更多相關(guān)文檔資源請?jiān)L問HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219本畢業(yè)論文包含完整CAD設(shè)計(jì)文件以及仿真建模文件，資料請聯(lián)系68661508索要摘要球形儲(chǔ)罐是一種常見的、基礎(chǔ)簡單、設(shè)計(jì)方便、應(yīng)用廣泛的有壓存儲(chǔ)容器。此次天然氣球罐的總體設(shè)計(jì)分為設(shè)計(jì)選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。球罐殼體材料選用國產(chǎn)Q345R，它具有良好的焊接性能,能較好的保證球罐的焊接質(zhì)量；球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含了球殼的設(shè)計(jì)、支柱與拉桿的設(shè)計(jì)以及球罐附件的設(shè)計(jì)。計(jì)算部分是本次天然氣球罐設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，它分為球罐結(jié)構(gòu)排板計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算。球罐采用混合式結(jié)構(gòu)，排板計(jì)算出各板塊的尺寸是對球罐結(jié)構(gòu)的具體確定；強(qiáng)度計(jì)算中需要對球罐進(jìn)行校核，校核包括支柱穩(wěn)定性校核、支柱與球殼連接校核；設(shè)計(jì)中各部分校核都必須合格，從而保障設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。完成了球罐各部分的計(jì)算之后，參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對球罐附件進(jìn)行選用和設(shè)置。待球罐各組成部分都確定了，最后，制定球罐的焊接及制造工藝，對各部件進(jìn)行焊接組裝。本次設(shè)計(jì)的天然氣球罐，由于天然氣是一種易燃易爆的氣體，其儲(chǔ)存容器必須是無滲漏。因而，在設(shè)計(jì)中還必須嚴(yán)格對球罐進(jìn)行壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。試驗(yàn)都必須合格，這樣，設(shè)計(jì)的球罐猜符合要求，才能保證球罐的使用安全。關(guān)鍵詞球殼；支柱；拉桿；強(qiáng)度計(jì)算；試驗(yàn)ABSTRACTSPHERICALTANKISACOMMONANDSIMPLE,CONVENIENTANDWIDELYDESIGNPRESSURESTORAGECONTAINERSTHEOVERALLDESIGNOFTHEGASDISCHARGEINTOTHESELECTIONANDDESIGNOFSTRUCTUREDESIGNSPHERICALSHELLMATERIAL,ITHASGOODQ345RHOMEBREDTHEWELDINGPERFORMANCE,CANBETTERENSUREWELDINGQUALITYOFSPHERICAL,STRUCTUREDESIGNOFSPHERICALSHELLCONTAINSTHEBALLWITHTHEDESIGNANDTHEDESIGNANDSPHERICALTENSIONDESIGNOFATTACHMENTPARTOFTHISGASDISCHARGEISCALCULATEDINTHEDESIGNEMPHASISANDDIFFICULTY,ITISDIVIDEDINTOSPHERICALPLATESTRUCTURESTRENGTHCALCULATIONANDROWUSINGHYBRIDSTRUCTURE,ROWSPHERICALPLATEISCALCULATEDFOREACHPLATESIZEISSPECIFICANDAFFIRMATORYTHESTRUCTUREOFSPHERICALSTRENGTHCALCULATIONOFSPHERICAL,NEEDCHECKINGINCLUDINGPILLARSTABILITYCHECKING,PILLARCONNECTINGCHECKWITHSPHERICALSHELL,DESIGNOFEVERYPARTOFCHECKINGMUSTBEQUALIFIEDTOGUARANTEETHEDESIGNOFSCIENTIFICRATIONALITYCOMPLETEALLPARTSOFTHESPHERICALCALCULATION,BYREFERRINGTOTHERELEVANTSTANDARDSFORDISCHARGEATTACHMENTSFORSELECTIONANDSETTINGSFOREACHCOMPONENTISQUENCHED,FINALLY,MAKESURETHESPHEREOFWELDINGANDMANUFACTURINGPROCESS,WELDINGASSEMBLYOFPARTSTHEDESIGNOFTHEGASDISCHARGEDUETONATURALGASISAKINDOFINFLAMMABLEANDEXPLOSIVEGAS,ITSSTORAGECONTAINERSMUSTBENOLEAKAGETHEREFORE,INTHEDESIGNOFSPHERICALMUSTSTRICTLYGASTIGHTTESTANDSTRESSTESTTESTMUSTBEQUALIFIED,SO,THEDESIGNOFSPHERICALGUESSACCORDSWITHAREQUIREMENT,TOENSURETHESAFEUSEOFQUENCHEDKEYWORDSSPHERICALSHELL,PILLAR,BARS,STRENGTHCALCULATION,TEST目錄引言11球罐的設(shè)計(jì)參數(shù)22球罐設(shè)計(jì)方案221設(shè)計(jì)選材及材料要求2211設(shè)計(jì)選材2212材料要求322設(shè)計(jì)方案的確