第二章球罐结构设计

第二章 球罐结构设计球壳球瓣结构尺寸计算 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：°/7 赤道：°/16 下极：°/7图 2-1混合式排板结构球罐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° （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⨯⨯=弦长L =2Rsin(20β)=2x6225×sin(270)=7141mm弧长1B )=N R π2cos(20β)=1614.362252⨯x ×cos 270=弦长1B =2Rcos(20β)sin(2α)=2x6225×cos35sin 25.22=弧长2B )=N R π2=1614.362252⨯x =弦长2B =2Rsin 2α=2x6225×sin(25.22）=弦长D =2R )2(cos )2(cos 1202αβ-=2x6225x )25.22(cos )270(cos 122- = 弧长D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62257413.0) =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++ = 1B )=L )=1B )=2B )= 0D )=弦长1B =H R )2sin(221ββ+=139.1)11244sin(62252+x x =弧长1B )=90R πarcsin(2R B 1)=90622514.3x arcsin(2x62253.5953)=弦长0D =21B )=2×=弧长0D )=90R πarcsin(2R D )=903.14x6225arcsin(2x62258774)=弦长2B =2Rsin(212ββ+)=2x6225xsin(11244+)= 弧长2B )=180)2(21ββ+R π=1802x11)(44622514.3+⨯⨯=(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+-=弧长2B )=1801βR π=弦长2B =2Rsin(21β)= 弧长2L )=180)2(R 21ββ+π=弦长2L =2Rsin(212ββ+)=弦长1L =A )2sin()2cos(2R 211βββ+= 弧长1L )=90R πarcsin(R L 21)=1B )=2B )=2L )= 1L )=弦长1B =AR )2cos()2sin(2211βββ+=弧长1B )=90R πarcsin(2RB 1)=弦长D =2211B +L =弧长D )=90R πarcsin(2R D )=(2)侧极板（图2-5）尺寸计算：图2-5弦长1L =2Rcos(21β)sin(212ββ+)/A= 弧长1L )=90R πarcsin （R L 21）=弦长 2L =2Rsin(212ββ+)/H=弧长 2L =90Rπarcsin(R L 22)=K=2Rsin(21β)cos(212ββ+)/A= 式中 同前1ε=arcsin(R L 22)-arcsin （2RK ）=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=1B )=2B )=2L )= 1L )=弧长1B )=1801επR =弦长D =21L L 1+B =弧长D )=90R πarcsin(2R D)=4.极边板（图2-6）尺寸计算：图2-6弧长1L )=2R πcos(2β)=弦长1L =2Rcos(2β)=弦长3L =2Rsin(222ββ+)/H=弧长3L )=90R πarcsin(2R L 3)=弧长2B )=1802βR π=弦长2B =2Rsin(22β)=式中 2α=21800β--arcsin(R 2D 0)= M=22Rsin(212ββ+)/H= 3α=90°-2β+arcsin(RM 2)= 4α=2 arcsin[22sin(23α)]=弧长1B =1802αR π=弦长1B =2Rsin(22α)=弦长D =3112L L B +=1B )=2B )= 3L )=1L )=弧长D )=90R πarcsin(2R D )=弧长2L =1804απR = 弦长2L =2Rsin(23α)=第四章 强度计算球壳计算设计压力：设计温度：-20 — 40℃试验压力： + H*ρ*g*10-6 = 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]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=*6225=9960mm液体的静压力P=ρgH = 6225**9960*10-9 = 计算压力：Pc = + = 球壳所需壁厚：δ1=CP D P ctc +-ϕσ][4[]84691-式P = + 2 =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：盘梯近似球面的螺旋形盘梯的设计计算R1 = 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)δ1 = 5mm——顶平台板厚度b1 = 180mm——梯子侧板宽R2max =2273mmR2 <= R2max 选R2 =2000mmR2 ——顶部平台半径Z1 = b1 + (R12-R22)=b = 1500mm ——梯子宽度r = R12 + R1b + (b2 )2 - R222R1 + b= ——梯子中心回转半径|X0| = R12 + R1b + (b2 )2 + R222R1 + b= ——盘梯圆柱中心轴线与球心的距离X0在坐标中的值为负α终= arccos(rX0) =洒水孔t = 200R1= 6463 R2 =2000 r =α终=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：D f = 12450mm壁厚t = 38mm设计压力P =球罐外表面： A = 4πR2 =洒水量 2 L/min*m2水流速度v = 2m/s = 120m/min水压：所需撒水量Q = * 2 = 980L/min*m2所需管径： D = 2d =* (4Qπv) = ≈11mm洒水孔数：算的N = ≈82个保冷措施：压力表压力表的最大刻度为正常运转压力的倍以上（不要超过3倍）取：最大刻度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支柱拉杆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Q=980D=11N = 82个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d0 = 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(d04-d14) = *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=*124922x38x10-9x7900Kg/m3 ≈(吨)液体NH3 质量(装满M2 = 1000 x 625kg/m3 x10-9x ≈(吨)液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m3 *=900吨雪压质量M4=（π/4g）D2 qCs*10-6= (吨)保温层质量M5=π(D+ t)2 tρ*10-9 +400 = 吨d0 = 526 d1=506 L=8000 N = 8φ= 30支柱和拉杆的质量：M6=吨 附件的质量：M7=吨操作状态下的球罐质量： M0 = M1+M2+M4+M5 +M7=吨 液压状态下的球罐的质量： Mf = M1+ M3+ M6+M7 = 吨 球罐最小质量Mmin = M1+M6+M7=吨球罐每根支柱承受的静载荷：G 0 =m 0g n = ++++*103*8 = 907480N 液压试验条件下：液压实验时液体的质量：M3=1000*1000Kg/m 3 *=900吨 Mt = M1+M3+M6+M7Gt = m t g n = +900++*103*8 = 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 ) = 球罐中心处单位力引起的水平位移v = λL 12nEJ *103 =*800012*8*192000**108 *103 = *10-8 基本自震周期 T= 2πv m 0 = 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 = ，α= (T gT )αmax = 地震水平力Q z = C z αm 0g = **740800* = 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 = , 查表4-10，动载荷系数ξ= ，故风振系数k 2 = 1+m ξ= 水平风力：Q f = 14 π(D 0 + 2t)2 k 1k 2q 0f 1f 2*10-8=14 **(12450 + 2*65)2 **600***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 = ×108 N*mm 由M 对各支柱产生的垂直力 F i = Mcos θi ηRη= n 2Fa = 错误!= 30522N Fb = 错误!= 21579N Fc = 错误!= 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 =，θAC = 于是： C ij = L 2Fsin θijnRsin 180 nC ab =5500* 303824*8*6225sin 180 8= 33555NC bc =5500* 303824*8*6225sin 180 8 =80410NT ijmax = C ijmax cos α= 80410N5500 6225=拉杆直径： d=2(T ijmaxπ[α])+C = 2(错误!) + 2 =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相同销钉、耳板销钉直径的计算 销钉材料选用Q235-A 钢 d 销 =( 2T ijmax π[τ])= ( 错误!) =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。