混合式球罐課程設計

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、城市燃氣建設中，大型球罐容器的到廣泛應用。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雜。<

4、;/p><p>　　1.1.2 球罐的分類</p><p>　　球罐的結構是多種多樣的，根據(jù)不同的使用條件（介質(zhì)、容量、壓力濕度）有不同的結構形式。通常按照外觀形狀、殼體構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　?。?）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　?。?）按支承結構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　　標準：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對應的中

6、國牌號是1Cr17 。導熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優(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 化學成份（質(zhì)量分數(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） 焊前要預熱，但

9、必須采用低溫預熱。由于鐵素體鋼焊接時易因為接頭脆化產(chǎn)生裂紋，所以必須預熱，如果預熱溫度過高，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，預熱溫度在100-2000C，希望不超過1500C，預熱溫度盡可能低些好。但是，含鉻較多時，預熱溫度也要適當高些有時也不得不提高到200-3000C，這是必須限定預熱溫度的上限，以防止出

10、現(xiàn)4750C脆化問題。</p><p>　　2） 關于焊后熱處理問題，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的體心立方結構的α＇相，并與母材經(jīng)常保持共格關系，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熱率比較低，焊后殘余應力比較大，這是形成冷裂紋的力學條件。</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 球罐結構設計</p><p>　　2

18、.1 球殼球瓣結構尺寸計算</p><p>　　2.1.1 設計計算參數(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混合式排板結構球罐</p><p>　　2.1.2混合式結構排板的計算：</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，因此焊接坡口的設計是保證球罐質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。坡口設計的原則是：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</p><p>　　當用手工焊時

35、，采用不對稱X型坡口或Y型坡口；當自動焊、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?shù)钠驴凇?lt;/p><p><b>　　與球殼鋼板厚度有關</b></p><p>　　采用手工焊，當鋼板厚度小于30mm時，一般采用Y型坡口；當鋼板厚度小于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</p><p>　　當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，小坡口在外側；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。</p><p><b>　　與焊接工藝有關</b></p>

37、;<p>　　坡口的設計就是確定坡口結構的三個要素，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型坡口門的結構形狀及尺寸，在本次的坡口設計參照下列標準進行：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>　　總結引進的球罐的坡口

38、結構發(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>　　設計壓力：1.6MPa</p><p>　　設計溫度：-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

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在坐標中的值為負</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置內(nèi)部轉梯，本球罐采用內(nèi)部轉梯</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壓力的1.5

50、倍以上（不要超過3倍） </p><p>　　?。?最大刻度 3.6 Mpa</p><p>　　壓力表表面直徑應大于150mm</p><p>　　壓力表前應安裝截止閥，以便于在儀表標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)量的結構部件，為了對付各種影響因素，結構形式比較多，設計計算也比較復雜。</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，支柱構建要由足夠的強度和穩(wěn)定性</p><p><b>　　拉桿結構：</b></p><p>　　拉桿是作為承受風載荷以及地震載荷的部件，增加球罐的穩(wěn)定性而設置的，欄桿結構可分為可調(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，本球罐的支承結構采用單層可調(diào)式拉桿結構，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、風載荷 </b></p><p>　　球罐建造的基本風壓值： q0 = 600N/m2 查表4-9，風壓值高度變化系數(shù)f1 = 1.00,</p><p>　　查表4-10，動載荷系數(shù)ξ= 1.58，故風振系數(shù)k2 = 1+mξ=1.553</p><p><b>　　水平風力：</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構圖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>　　此鋼許用應力</b></p><p>　　ψ = 0.89*0.9*235 = 188.235MPa</p><p>　　支柱壓縮應力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 查地板基礎材料的允許壓應力[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 焊接工藝設計</p><p><b>　　5.1 焊前準備</b></p><p>　　5．1．1 原材料檢驗</p><p>　　1 鋼板化學成分的檢查<

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)前面計算的球瓣結構尺寸和厚度，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熱1500C以上，熱切割邊緣應進行機械加工，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熱150-2000C，焊接過程如間斷，焊件應保溫</p><p>　　后再緩

90、慢均勻冷卻，在施焊前按照要求重新預熱。</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，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。上段大坡口側焊完再焊

93、下段大破口側，其焊接方法與上段相同。小破口側仍分為三大段，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，在進行小破口側焊接。</p><p>　　焊接時的預熱溫度為125-1500C，層間溫度不得低于預熱溫度，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，外側大坡口以平焊為主，而內(nèi)側小坡口以仰焊為主。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)側焊縫與外側焊縫的焊接方向相反。</p><p>　　先焊大坡口側焊縫，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，故預熱溫度要稍高一些，為140-1600C。</p><p>　　小坡口側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>　　局部應力處理：在球罐的局部采用電阻加熱，對球罐進行消除應力處理，局部加熱處理時，加熱器應嚴格布置在焊縫及近縫區(qū)，并敷蓋保溫材料進行保溫。標準規(guī)定：加熱寬度應為板厚的6倍，焊縫每側的保溫寬度應大于板厚的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計壓

103、力下有可靠的致密性。</p><p>　　氣密性試驗所用氣體應為干燥潔凈的空氣、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.化學工業(yè)出版社，2005：23～82</p><p>　　[2] 張興輝.《壓力容器設計知識》. 第1版.化學工業(yè)出版社，2005：184～209</p><p>　　[3] 國家技術監(jiān)督局.GB150-1988《鋼制壓力容器》 .第3版.中國標準出版社，1988：15~92</p>

105、<p>　　[4] 國家技術監(jiān)督局.GB12337-1988《鋼制球形儲罐》.第1版.中國標準出版社，1987：519~627</p><p>　　[8] 中國機械工程協(xié)會焊接學會.《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.《焊接技術手冊》.化學工業(yè)出版社， 2009：146～192</p>&l