混合式球罐課程設(shè)計

1、<p><b>　　概論</b></p><p>　　1.1 球罐簡介：</p><p>　　隨著世界各國綜合國力與科技水平的不斷提高，球星容器的制造水平也正在飛速發(fā)展。近年來，我國在石油化工、合成氨、城市燃?xì)饨ㄔO(shè)中，大型球罐容器的到廣泛應(yīng)用。例如，在石油、化工、冶金城市煤氣的工程中，球形容器被用于儲存液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、液氮等物料；在原子

2、能發(fā)電站，球形容器被用作核安全殼；在造紙廠被用作蒸煮球等。</p><p>　　由于球形容器多數(shù)作為有壓儲存容器，故又稱球形儲罐（簡稱“球罐”）。總之，隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的使用范圍必將越來越廣。</p><p>　　1.1.1 球罐的特點</p><p>　　與圓筒形容器相比其主要優(yōu)點是：</p><p><b>　　受力

3、均勻</b></p><p>　　在同樣壁厚條件下，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同直徑、同材料的圓筒形容器壁厚的1/2（不考慮腐蝕裕度）</p><p>　　在相同容積條件下，球形容器的表面積最小，由于壁厚、表面積小等原因，一般要比圓筒形容器節(jié)約30%～40%的鋼材</p><p>　　其主要缺點是制造施工比較復(fù)雜。<

4、;/p><p>　　1.1.2 球罐的分類</p><p>　　球罐的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，根據(jù)不同的使用條件（介質(zhì)、容量、壓力濕度）有不同的結(jié)構(gòu)形式。通常按照外觀形狀、殼體構(gòu)造和支承方式的不同來分類?！　。?）按形狀分為圓球形和橢球形　?。?）按殼體層數(shù)分為單層殼體和雙層殼體　　（3）按球殼的組合方式分為純橘瓣式、純足球瓣式和足球橘瓣混合式　?。?）按支承結(jié)構(gòu)分為柱式支承和裙式支承，半

5、埋入式支承、高架支承等1.2 1Gr17材料焊接性分析：</p><p>　　1Cr17不銹鐵　　標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1220-1992 </p><p>　　1.2.1 特性及適用范圍 </p><p>　　1Cr17不銹鐵為耐蝕性良好的通用鋼種。用于建筑內(nèi)裝飾、重油燃燒器部件、家庭用具和家用電器部件等。S43000(美國AISI,ASTM) 430對應(yīng)的中

6、國牌號是1Cr17 。導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。</p><p>　　1.2.2 化學(xué)成份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%</p><p>　　碳 C ：0.12 </p><p>　　硅 Si：≤0.75 </p><p>　　錳 Mn：≤1.00 </p>

7、<p>　　硫 S ：≤0.030 </p><p>　　磷 P ：≤0.035 </p><p>　　鉻 Cr：16.00～18.00 </p><p>　　鎳 Ni：允許含有≤0.60 </p><p>　　1.2.3 力學(xué)性能 </p><p>　　抗拉強度 σb (MPa)：≥450 </p&

8、gt;<p>　　條件屈服強度 σ0.2 (MPa)：≥205 </p><p>　　伸長率 δ5 (％)：≥22 </p><p>　　斷面收縮率 ψ (％)：≥50 </p><p>　　硬度 ：≤183HB </p><p>　　1.2.4 焊接工藝要點 </p><p>　　1） 焊前要預(yù)熱，但

9、必須采用低溫預(yù)熱。由于鐵素體鋼焊接時易因為接頭脆化產(chǎn)生裂紋，所以必須預(yù)熱，如果預(yù)熱溫度過高，反而會加劇接頭的粗晶脆化，因此只能采取低溫預(yù)熱，使接頭在富有韌塑性狀態(tài)下焊接。</p><p>　　一般鐵素體不銹鋼采用同材質(zhì)材料焊接時，預(yù)熱溫度在100-2000C，希望不超過1500C，預(yù)熱溫度盡可能低些好。但是，含鉻較多時，預(yù)熱溫度也要適當(dāng)高些有時也不得不提高到200-3000C，這是必須限定預(yù)熱溫度的上限，以防止出

10、現(xiàn)4750C脆化問題。</p><p>　　2） 關(guān)于焊后熱處理問題，一般情況下焊后需在650-8500C進行熱處理，通常采用750-8000C進行退火處理。</p><p>　　焊后處理可以使鉻重新均勻化，碳、氮化合物球化，消除晶蝕傾向；可以提高接頭的塑性，改善接頭的力學(xué)性能，防止或延遲裂紋的產(chǎn)生。</p><p>　　3） 盡可能采用較小的焊接線能量，減少熱輸入

11、，焊接時盡可能不要橫向擺動，短焊縫不宜連續(xù)施焊，多層多道焊時，要保持層間溫度在1500C的預(yù)熱溫度范圍內(nèi)，不宜過高，防止過熱。</p><p>　　1.2.5 鐵素體不銹鋼焊接時的主要問題</p><p>　?。?） 接頭脆化問題</p><p>　　鐵素體不銹鋼焊接時，容易引起接頭的脆化，主要表現(xiàn)為韌塑性的降低以及脆性轉(zhuǎn)變溫度的升高，引起接頭脆化的原因如下：&l

