料仓计算



附件二：
料仓强度校核计算
一、设计参数
1、最高工作压力 (P1)	MPa	0.0905
2、设计压力 (P2)	MPa	0.098
3、工作温度 (T1)	℃	210
4、设计温度 (T2)	℃	250
5、工作介质		PET
6、介质堆积密度 (γ1)	Kg/m3	820
7、介质真密度 (γ2)	Kg/m3	1403
8、设备本体材质		0Cr18Ni10Ti
9、设备支座材质		Q235-A
10、物料与设备筒壁间的摩擦系数 （μ）		0.34
11、物料内摩擦角 （ψ）	o	38
二、计算常数
1、重力加速度 (g)	m/s2	9.81
2、自然对数的底 (e)		2.71828
3、圆周率 (π)		3.141592654
三、设备有关参数
1、锥体高度 (Hc)	mm	4115
2、筒体高度 (H)	mm	34000
3、设备总高 (Ho)	mm	39210
4、筒体内直径 (Di)	mm	3200
5、设备锥底与筒体所成之倾角 （α）	o	70
6、设备锥底的半顶角 （θ）	o	20
7、设计温度下材料的弹性模量 （E）	MPa	181000
8、料仓筒体分两段，壁厚：δ1为：	mm	8
负偏差为：	mm	0.8
δ2为：	mm	6
负偏差为：	mm	0.6
9、料仓筒体各段长度（对应于壁厚）：H1为：	mm	10000
H2为：	mm	22000
10、焊缝接头系数 （φ）		0.85
11、锥体部分壁厚：δ3为：	mm	8
负偏差为：	mm	0.8
四、计算过程
(一)、料仓质量
公式：mo=mo1+mo2+mo3+mo4+mo5+ma+me	Kg	292495.47
式中：mo1：料仓壳体质量（包括裙座）	Kg	28928.20
mo2：内件质量	Kg	9703.90
mo3：保温或防护材料质量	Kg	20593.20
mo4：平台扶梯质量	Kg	0.00
mo5：操作时料仓内物料质量	Kg	233270.17
ma：人孔、接管、法兰及顶部安装的各附件质量	Kg	0.00
me：偏心质量	Kg	0.00
(二)、物料对料仓的作用力
1、料仓内物料重量
公式：WG=γ1π(Di2/4)(H+(Hc/3))1E-9	Kg	233270.17
2、料仓仓筒内所储物料在任一截面处产生轴向压力
对δ1部分：公式：Pv=γ1Di/(4kμ)(1-e^(-4kμh/Di))1E-6	MPa	0.077915819
对δ2部分：公式：Pv=γ1Di/(4kμ)(1-e^(-4kμh/Di))1E-6	MPa	0.072335513
式中：k：物料侧压系数，按下式计算
k=tg(45o-ψ/2)^2		0.237883078
对δ1部分：h：料仓计算截面以上的储料高度	mm	32000
对δ2部分：h：料仓计算截面以上的储料高度	mm	22000
3、料仓仓筒内所储物料在任一截面处产生垂直于筒壁的水平压力
对δ1部分：公式：Ph=kPv	MPa	0.018534855
对δ2部分：公式：Ph=kPv	MPa	0.017207394
4、物料与仓壁间的摩擦力（最大值）
公式：Pi-if=(πDi/4)(hi-iγ1E-6-Pi-iv)	N	463.6593173
5、物料对锥底大端产生的壁面法向力
公式：Pn=Ph(sinα)^2+Pv(cosα)^2	MPa	0.025481108
(三)、自振周期
不等厚度料仓自振周期按下式计算
公式：见JB/T4735-97 Pg104 公式（14-9）	s	0.252307396
其中：料仓各筒壁的截面惯性矩为：
I1=(π/8)(Di+δ1)^3δ1	mm4	1.03718E+11
I2=(π/8)(Di+δ2)^3δ2	mm4	77642889632
料仓各筒壁的质量为：
m1=π(Di+δ1)H1δ1×0.0000079	Kg	6369.440875
m2=π(Di+δ2)H2δ2×0.0000079	Kg	10503.02534
各质心的高度为：h1	mm	5000
h2	mm	21000
各计算段长度为：H1'为：	mm	32000
H2'为：	mm	22000
(四)、地震载荷
1、水平振力
公式：Fk1=Cza1ηk1mkg	N	14200.84225
式中：Cz：综合影响系数，取Cz=0.5		0.5
mk：距离地面hk处的集中质量	Kg	16872.46621
此处hk为：	mm	14960
a1：对应于料仓基本自振周期的地震影响系数a值