定4221球殼設(shè)計(jì)4222支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)631混合式結(jié)構(gòu)排板的計(jì)算6311極板尺寸計(jì)算7312赤道板尺寸計(jì)算1432人孔結(jié)構(gòu)和接管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1533坡口設(shè)計(jì)1634球罐的附件選擇164球殼強(qiáng)度計(jì)算1841球殼壁厚的確定18411計(jì)算壓力18412球殼各帶厚度18413試驗(yàn)壓力校核1942球罐質(zhì)量計(jì)算2043風(fēng)載荷計(jì)算2144地震載荷計(jì)算21441自振周期21442地震力2245彎矩計(jì)算2246支柱計(jì)算23461單個(gè)支柱的垂直載荷23462組合載荷24463單個(gè)支柱彎矩24464支柱穩(wěn)定性校核2647地腳螺栓計(jì)算27471拉桿作用在支柱上的水平力27472支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力27473地腳螺栓的選取2848支柱底板28481支柱底板直徑28482底板厚度2949拉桿計(jì)算29491拉桿螺紋小徑的計(jì)算29492拉桿連接部位的計(jì)算30410支柱與球殼連接最低點(diǎn)A的應(yīng)力校核324101A點(diǎn)的剪切應(yīng)力324102A點(diǎn)的緯向應(yīng)力334103A點(diǎn)的應(yīng)力校核33411支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核345制造、組裝及試驗(yàn)3451球殼板下料、成型及運(yùn)輸3452組裝35521組焊定位塊36522球罐赤道板的組裝36523上極帶板的組裝37524下極帶板的組裝3753焊接3754無損檢測3855焊后整體熱處理3856壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)40英文論文資料翻譯41結(jié)束語54參考文獻(xiàn)56謝辭57引言近年來，我國在石油化工、合成氨、城市燃?xì)獾慕ㄔO(shè)中，大型化球形容器得到了廣泛應(yīng)用。例如在石油、化工、冶金、城市煤氣等工程中，球形容器被用于儲(chǔ)存各種氣體等物料；總之，隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的適用范圍越來越廣泛。由于球形容器多數(shù)作為優(yōu)雅儲(chǔ)存容器，故又稱球形儲(chǔ)罐，簡稱球罐。球罐外體呈球形。是貯存和運(yùn)輸各種氣體、液體、液化氣體的一種有效、經(jīng)濟(jì)的壓力容器。在化工、石油、煉油、造船及城市煤氣工業(yè)等領(lǐng)域大量應(yīng)用。與圓筒形容器相比其主要優(yōu)點(diǎn)是球形儲(chǔ)罐殼體受力均勻；在同樣壁厚條件下，球型容器的薄膜應(yīng)力僅為圓筒形容器環(huán)向應(yīng)力的一半，球罐的承載能力最高，在相同內(nèi)壓條件下，球形容器所需要壁厚僅為相同直徑、材料的圓筒形容器壁厚的1/2（不考慮腐蝕裕度）；在相同容積條件下，球形容器的表面積最小，質(zhì)量輕，由于壁厚、表面積小等原因，一般要比圓筒形容器節(jié)約3040的鋼材，故其制造成本低，經(jīng)濟(jì)效益高。因此液化石油氣球罐作為一種高效的類存儲(chǔ)容器，在我國得到了廣泛的使用。此次設(shè)計(jì)的是900M3天然氣球罐，通過運(yùn)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，查閱了手冊、圖冊及相關(guān)技術(shù)資料，從而進(jìn)行球罐的選材設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、球殼排板計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算及校核，并完成圖樣繪制以及說明書的書寫，最后是對設(shè)計(jì)的修改完善。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)四年來所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合與總結(jié)，通過設(shè)計(jì)，我們將大學(xué)所學(xué)的基礎(chǔ)以及專業(yè)都知識(shí)溫習(xí)應(yīng)用了一遍，這有利于我們更好的掌握所學(xué)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，我們對于一般的工程設(shè)計(jì)有了一個(gè)全局性的認(rèn)識(shí)，開闊了視野。通過運(yùn)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料去進(jìn)行理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)思考、繪制圖樣、寫相關(guān)說明性材料，培養(yǎng)加強(qiáng)了我們在化工設(shè)備及機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基本技能，并鍛煉提高了我們分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力，樹立了較為正確的設(shè)計(jì)思想，為我們走上工作崗位或繼續(xù)深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1球罐的設(shè)計(jì)參數(shù)此次球罐設(shè)計(jì)的介質(zhì)為以甲烷為主要組分的天然氣，操作溫度40，工作壓力為16MPA，由壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程知設(shè)計(jì)壓力17MPA；罐體腐蝕裕量取1MM、單位充裝量065KG/M3，作為氣體，充裝系數(shù)取10。