卧式容器设计河北省培训班

1卧式容器设计一、双鞍座结构及载荷分析二、筒体的应力计算与校核三、鞍座设计2一、双鞍座结构及载荷分析3一、双鞍座结构及载荷分析4一、双鞍座结构及载荷分析支座位置的确定原则：1、鞍座中心线至圆筒体端部的距离A≤0.2L。其中，L为圆筒体长度(两封头切线间距离)，A为鞍座中心线至圆筒体端部的距离。2、当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用。因此，在满足A≤0.2L时，尽量使A0.5Ra(Ra为筒体平均半径)。5一、双鞍座结构及载荷分析3、卧式容器由于温度和载荷变化等原因使容器产生了轴向移动，如果支座都是固定式的，由于自由伸缩受阻使容器器壁中可能引起过大的附加应力，所以双鞍座式中的一个鞍座为固定支座，另一个为活动支座。图3-15滚动支座6一、双鞍座结构及载荷分析(一)载荷分析置于双鞍座上的卧式容器所受的外力包括：载荷和支座反力，载荷除了操作内压或外压外，主要是容器（包括容器自重，附件和保温层重簦），内部物料或水压实验充水的重量。1.均布载荷q和支座反力F对于凸形封头mmNHLFq342173NHLqF2341837一、双鞍座结构及载荷分析1.均布载荷q和支座反力F对于平封头，H=02.竖直剪力V和力偶M封头和封头中的介质重量液体静压向外推力构成的力偶LFq28一、鞍座结构及载荷分析2.竖直剪力V和力偶M对于半球形封头，Ri=H,M=0对于平封头，H=0,HqV32193)(422HRqMi203)(422HRqMi图3-16双鞍座卧式容器的受载分析9一、鞍座结构及载荷分析(二)内力分析1.弯矩最大弯矩发生在梁跨度中央的截面和支座截面上。213)4)(2()2()2(32)(4221LLqALFLHqHRqMi223)(43412143421221mmNALCFLALHHRFLMHLFqi代入得以10一、鞍座结构及载荷分析式中可由右图查的。M1为正值表示上半筒体受压缩，下半筒体受拉伸÷LHLHRCi3414212221图3-17系数C111一、鞍座结构及载荷分析筒体在支座截面处的弯矩为：LRHRCLHCmmNCARCLACFALHALHRLAFAAqAHqAHRqMiiiii2341233]1[341211)2(32)(4223223222222×式中：图3-18系数C2图3-19系数C312二、筒体的应力计算与校核对于卧式容器除了考虑由操作压力引起的薄膜应力外，还要考虑容器质量导致筒体横截面上的纵向弯矩和剪力。跨中截面和支座截面是容器可能发生失效的危险截面。为此必须进行强度或稳定性较核。13二、筒体的应力计算与校核(一)筒体的轴向应力1.鞍座跨中截面上筒体上的最大轴向应力轴向最高点轴向最低点当P为正压或外压时，σ分别为拉应力或压应力MPatRMtpRWMeiei211112273MPatRMtpRWMeiei21112228314二、筒体的应力计算与校核(一)筒体的轴向应力2.支座截面上筒体的最大轴向应力如果筒体横截面上既无加强圈又不被封头加强，该截面在轴向弯矩作用下，筒体的上半部分截面发生变形，使该部分截面实际上成为不能承受纵向弯矩的“无效截面”，而剩下的下半部分截面才是承受弯矩的“有效截面”，这种情况称为“扁塌效应”。扁塌区域15二、筒体的应力计算与校核(一)筒体的轴向应力2.支座截面上筒体的最大轴向应力计算支座处筒体的轴向弯曲正应力时，分两种情况进行。鞍座平面上筒体有加强圈或已被封头加强(A0.5Ri)。则该截面的抗弯断面模数为。鞍座平面上筒体没有受到任何加强，由于扁塌效应筒体截面仅有一部分能有效的承受弯矩，此时的截面的抗弯断面模数为。式中的K为考虑扁塌效应是断面模数减少的系数。eitR2eitRK216二、筒体的应力计算与校核(一)筒体的轴向应力2.