第二章 球罐结构设计2.1 球壳球瓣结构尺寸计算 2.1.1 设计计算参数：球罐内径：D=12450mm []23341-表P几何容积：V=974m 3 公称容积：V 1=1000m 3球壳分带数：N=3 支柱根数：F=8各带球心角/分块数： 上极：112.5°/7 赤道：67.6°/16 下极：112.5°/7图 2-1混合式排板结构球罐2.1.2混合式结构排板的计算：1.符号说明：R--球罐半径6225 mm N--赤道分瓣数16 (看上图数的) α--赤道带周向球角22.5° （360/16）0β--赤道带球心角70° 1β--极中板球心角44° 2β--极侧板球心角11° 3β--极边板球心角22° 2赤道板（图2-2）尺寸计算：图2-2弧长L )=1800βR π =18070622514.3⨯⨯=7601.4mm弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B )=N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=2001.4mm弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=1989.6mm弧长2B )=N R π2=1614.362252⨯x =2443.3mm弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=2428.9mm弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ-=2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 7413.0mm 弧长D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) = 7936.4mm极板（图2-3）尺寸计算：图2-3对角线弧长与弦长最大间距： H=)2(sin 1212ββ++=)11244(sin 12++ = 1.139mm 1B ) = 2001.4L )= 7601.41B )= 6204.12B )=7167.1 0D )=9731.7弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =5953.3mm弧长1B )=90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=6204.1mm弦长0D =21B )=2×6204.1=8774.0mm弧长0D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=9731.7mm弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)=6780.8mm 弧长2B )=180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=7167.1mm(1)极中板（图2-4）尺寸计算：图2-4对角线弦长与弧长的最大间距： A=)2(sin )2(sin 121212βββ+-=0.979mm弧长2B )=1801βR π=4778.0mm弦长2B =2Rsin(21β)=4663.9mm 弧长2L )=180)2(R 21ββ+π=7167.1mm弦长2L =2Rsin(212ββ+)=6780.8mm弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+=6421.9mm 弧长1L )=90R πarcsin(R L 21)=6744.0mm1B )= 4065.22B )=4663.92L )=7167.1 1L )=6744.0弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=3995.3mm弧长1B )=90R πarcsin(2RB 1)=4065.2mm弦长D =2211B +L =7563.3mm弧长D )=90R πarcsin(2R D )=8124.5mm(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A=6421.9mm 弧长1L )=90R πarcsin （R L 21）=6744.0mm弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=5953.3mm弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=6204.0mmK=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A=3995.3mm 式中 A.H 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=9.85mm弧长2B )=1802βR π=1194.5mm弦长2B =2Rsin(22β)=1193.3mm1B )= 1069.62B )=1194.52L )=5953.3 1L )=6744.0弧长1B )=1801επR =1069.6mm弦长D =21L L 1+B =6183.5mm弧长D )=90R πarcsin(2R D)=6467.7mm4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L )=2R πcos(2β)=8005.8mm弦长1L =2Rcos(2β)=7210.3mm弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=5953.3mm弧长3L )=90R πarcsin(2R L 3)=6204.1mm弧长2B )=1802βR π=1194.5mm弦长2B =2Rsin(22β)=1193.3mm式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)=10.2 M=22Rsin(212ββ+)/H=8419.23α=90°-2β+arcsin(RM2)=97.55 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=64.25弧长1B =1802αR π=1107.6mm弦长1B =2Rsin(22α)=1106.7mm弦长D =3112L L B +=4600.2mm1B )= 1107.62B )=1194.5 3L )=6204.11L )=8005.8弧长D )=90R πarcsin(2R D )=4709.4mm弧长2L =1804απR =6977.0mm 弦长2L =2Rsin(23α)=6621.3mm第四章 强度计算4.1球壳计算设计压力：1.6MPa设计温度：-20 — 40℃试验压力：1.6 + H*ρ*g*10-6 = 1.76MPa 壳壁厚度球壳材料采用1Gr17，σb =450MPa ，常温下许用应力为[σ]t =150MPa.[]14143-表P 取焊缝系数：φ=1.0[1]P110腐蚀裕量C 2=2mm ，钢板厚度负偏差C 1=0mm ， 故厚度附加量C=C 1+C 2=2mm.[]1363-表P液柱高度H ： H=K 1R=1.6084*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225*9.8*9960*10-9 =0.061MP 计算压力：Pc = 1.76+0.061 = 1.821MP 球壳所需壁厚：δ1=CP D P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P =35.2 + 2 = 37.2mm圆整可取δ=38mm4.2 接管和法兰的选择接管根据JBM0503-08选用DN25 DN40 DN50接管。

法兰由JBT 81—1994选择。

4.3人孔尺寸 组合如下图所示：4.4 盘梯近似球面的螺旋形盘梯的设计计算R 1 = R + δ + t R1---假想圆球的半径；R = 6225mm----球罐的内半径δ= 38mm---球甲壁板厚度t = 200 —梯子或者顶平台与球面最小距离R1=6225 + 38 + 200 = 6463mmR2max = (R12-(R+δ1– b1)2)0.5δ1= 5mm——顶平台板厚度b1= 180mm——梯子侧板宽R2max=2273mmR 2 <= R2max选R2=2000mmR2——顶部平台半径Z 1 = b1+ (R12-R22)0.5 = 6325.7mmb = 1500mm ——梯子宽度r = R12 + R1b + (b2)2 - R222R1+ b= 3329.2mm ——梯子中心回转半径|X0| =R12 + R1b + (b2)2 + R222R1+ b= 3883.8mm ——盘梯圆柱中心轴线与球心的距离 X0在坐标中的值为负t = 200R1= 6463R2=2000r = 3329.2α终=149.0α终 = arccos(rX) = 149.04.5 洒水孔1000m3以上的中型球罐可设置内部转梯，本球罐采用内部转梯淋水管的洒水孔径为4mm以上球罐直径： Df= 12450mm壁厚 t = 38mm设计压力P = 1.821Mpa球罐外表面： A = 4πR2 = 486.7m2洒水量 2 L/min*m2水流速度 v = 2m/s = 120m/min水压： 0.1Mpa所需撒水量 Q = 486.7 * 2 = 980L/min*m2所需管径： D = 2d = 3.162 * (4Qπv)0.5 = 10.20mm ≈ 11mm洒水孔数：算的N = 80.98≈ 82个保冷措施：4.6 压力表压力表的最大刻度为正常运转压力的1.5倍以上（不要超过3倍）取：最大刻度 3.6 Mpa压力表表面直径应大于150mm压力表前应安装截止阀，以便于在仪表标校时可以取下压力表4.7支柱拉杆Q=980D=11N = 82个球罐支座是球罐中用以支承本体质量和储存物料质量的结构部件，为了对付各种影响因素，结构形式比较多，设计计算也比较复杂。