該設(shè)備工作地點(diǎn)為湖南省長沙市，查鋼制球形儲(chǔ)罐GB123371998確定其風(fēng)壓、雪壓值，具體設(shè)計(jì)條件如下公稱容積900M3存儲(chǔ)介質(zhì)天然氣（甲烷）物料密度065KG/M32設(shè)計(jì)壓力P17MPA設(shè)計(jì)溫度40球殼內(nèi)直徑11981MM充裝系數(shù)K10地震設(shè)防烈度8度基本風(fēng)壓值450N/M20基本雪壓值Q350N/M2球罐建造場地II類場地土、近震、B類地區(qū)2球罐設(shè)計(jì)方案21設(shè)計(jì)選材及材料要求211設(shè)計(jì)選材球罐是壓力容器的一種結(jié)構(gòu)形式，因而在選用材料上的基本要求方面與壓力容器相同。球罐用鋼的選擇原則是在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)保證有良好的成形性、優(yōu)良的焊接性能、足夠好的缺口韌性值和長期可靠的使用性能。基于以上準(zhǔn)則以及經(jīng)濟(jì)性，選材如下900M3天然氣球罐球殼材料采用Q345R，球殼板材Q345R厚度大于20MM應(yīng)逐張超聲檢測，符合JB/T47302005規(guī)定III級合格；人孔、接管采用鍛件16MNIII；支柱選用符合GB8163的20鋼管；焊條采用E5015（J507），應(yīng)具有質(zhì)量證明書，包括熔敷金屬的化學(xué)成分、力學(xué)性能、擴(kuò)散氫含量；焊絲和焊劑應(yīng)與所施焊的鋼種匹配，分別符合GB/T8110、GB/T10045、GB/T12470、GB/T14957、GB/T14958和GB/T5293的有關(guān)規(guī)定，保護(hù)用二氧化碳和氬氣應(yīng)分別符合GB/T6052和GB/T4842的有關(guān)規(guī)定。螺栓和螺母無特殊要求的均使用Q235A號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)，取試樣做拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)從同一毛坯上再取兩個(gè)拉伸試樣進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，測定全部三項(xiàng)性能。212材料要求球罐制造所用主體材料為Q345R和16MNIII，下料前板材Q345R符合GB665496標(biāo)準(zhǔn)，逐張超聲波檢測，標(biāo)準(zhǔn)III級要求，使用狀態(tài)正火，并進(jìn)行0度沖擊試驗(yàn)；鍛件符合JB/T47262000標(biāo)準(zhǔn)，III級合格。主體材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能如下表21主體材料的化學(xué)成分化學(xué)元素16MN鍛件,Q345R鋼板,C013019020SI020060055MN120160120160P00300025S00150015NI030CR030CU025表22主體材料的力學(xué)性能檢驗(yàn)項(xiàng)目16MN鍛件Q345R鋼板45060050063027532520212,27（三個(gè)試樣平均值）34（0三個(gè)試樣平均值）硬度試驗(yàn)，HB12117822設(shè)計(jì)方案的確定221球殼設(shè)計(jì)根據(jù)球罐容積為900，換算得球殼內(nèi)直徑11981MM，按3GB/T17261球形儲(chǔ)罐基本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用混合式三帶排板，分別為上極、赤道帶、下極（見圖21）。圖21球罐表23球殼各板參數(shù)序號(hào)各帶球心角塊數(shù)縱焊縫長（M）環(huán)縫長（M）焊縫總長（M）1上極11257436431282赤道帶67516705163下極112574364312826264222支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支柱選用鋼管，支柱8根。支柱與球殼的連接按32510GB123371998選用的是赤道正切柱式支撐。赤道正切柱式支柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是正切結(jié)構(gòu)是由多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位等距離布置，與球殼相切或近似相切（相割）而焊接起來。支柱支撐著球罐的重量，為承受風(fēng)載荷和地震載荷，保證球罐穩(wěn)定性，在支柱之間設(shè)置拉桿相連接。這種支座的優(yōu)點(diǎn)是受力均勻，彈性好，能承受熱膨脹的變形，安裝方便，施工簡單，容易調(diào)整，現(xiàn)場操作和檢修也方便，且適用于多種規(guī)格的球罐。基于以上考慮，本球罐上支柱結(jié)構(gòu)采用赤道正切柱式支柱結(jié)構(gòu)。圖22支柱圖23單層交叉可調(diào)式拉桿支柱與球殼的鏈接采用無墊板結(jié)構(gòu)，因?yàn)橛袎|板結(jié)構(gòu)在低合金高強(qiáng)鋼的施焊中由于易產(chǎn)生裂紋，探傷檢查有困難。支柱上設(shè)置通氣口，這是出于安全防火的需要，一旦遇到火災(zāi)，支柱內(nèi)的氣體會(huì)急劇膨脹，壓力迅速升高，短時(shí)間內(nèi)造成支柱爆裂，球罐倒塌，為避免此類情況發(fā)生，所以在支柱上設(shè)置通氣口。