塔设备的机械设计
第八章 塔设备的机械设计(化工技术)
塔壁间的密封
碳钢制塔板与 塔盘圈厚度，一 般3-4mm，用不锈 钢时取2-3mm
2
分块式塔盘第八章图\分块塔板一.rm 第八 章图\分块塔板二.rm
塔身为焊制的整体圆筒，塔盘分成数块， 由人孔送入塔内，安装到塔盘固定件上。
塔径在800~900mm以上时建议采用
特点：
1）结构简单，装拆方便 2）制造方便，模具简单
二 裙座设计 结构： 1）座体 2）基础环 3）螺栓座 4）管孔
1
座体设计
初选座体有效厚度δes，然后验算危险
截面应力。
1）
基底为危险截面时,应满足
操作时，
0 0 M max m0 g Fv0 0 t min KB; K S Z sb Asb
水压试验时，
0.3 M
水压试验时，
0.3 M M e m g min 0.9 K s ; KB Z sm Asm
1 1 w 1 1 max
2
基础环设计
基础环尺寸的确定
1）
Dob Dis 160 ~ 400 mm Dib Dis 160 ~ 400 mm
7）稳定条件
ii max
cr
4
塔体拉应力校核
1）假设有效厚度δei
2）计算最大组合轴向拉应力
内压，正常操作时 外压，非操作时
max 1
i i 2
ii 3
max
ii 3
ii 2
• 3）强度校核条件
ii max
K
5）最大组合轴向压应力
外压，正常操作时 max 1
QTZ400塔式起重机臂架设计
QTZ400塔式起重机臂架设计摘要：本次毕业设计题目是QTZ400塔式起重机臂架设计。
本次设计中主要进行了塔机总体选型，整体稳定性计算，其包括（平衡重计算、风载荷计算以及抗倾覆稳定性计算），臂架结构设计及强度校核，臂架焊接工艺及工装夹具设计。
其焊接工艺应尽可能的减小焊接变形和应力集中，胎具的设计应可靠地保证臂架上的各项技术要求。
最后，联系实际，设计出合理的胎具并确定其结构尺寸。
关键词：QTZ400塔式起重机；总体选型；稳定性计算；强度校核；焊接工艺；胎具序言塔式起重机简称塔机，也称塔吊，源于西欧。
具有工作效率高、使用范围广、回转半径大、起升高度高、操作方便以及安装与拆卸比较简便等特点，因而在建筑安装工程中得到了广泛的使用，并成为一种重要的施工机械。
为了适应建筑物结构件的预制装配化、工厂化等新工艺、新技术应用的不断扩大，现在的塔式起重机必须具备下列特点：（1）起升高度和工作幅度较大，起重力矩大；（2）工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能；（3）要求装拆、运输方便迅速，以适应频繁转移工地之需要。
塔式起重机可以将其分解为金属结构、工作机构和驱动控制系统三个部分。
金属结构是塔式起重机的骨架，它承受着起重机自重以及作业时的各种外载荷，是塔式起重机的主要组成部分，由塔身、塔头或塔帽、起重臂架、平衡臂架、回装支撑架、底架、台车架等主要部件组成。
QTZ400塔式起重机的工作机构有起升机构、变幅机构、回转机构和顶升机构等。
其各机构功能：起升机构主要实现物品的上升与下降；变幅机构改变吊钩的幅度位置；回转机构使起重臂架作3600的回转，改变吊钩在工作平面内的位置；顶升机构使塔机的回转部分升降，从而改变塔式起重机的工作高度。
驱动控制系统是塔式起重机又一个重要的组成部分。
驱动装置用来给各种机构提供动力，最常用的是YZR与YZ系列交流电动机。
控制系统对工作机构的驱动装置和制动装置实行控制完成机构的起动、制动、换向、调速以及对机构工作的安全性实行监控，并及时地将工作情况用各种参量：电流值、电压值、速度、幅度、起重量、起重力矩、工作位置与风速等数值显示出来以使司机在操作时心中有数。
塔设备的机械设计课程设计
塔设备的机械设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握塔设备的基本结构及其在化工生产中的应用，理解塔设备的设计原理和关键参数；2. 使学生了解塔设备机械设计的相关标准、规范和要求，掌握塔设备的设计流程；3. 引导学生掌握塔设备力学分析的基本方法，理解其强度、稳定性和疲劳寿命等方面的评价标准。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行塔设备结构设计和计算的能力；2. 提高学生解决实际工程问题的能力，能够根据设计要求完成塔设备的机械设计；3. 培养学生查阅相关资料、运用专业软件进行塔设备设计和分析的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对化工设备机械设计的兴趣，培养其创新意识和实践能力；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神，使其在工程设计中具备较强的责任感和使命感；3. 引导学生关注化工设备在实际生产中的应用，认识到所学知识在工程实践中的价值。
本课程针对高年级本科或研究生阶段的学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，学生能够掌握塔设备机械设计的基本原理和方法，具备实际工程问题的分析和解决能力，为未来从事相关工作奠定坚实基础。
二、教学内容1. 塔设备概述：介绍塔设备的基本概念、分类及其在化工生产中的重要作用，对应教材第一章。
- 塔设备结构及工作原理- 塔设备的分类及特点2. 塔设备设计原理：讲解塔设备设计的基本原理、关键参数和设计要求，对应教材第二章。
- 塔设备设计的基本原理- 塔设备设计的关键参数- 塔设备设计的相关规范和要求3. 塔设备结构设计：学习塔设备的结构设计方法，包括力学分析、强度计算等，对应教材第三章。
- 塔设备力学分析- 塔设备强度计算- 塔设备稳定性分析4. 塔设备设计流程与实践：通过案例分析，使学生掌握塔设备设计的实际操作流程，对应教材第四章。
- 塔设备设计流程- 设计软件的应用- 案例分析与实践5. 塔设备设计评价与优化：介绍塔设备设计评价标准及优化方法，提高学生的工程设计能力，对应教材第五章。
塔设备的机械设计
阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对 称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料 表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降 降低，传质效率提高。
鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，利 用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，一种是 弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传 质效率的波纹成４５°，盘与盘之间成９０°排列，结 构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温 度及腐蚀情况采用不同的材料。