支撑主要可分为柱式支撑和裙式支撑，此外，还有 V型柱式支撑，三桩合一型柱式支撑，裙式支撑，锥底支撑，钢筋混凝土连续基础支撑，半埋式支撑，高架式支撑，可胀缩的支撑赤道正切柱式支座设计a)赤道正切柱式支座必须能够承受作用于球罐的各种载荷，支柱构建要由足够的强度和稳定性b)拉杆结构：拉杆是作为承受风载荷以及地震载荷的部件，增加球罐的稳定性而设置的，栏杆结构可分为可调式和固定式。

目前，国内自行建造的球罐和引进球罐的大部分采用可调式拉杆，本球罐的支承结构采用单层可调式拉杆结构，如图（3-13）1 -支柱2 - 支耳3 –长拉杆4 –调节螺母5 –段拉杆支柱外直径d= 526mm；内直径 d1=506mm支柱计算长度L=8000mm支柱金属横截面积 A：648096mm2支柱横截面的惯性矩：π64(d4-d14) = 5.4*108mm4基本雪压值q：550N/m2支柱材料：Ｑ２３５Ａ支柱材料屈服极限σs：235Mpa支柱数目n: 8 根支柱载荷计算静载荷球壳质量计算：球壳平均直径：D=12450+42=12492mmM1 =πD2*δ*ρ=3.14*124922x38x10-9x7900Kg/m3 ≈162.6 (吨)液体NH3 质量(装满0.9) M2 = 1000 x 625kg/m3 x10-9x 0.9≈562.5(吨)d= 526d1=506L=8000N = 8φ = 30液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m 3 *0.9=900吨 雪压质量 M4=（π/4g ）D 2 qCs*10-6= 4.55(吨) 保温层质量M5=π(D+ t)2 t ρ*10-9 +400 = 1.5吨 支柱和拉杆的质量：M6=11.103吨 附件的质量：M7=9.750吨 操作状态下的球罐质量：M0 = M1+M2+M4+M5 +M7=740.8吨 液压状态下的球罐的质量：Mf = M1+ M3+ M6+M7 = 1083.5吨 球罐最小质量Mmin = M1+M6+M7=183.45吨 球罐每根支柱承受的静载荷：G 0 =m 0g n = (162.6+562.5+4.55+1.5+9.750)*103*9.88 = 907480N液压试验条件下：液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m 3 *0.9=900吨 Mt = M1+M3+M6+M7Gt = m t g n = (162.6+900+11.103+9.750)*103*9.88 = 1327吨动载荷地震水平载荷拉杆影响系数：λ = 1 – (L 1L )2 (3-2L 1L ) = 1- (52009000 )2 (3-2x52009000 ) = 0.384球罐中心处单位力引起的水平位移v = λL 12nEJ *103 =0.384*800012*8*192000*5.4*108 *103 = 2.3*10-8基本自震周期T= 2πv m 0 = 0.82 S设计地震烈度为7度，按表4-2，地震影响系数的最大值αmax = 0.23， α= (T gT )0.9αmax = 0.093地震水平力Q z = C z αm 0g = 0.45*0.093*740800*9.8 = 303824N 风载荷球罐建造的基本风压值： q 0 = 600N/m 2查表4-9，风压值高度变化系数f 1 = 1.00, 查表4-10，动载荷系数ξ= 1.58，故风振系数k 2 = 1+m ξ=1.553 水平风力：Q f = 14π(D 0 + 2t)2 k 1k 2q 0f 1f 2*10-8=14*3.14*(12450 + 2*65)2 0.4*1.553*600*1.0*1.1*10-6 = 50933N Q z > Q f 取水平载荷F = Q z = 303824N 推到弯矩形成的支柱垂直力 推到弯矩：M=FL 2 = 303824* 2500 = 7.6×108 N*mm 由M 对各支柱产生的垂直力 F i =Mcos θi ηR η= n2Fa = 7.6×108 cos0 4*6225 = 30522NFb = 7.6×108 cos45 4*6225 = 21579NFc = 7.6×108 cos90 4*6225= 0N剪切力形成的支柱垂直载荷 如图4-8， 水平力F 的方向为A 向，拉杆构架的方为角θAB =22.5，θAC =67.5于是：C ij =L2FsinθijnRsin180nC ab =5500* 303824*sin22.58*6225sin1808= 33555NC bc =5500* 303824*sin66.58*6225sin1808=80410NTijmax =Cijmaxcosα=80410N55006225= 91009.5N拉杆直径：d=2(Tijmaxπ[α])0.5+C = 2(91009.5π2351.5)0.5 + 2 =29.2mm取拉杆直径为φ30mm连接部位强度计算支柱与拉杆，支柱与球壳以及支柱底座等结构图4-13 图4-15相同4.8 销钉、耳板销钉直径的计算销钉材料选用Q235-A钢d销 =(2Tijmaxπ[τ])0.5 = (2*91009.5π*0.6*2351.5)0.5 = 24.8mm取销钉直径为φ25mm耳板和翼板厚度计算耳板和翼板都选用Q235-A钢。