12、t;/p><p>　　粗晶脆化 鐵素體不休鋼焊接時，在加熱到9500C以上的近縫區(qū)，晶粒容易長大，形成粗大的鐵素體，而且由于鐵素體不銹鋼在加熱和冷卻過程中，不僅發(fā)生固態(tài)相變，而且這種粗晶現(xiàn)象很難通過焊后熱處理來改善。加之高鉻鐵素體不銹鋼本身在室溫下的沖擊韌性值就不高，因此，在拘束度較大的環(huán)境下焊接時，很容易產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　4750C脆化 4750C脆性是高鉻鐵素體的主要問題

13、之一，在Fe-Gr合金系中，通過兩相分離，以共析的方式失效沉淀，析出富Gr的體心立方結(jié)構(gòu)的α＇相，并與母材經(jīng)常保持共格關(guān)系，α＇相的析出是4750C脆性的主要原因。</p><p>　　雜質(zhì)對4750C脆化有促進作用。因此，最大限度地提高焊縫金屬及母材的純度，盡量避免在400-6000C溫度區(qū)間加熱以及盡量縮短在此區(qū)間的停留時間，是減少4750C脆化的重要措施。</p><p>　　σ相析

14、出脆化 高鉻鐵素體不銹鋼在550-8200C溫度區(qū)間長期加熱時，將會析出σ相，不僅是鋼脆化，還會降低鋼的耐腐蝕性。一旦發(fā)生σ相析出，可以通過8500C以上加熱，使σ相分解重溶，即可消除σ相脆化作用。</p><p><b>　　接頭冷裂紋問題</b></p><p>　　鐵素體不銹鋼焊接時有一定的冷裂傾向，主要原因如下：</p><p>　　

15、高鉻鐵素體不銹鋼焊接時容易產(chǎn)生接頭脆化現(xiàn)象，這是產(chǎn)生冷裂紋的主要原因之一。</p><p>　　氫在鐵素體中的溶解度很低，但擴散速度很快，很容易在缺陷處聚集，形成氫致裂紋。</p><p>　　高鉻鐵素體不銹鋼的導(dǎo)熱率比較低，焊后殘余應(yīng)力比較大，這是形成冷裂紋的力學(xué)條件。</p><p><b>　　接頭晶間腐蝕問題</b></p>

16、<p>　　高鉻鐵素體不銹鋼也有晶間腐蝕傾向。在高溫急冷條件下會產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。例如Gr17鐵素體不銹鋼從1100-12000C急冷就會產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。然后再經(jīng)過650-8500C加熱緩冷后，可以消除這種晶間腐蝕傾向。這是因為碳在鐵素體中的固溶度比在奧氏體中小得多，并且碳在鐵素體中的擴散速度避災(zāi)奧氏體中快，容易在晶界處積聚沉淀。</p><p>　　在焊接熱循環(huán)的作用下，由于加熱和冷卻速度比較快

17、，因此在焊縫和熱影響區(qū)有可能出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象。</p><p>　　引起不銹鋼晶間腐蝕的主要原因是晶間貧鉻。同時可以看出，對于高純度鐵素體不銹鋼，水淬冷卻可以有效地抑制碳、氮化合物的析出，防止晶間腐蝕，或在產(chǎn)生晶間敏化溫度區(qū)間長時間保溫，使鉻有充分的時間擴散，消除晶間貧鉻現(xiàn)象，以達到防止晶蝕的目的。 </p><p>　　第二章 球罐結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2

18、.1 球殼球瓣結(jié)構(gòu)尺寸計算</p><p>　　2.1.1 設(shè)計計算參數(shù)：</p><p>　　球罐內(nèi)徑：D=12450mm </p><p>　　幾何容積：V=974m3 公稱容積：V=1000m3</p><p>　　球殼分帶數(shù)：N=3 支柱根數(shù)：F=8</p><p>　　各帶球心角/

19、分塊數(shù)： 上極：112.5°/7 赤道：67.6°/16 下極：112.5°/7 </p><p>　　圖 2-1混合式排板結(jié)構(gòu)球罐</p><p>　　2.1.2混合式結(jié)構(gòu)排板的計算：</p><p><b>　　1.符號說明：</b></p><p>　　R--球罐半徑6225 mm

20、 N--赤道分瓣數(shù)16 (看上圖數(shù)的) α--赤道帶周向球角22.5° （360/16）</p><p>　　--赤道帶球心角70° --極中板球心角44° --極側(cè)板球心角11°</p><p>　　--極邊板球心角22° </p><p>　　2.赤道板（圖2-2）尺寸計算：</p&g

21、t;<p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　弧長= ==7601.4mm </p><p>　　弦長=2Rsin()=2x6225×sin()=7141mm</p><p>　　弧長=cos()=×cos=2001.4mm</p><p>　　弦長=2Rcos()s

22、in()=2x6225×cos35sin=1989.6mm</p><p>　　弧長===2443.3mm</p><p>　　弦長=2Rsin=2x6225×sin(）=2428.9mm</p><p><b>　　弦長=2R</b></p><p>　　=2x6225x = 7413.0mm<

23、;/p><p>　　弧長=arcsin()=arcsin() = 7936.4mm</p><p>　　極板（圖2-3）尺寸計算：</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　對角線弧長與弦長最大間距：</p><p>　　H== = 1.139mm</p>&l

24、t;p>　　弦長===5953.3mm</p><p>　　弧長=arcsin()=arcsin()=6204.1mm</p><p>　　弦長==×6204.1=8774.0mm</p><p>　　弧長=arcsin()=arcsin()=9731.7mm</p><p>　　弦長=2Rsin()=2x6225xsin()