作為液化天然氣球罐，設(shè)置防火層，防火層選用耐熱性和保溫性能好的水泥層或涂耐火涂料。拉桿結(jié)構(gòu)采用單層交叉可調(diào)式拉桿，因拉桿是作為承受風(fēng)載荷及地震載荷的部件，可增加球罐的穩(wěn)定性而設(shè)置。而可調(diào)式拉桿使用可調(diào)螺母鏈接，課調(diào)節(jié)拉桿的松緊度。3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31混合式結(jié)構(gòu)排板的計(jì)算符號(hào)說明R球罐半徑，MMN赤道帶分瓣數(shù)；赤道帶周向球心角，（）；赤道帶球心角，（）；極中板球心角，（）；極側(cè)板球心角，（）；極邊板球心角，（）。311極板尺寸計(jì)算圖25極板弦長12SIN122259905SIN2252225）114583884弧長190SIN1123145990590SIN1583884259905609574弦長0212583884825737弧長090SIN1023145990590SIN1825737259905910564弦長22SIN122259905SIN2252225）665629弧長2122180314599052252225180705381對角線弦長與弧長的最大間距121221222522251143111極中板尺寸計(jì)算圖26極中板對角線弦長與弧長的最大間距1212212212225222252225099弧長2118031459905225180235127弦長22SIN12259905SIN2252233738弧長2122180314599052252225180705381弦長22SIN122259905SIN2252225665629弦長12COS12SIN122259905COS2252SIN（2252225）099659433弧長190SIN1123145990590SIN1659433259905697949弦長12SIN12COS122259905SIN2252COS（2252225）099196310弧長190SIN1123145990590SIN1196310259905197100弦長121265943321963102688033弧長90SIN123145990590SIN16880332599057325213112極側(cè)板尺寸計(jì)算圖27極側(cè)板弦長12COS12SIN122259905COS2252SIN（2252225）099659433弧長190SIN1123145990590SIN1659433259905697949弦長22SIN122259905SIN2252225114583885弧長290SIN1223145990590SIN1583885259905609576弧長2218031459905225180235127弦長22SIN22259905SIN2252233738弧長11801314599051801974206285弦長12SIN12259905SIN19742205370弦長12212053702583885659433653613弧長90SIN123145990590SIN1653613259905690995上列式中A、H同前2SIN12COS122259905SIN2252COS（2252225）0991963101SIN1（22）SIN12SIN1583885259905SIN119631025990519743113極邊板尺寸計(jì)算圖28極邊板弧長12COS02314599052COS6752782004弦長12COS02259905COS6752704408弦長32SIN222259905SIN2252225114583885弧長390SIN1323145990590SIN1583885259905609576弧長2180331459905180225235127弦長22SIN32259905SIN2252233738弧長11802314599051801268132507弦長12SIN22259905SIN12682132304弦長12311323042583885704408654826弧長90SIN123145990590SIN1654826259905692483弧長24180314599056550180684481弦長22SIN32259905SIN99822648125上列式中218002SIN1021806752SIN1825737259905126822SIN1222259905SIN225222511482573639002SIN1（2）906752SIN1825736259905998242SIN122SIN322SIN122SIN998226550H、同前。0312赤道板尺寸計(jì)算圖25赤道板弧長018031459905675180705381弦長2SIN02259905SIN6752665629弧長12COS0223145990516COS6752195501弦長12COS02SIN2259905COS6752SIN2252194346弧長2223145990516235127弦長22SIN2259905SIN2252233738弦長212022225990512675222252693420弧長90SIN123145990590SIN169342025990573911032人孔結(jié)構(gòu)和接管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)球罐的人孔是操作人員進(jìn)出球灌進(jìn)行檢驗(yàn)及維修用的；在現(xiàn)場焊需要進(jìn)行焊后整體熱處理的球罐，人孔又成為進(jìn)風(fēng)、燃燒口及煙氣排出煙囪用。因此人孔直徑的選定必須考慮操作人員攜帶工具進(jìn)出球罐方便，以及熱處理時(shí)工藝氣流對截面的要求。本球罐上設(shè)計(jì)有兩個(gè)人孔，分別在上、下極帶的中心。上下人孔選用DN500回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭的人孔，密封面采用凹凸面形式，補(bǔ)強(qiáng)采用整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)。