塔设备
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第八章 塔设备的机械设计
2
第八章 塔设备的机械设计 塔体 内件 支座 附件
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第一节 塔体与裙座的机械设计 1、按计算压力计算塔体及封头厚度 2、塔体承受的各种载荷计算
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承受载荷
介质压力 自重载荷 地震载荷 风载荷 偏心载荷
如图8-3
5
6
塔设备自重载荷的计算
m01------塔体重量（包括外壳及伸出的接管） m02------塔内件重量 m03------保温层重量 m04------平台和扶梯的重量 m05------物料重量 me-------偏心重量 ma-------附件重量（人孔、法兰） mw------充水重量
M II W
Pi
li 2
Pi
1
li
li1 2
pi
2
li
li1
li2 2
Pn
li
li1
li2
ln 2
(8-5)
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偏心载荷计算
定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件 所引起的载荷。
载荷产生的弯矩为：
M e me ge
(8-6)
式中
g ─重力加速度，m/s2;
e ─偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线
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1Leabharlann PDi4 eiII 2
II 3
求出最大组合压应力max，使max＜ cr
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第二
轴向许用压应最力 大组合压应力的求法
其中B为许用轴向压缩应力。[ ]t和B的确定参见本书第5章。
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第三
1
PDi
4 ei
II 2
II 3
求出最大组合压应力max，使max＜ cr
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内压操作的塔设备，
=+ + 最大组合轴向压应力
出现在停车情况
i i
max 1 2 3
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外压操作的塔设备， 最大组合轴向压应力
出现在正常操作情况 求出最大组合拉应力max，使max＜Kt
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4、塔体拉应力校核
第一 筒体轴向应力
计算压力在塔体中引起 的轴向应力
1
PDi
4 ei
重量载荷及垂直 地震力在塔体中
引起的轴向应力
7
塔设备在正常操作时的质量
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
(8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me (8-3)
整块式塔盘 分块式塔盘
DN≤700mm
DN≥800mm
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1、整块式塔盘
Me mege 33 图8-16 定距管式塔盘结构
1、整块式塔盘
结构——塔体由若干塔节组成，内装有一定数量 的塔盘，塔节间用法兰连接。
组装方式
定距管式 重叠式
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定距管式塔盘
用定距管和拉杆将同一塔节内的几块塔盘支承并固定 在塔节内的支座上，定距管起支承塔盘和保持塔盘间 距的作用。
塔盘与塔体之间的间隙，以软填料密封并用压圈压紧, 见图7-43。高度随塔径增加。 塔径DN=300～500mm时，塔节高度L=800～ 1000mm；塔径DN=600～700mm时，塔节高度 L=1200～1500mm。 为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。
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1—塔盘板 2—降液管 3—拉杆 4—定距管 5—塔盘圈 6—吊耳 7—螺栓 8—螺母 9—压板 10 —压圈 11—石棉绳
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地震载荷
安装在7度及7度以上 地震烈度地区的塔设 备必须考虑它的抗震 能力
塔设备作为悬壁梁， 在地震载荷作用下 产生弯曲变形
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风载荷 作用之一
造成风弯矩
作用之二
卡曼涡街
图8-5 风载荷的分布
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图8-6 卡曼涡街
11
图8-7 卡曼涡街
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计算步骤
分段（图8-8）
选危险截面
0—0截面，塔设备的基底 截面；
K2i ─塔设备中第i 计算段的风振系数；
fi ─风压高度变化系数,按表8-5查取；
q0 ─各地区的基本风压，N/m2，见表8-4；
li ─塔设备各计算段的计算高度(见图8-8)，mm；
Dei ─塔设备中第i 段的有效直径， mm .
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风弯矩
将塔设备沿高度分为若干段，则水平风力在任意截面处的 风弯矩为（图8-8所示）
I I 2
m0I I g FVI I Di ei
弯矩在塔体中引 起的轴向应力
II 3
4M
I I max
Di2 ei
24
第二
max
=
1
–
i 2
i
+
i 3
i
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第三
最大组合拉应力的求法
1
PDi
4 ei
II 2
II 3
求出最大组合压应力max，使max＜ cr
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内压操作的塔设备， 最大组合轴向拉应力
max=–2i+3i 出现在正常操作情况 27
外压操作的塔设备， 最大组合轴向压应力 出现在停车情况
Me mege
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5、塔体最终厚度的确定
按设计压力计算的塔体厚度Me mege
按稳定条件验算确定的厚度 ei 按抗拉强度验算条件确定的厚度 ei
取上述三者中的最大值，作为塔体的有效厚度。
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6、塔设备水压试验时的应力验算（自阅）
图8-17 定距管式塔盘结构
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2、分块式塔盘
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做成分块式的原因
1）在工艺上，塔径大，塔盘过大，分液不均匀； 2）对碳钢，塔板厚3~4mm，不锈钢2~3mm，塔径 过大，易形成弧形，安装时水平度不好，从刚度出 发，仍要分块； 3）塔板过大，不能放进塔内，因一般从人孔进出， 人孔尺寸有限制，因而塔盘受此限制要分块。
间的距离，m；
M e ─偏心弯矩，N·m。 17
3、塔体稳定校核
第一 筒体轴向应力
计算压力在塔体中引起 的轴向应力
1
PDi
4 ei
重量载荷及垂直 地震力在塔体中
引起的轴向应力
I I 2
m0I I g FVI I Di ei
弯矩在塔体中引 起的轴向应力
II 3
4M
I I max
Di2 ei
1—1截面，裙座上人孔 或较大管线引出孔处的截 面； 2—2截面，塔体与裙座连 接焊缝处的截面。
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图8-8 风载荷计算简图
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两相邻计算截面间的水平风力
Pi K1 K 2i q0 f i li Dei 10 6
(8-4)
式中 Pi ─塔设备中第i段的水平风力，N；
K1 ─体型系数,取0.7；
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第二节 板式塔结构
1、塔体与裙座结构 2、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢 流堰、紧固件和支承件。 3、除沫装置：用于分离气体夹带的 液滴，多位于塔顶出口处。 4、设备管道：人孔、接管等。 5、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、 平台等。
图8-15 板式塔的总体31结构
塔盘实际上是塔中的气、液通道。 为了满足正常操作要求，塔盘结构 本身必须具有一定的刚度以维持水 平，塔盘与塔壁之间要保持一定的 密封性以避免气、液短路。