25、=6780.8mm</p><p>　　弧長===7167.1mm</p><p>　　極中板（圖2-4）尺寸計算：</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　對角線弦長與弧長的最大間距：</p><p>　　A==0.979mm</p><p>　

26、　弧長==4778.0mm</p><p>　　弦長=2Rsin()=4663.9mm</p><p>　　弧長==7167.1mm</p><p>　　弦長=2Rsin()=6780.8mm</p><p>　　弦長==6421.9mm</p><p>　　弧長=arcsin()=6744.0mm</p>

27、<p>　　弦長==3995.3mm</p><p>　　弧長=arcsin()=4065.2mm</p><p>　　弦長==7563.3mm</p><p>　　弧長=arcsin()=8124.5mm</p><p>　　側(cè)極板（圖2-5）尺寸計算：</p><p><b>　　圖2-5&

28、lt;/b></p><p>　　弦長=2Rcos()sin()/A=6421.9mm</p><p>　　弧長=arcsin（）=6744.0mm</p><p>　　弦長 =2Rsin()/H=5953.3mm </p><p>　　弧長 =arcsin()=6204.0mm</p><p>　　K=2Rsi

29、n()cos()/A=3995.3mm</p><p><b>　　式中 A.H 同前</b></p><p>　　=arcsin()-arcsin（）=9.85mm</p><p>　　弧長==1194.5mm</p><p>　　弦長=2Rsin()=1193.3mm</p><p>　　弧長

30、==1069.6mm</p><p>　　弦長==6183.5mm</p><p>　　弧長=arcsin()=6467.7mm</p><p>　　4.極邊板（圖2-6）尺寸計算：</p><p><b>　　圖2-6</b></p><p>　　弧長=cos()=8005.8mm</p&

31、gt;<p>　　弦長=Rcos()=7210.3mm</p><p>　　弦長=2Rsin()/H=5953.3mm</p><p>　　弧長=arcsin()=6204.1mm</p><p>　　弧長==1194.5mm</p><p>　　弦長=2Rsin()=1193.3mm </p><p>

32、;　　式中 =arcsin()=10.2</p><p>　　M=Rsin()/H=8419.2</p><p>　　=90°-+arcsin()=97.55</p><p>　　=2 arcsin[sin()]=64.25</p><p>　　弧長==1107.6mm</p><p>　　弦長=2R

33、sin()=1106.7mm</p><p>　　弦長==4600.2mm</p><p>　　弧長=arcsin()=4709.4mm</p><p>　　弧長==6977.0mm</p><p>　　弦長=Rsin()=6621.3mm</p><p><b>　　第三章 坡口設(shè)計</b>&l

34、t;/p><p>　　球殼都是由球片焊接而成的，因此焊接坡口的設(shè)計是保證球罐質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。坡口設(shè)計的原則是：便于施工，便于檢驗，焊縫有足夠的強度又經(jīng)濟合理。目前，國內(nèi)。外球罐的焊縫系數(shù)都趨向于采用Φ=1.因此坡口的設(shè)計就更重要。</p><p>　　坡口實際的影響因素：</p><p>　　與采用的焊接方法有關(guān)</p><p>　　當(dāng)用手工焊時

35、，采用不對稱X型坡口或Y型坡口；當(dāng)自動焊、版自動焊或氣電垂直自動焊時，按所用的焊機情況選定適當(dāng)?shù)钠驴凇?lt;/p><p><b>　　與球殼鋼板厚度有關(guān)</b></p><p>　　采用手工焊，當(dāng)鋼板厚度小于30mm時，一般采用Y型坡口；當(dāng)鋼板厚度小于20mm時，一般采用X型坡口。為了減少仰焊，也有厚度38mm時采用Y型坡口，但他的立足點時要反面拋坡口，然后再焊，其實質(zhì)

36、是不對稱X型坡口。</p><p>　　與焊縫所在球殼的部位有關(guān)</p><p>　　當(dāng)采用手工焊接不對稱X型坡口時，一般適宜于把上極板的縱縫以及赤道帶上環(huán)縫以上的所有環(huán)峰的打坡口放在內(nèi)側(cè)，小坡口在外側(cè)；反之，吧赤道帶，下極帶的縱縫及赤道帶環(huán)峰一下的所有環(huán)峰的大坡口放在外側(cè)。</p><p><b>　　與焊接工藝有關(guān)</b></p>

37、;<p>　　坡口的設(shè)計就是確定坡口結(jié)構(gòu)的三個要素，即角度、間隙及鈍邊尺寸大小。圖為一種球罐上采用的Y型坡口和不對稱X型坡口門的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，在本次的坡口設(shè)計參照下列標(biāo)準(zhǔn)進行：GB985-1988《氣焊，手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式及尺寸》GB986-1988《埋弧焊焊縫坡口的摹本形式及尺寸》ＪＢ／Ｔ４７０９ ２００《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》等。</p><p>　　總結(jié)引進的球罐的坡口

38、結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)球罐的坡口為不對稱X型。</p><p><b>　　第四章 強度計算</b></p><p><b>　　4.1球殼計算</b></p><p>　　設(shè)計壓力：1.6MPa</p><p>　　設(shè)計溫度：-20 — 40℃</p><p>　　試驗壓力：1

39、.6 + H*ρ*g*10-6 = 1.76MPa</p><p><b>　　殼壁厚度 </b></p><p>　　球殼材料采用1Gr17，σb=450MPa，常溫下許用應(yīng)力為[σ]t=150MPa.</p><p>　　取焊縫系數(shù)：φ=1.0[1]P110</p><p>　　腐蝕裕量C=2mm，鋼板厚度負(fù)