采用整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)，既保證因?yàn)殚_孔削弱的強(qiáng)度得到充分補(bǔ)強(qiáng)，節(jié)省材料，且避免了補(bǔ)強(qiáng)處壁厚的突變，降低了應(yīng)力集中程度。圖29上人孔由于本球罐有各種不同接管，有放空閥接管、安全閥接管、溫度計(jì)接管、排污口接管、壓力表接管、遠(yuǎn)程壓力表接管等。與球殼想焊的接管選用與球殼相同的材料Q345R。為了提高接管處的安全性，球罐所有接管采取厚壁管補(bǔ)強(qiáng)，其中，人孔采用整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)。接管的配管法蘭面應(yīng)處于垂直狀態(tài)，接管補(bǔ)強(qiáng)與球殼的連接應(yīng)使厚壁管的軸線垂直于球體開孔表面（即補(bǔ)強(qiáng)管軸線通過球心），這樣做可避免焊接的咬邊、未焊透、橢圓孔和打磨困難等缺陷，確保焊接的質(zhì)量。33坡口設(shè)計(jì)球殼都是由球片焊接而成的，因此焊接坡口的設(shè)計(jì)師保證球罐質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。為了便于施工、便于檢驗(yàn)、焊縫有足夠的強(qiáng)度又經(jīng)濟(jì)合理。焊縫系數(shù)采用1，由于球殼的厚度34MM，采用不對稱X形坡口。圖24球殼對接坡口555,605,2,21,13,3434球罐的附件選擇球罐除球殼板及零部件外，通常還有附件。附件包括壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)、安全閥、緊急切斷閥、接地。安全附件的設(shè)計(jì)、選擇如下（1）壓力表為了測量容器內(nèi)壓力，球罐設(shè)置了壓力表?？紤]到壓力表由于某種原因而發(fā)生故障，或由于儀表檢查而取出等情況，在球殼的上部和下部各設(shè)一個(gè)壓力表，同時(shí)，在壓力表前安裝截止閥，以便在儀表校對可以取下壓力表。選用壓力表的規(guī)格為YA150壓力表04MPA，精度15級。（2）溫度計(jì)上下兩個(gè)溫度計(jì)，型號(hào)為溫度計(jì)WS71,插入深度250MM。（3）液位計(jì)裝設(shè)現(xiàn)場和遠(yuǎn)傳液位計(jì)，且有高低位報(bào)警裝置和帶聯(lián)鎖的高液位報(bào)警，以免發(fā)生事故。因直徑較大，而液位計(jì)的規(guī)格有一定的規(guī)格，故此次選用兩個(gè)型號(hào)為HG/T215841995磁性液位計(jì)UZ40M600006AF304/A作為現(xiàn)場液位計(jì)。（4）安全閥因介質(zhì)的原因必須設(shè)置兩個(gè)安全閥，每個(gè)都能滿足事故狀態(tài)下最大泄放量的要求。型號(hào)為CA42F25安全閥DN150開啟壓力17MPA，數(shù)量2個(gè)。具體計(jì)算如下A容器安全泄放量（WSI）283103228310306530100255185/式中為天然氣密度065KG/3為天然氣進(jìn)口管的流速30M/SD為壓力容器進(jìn)口管內(nèi)徑100MMB單個(gè)DN100安全閥排氣能力176102761023480651973318241031331115/整定壓力17出口側(cè)壓力170118排放壓力（絕壓）1101197氣體絕熱系數(shù)，查表得K131C氣體特征系數(shù)，查表C348K安全閥額定泄放系數(shù)，按全啟式安全閥取K065A安全閥的最小排氣面積124652433182安全閥閥座喉部直徑，DN100喉徑為65MM1M氣體摩爾質(zhì)量M24KG/KMOLT泄放裝置進(jìn)口側(cè)氣體的溫度T27340313KZ氣體的壓縮系數(shù)取10結(jié)論131115/55185/兩個(gè)DN100安全閥滿足設(shè)計(jì)要求。（5）接地設(shè)置兩個(gè)接地電阻為10的接地板，材料為1CR18NI9。（6）梯子平臺(tái)現(xiàn)場配作。4球殼強(qiáng)度計(jì)算赤道正切式球罐的強(qiáng)度計(jì)算，包括球殼、支柱、拉桿和各連接部位的應(yīng)力及球殼開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并由此確定球罐各部分的幾何尺寸。本節(jié)將對上述幾個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算和校核。41球殼壁厚的確定411計(jì)算壓力計(jì)算壓力2109式中設(shè)計(jì)壓力P17MPA為介質(zhì)靜壓力物料密度065KG/M32因?yàn)榻橘|(zhì)為氣體，密度小，介質(zhì)靜壓力可忽略不計(jì)，故球殼各帶的計(jì)算壓力為設(shè)計(jì)壓力，17MPA。412球殼各帶厚度根據(jù)，4式中球殼內(nèi)直徑11981MM設(shè)計(jì)溫度下球殼材料Q345R的許用應(yīng)力查表得163焊縫系數(shù)10厚度附加量按鋼材厚度負(fù)偏差0MM；腐蝕裕量12110MM，故21210各帶41711981416311710323根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，取各帶球殼板的名義厚度均為34413試驗(yàn)壓力校核水壓試驗(yàn)壓力125125171213式中P17MPA163163MPA壓力試驗(yàn)前校核球殼應(yīng)力421311981334331939球殼有效厚度按341033應(yīng)滿足下列條件液壓試驗(yàn)時(shí)，；09式中球殼材料在試驗(yàn)溫度下的常溫屈服點(diǎn)，查表得305MPA，焊縫系數(shù)10即1939MPA，0930512745結(jié)論水壓試驗(yàn)合格。