a=(Tg/T)^0.9amax		0.268781877
Tg：各类场地土的特征周期		0.3
amax：地震影响系数的最大值		0.23
ηk1：基本振型参与系数，按式（14-13）计算：		0.638405385
2、垂直地震力
当设防烈度为8度或9度区应考虑上下两个方向垂直地震力的作用。
3、地震弯矩
公式：MI-IE1=∑Fk1(hk-h)	N.mm	212444600
式中：h：任意计算截面到底截面的距离	mm	0
4、当料仓高度大于20m时，还须考虑高振型的影响，按下式计算
MI-IE=1.25MI-IE1	N.mm	265555750
(五)、风载荷
设备安装在室内，无需考虑风载荷
(六)、偏心弯矩
料仓为轴对称结构，偏心载荷为0，无需考虑偏心弯矩
(七)、最大弯矩
不考虑分弯矩，偏心弯矩为0，最大弯矩即为地震弯矩
公式：Mmax=MI-IE	N.mm	265555750
(八)、雪载荷
设备安装在室内，无需考虑雪载荷
(九)、仓筒应力计算
1、轴向应力计算
1.1、摩擦力、物料轴向压力及气相压力产生的轴向应力
环型支撑以上部分产生压应力
对δ1部分：公式：σZ1=∑Pi-if/(πDiδ1e)+P2Di/(4δ1e)	MPa	10.89529459
对δ2部分：公式：σZ1=∑Pi-if/(πDiδ2e)+P2Di/(4δ2e)	MPa	14.52705945
环型支撑以下部分产生拉应力
此处只在δ1部分：公式：σz1'=(Pv+P2)Di/(4δ1eφ)	MPa	22.99553194
1.2、料仓顶部载荷在仓筒中产生的轴向应力
仅在环型支撑以上部分产生压应力
对δ1部分：公式：σZ2=((m1+m2+m3)g+Ws)/(πDiδ1e)	MPa	0.237720289
对δ2部分：公式：σZ2=((m1+m2+m3)g+Ws)/(πDiδ2e)	MPa	0.316960385
式中：m1：料仓顶盖质量	Kg	954
m2：附加设备质量	Kg	400
m3：活载（检修人员、配件、工具）质量	Kg	400
Ws：雪载荷,此处不考虑	N
1.3、由最大弯矩在仓筒中产生的轴向应力
对δ1部分：公式：σz3=32Do1MI-IE/(π(Do1^4-Di^4))	MPa	4.117049623
对δ2部分：公式：σz3=32Do2MI-IE/(π(Do2^4-Di^4))	MPa	5.492853793
2、周向应力
对δ1部分：公式：σθ=PhDi/(2δ1eφ)	MPa	4.845713706
对δ2部分：公式：σθ=PhDi/(2δ2eφ)	MPa	5.998220292
3、应力组合
3.1、轴向应力组合
对δ1部分：支座以上部分：公式：σ∑z=σz1+σz2+σz3  （压应力）	MPa	15.2500645
支座以下部分：公式：σ∑z=σz1+σz2+σz3  （拉应力）	MPa	27.11258156
对δ2部分：公式：σ∑z=σz1+σz2+σz3 （压应力）	MPa	20.33687363
3.2、轴向应力与周向应力组合
对δ1部分：公式：σ＝(σ∑z^2+σθ^2-σ∑zσθ )^0.5	MPa	25.04382583
对δ2部分：公式：σ＝(σ∑z^2+σθ^2-σ∑zσθ )^0.5	MPa	18.09922727
4、应力评定
4.1、组合应力σ按下式校核
评定条件：σ＜[σ]t	结论	合格
设计温度下材料的许用应力[σ]t 值为：	MPa	122
4.2、轴向组合压应力按下式校核
对δ1部分：评定条件：σ∑z＜[σ]cr	结论	合格
对δ2部分：评定条件：σ∑z＜[σ]cr	结论	合格
仓筒材料的许用轴向压应力[σ]cr按下式计算
对δ1部分：[σ]cr＝min(B，0.9σs）	MPa	25
对δ2部分：[σ]cr＝min(B，0.9σs）	MPa	19.06924035
设计温度下材料的屈服强度σs 值为：	MPa	135
B值按以下方法计算 （具体见Pg5，3.6.4）
对δ1部分：A=0.094δ1e/Do		0.000210448
对δ2部分：A=0.094δ2e/Do		0.000158032
由δ1部分的A值，查图6-7得B值为	MPa	25
由δ2部分的A值，查图6-7，在曲线左侧，按下式计算
B=(2/3)AE	MPa	19.06924035
(十)、料仓锥体部分应力计算
1、锥体大端的应力计算
1.1、周向应力
公式：σθ＝Di(Pn+P2)/(2δ3eφcosθ）	MPa	34.35447077
