大型卧式容器支座数量选择方法的研究.pdf

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石油和化工设备
2015年第]8卷
大型卧式容器支座数量选择方法的研究
高云峰,何红,蔡纪宁,李双喜
(北京化工大学机电工程学院,北京100029
[摘要]对大型多支座卧式容器支座数量的选择方法进行了研究。从强度和稳定性这两个角度出发,综合运用有限元数值
模拟方法和三弯方程法对カ学数据进行提取。提出了“壁厚补偿法”并建立了约束条件,利用正交模拟实验和多元函数线
性回归方法得出了支座数量选择公式,总结了一套针对大型卧式容器支座数量选择的方法。
[关鍵词]大型卧式容器;支座数量;选择方法;有限元法
随着设备大型化的发展,大型卧式容器多支其余简支(支座数为偶数时,仅将中部两个中的
座的使用己得到广泛应用。但是关于支座数量的
个作为固定支撑)。
选择始终没有一套完整的方法。针对大型卧式容
器多支座的研究,黄铭、胡家顺等人利用三弯方
程法结合Zick理论对大型多支座卧式容器进行了
强度计算研究?。谭蔚等人对有限元法与常规方
法进行了对比,突出强调了有限元法的优越性。
胡有亮等人针对多支座卧式容器基础不均匀沉降
问题提出了新的计算方法,并得到了实验验证。
新版标准NB/T47042-2014《卧式容器》的出台对
图1多支座卧式容器结构简图
三支座卧式容器给出了详细的设计与校核过程的。
对于大型卧式容器的评定,在材料给定的
HGi/T20582-2011《钢制化工容器强度计算规定》条件下,设计人员主要关注的是支座数量与壁厚
?对多支座卧式容器也给出了相关计算。尽管如这两个因素。为便于研究且不失一般性,本文以
此,对于支座数在三个以上的情形,目前并没有Q345R为研究对象,结合一般大型卧式容器的特
完善的设计方法;对于多支座的合理排布形式也点,将所研究卧式容器的基本参数列于表1
缺乏理论依据。为此,本文针对大型卧式容器支
座等间距布置的情形,对支座数量的选择进行研
表1大型臣卧式多支座卧式容器基本参数
究
数值
大型卧式容器力学评定方法
筒体长度L:mm
20000~50000
容器内径D:a
1600~4000
大型卧式容器支座数量的确定要考虑强度
设计压力Pc:MPa
0.8~2.0
和稳定性问题。强度方面要满足相应标准的应力
材料密度kg/m3
强度评定要求。在稳定性方面,可以分三种情形
许用应力[o]/MPa
170
进行考虑:整体刚度不足带来的失稳;因周向弯
介质密度kg/m2
1000
矩导致的鞍座截面处筒体顶部扁塌;因轴向弯
鞍座包角°
矩导致筒体中间截面扁塌。截至目前,仅在HG
弹性模量EMPa
2.05X10
T20582-2011《钢制化工容器强度计算规定》中给
泊松比
出较为详细的评定方法。
筒体外伸长度A
0.4生Di
本文研究的一般大型卧式容器,其一般结构
如图1所示。其中A值为筒体外伸长度、1为跨距
作者简介:高云峰(1987ー),男,黑龙江人,北京化工大学
值、Di和8n分别为直径和壁厚。中部支座固支
机电工程学院硕士研究生。主要从事化工机械常规设计与分析设
计
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第7期
高云峰等大型卧式容器支座数量选择方法的研究
本文利用有限元软件计算高效准确的优点,
从强度计算角度出发,以有限元软件 ANSYS14.0
中壳单元 Shelll81建立大型卧式容器支座等间
距布置计算模型。本文将满水有内压且考虑自重
的情况作为计算工况,支座按照JB/T4712.1-2007
《容器支座第1部分鞍式支座》中标准鞍座进行
选取,以中径公式计算厚度为模型计算厚度进行
数值模拟,得到力学校核所需的数据。
将有限元计算所得的力学数据依照NB/
T47042-2014进行强度校核,依据HG/T20582-2011
进行稳定性校核。对于该标准中“各支座均匀受
力”的前提条件,本文采用实际计算结果中的最
1.B334
1,574
大值作为校核数据进行后续稳定性校核。计算模
2大型卧式容器有限元加载图
型加载及求解如图2、图3所示,校核过程如表2所
研究发现,支座数量与容器壁厚之间存在着
R52=12
相互作用的关系。中径公式计算得到的壁厚不能
满足所有情形的需要。单纯的增加支座数量对于
容器的力学性能提高不大,同时过小的跨距值也
脱离工程实际需要。
因此,在这种情况下增加容器的壁厚是解决
问题的唯一办法。而对于壁厚的确定,除了应用
中径公式计算得到以外,还需要其他的补充与限
定
图3大型卧式容器有限元应力强度云图
表2一般大型卧式容器的力学评定
Di=2200mm;L=35000mm;Pc=1.5MPa;6=11.5
支座数量/轴向应力切向应カ「周向应カ跨距间筒個支座載面『最大支反カ跨距间最?支座面最大「跨距值
/Mpa
/Mpa
稳定性筒体稳定性N弯矩Nm弯矩/Nmm
/m
130.4
11.3
208.9
0.018
1.8073266213902671112008401836640
130.2
11.2
202.1
0.013
1.222
2686849426460013621290315540
130.6
11.4
196.7
0.008
0.884
2284886674869998642220
4750
2容器壁厚的补偿与修正
件的基础上设定补充约束条件:
根据中径公式,随着压力的降低,容器壁
令支座间跨距最小值约为1.5倍容器直径。
厚是逐渐减薄的。但当容器处于常压状态下时,
本文总结了研究范围内不同直径的容器所需
中径公式所得结果已经失去意义。对此本文进行的补偿压力值,如表3所示。依据表3得到的不同
如下思考:在一定压力下容器满足力学校核,如直径和压力下所需要的补偿压力值,结合“补充
果厚度不变只是降低压力,这势必会使容器趋于
约束条件”直接算得支座个数。
安全。这相当于将高压力下计算的壁厚应用在低
压情况下,在此本文将这种方法称为“壁厚补偿
表中数据的得出,既考虑了满水有内压情况
下的强度问题,又考虑了常压状态满水条件下容
法”。本文从工程角度出发,在满足前文约束条
器的稳定性问题。随着容器直径的增大,所需要