一、 喷淋装置
液体喷淋装置设计的不合理，将导致液体 分布不良，减少填料的润湿面积，增加沟流和 壁流现象，直接影响填料塔的处理能力和分离 效率。液体喷淋装置的结构设计要求是：能使 整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单， 制造维修方便。
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。
降液管的结构有弓形和圆形两类
另设溢流堰圆形降液管
圆形降液管伸出塔盘表面兼作流堰的圆形降液管
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径 在800~900 mm以下时，建议采用整块式塔盘。 当塔径在800~900 mm以上时，人可以在塔内 进行装拆，一般采用分块式塔盘。
1. 整块式塔盘
此种塔的塔体由若干塔节组成，塔节与塔 节之间则用法兰连接。每个塔节中安装若干块 层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子 支承，并保持所需要的间距。图为定距管式支 承塔盘结构。
2．分块式塔盘
在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式 塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板 的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很 不方便。因此，当塔径在800 ～900 mm以上 时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整 体圆筒，不分塔节 。
第六章 塔设备的机械设计
自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力 之外，还承受自重载荷、风载荷、地震载荷及 偏心载荷的作用。
（1）塔设备自重载荷的计算
塔设备的操作质量：
(kg) (6-2) 塔设备水压试验时的质量，这时设备质量最大， 简称设备最大质量 m0 m01 m02 m03 m04 mw ma me (kg) (6-3) 设备吊装时的质量，这时设备质量最小，简称 设备最小质量： m0 m01 0.2m02 m03 m04 ma me (kg) (6-4)
M
00 E
8CZ 1 m0 g (10 H 3.5 14 H 2.5 h 4h3.5 ) 175H 2.5
(Nmm)
底部截面的地震弯矩 16 I I M E CZ 1 mo gH 35
(Nmm)
（3）风载荷的计算
图6-31所示为自支承式塔设备受风压作用 的示意图。塔体会因风压而发生弯曲变形。吹 到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增 加而增加。为了计算简便，将风压值按设备高 度分为几段，假设每段风压值各自均布于塔设 备的迎风面上，如图所示。
Fk Cz α1k mk g (N )
式中 Ｃz—— 结构综合影响系数，对圆筒形 直立设备取Cz=0. 5； α1—— 对应于塔器基本自振周期T（利用图630查取α1值时，应使T =T1）的地震影响系数 α值； ηk—— 基本震型参与系数；
关于 α—— 地震影响系数，按图6-30确定；图中曲 Tg 0.9 线部分按公式
（6-19）
（4 ）偏心载荷的计算
有些塔设备在顶部悬挂有分离器、热交换 器、冷凝器等附属设备，这些附属设备对塔体 产生偏心载荷。偏心载荷所引起的弯矩为： Me=me g e (6-20) 式中 me—— 偏心质量Kg e—— 偏心质量的重心至塔设备中心线的距离， mm
化工机械设备课程设计浮阀塔的设计
摘要 (2)1 前言 (3)1.1 研究的现状及意义 (3)1.2 设计条件及依据 (6)1.3 设备结构形式概述 (7)2 设计参数及其要求 (9)2.1 设计参数 (9)2.2设计条件 (9)2.3设计简图 (10)3 材料选择 (11)3.1 概论 (11)3.2塔体材料选择 (11)3.3裙座材料的选择 (11)4 塔体结构设计及计算 (12)4.1塔体和封头厚度计算 (12)4.1.1 塔体厚度的计算 (12)4.1.2封头厚度计算 (12)4.2塔设备质量载荷计算 (12)4.3风载荷与风弯矩的计算 (14)4.4地震弯矩的计算 (17)4.4.1地震弯矩的计算 (17)4.4.2偏心弯矩的计算 (18)4.5各种载荷引起的轴向应力 (19)4.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (20)4.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 (20)4.6.2.塔体和裙座的稳定校核 (21)4.7塔体水压试验和吊装时的应力校核 (22)4.7.1水压试验时各种载荷引起的应力 (22)4.7.2水压试验时应力校核 (23)4.8基础环的设计 (24)4.8.1 基础环尺寸 (24)4.8.2基础环的应力校核 (24)4.8.3基础环的厚度 (25)4.9地脚螺栓计算 (25)4.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (25)4.9.2地脚螺栓的螺纹小径 (26)符号说明 (27)小结 (30)参考文献 (30)谢辞....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
图纸....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
塔设备设计课程设计
塔设备设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法，能够运用所学知识进行简单的塔设备设计。
具体来说，知识目标包括：掌握塔设备的基本结构和工作原理；了解塔设备设计的基本理论和方法；熟悉塔设备的常用材料和计算方法。
技能目标包括：能够运用CAD等软件进行塔设备的绘图；能够进行塔设备的选型和计算；能够独立完成简单的塔设备设计。
情感态度价值观目标包括：培养学生的创新意识和团队合作精神；增强学生对工程实践的认知和兴趣；培养学生对塔设备设计和制造的热爱和敬业精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括塔设备的基本原理、塔设备的结构设计、塔设备的强度计算、塔设备的材料选择、塔设备的制造工艺等。