42球罐質(zhì)量計(jì)算球殼平均中徑12015MM球殼材料密度7850KG/M31充裝系數(shù)K10水的密度1000KG/M33物料密度065KG/M32球殼外直徑12049MM地震設(shè)防烈度8度基本雪壓值Q350N/M2球面積雪系數(shù)045球殼質(zhì)量121109314120152347850109120983物料質(zhì)量2632109314611981306510109585液壓試驗(yàn)時(shí)液體（水）的質(zhì)量363310931461198131000109900000積雪質(zhì)量4421063144981120492350041061626保溫層質(zhì)量（無保溫）50支柱、拉桿及附件的質(zhì)量619605操作狀態(tài)下的球罐質(zhì)量124561209835851626019605142799KG液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的球罐質(zhì)量136120983KG900000KG19605KG1040588KG球罐最小質(zhì)量16120983KG19605KG140588KG43風(fēng)載荷計(jì)算風(fēng)載體形系數(shù)104系數(shù)查表（按GB123371998表17選?。?141風(fēng)振系數(shù)2103511035141149基本風(fēng)壓值0450/2支柱底板底面至球殼中心的距離08000風(fēng)壓高度變化系數(shù)查表得（按GB123371998表17選取）1092球殼附件增大系數(shù)211球罐的水平風(fēng)力421201210631441204920414145009211106292710444地震載荷計(jì)算441自振周期支柱底板底面至球殼中心的距離08000支柱數(shù)目N8支柱材料Q345R鋼的常溫彈性模量206103支柱外直徑325支柱內(nèi)直徑305支柱橫截面慣性矩64（44）314643254305412281084支柱底板底面至拉桿中心線與支柱中心線交點(diǎn)處的距離L5600MM拉桿影響系數(shù)102320156008000232560080000216球罐可視為一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)體系，其基本自振周期030103331414279980003021610338206103122810805064S442地震力綜合影響系數(shù)2045地震影響系數(shù)的最大值，查表得045特征周期，按場地土類別II類及近震查表030對應(yīng)于自振周期T的地震影響系數(shù)09030050640904502809球罐的水平地震力004502809142799981177110545彎矩計(jì)算取（）與較大值0250251771105025292710418441052927104故1844105L為力臂L0800056002400所以最大彎矩1844105240044310846支柱計(jì)算461單個(gè)支柱的垂直載荷4611支柱的重力載荷操作狀態(tài)下的重力載荷14279998181751105液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的重力載荷104058898181281064612支柱的垂直載荷最大值支柱中心圓半徑59905最大彎矩對支柱產(chǎn)生的垂直載荷的最大值02502502544310859905185104拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值（）0323003230032305600184410559905557104以上兩力之和的最大值（）011703070117030701174431085990503075600184410559905616104462組合載荷操作狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷17511056161042367105液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷0312810603616104292710418441051283106463單個(gè)支柱彎矩4631偏心彎矩操作狀態(tài)下赤道線的液柱高度0液壓試驗(yàn)狀態(tài)下赤道線的液柱高度59905操作狀態(tài)下物料在赤道線的液柱靜壓力0液壓試驗(yàn)狀態(tài)下液體在赤道線的液柱靜壓力3109599051000981109006MPA球殼的有效厚度341033操作狀態(tài)下的球殼赤道線的薄膜應(yīng)力4170119813343315473液壓試驗(yàn)狀態(tài)下球殼赤道線的薄膜應(yīng)力4213006119813343319932球殼內(nèi)半徑59905球殼材料的泊松比03球殼材料Q345R彈性模量206103操作狀態(tài)下支柱的偏心彎矩1115473599052367105206103103746105液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的偏心彎矩11199325990512831062061031035211064632附加彎矩操作狀態(tài)下支柱的附加彎矩2620162061031228108154735990580002206103103747106液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的附加彎矩26201620610312281081993259905800022061031039621064633總彎矩操作狀態(tài)下支柱總彎矩12746105747106822106液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的總彎矩12521106962106148107464支柱穩(wěn)定性校核單個(gè)支柱的橫截面積42231443252305298912支柱的慣性半徑1228108989111142支柱長細(xì)比3018000111427180式中，計(jì)算長度系數(shù)1。