40、偏差C=0mm，</p><p>　　故厚度附加量C=C+C=2mm.</p><p>　　液柱高度H： H=K1R=1.6084*6225=9960mm</p><p>　　液體的靜壓力P=ρgH = 6225*9.8*9960*10-9 =0.061MP</p><p>　　計算壓力：Pc = 1.76+0.061 = 1.821MP&l

41、t;/p><p><b>　　球殼所需壁厚：</b></p><p>　　δ1==35.2 + 2 = 37.2mm</p><p>　　圓整可取δ=38mm</p><p><b>　　接管和法蘭的選擇</b></p><p>　　接管根據(jù)JBM0503-08選用DN25 D

42、N40 DN50接管。</p><p>　　法蘭由JBT 81—1994選擇。</p><p>　　人孔尺寸 組合如下圖所示：</p><p><b>　　4.4 盤梯</b></p><p>　　近似球面的螺旋形盤梯的設(shè)計計算</p><p>　　R1 = R + δ + t R1---假想圓

43、球的半徑；</p><p>　　R = 6225mm----球罐的內(nèi)半徑</p><p>　　δ= 38mm---球甲壁板厚度</p><p>　　t = 200 —梯子或者頂平臺與球面最小距離</p><p>　　R1 =6225 + 38 + 200 = 6463mm</p><p>　　R2max = (R12-

44、(R+δ1 – b1)2)0.5</p><p>　　δ1 = 5mm——頂平臺板厚度</p><p>　　b1 = 180mm——梯子側(cè)板寬</p><p>　　R2max =2273mm</p><p>　　R2 <= R2max 選R2 =2000mm</p><p>　　R2 ——頂部平臺半徑</p

45、><p>　　Z1 = b1 + (R12-R22)0.5 = 6325.7mm</p><p>　　b = 1500mm ——梯子寬度</p><p>　　r = )2 - R22,2R1 + b) </p><p>　　= 3329.2mm ——梯子中心回轉(zhuǎn)半徑</p><p>　　|X0| = )2 + R22,2R

46、1 + b) </p><p>　　= 3883.8mm ——盤梯圓柱中心軸線與球心的距離 X0在坐標(biāo)中的值為負(fù)</p><p>　　α終 = arccos() = 149.0</p><p><b>　　4.5 灑水孔</b></p><p>　　1000m3以上的中型球罐可設(shè)置內(nèi)部轉(zhuǎn)梯，本球罐采用內(nèi)部轉(zhuǎn)梯</p

47、><p>　　淋水管的灑水孔徑為4mm以上</p><p>　　球罐直徑： Df = 12450mm</p><p>　　壁厚 t = 38mm</p><p>　　設(shè)計壓力P = 1.821Mpa</p><p>　　球罐外表面： A = 4πR2 = 486.7m2 </p><p>　　灑水量

48、 2 L/min*m2</p><p>　　水流速度 v = 2m/s = 120m/min</p><p>　　水壓： 0.1Mpa</p><p>　　所需撒水量 Q = 486.7 * 2 = 980L/min*m2</p><p>　　所需管徑： D = 2d = 3.162 * ()0.5 = 10.20mm ≈ 11mm<

49、/p><p><b>　　灑水孔數(shù)：</b></p><p>　　算的N = 80.98≈ 82個</p><p><b>　　保冷措施：</b></p><p><b>　　4.6 壓力表</b></p><p>　　壓力表的最大刻度為正常運轉(zhuǎn)壓力的1.5

50、倍以上（不要超過3倍） </p><p>　　取： 最大刻度 3.6 Mpa</p><p>　　壓力表表面直徑應(yīng)大于150mm</p><p>　　壓力表前應(yīng)安裝截止閥，以便于在儀表標(biāo)校時可以取下壓力表</p><p><b>　　4.7支柱拉桿</b></p><p>　　球罐支座是球罐中用以

51、支承本體質(zhì)量和儲存物料質(zhì)量的結(jié)構(gòu)部件，為了對付各種影響因素，結(jié)構(gòu)形式比較多，設(shè)計計算也比較復(fù)雜。</p><p>　　支撐主要可分為柱式支撐和裙式支撐，此外，還有 V型柱式支撐，三樁合一型柱式支撐，裙式支撐，錐底支撐，鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支撐，半埋式支撐，高架式支撐，可脹縮的支撐</p><p>　　赤道正切柱式支座設(shè)計</p><p>　　赤道正切柱式支座必須能夠承

52、受作用于球罐的各種載荷，支柱構(gòu)建要由足夠的強度和穩(wěn)定性</p><p><b>　　拉桿結(jié)構(gòu)：</b></p><p>　　拉桿是作為承受風(fēng)載荷以及地震載荷的部件，增加球罐的穩(wěn)定性而設(shè)置的，欄桿結(jié)構(gòu)可分為可調(diào)式和固定式。目前，國內(nèi)自行建造的球罐和引進球罐的大部分采用可調(diào)式拉桿，本球罐的支承結(jié)構(gòu)采用單層可調(diào)式拉桿結(jié)構(gòu)，如圖（3-13）</p><p&

53、gt;　　1 -支柱 2 - 支耳 3 – 長拉桿 4 – 調(diào)節(jié)螺母 5 – 段拉桿</p><p>　　支柱外直徑d0 = 526mm；</p><p>　　內(nèi)直徑 d1=506mm</p><p>　　支柱計算長度L=8000mm</p><p>　　支柱金屬橫截面積 A：648096mm2</p><p>　　支