具体来说，教学大纲如下：1.塔设备的基本原理：包括塔设备的定义、分类和应用；塔设备的工作原理和性能指标。
2.塔设备的结构设计：包括塔设备的塔体、塔板、塔内件等的设计方法和步骤。
3.塔设备的强度计算：包括塔设备的压力容器强度计算、塔板的强度计算等。
4.塔设备的材料选择：包括塔设备的常用材料、材料的性能和选择原则。
5.塔设备的制造工艺：包括塔设备的制造流程、制造技术和质量控制。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。
具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解塔设备设计的具体应用和注意事项。
3.实验法：通过实验操作，使学生掌握塔设备的制造工艺和质量控制。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的塔设备设计教材作为主要教学资源。
2.参考书：提供相关的塔设备设计参考书籍，供学生自主学习。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，丰富教学手段。
4.实验设备：准备齐全的塔设备实验设备，为学生提供实践操作的机会。
塔设备设计说明书
塔设备设计说明书概述塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。
在满足工艺要求的条件下，考虑设备的固定投资费用和操作费用，进行进一步模拟计算、设计和选型。
设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。
工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。
我们完成了对全厂2 座塔设备的工艺参数设计、基本参数设计和机械设计，并选取其中最有代表性的二氧化碳吸收塔给出了详细的计算和选型说明。
详细的设备装配图见工艺设计施工图。
烟道气吸收塔设计说明书第1 部分概要烟道气吸收塔是吸收的关键设备之一，其作用是贫液吸收烟道气中的二氧化碳，从而达到使二氧化碳从烟道气中分离的目的。
塔的吸收能力直接影响到二氧化碳的回收率。
吸收塔的设计应符合一下塔设备的基本要求：1生产能力大，即气液处理量大；2分离效率高，即气液相能充分接触；3 适应能力及操作弹性大，即对各种物料性质的适应性强并且在负荷波动时能维持操作稳定，保持较高的分离效率；4流体流动阻力小，即气相通过每层塔板或单位高度填料层的压降小；5 结构简单可靠，材料耗用量少，制造安装容易，以降低设备投资；设计说明书包括工艺参数设计、基本结构设计和机械工程设计三部分。
工艺参数设计对该塔的生产能力、吸收效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计、塔板负荷性能校核等内容的设计；机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。
第2 部分工艺参数设计2.1 生产能力项目年产十万吨二氧化碳，根据物料横算，气体进料量为7119.88kg/h ，液体进料量为294619kg/h ，塔顶物流量为54990.8kg/h ，塔底物流量为309748Kg/h 。
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1
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
3
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
4
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)
16
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
18
1Leabharlann PDi4 eiII 2
II 3
求出最大组合压应力max，使max＜ cr
19
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。
20
第三
1
PDi
4 ei
II 2
II 3
求出最大组合压应力max，使max＜ cr
21
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
22
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
23
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
32
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
34
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。
35
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
8
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
9
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
10
图8-6 卡曼涡街
11
图8-7 卡曼涡街
12
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 .
15
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
25
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
26
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
28
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。
29
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
36
2、分块式塔盘
37
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。
13
图8-8 风载荷计算简图
14
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；
30
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。