1.2、经向应力
公式：σz=DiPv/(4δeφcosθ)+Wc/(πDiδeφcosθ)	MPa	12.94845416
式中：Wc：锥体自重与锥体部分所储物料重量之和，按下式计算：
Wc=πDi2Hcγ1/12+W锥	N	121972.7466
锥体自重W锥为：	Kg	3212.4
2、锥体任意截面上的应力计算
2.1、锥体任意截面上的垂直力
公式：Pv=γ1Di/(4kμcosθ)(1-e^(-4kμhcosθ/Di))1E-6	MPa	0.083876253
h：料仓计算截面以上的储料高度	mm	37550
2.2、锥体任意截面上的水平力
公式：Ph=kPv	MPa	0.019952741
2.3、锥体任意截面上的法向力
公式：Pn=Ph(sinα)^2+Pv(cosα)^2	MPa	0.027430372
2.4、周向应力
公式：σθ=Di(Pn+P2)/(2δ3eφcosθ)	MPa	34.89678786
2.5、轴向应力
公式：σz=DiPv/(4δ3eφcosθ)+Wc/(πDiδ3eφcosθ)	MPa	13.77759941
3、应力评定
3.1、周向应力
评定条件：σθ＜[σ]t	结论	合格
3.2、轴向应力
评定条件：σ∑z＜[σ]cr	结论	合格
(十一)、料仓顶盖计算
1、此处为蝶形封头，R＝Di＝3200，r＝0.1Di＝320，δ＝10
2、许用外压为：[P]＝0.1Et(δ/R)2	MPa	0.176757813
3、仓顶附件等产生的压力：P＝mg/(πDi2/4)	MPa	0.002139483
4、结果评定
以上各项数据满足自支承式拱顶的要求	结论	合格
(十二)、环行支座
1、支承受力分析(由于设备在室内，不考虑风载，仅按下计算)
公式：Ft=4Mmax/(nDb)+m0g/n	N	780572.7105
式中：n：支承数，	个	4
Db：固定螺栓中心直径	mm	4200
2、刚性环的组合截面的惯性距
2.1、圆筒壳体上有效加强宽度
公式：Ls=1.1(Doδ1e)0.5	mm	167.3851606
2.2、圆筒上带垫板的有效加强宽度
公式：Ls1=1.1(Do1δ4e)0.5	mm	167.801025
垫板厚度：δ4	mm	8
附偏差：	mm	0.8
2.3、组合截面的惯性距
公式：I=I1+I2+I3	mm4	144768137.5
I1=(1/12)B3T+BTa12	mm4	99992636.67
I2=(1/12)δ43Ls1+δ4Ls1a22	mm4	21030345.34
I3=(1/12)δ13Ls+δ1Lsa32	mm4	23745155.53
式中：B：刚性环的宽度	mm	300
T：刚性环的厚度	mm	40
a：组合截面的惯性轴位置，按下式计算
a=(0.5B2T+δ4Ls1(B+0.5δ4)+δ1Ls(B+δ4+0.5δ1))/(BT+δ4Ls1+δ1Ls)	mm	178.8568835
a1=a-0.5B	mm	28.85688345
a2=B+0.5δ4-a	mm	125.1431165
a3=B+δ4+0.5δ1-a	mm	133.1431165
Ds=Do+2(δ4+B-a)	mm	3474.286233
3、支座处作用于刚性环上的力
公式：F=Ftb/h	N	309751.0756
式中：b：固定螺栓至筒壁的距离	mm	500
h：支座刚性环间的距离	mm	1260
4、计算刚性环组合截面上的内力、应力
4.1、支座处
4.1.1、内力距
公式：Mr=-0.5FRs(1/ξ-ctgξ)	N.mm	-73512633.4
式中：Rs=Ds/2	mm	1737.143117
ξ：支座间夹角的一半，对四支座时为π/4	弧度
4.1.2、周向力
公式：Tr=0.5Fctgξ	N	154875.5378
4.1.3、应力
公式：σ=ABS(Mr)a/I+Tr/A	MPa	101.3717853
式中：A：组合截面的面积，按下式计算
A=BT+δ4Ls1+δ1Ls	mm2	14681.48949
4.2、两支座中间处
4.2.1、内力距
公式：Mr=0.5FRs(1/sinξ-1/ξ)	N.mm	37927787.07
4.1.2、周向力
公式：Tr=0.5F(1/sinξ)	N	219027.086
4.2.3、应力
公式：σ=ABS(Mr)a/I+Tr/A	MPa	61.77728108
5、应力评定
评定条件：σ＜[σ]t	结论	合格