支座截面上筒体的最大轴向应力在截面最高点：在截面最低点：式中K为考虑扁塌效应使断面模数减少的系数。式中M2为负值。对于筒体有加强的情况，K1=K2=1.0MPatRKMtpRWMeiei2122232293MPatRKMtpRWMeiei222224230317二、筒体的应力计算与校核(一)筒体的轴向应力3.筒体轴向应力的校核筒体上最大轴向应力为～，其位置如上。计算得到的轴向拉应力不得超过材料的许用应力，压应力不得超过轴向许用临界应力和材料的。σ1σ4σ1σ2σ3图3-21筒体的轴向应力示意图14t][t][18二、筒体的应力计算与校核(二)筒体的切向剪应力剪力在支座截面处为最大，该剪力在筒体中引起切向剪应力，有下列三种情况：1.筒体有加强圈，但未被封头加强，筒体不存在扁塌效应，在水平中心线处有最大值。MPaHLALtRFKtRVKeieiR34233max31319二、筒体的应力计算与校核(二)筒体的切向剪应力2.筒体被封头加强，筒体上无加强圈，最大剪应力位于的支座角点处。最大剪应力为在封头中的最大剪应力为式中：为凸形封头的有效厚度，mm20222MPatRFKei3max323MPatRFKhei4max333图3-22(b)筒体的切向应力bhet20二、筒体的应力计算与校核(二)筒体的切向剪应力3.筒体未被加强，又无加强圈。此有效截面的范围为对应的弧度内。最大切向应力在角点处。62222022234233maxHLALtRFKtRVKeieiR34321二、筒体的应力计算与校核(二)筒体的切向剪应力图3-23筒体的切向应力22二、筒体的应力计算与校核(二)筒体的切向剪应力4.切向剪应力的校核封头中的剪应力，不得超过式中，为操作压力在封头中引起的最大拉应力K为椭圆形封头的形状系数crt8.0max363ht25.1maxMPatKpDheih223二、筒体的应力计算与校核(三)筒体的周向应力周向弯矩在鞍座边角处有最大值，理论最大周向弯矩为最大合成周向压缩应力为式中l为鞍座处筒体承受周向弯矩的有效宽度。itFRKMM6max373MPaltFRKbtFeie64626383LlRLi218时，当393iiRlRL48时，当24二、筒体的应力计算与校核(三)筒体的周向应力在支座截面筒体最低处有最大周向压缩力，为式中K5为系数b为支座宽度，mmTe为筒体有效厚度，mmb2=圆筒的有效宽度，b2=1.56RtteMPabtFKe255403图3-24支座处筒体的周向弯曲和周向压缩力(b)周向压缩力(a)周向弯矩25三、鞍座设计增大鞍座的包角可以使筒体中的应力降低，但使鞍座变得笨重，过分的减小包角，使容器容易从鞍座上倾倒，所以一般θ=120～150度。鞍座宽度b的大小，一边决定于设备给与支座的载荷大小，另一边要考虑支座处筒体内周向应力不超过允许值。图3-25鞍座上的载荷26二、筒体的应力计算与校核图3-26设置加强板的鞍座27二、筒体的应力计算与校核截面内的平均应力式中b0对钢制鞍座取腹板厚度，对混凝土鞍座则为鞍座宽度b,mmHs为计算高度，取鞍座实际高度与Ri/3中较小值。为鞍座材料的许用应力，MPa在大多数情况下，鞍座宽度MPabHFKtsas320tsaDb30取28卧式容器的合理设计一般的调节步骤：使A≤0.5Ra→增设鞍座垫板-→增加鞍座包角→增设加强圈。1）A≤0.5Ra时封头对筒体有加强作用。-M2抗弯断面为整圆。-筒体被封头加强时，τ公式中的k3比无加强圈时为小。-周向应力σ6，σ‘6公式中k6当A/Ra≤0.5时k6=k7/41＞A/Ra≥0.5时k6=（1.5A/Ra-0.5）k7A/Ra≥1时k6=k72）增设鞍座垫板垫板对σ5，σ6，σ9都有影响，特别是σ6。但增设鞍座垫板后σ‘6不会下降。3）增大包角使k3—k8值均下降。4）设加强圈是调整σ6的最有效的办法，特别是大型薄壁卧式容器。