3000m3液化气球罐的优化设计—（毕业设计）(7)

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?c=?d=pcicDi4?????pcicpcidDi4?????pcidtt?22.32mm

?22.84mm

圆整以后取?=4mm,考虑到厚度附加量取球壳名义厚度?n=26mm（注：与支柱焊接的赤道带板的厚度取27mm） 3.2.3球壳强度校核

由GB150-2011规定可知，球罐可以通过第一强度理论进行理论计算校核，当?

1. 气体压力形成的应力

t

t

??=??=pDcp4??138.5MPa

2. 液柱压力形成的应力

（1） 上极带：由于液柱高度不到上极板，故上极带无液柱压力。 （2） 赤道带以及下极板：

2?g?Rcph(3Rcp?h)?9.8?578?92 ????H???2??3(2Rcp?h)?2?56???h(3?9000?h)? 18000?h???3(2?9000?h)??式中0?h?9000

由于该函数在区间[0,9000]内为单调递减函数，所以当h=0时，函数具有最大值，即??max=0.074Mpa

2?g?Rcph(3Rcp?h)?9.8?578?92????H???2??3(2Rcp?h)?2?56???h(3?9000?h)? 18000?h???3(2?9000?h)??同理可得??max=0.074MPa

综合以上计算结果可知，球罐最大应力应在罐底：

?max=0.074+138.5=138.574MPa

所以球罐球壳片强度合格。

3. 水压试验：pT?1.25pt???t????1MPa

4. 气密性试验：pT?p???t????0.8MPa

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3.3球罐质量计算

球壳平均直径：Dcp=18056mm； 球壳材料密度：物料密度：

?1=7850kg/m3；

?2=578 kg/m3；

水的密度：?3=1000 kg/m3； 充装系数：K=0.9； 球壳外直径：D0=18112mm； 基本雪压：q=200N/m2； 球面的积雪系数：C0=0.4； 保温层厚度：?b=30mm. 1.壳体质量：

2m1??Dcp?n?1?10?9?208349.1kg

2.物料质量：

?m2?Di3?2K?10?9?1588497.32kg

63.液压试验时液体的质量：

?m3?Di3?3?10?9?3053628.1kg

64.积雪质量：

m4??4gDo2qCs?10?6?4178.6kg

5.保温层质量：

m5?4?Ro2?b?x?10?9?1382.1kg 6.支柱与拉杆的质量：

支柱质量： mz?10??0.88?16?11?7850?10?3?38195.7kg

拉杆质量：ml?20??0.042?8.94?7850?7055.2kg 支柱与拉杆总质量：m6?mz?ml?45250.9kg

7.附件质量：

m7?20000kg

8.操作状态下球罐总质量：

m0?m1?m2?m4?m5?m6?m7?1867658.02kg 9.球罐最小质量：

mmin?m1?m6?m7?273600kg

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3.4地震载荷的计算 3.4.1球罐的基本自振周期

支柱底板面至球壳中心的距离：H0=11000mm

支柱地板面至拉杆中心的与支柱中心线交点处的距离：l=8000mm 支柱数：n=10

Es=206000MPa支柱外直径：支柱制造材料为Q345R钢，其常温下弹性模量：do=880mm

支柱内直径：di=848mm 支柱横截面的惯性矩：I??64拉杆影响系数：l/ H0=0.727

根据GB12337-2014相关规定（见表3-2），采用内插法计算拉杆影响系数。

(do4?di4)?4.05?109mm4

表3-2拉杆影响系数 l/ H0 0.90 0.028 0.80 0.104 0.75 0.156 0.70 0.216 0,65 0,282 0.60 0,352 0.50 0.50 ? 表格来源：GB12337-2014

最终取?=0.17541

m0Ho3??10?3?0.415s 所以球罐的基本自振周期：T??3nEsI3.4.2水平地震力

综合影响系数：Cz=0.45

地震影响系数的最大值根据GB12337-2014规定（见表3-3）取得?max=0.08

抗震设防烈度 地震影响系数最大值 表3-3水平地震影响系数最大值 7 8 0.08 0.16 表格来源：GB12337-2014

9 0.32 各类场地土地的特征周期根据GB12337-2014规定（见表3-4）取得Tg=0.3

表3-4场地的特征周期 设计地震分组 第一组 第二组 第三组 场地类别 Ⅰ0 0.20 0.25 0.30 Ⅰ1 0.25 0.30 0.35 Ⅱ 0.35 0.40 0.45 Ⅲ 0.45 0.55 0.65 Ⅳ 0.65 0.75 0.90 表格来源：GB12337-2014

?Tg 对应自振周期的地震影响系数：?=??T28

???max?0.057 ?安徽理工大学毕业设计

球罐承受的水平地震力：Fe?Cz?m0g?4.7?105N 3.5风载荷的计算

风载荷体型系数：K1=0.4

根据GB12337-2014表20规定（见表3-5），利用中间值插法计算，系数?1=1.304 T/s <0.25 1.0 0.5 1.4 1.0 1.7 表3-5 系数 1.5 2.0 2.5 2.0 2.3 2.5 表格来源：GB12337-2014

?1 3.0 2.7 4.0 3.0 ≧5 3.2 球罐的风振系数：K2=1+0.35?1=1.46 基本风压：q0=450 N/m2

支柱底板面至球壳中心长度：H0=11000m

风压高度变化系数根据GB12337-2014中表21规定（见表3-6）利用中间值插法计算求得f1=1.028

表3-6风压高度变化系数

距地面高度H0/m A 5 10 15 20 30 40 1.09 1.28 1.42 1.52 1.67 1.79 B 1.00 1.00 1.13 1.23 1.39 1.52 表格来源：GB12337-2014

地面粗糙类别 C 0.65 0.65 0.65 0.74 0.88 1.00 D 0.51 0.51 0.51 0.51 0.51 0.60 球罐附件增大系数f2=1.1

?球罐的水平风力：Fw?Do2K1K2q0f1f2?10?6?7.61?104N

43.6弯矩的计算

首先比较Fe?0.25Fw与Fw，取两者中的最大值Fmax Fe?0.25Fw=4.7?105?0.25?7.61?104?4.89?105N

显然Fmax=Fe?0.25Fw=4.89?105N 力臂：L?H0?l?11000?8000?3000mm 综上由水平地震力和水平风力引起的最大弯矩：

Mmax?FmaxL?4.89?105?3000?1.47?109N?mm

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图3-2球罐弯矩计算

资料来源：参考文献[7]

3.7支柱的计算

本次设计采用的是可调式拉杆，即以下计算只适用于可调式拉杆。 3.7．1单个支柱的垂直载荷

1.重力载荷

操作状态下的重力载荷：

G0?m0g?1.83?106N n液压试验状态下的重力载荷：

mgGT?T?3.27?106N

n2.最大垂直载荷“

（1）最大弯矩对支柱产生的垂直载荷“

2Mmaxcos?iFi?

nR其中R=9000mm，根据GB12337-2014规定，在B向计算角较小，所以其余弦值较大，也就是说B向受力最大。 （3） 拉杆作用在支柱上的垂直载荷

相邻两支柱间用拉杆连接时，根据GB12337-2014规定，拉杆作用在支柱上的垂直载荷如下：

Pi?j?lFmaxsin?i 180onRsinn30