨯==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60.185.0170220000.12=-⨯⨯⨯=-=c i c p D p φσδ（mm ）圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=∆++=∆++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60.15.085.0170220000.15.02=⨯-⨯⨯⨯=-=c i c h p D p φσδ（mm ）封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=∆++=∆++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3塔设备质量载荷1. 塔体质量查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。

通体质量：5.121275.244951=⨯=m （kg ） 封头质量：72823642=⨯=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=⨯=m （kg ）塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=⨯=m （kg ）1-2段：135436424952-1,01=+⨯=m （kg ） 2-3段：135436424952-1,01=+⨯=m （kg ） 3-4段：4950104954-3,01=⨯=m （kg ） 4-顶段：.55066364.59495-4,01=+⨯=顶m （kg ）2. 塔段内件质量查表5-4得[8],筛板塔塔盘质量2/65m kg q N =，则 塔体内件质量：81646540444202=⨯⨯⨯=⨯⨯=ππN i q N D m （kg ）2-3段：5.10206554432,02=⨯⨯⨯=-πm （kg ） 3-4段：9.387765194443,02=⨯⨯⨯=-πm （kg ） 4-顶段：6.32656516444,02=⨯⨯⨯=-π顶m （kg ）3. 保温层质量()()[]()()()()kg V V H D D m f f n i s ni 5.51163001729.15459.123005.2402.222.242222422212202203=⨯-⨯+⨯⨯-=-++-++=πρρδδδπ1-2段：()9.1113001729.15459.121,03=⨯-=-m （kg ） 2-3段：()5.9983005202.222.242232,03=⨯⨯-⨯=-πm （kg ） 3-4段：()199********.222.242243,03=⨯⨯-⨯=-πm （kg ）4-顶段：1.200919975.9989.1115.51164,03=---=-顶m （kg ）4. 平台和扶梯质量查表5-4得[8],平台质量2/150m kg q P = 笼式扶梯质量2/40m kg q F = 平台数6=n 笼式扶梯总高度m H F 65.26=()()[]()()kg H q nq D B D m F F P ni n i 7.503365.264015062122.202.4421222224222204=⨯+⨯⨯⨯-=⨯+⨯++-+++=πδδδδπ0-1段：4014010,04=⨯=-m （kg ） 1-2段：8024021,04=⨯=-m （kg ）2-3段：()3.86154015012122.202.442232,04=⨯+⨯⨯⨯-⨯=-πm （kg ） 3-4段：()6.172210401502222.202.442243,04=⨯+⨯⨯-⨯=-πm （kg ）4-顶段：()8.232965.8401502322.202.44224,04=⨯+⨯⨯-⨯=-π顶m （kg ）5. 操作时塔内物料质量()()()kg V h N h Di m f L 1322792.7831729.18.1408.092.783444110205=⨯++⨯⨯⨯⨯=++=πρρπ1-2段：5.91992.7831729.121,05=⨯=-m （kg ） 2-3段：()3.54158.1508.092.7834432,05=+⨯⨯⨯⨯=-πm （kg ） 3-4段：5.37411908.092.7834443,05=⨯⨯⨯⨯=-πm （kg ） 4-顶段：7.31501608.092.783444,05=⨯⨯⨯⨯=-π顶m （kg ）6. 人孔等附件的质量1.35855.1434025.025.001=⨯==m m a （kg ） 0-1段：8.12349525.025.010,0110,=⨯==--m m a （kg ） 1-2段：5.338135425.025.021,0121,=⨯==--m m a （kg ）2-3段：8.618247525.025.032,0132,=⨯==--m m a （kg ） 3-4段：5.1237495025.025.043,0143,=⨯==--m m a （kg ）4-顶段：.61266.5506625.025.0-4,01-4,=⨯==顶顶m m a （kg ）7. 充液质量()kg V H Di m Wf W W 8.7927510001729.110005.2444402=⨯+⨯⨯⨯=+=πρρπ1-2段：9.117210001729.121,=⨯=-W m （kg ） 2-3段：157001000514.332,=⨯⨯=-W m （kg ） 3-4段：3140010001014.343,=⨯⨯=-W m （kg ）4-顶段：.9310021000729.111000.5914.34,=⨯+⨯⨯=-顶W m （kg ）8. 偏心质量已知再沸器：kg m e 4000=1-2段：140021,=-e m （kg ） 2-3段：260032,=-e m （kg ）9. 操作质量()kg m m m m m m m m ea 8.5346640001.3585132277.50335.511681645.1434005040302010=++++++=++++++=同理可得各段的操作质量如下：8.65810,0=-m （kg ），9.420321,0=-m （kg ），4.1398932,0=-m （kg ） 5.1752643,0=-m （kg ），.3170884,0=-顶m （kg ）10. 最小质量()kg m m m m m m m ea 6.3370840001.35857.50335.511681642.05.143402.004030201min =++++⨯+=+++++=同理可得各段的最小质量如下：8.65810min,=-m （kg ），4.328421min,=-m （kg ），7.775732min,=-m （kg ）68.1068243min,=-m （kg ），12.113254min,=-顶m （kg ）11. 最大质量()kg m m m m m m m m ea W 6.11951540001.35858.792757.50335.511681645.1434004030201max =+++++⨯+=++++++=同理可得各段的最小质量如下：8.65810max,=-m （kg ），3.445721max,=-m （kg ），1.2427432max,=-m （kg ） 4518543m ax,=-m （kg ），5.449404max,=-顶m （kg ）综上可知塔的各种质量载荷计算结果如表4-2所示。

表4-2 质量载荷计算结果4.2.4自振周期33011033.90-⨯=DiE Hm HT e δ式中H –––––塔设备高度，mm m 0 –––––操作质量，kgE –––––设计温度下弹性模量，MPa D i –––––塔体内径，mm δ–––––塔体有效厚度，mm()s Di E H m H T e 89.01020008109.1280008.534662800033.901033.903353301=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=--δ4.2.10 地震载荷与地震弯矩 1. 水平地震力g m C F K K Z K 111ηα=式中C Z –––––综合影响系数，取C Z =0.5；m K –––––距离地面h K 处的集中质量，kg ；α1 –––––对应于塔设备基本自振周期T 1的地震影响系数α值；max 9.01αα⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=TT gαmax –––––地震影响系数的最大值，设计烈度8度时取αmax =0.45； T g –––––各类场地土的特征周期，Ⅱ累场地、近震时取T g =0.3。

ηK1–––––基本振型参与系数；∑∑===ni ii ni iiKK hm hm h 1315.15.11η09.02.0169.045.089.03.0max 9.0max 9.01=>=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αααTT g表4-3 Excel 计算水平地震力过程及结果以0--1段为例进行计算：00412.010488.210167.950017105.11315.15.111⨯⨯⨯==∑∑==ni ii ni ii K K hm h m hη25.281.98.65800412.0169.05.0111=⨯⨯⨯⨯==g m C F K K Z K ηα（N ）其他段由Excel 计算过程及结果如表4-3。

2. 垂直地震力塔设备底截面处垂直地震力可由下式计算：g m F eq V V••=-α0式中m ax V α –––––垂直地震影响系数最大值，取max max 65.0αα=V ；eq m –––––塔设备的当量质量，取075.0m m eq =kg 。