54、柱橫截面的慣性矩： (d04-d14) = 5.4*108mm4</p><p>　　基本雪壓值q：550N/m2　　</p><p>　　支柱材料：?。眩玻常担?lt;/p><p>　　支柱材料屈服極限σs ：235Mpa</p><p>　　支柱數(shù)目n: 8 根</p><p><b>　　支柱載荷計算&

55、lt;/b></p><p><b>　　靜載荷</b></p><p><b>　　球殼質(zhì)量計算：</b></p><p>　　球殼平均直徑：D=12450+42=12492mm</p><p>　　M1 =πD2*δ*ρ </p><p>　　=3.14*12492

56、2x38 x10-9x7900Kg/m3 ≈ 162.6 (噸)</p><p>　　液體NH3 質(zhì)量(裝滿0.9) M2 = 1000 x 625kg/m3 x10-9x 0.9 ≈ 562.5(噸)</p><p>　　液壓實驗時液體的質(zhì)量：M3=1000*1000Kg/m3 *0.9=900噸 </p><p>　　雪壓質(zhì)量 M4=（π/4g）D2 qC

57、s*10-6= 4.55(噸)</p><p><b>　　保溫層質(zhì)量</b></p><p>　　M5=π(D+ t)2 tρ*10-9 +400 = 1.5噸</p><p>　　支柱和拉桿的質(zhì)量：M6=11.103噸</p><p>　　附件的質(zhì)量：M7=9.750噸</p><p>　

58、　操作狀態(tài)下的球罐質(zhì)量：</p><p>　　M0 = M1+M2+M4+M5 +M7=740.8噸</p><p>　　液壓狀態(tài)下的球罐的質(zhì)量：</p><p>　　Mf = M1+ M3+ M6+M7 = 1083.5噸</p><p><b>　　球罐最小質(zhì)量</b></p><p>　　M

59、min = M1+M6+M7=183.45噸</p><p>　　球罐每根支柱承受的靜載荷：</p><p>　　G0 = = = 907480N</p><p><b>　　液壓試驗條件下：</b></p><p>　　液壓實驗時液體的質(zhì)量：M3=1000*1000Kg/m3 *0.9=900噸 </p>

60、<p>　　Mt = M1+M3+M6+M7 </p><p>　　Gt = = = 1327噸</p><p><b>　　動載荷</b></p><p><b>　　地震水平載荷</b></p><p>　　拉桿影響系數(shù)：λ = 1 – ()2 (3-) = 1- ()2 (3-)

61、= 0.384</p><p>　　球罐中心處單位力引起的水平位移</p><p>　　v = λ*103 =0.384**103 = 2.3*10-8</p><p><b>　　基本自震周期</b></p><p>　　T= 2π = 0.82 S </p><p>　　設(shè)計地震烈度為7度，

62、按表4-2，地震影響系數(shù)的最大值αmax = 0.23，</p><p>　　α= ()0.9αmax = 0.093</p><p><b>　　地震水平力</b></p><p>　　Qz = Czαm0g = 0.45*0.093*740800*9.8 = 303824N</p><p><b>　　

63、風(fēng)載荷 </b></p><p>　　球罐建造的基本風(fēng)壓值： q0 = 600N/m2 查表4-9，風(fēng)壓值高度變化系數(shù)f1 = 1.00,</p><p>　　查表4-10，動載荷系數(shù)ξ= 1.58，故風(fēng)振系數(shù)k2 = 1+mξ=1.553</p><p><b>　　水平風(fēng)力：</b></p><p>

64、;　　Qf = π(D0 + 2t)2 k1k2q0f1f2*10-8 </p><p>　　=*3.14*(12450 + 2*65)2 0.4*1.553*600*1.0*1.1*10-6 = 50933N</p><p>　　Qz > Qf 取水平載荷F = Qz = 303824N</p><p>　　推到彎矩形成的支柱垂直力</p>

65、<p><b>　　推到彎矩：</b></p><p>　　M=FL2 = 303824* 2500 = 7.6×108 N*mm</p><p>　　由M對各支柱產(chǎn)生的垂直力</p><p><b>　　Fi = η= </b></p><p>　　Fa = = 30522N&

66、lt;/p><p>　　Fb = = 21579N</p><p><b>　　Fc = = 0N</b></p><p>　　剪切力形成的支柱垂直載荷 如圖4-8， 水平力F的方向為A向，拉桿構(gòu)架的方為角θAB =22.5，θAC=67.5</p><p><b>　　于是：</b></p>

67、;<p><b>　　Cij = ) </b></p><p>　　Cab = ) = 33555N</p><p>　　Cbc = ) =80410N</p><p>　　Tijmax = = ) = 91009.5N</p><p><b>　　拉桿直徑：</b></p&

68、gt;<p>　　d=2()0.5+C = 2() )0.5 + 2 =29.2mm</p><p>　　取拉桿直徑為φ30mm</p><p><b>　　連接部位強度計算</b></p><p>　　支柱與拉桿，支柱與球殼以及支柱底座等結(jié)構(gòu)圖4-13 圖4-15相同</p><p><b>

69、　　4.8 銷釘、耳板</b></p><p>　　銷釘直徑的計算 銷釘材料選用Q235-A鋼</p><p>　　d銷 =( )0.5 = ( ) )0.5 = 24.8mm</p><p>　　取銷釘直徑為φ25mm</p><p>　　耳板和翼板厚度計算 耳板和翼板都選用Q235-A鋼。耳板和翼板厚度</p>