3支柱換算長細(xì)比71803143451921030969支柱材料Q345R鋼的常溫常壓屈服點(diǎn)345彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓支柱穩(wěn)定系數(shù)查GB1233706421998表23等效彎矩系數(shù)1截面塑性發(fā)展系數(shù)115單個(gè)支柱的截面系數(shù)44323143254305432325756105歐拉臨界力2231422061039891718023897106支柱材料的許用應(yīng)力1534515230操作狀態(tài)下支柱的穩(wěn)定性校核10823671050642989118221061157561051082367105389710647216333液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的穩(wěn)定性校核108128310606429891114810711575610510812831063897106225116333結(jié)論穩(wěn)定性校核合格。47地腳螺栓計(jì)算471拉桿作用在支柱上的水平力拉桿和支柱間的夾角COT12SIN180COT1259905SIN180856003931拉桿作用在支柱上的水平力TAN557104TAN3931456104472支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力支柱地板與基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)04支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力041405889818690104473地腳螺栓的選取因，則球罐不需設(shè)置地腳螺栓，但為了固定球罐位置，應(yīng)設(shè)置地腳螺栓。每個(gè)支柱上的地腳螺栓個(gè)數(shù)2結(jié)論選取M30的地腳螺栓。48支柱底板圖41支柱底板481支柱底板直徑基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土，其許用應(yīng)力30地腳螺栓直徑D30MM支柱底板直徑取下列兩式中的較大值1113113111310630689281081030325565625選取底板直徑700482底板厚度底板的壓應(yīng)力4241113106314700229底板外邊緣至支柱外表面的距離70032521875底板材料Q245R的常溫屈服點(diǎn)225底板材料的許用彎曲應(yīng)力1522515150底板的腐蝕裕量。3支柱底板厚度323291875215034816結(jié)論選取底板厚度。5049拉桿計(jì)算491拉桿螺紋小徑的計(jì)算拉桿的最大拉力COS557104COS3931711104上式中，拉桿和支柱間的夾角。3931拉桿材料選用Q245R鋼，其常溫屈服點(diǎn)，查表235拉桿材料的許用應(yīng)力1523515157拉桿的腐蝕裕量3拉桿螺紋小徑111311371110415732704結(jié)論選取拉桿的螺紋公稱直徑為M30。492拉桿連接部位的計(jì)算4921銷子直徑銷子直徑0808711104942201式中，銷子材料選用Q245R鋼，其常溫屈服點(diǎn)1235銷子的許用應(yīng)力0410423594結(jié)論選取銷子的直徑為25MM。4922耳板厚度71110422214151式中耳板材料選用Q245R鋼，其常溫屈服點(diǎn)2235耳板材料的許用壓應(yīng)力21123511214結(jié)論選取耳板厚度為18MM。4923翼板厚度223158223523579式中耳板材料的常溫屈服點(diǎn)2235翼板材料的常溫屈服點(diǎn)3235結(jié)論選取翼板厚度為10MM。4924連接焊縫強(qiáng)度校核1）耳板與支柱的焊縫A（見圖七）所承受的剪切應(yīng)力圖42支柱與拉桿的連接1411171110414138010132654式中A焊縫單邊長度1380A焊縫焊腳尺寸110支柱或耳板材料常溫屈服點(diǎn)的較小值235角焊縫系數(shù)06焊縫的許用剪切應(yīng)力0404235065642耳板與支柱的焊縫A所承受的剪切應(yīng)力28222711104282200101260564式中B焊縫單邊長度2200B焊縫焊腳尺寸210拉桿或翼板材料常溫屈服點(diǎn)的較小值235角焊縫系數(shù)取06焊縫的許用剪應(yīng)力040423506564結(jié)論焊縫強(qiáng)度合格。410支柱與球殼連接最低點(diǎn)A的應(yīng)力校核圖43支柱與球殼的連接支柱與球殼板連接最低點(diǎn)（A點(diǎn)）是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，此點(diǎn)的應(yīng)力必須進(jìn)行應(yīng)力校核。目前，主要用GB123371998中A點(diǎn)應(yīng)力的計(jì)算公式來計(jì)算橫托板下表面A點(diǎn)的應(yīng)力。