70、<p>　　t = = *25) = 17.04mm</p><p>　　取耳板厚度為18mm。翼板厚度為9mm</p><p>　　支柱附加壓縮載荷 本球罐無允許沉降差的數(shù)據(jù)，為示例起見，以允許沉降誤差為1mm計算附加壓縮載荷，操作條件下：</p><p><b>　　ΔL = </b></p><p>&

71、lt;b>　　液壓試驗條件下：</b></p><p>　　P = Gt = 1327噸</p><p>　　ΔL` = = = 4.44mm</p><p>　　P`T = == 1027872N</p><p>　　P`e = = =149564N</p><p>　　載荷組合 在載荷組合中，以

72、每根支柱都可以承受附加壓縮載荷計，那么在操作狀態(tài)下每根支柱的載荷情況最大的一組如下：</p><p>　　G0=Pg = 907480N </p><p>　　Qmax=Pg+Fc+Cbc+ P`e = 907480 + 0 + 80410 + 149564 = 1137454N(參考支柱載荷組合表得出公式p82)</p><p>　　Q`t = P`t + P`e

73、 = 1345682N</p><p><b>　　此鋼許用應(yīng)力</b></p><p>　　ψ = 0.89*0.9*235 = 188.235MPa</p><p>　　支柱壓縮應(yīng)力σ= = 107.6 MPa <ψ 滿足條件</p><p>　　Cbc = ) =80410N</p><p

74、>　　F `ijmax = Cbc tanα= 80410*= 146201N (4764 為支桿每45度角一個所對應(yīng)的弦長)</p><p><b>　　4.9地腳螺栓</b></p><p>　　地腳螺栓的計算，每根支柱采用2個地腳螺栓，于是：</p><p>　　dB = ()0.5+CB = () )0.5+2.0 = 33.47

75、mm</p><p>　　采用M36的地腳螺栓</p><p><b>　　4.10支柱地板</b></p><p>　　支柱地板的直徑和厚度計算 查地板基礎(chǔ)材料的允許壓應(yīng)力[σ]bc=295Mpa</p><p><b>　　地板直徑：</b></p><p>　　Dh1=

76、()0.5=(*100)0.5 = 762.3mm</p><p>　　取地板直徑為φ770mm.</p><p><b>　　地板厚度：</b></p><p>　　支柱作用于地板上的壓縮應(yīng)力為：</p><p>　　σt = = = 2.89Mpa</p><p>　　t=() 0.5+ C

77、b= ()2, ) )0.5 + 2 = 17.29mm</p><p>　　取墊板厚度為20mm。</p><p>　　第五章 焊接工藝設(shè)計</p><p><b>　　5.1 焊前準(zhǔn)備</b></p><p>　　5．1．1 原材料檢驗</p><p>　　1 鋼板化學(xué)成分的檢查<

78、;/p><p>　　一般將磷含量、硫含量（熔煉分析）控制在﹤0.030%、﹤0.020%，含碳</p><p><b>　　﹤0.25%。</b></p><p>　　2 鋼板力學(xué)性能的檢查</p><p>　　鋼板的屈服極限、抗拉強度、伸長率、斷面伸縮率按GB/T288</p><p>　　《金屬

79、拉伸試驗法》試驗，應(yīng)符合要求。</p><p>　　3 鋼板的冷彎曲性能檢查</p><p>　　按GB/232《金屬彎曲試驗方法》；其彎心直徑d根據(jù)GB6654確定。</p><p>　　按GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》檢測。</p><p>　　5．1．2材料的矯正、下料及成型</p><p>　　1

80、 原材料的矯正JBT 1465-1999 P1 表1</p><p>　　根據(jù)最大板厚δ=60mm選用7-420/520х2300型矯正機</p><p>　　表3-1 7-420/520х2300型矯正機</p><p><b>　　2 料表面預(yù)處理</b></p><p>　　對板材進行機械拋光，清除表面的水分、油

81、污和鐵銹。</p><p><b>　　5．3 下料</b></p><p>　　根據(jù)前面計算的球瓣結(jié)構(gòu)尺寸和厚度，選擇由FZF-5數(shù)控火焰切割機下料</p><p>　　表3-2 FZF-5數(shù)控火焰切割機</p><p>　　根據(jù)展開尺寸，考慮各種影響變形的因素，由JBT 1465.1999按下料時各邊留出20～30

82、mm的加工余量</p><p><b>　　5．4 材料成型</b></p><p>　　冷壓成型就是鋼板在常溫狀態(tài)下，經(jīng)沖壓變形成為球面殼板的過程。冷壓成型一般采用小模具多壓點的點壓法。由殼板的一端開始沖擊，按順序排列壓點，相鄰兩壓點之間應(yīng)相互有1／2至2／3的重壓率，以保證兩壓點之間成型過渡圓滑，成型應(yīng)力分布均勻，并可減小成型后的自然變形。在沖壓過程中，每個壓點不

83、能一次壓到底，應(yīng)多次沖壓，一般要沖壓十余次以上，使鋼板逐漸產(chǎn)生塑性變形，避免產(chǎn)生局部過大突變和折痕。</p><p>　　5.5 坡口加工 </p><p><b>　　1 焊接方法</b></p><p>　　焊接方法可采用焊條電弧焊、埋弧焊或熔化極氣體保護焊，生產(chǎn)中主要采用焊條電弧焊和埋弧焊。</p><p>