4101A點(diǎn)的剪切應(yīng)力支柱與球殼連接焊縫單邊的弧長18809球殼A點(diǎn)處的有效厚度33操作狀態(tài)下A點(diǎn)剪切應(yīng)力2175110518510421880933156液壓試驗(yàn)狀態(tài)下A點(diǎn)剪切應(yīng)力，0321281060318510435011041844105218809331032式中支柱與球殼連接焊縫單邊的弧長18809球殼A點(diǎn)處的有效厚度334102A點(diǎn)的緯向應(yīng)力操作狀態(tài)下A點(diǎn)的液柱高度0液壓試驗(yàn)狀態(tài)下物料在A點(diǎn)的液柱高度78714操作狀態(tài)下物料在A點(diǎn)的液柱靜壓力1090液壓試驗(yàn)狀態(tài)下液體（水）在A點(diǎn)的液柱靜壓力109787141000981109008操作狀態(tài)下A點(diǎn)的緯向應(yīng)力14170119813343315470液壓試驗(yàn)狀態(tài)下A點(diǎn)的緯向應(yīng)力142130081198133433201124103A點(diǎn)的應(yīng)力校核操作狀態(tài)下A點(diǎn)的組合應(yīng)力11547015615626液壓試驗(yàn)狀態(tài)下A點(diǎn)的組合應(yīng)力120112103221144應(yīng)力校核A點(diǎn)的組合應(yīng)力滿足156261572114409093052745式中，為試驗(yàn)溫度下球殼材料的屈服點(diǎn)。結(jié)論校核合格。411支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核支柱與球殼連接焊縫所承受的剪切應(yīng)力14112811061411880910483式中W取和兩者之中的較大者，其中03175110518510419361050312810603185104350110418441051281106所以W031281106支柱與球殼連接焊縫焊角尺寸S10MM支柱與球殼連接焊縫的許用剪切應(yīng)力04043450678其中支柱或球殼材料屈服點(diǎn)的較小值325角焊縫系數(shù)??；06應(yīng)力校核48378校核合格。5制造、組裝及試驗(yàn)51球殼板下料、成型及運(yùn)輸A）按零件圖編制下料排版圖，并進(jìn)行材料標(biāo)記；B）每塊球殼板均不得拼接且表面不允許存在裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊、和夾雜等缺陷，球殼板不得有分層；C）球殼的實(shí)際厚度不得小于名義厚度減鋼板負(fù)偏差；D）上水壓機(jī)冷壓成型，并用一次樣板檢查，任意部位間隙小于等于20MM，不允許存在包邊及皺邊；E）按二次樣板劃切割線，樣沖標(biāo)識(shí)切割線。沿切割線切割球殼，對接坡口形式及尺寸按圖，氣割要求表面平滑，粗糙度25UN；平面度B10MM，熔渣及氧化皮應(yīng)清除干凈，坡口表面不得存在夾渣、分層、裂紋等缺陷；F對每塊球殼板坡口周邊100MM范圍內(nèi)全面積檢測，符合JB/T47302005標(biāo)準(zhǔn)III合格；G）測厚不小于3550MM；H）對球殼板進(jìn)行總檢球殼板長度方向弦長公差，寬度25方向弦長，對角線公差；2030圖51赤道板尺寸圖52極邊板尺寸I）坡口表面應(yīng)平滑，表面粗糙度小于等于25，機(jī)器內(nèi)、外表面50MM范圍內(nèi)涂可焊性涂料；J）球殼板運(yùn)輸時(shí)，需根據(jù)球片曲率制作運(yùn)輸包裝架，防止球殼板運(yùn)輸變形。52組裝按圖清點(diǎn)各零部件，復(fù)驗(yàn)其主要尺寸，標(biāo)志清楚齊全。521組焊定位塊定位塊在球殼板吊裝前焊完，焊接前應(yīng)畫出焊接位置，確保全部球殼板定位塊的一一對應(yīng)和調(diào)整卡具使用合適，允許偏差。內(nèi)腳05手腳及外防護(hù)棚的搭設(shè)。球罐內(nèi)部用無縫鋼管和11/2有32510縫鋼管組成傘形架；外部與防護(hù)棚共同形成罐外操作平臺(tái)。為保證傘形架的穩(wěn)定，在不影響球罐安裝的情況下，在其頂部和底部分別用鋼絲繩和型鋼固定。圖53支柱安裝示意圖522球罐赤道板的組裝球罐赤道板的組裝采用插入法，具體步驟如下A赤道帶板應(yīng)在安裝前在板中劃出中心線，以保證安裝時(shí)赤道板處于一個(gè)水平度，按排版圖吊裝帶支柱的赤道板，用鋼絲繩牽引，準(zhǔn)確就位，使座板十字中心線和柱底板十字中心線吻合。采取臨時(shí)固定措施，防止傾倒，安裝柱間拉桿，調(diào)整支柱垂直度，以利于相鄰赤道板的組裝，且有利于控制支柱最終垂直度。B吊裝其它赤道板，安裝組裝夾具進(jìn)行固定，根據(jù)球殼板復(fù)檢計(jì)算調(diào)整間隙、錯(cuò)邊、棱角度、端口水平度。C組對成環(huán)后，按技術(shù)要求進(jìn)行檢查、調(diào)整，重點(diǎn)注意調(diào)整上、下環(huán)口的橢圓度和周長，以利于上、下極帶的組裝，且在支柱下端用水準(zhǔn)儀測出各支柱的水準(zhǔn)線，以便檢查，調(diào)整赤道線水平度。523上極帶板的組裝上極帶板起吊就位時(shí)，殼板上端用組裝夾具與赤道帶上端連接，殼板下端用倒鏈鉤掛在傘形架上，調(diào)節(jié)球臺(tái)高度和下口直徑，待組裝完畢后拆除。524下極帶板的組裝下極帶板起吊就位時(shí)，球殼板下端用組裝夾具與赤道帶板下端連接，殼板上端用倒鏈鉤掛在傘形架上，調(diào)節(jié)球臺(tái)高度和下口直徑，待組裝完畢后拆除。53焊接球罐殼體及殼體與各接管鍛件焊接選用低氫堿性焊條E5015J507，殼體施焊前應(yīng)打磨，將坡口表面和兩側(cè)至少20MM范圍內(nèi)的油污、水分及其他有害雜質(zhì)清除干凈。該殼體采用雙面焊對接焊縫，單側(cè)焊接后應(yīng)進(jìn)行背面清根，清根時(shí)應(yīng)將定位焊的溶附金屬清除掉，清根后的坡口形狀、寬窄應(yīng)一致。焊后須立即進(jìn)行熱后消氫處理，后熱溫度宜為200250，后熱時(shí)間應(yīng)為051小時(shí)。焊后球殼兩極間凈距與球殼設(shè)計(jì)內(nèi)直徑之差和赤道截面的最大內(nèi)直徑與最小內(nèi)直徑之差小于80MM。焊縫表面不得有裂紋、咬邊、氣孔、弧坑和夾渣