84、;<b>　　坡口制作 </b></p><p>　　熱切割前后將各口邊緣預(yù)熱1500C以上，熱切割邊緣應(yīng)進行機械加工，并進行磁粉探傷檢查是否存在表面裂紋。</p><p>　　在坡口加工后應(yīng)涂上防護層，目前有專用于坡口防銹的涂層。</p><p>　　焊前必須清理干凈熱切割邊緣或切口面的熔渣和氧化皮，并用砂輪機修磨，過渡圓滑，機械加工破口應(yīng)清

85、除油跡，組裝時最好用丙酮擦凈坡口表面。</p><p><b>　　5.6 部件組裝</b></p><p><b>　　球瓣組裝</b></p><p>　　由于施工球罐較大，所以采用整體拼大片組裝法。在胎具上把已預(yù)裝編號后的各帶板中相鄰的兩張或更多的球瓣拼成較大的組合瓣，然后吊裝各組合瓣成球。</p>

86、<p><b>　　組裝設(shè)備和工具</b></p><p>　　采用汽車起重機，性能好，調(diào)節(jié)方便。提升高度大，升吊和回轉(zhuǎn)靈活，使用方便，使用效率高。</p><p><b>　　工裝夾具</b></p><p>　　主要用途是是相鄰球瓣的連接安全牢靠，尺寸便于調(diào)整。此次球罐安裝采用芝加哥橋式夾具，如圖。</

87、p><p>　　圖3-1 芝加哥橋式夾具</p><p>　　5.7 焊接工藝的確定</p><p><b>　　焊接方法確定</b></p><p>　　采用手工電弧焊定位和整體焊接。</p><p>　　表3-3球罐的主題焊縫數(shù)量統(tǒng)計</p><p>　　1. 手工電弧焊

88、：焊絲 E430-15《焊接技術(shù)手冊》P166 表4.5-12</p><p>　　焊絲直徑 Φ5.0mm </p><p>　　焊機型號 QY-91(超輕)型</p><p>　　焊接材料的處理GB/T1495《熔化焊用鋼絲》P5表4</p><p>　　焊條電弧焊時 E430-15焊條，低氫型焊條，含鉻較高，有良好的耐腐蝕性，熱處理后有足

89、夠塑性。</p><p>　　烘干溫度760-7900C，保溫2h；</p><p>　　以550C/h速度爐冷至5950C空冷。</p><p><b>　　焊接熱處理工藝</b></p><p>　　定位焊和焊前都需預(yù)熱150-2000C，焊接過程如間斷，焊件應(yīng)保溫</p><p>　　后再緩

90、慢均勻冷卻，在施焊前按照要求重新預(yù)熱。</p><p>　　2） 盡量減少焊接接頭的拘束度，以減小裂紋傾向。</p><p>　　5.8 焊接順序與焊縫類型</p><p><b>　　1. 焊接順序</b></p><p>　　焊接順序的原則是先縱焊縫，后環(huán)焊縫。為了使焊接應(yīng)力均勻分布，均勻配置焊工，同時對稱焊接，

91、采用逆向分段退步焊，力求焊速一致。</p><p>　　具體焊接順序：赤道帶縱焊縫坡口清根、探傷、焊接----溫帶縱焊縫坡口清根、探傷、焊接----上下極帶縱焊縫清根、探傷、焊接----赤道帶環(huán)焊縫清根、探傷、焊接----溫帶上下環(huán)焊縫清根、探傷、焊接----工卡具焊疤與局部焊縫外觀的修磨----無損探傷----局部焊縫返修----無損探傷。</p><p>　　2. 赤道帶縱焊縫的焊接

92、工藝</p><p>　　赤道帶縱焊縫共24條，每條長8.6m，由8名或24名焊工對稱均勻施焊。赤道帶縱焊縫里外共焊21道。焊接規(guī)范按《工藝卡01》進行。</p><p>　　將焊縫平均分為三段，每段焊縫長2.7米。先焊上端的打破口側(cè)，焊接一、二層時，按照每小段600mm長分段退向焊。每小段焊完兩層后，在進行下一小段焊接。從第三層起每段按分段長度進行連續(xù)施焊，直至封面。上段大坡口側(cè)焊完再焊

93、下段大破口側(cè)，其焊接方法與上段相同。小破口側(cè)仍分為三大段，先焊接上段，每段每層連續(xù)施焊。</p><p>　　大破口側(cè)焊完后，進行碳弧氣刨清根，砂輪機打磨，表面探傷合格后，在進行小破口側(cè)焊接。</p><p>　　焊接時的預(yù)熱溫度為125-1500C，層間溫度不得低于預(yù)熱溫度，也不能超過太多，焊后消氫處理的溫度和時間同上。</p><p>　　3. 溫帶板的焊接工

94、藝</p><p>　　溫帶板先在地面兩塊組焊，在用吊裝工具高空焊接。焊接方法與赤道帶縱焊縫相似，只是焊接電流有所增大。具體參數(shù)見《工藝卡03》。</p><p>　　4. 極板的焊接工藝</p><p>　　上極板拼接焊縫在上極板與溫帶板組裝成球后進行焊接，外側(cè)大坡口以平焊為主，而內(nèi)側(cè)小坡口以仰焊為主。具體參數(shù)見《工藝卡03》。</p><p

95、>　　上、下溫帶與赤道帶環(huán)焊縫的橫焊工藝</p><p>　　上、下溫帶與赤道帶環(huán)焊縫長50.06米。由12名焊工同時均布對稱施焊</p><p>　　環(huán)焊縫為橫焊位置，其焊接方向一律從左向右進行，內(nèi)側(cè)焊縫與外側(cè)焊縫的焊接方向相反。</p><p>　　先焊大坡口側(cè)焊縫，第一、二、三層采用分段退向焊，每段長度為600-700mm，每段的三層連續(xù)焊完，然后再焊下

96、一段的三層，以次類推。除封面焊外，其余各層各道，每個焊工要從所分擔(dān)區(qū)域的始點連續(xù)焊到終點，最后的封面層要采用分段退向焊。第一段的各道連續(xù)焊完后再焊下一段，以此類推。分段長度為700-800mm，每段的接點要保證焊接質(zhì)量，焊道的排列要均勻、平滑過渡。</p><p>　　焊接第一、二、三層時的起、熄弧點及層間要錯開50mm，其他各層的焊工交界處要錯開200mm。每層的各道要錯開80mm。</p>&l

97、t;p>　　焊接環(huán)焊縫時，要注意焊接電流不要過大，控制焊接速度，避免產(chǎn)生咬邊現(xiàn)象。橫焊時，由于焊接想能量較小，故預(yù)熱溫度要稍高一些，為140-1600C。</p><p>　　小坡口側(cè)的焊接需在氣刨清根、砂輪機打磨、檢測合格后進行。除封面層采用退向焊外，其余各層均為順向連續(xù)焊。具體參數(shù)見《工藝卡04》。</p><p><b>　　5.9焊接工藝參數(shù)</b>&l

98、t;/p><p>　　手工電弧打底焊、點固焊的焊接工藝參數(shù)詳見焊接工藝卡。</p><p>　　定位焊所用的焊條及焊接工藝，焊接的要求與主體焊縫相同，點焊長度70～100mm，間距為300～400mm，厚度8mm。</p><p><b>　　5.10焊縫類型</b></p><p>　　球瓣連接處、球瓣與人孔連接處焊縫為A

99、類焊縫；接管與球罐連接的角接頭焊縫為D類焊縫；法蘭與接管連接處焊縫為C類焊縫。</p><p>　　表3-4 1000m3 1Gr17球罐焊接規(guī)范</p><p>　　表中數(shù)據(jù)參照《焊接手冊：第1卷 熔焊方法與設(shè)備》P66-127內(nèi)容制定。</p><p>　　第六章 焊后工藝</p><p>　　6.1 焊后熱處理</p>

100、<p>　　局部應(yīng)力處理：在球罐的局部采用電阻加熱，對球罐進行消除應(yīng)力處理，局部加熱處理時，加熱器應(yīng)嚴(yán)格布置在焊縫及近縫區(qū)，并敷蓋保溫材料進行保溫。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：加熱寬度應(yīng)為板厚的6倍，焊縫每側(cè)的保溫寬度應(yīng)大于板厚的10倍。加熱區(qū)布置一定量的熱電偶。采用自動控溫設(shè)備控制升溫、保溫和降溫過程及溫度的顯示和記錄，同時打印出工藝曲線。并通過溫度顯示隨時調(diào)節(jié)各組加熱器的功率，達到溫度均勻。</p><p>　　

101、6.2 焊后無損檢驗</p><p>　　超聲波檢驗：檢驗前對焊縫進行打磨，打磨寬度為200mm，打磨后焊縫突起高度為2mm，焊縫和球片母材間應(yīng)平滑過渡。</p><p>　　檢測具體步驟及要求按《DIN EN 1714-1997 焊接接頭的超聲波檢測》進行。</p><p><b>　　6.3 竣工檢查</b></p>&l

102、t;p>　　液壓試驗：液壓試驗是對球罐綜合質(zhì)量的考核，保證球罐能夠承受設(shè)計壓力，不泄露。經(jīng)過液壓超載改善球館的承載能力。</p><p>　　在球罐施工完成，各種質(zhì)量檢測合格之后3～5天進行，使裂紋充分暴露。試驗水溫為200C。具體操作步驟及規(guī)范按JB/T1512《鍋爐水壓試驗要求》進行。</p><p>　　氣密性試驗:氣密性試驗的目的主要是保證球罐所有焊縫及接管法蘭連接處在設(shè)計壓

103、力下有可靠的致密性。</p><p>　　氣密性試驗所用氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體，試驗所用氣體的溫度不得低于150C</p><p>　　6.4 球罐性能檢驗、涂裝和使用</p><p>　　產(chǎn)品投入使用后，每隔3年對球罐進行一次開蓋檢驗，測定腐蝕量。</p><p><b>　　第七章 參考文獻</b&g

104、t;</p><p>　　[1] 徐英.《球罐和大型儲罐》.第1版.化學(xué)工業(yè)出版社，2005：23～82</p><p>　　[2] 張興輝.《壓力容器設(shè)計知識》. 第1版.化學(xué)工業(yè)出版社，2005：184～209</p><p>　　[3] 國家技術(shù)監(jiān)督局.GB150-1988《鋼制壓力容器》 .第3版.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988：15~92</p>

105、<p>　　[4] 國家技術(shù)監(jiān)督局.GB12337-1988《鋼制球形儲罐》.第1版.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1987：519~627</p><p>　　[8] 中國機械工程協(xié)會焊接學(xué)會.《焊接手冊：第2卷-材料的焊接》.機械工業(yè)出版社，2001：239～303</p><p>　　[9] 史耀武.《焊接技術(shù)手冊》.化學(xué)工業(yè)出版社， 2009：146～192</p>&l