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1、文章编号:100027466(2001)0120026203立式容器标准支座改型设计及强度计算汪洪杰,吴苏(中国长城铝业公司设计院,河南 郑州450041)摘要:对立式容器常用的几种标准支座进行了科学改型,重点分析了其改型后的结构特点、适用条件和设计要点,并提供了详细的强度计算方法。关键词:立式容器;标准支座;改型设计;强度计算中图分类号:TQ 053.2文献标识码:B符号说明W1筋板或支柱限定的最小载荷,NW2 底板或支柱限定的最小载荷,Nk 折减系数。安装3个支座时取k=1;安装3个以上时取k=0.83c 筋板材料许用应力,M Pa 塑性扩张系数,取=1.05f底板材料抗弯强度,M PaA
2、型钢截面积,mm2型钢许用应力,M PaY型钢许用压缩应力,M Pacr型钢轴向受压临界应力,M Pab2相邻两筋板外沿间距,mm?1、?2、l1、l2、b1、H、h均与JB T 472492中支座参数符号基本一致。在工业生产中,立式容器的应用非常广泛。其支承多采用耳式支座、支承式支座、支腿和裙座等。其中裙座主要用于塔式容器,其设计在塔式容器的设计标准中已有专门论述。对于总高度小于10 m,长径比小于5 的立式容器则多采用耳式支座、支承式支座和支腿。这三类支座目前已有行业标准,然而由于受工艺和现场条件的限制,有时需要修改标准支座的结构和尺寸来满足设计要求。笔者在设计中曾对此做过多次尝试,下面介
3、绍几种标准支座的改型设计及强度计算方法。1三筋板支承式支座三筋板支承式支座为JB T 472492支承式A型支座(以下称双筋板支承式支座见图1)的改型,与A型支座的区别在于中间多了一个筋板,见图 2。1.1适用条件对于一些承载较重的较大型立式容器,采用标准支座不能满足设计要求,同时受现场条件的限制不便增加支座数量,可采用此类支座。1.2结构分析及设计要点三筋板支承式支座比标准支座增加了一个筋板,由筋板限定的最小载荷增大,同时底板的受力状况图1标准支承式A型支座图2三筋板支承式支座第30卷第1期2001年1月石油化工设备PETRO2CH EM ICALEQU IPM EN TV ol.30N o
4、.1Jan.2001收稿日期:2000204212作者简介:汪洪杰(19692),男(汉族),河南新野人,机械工程师,工学学士,1991年毕业于南方冶金学院冶金机械专业,从事有色冶炼及化工设备和压力容器的设计工作。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -也明显改善,因此其整体承载能力比标准支座有一定程度的增强。采用此类支座可有效减小支座数量,减小由此引起的受力不均。为了使结构合理且方便计算,建议尽量采用JB T 4724-92 中的尺寸参数。为使支座结构紧凑,筋板间距b2可适当减小,只要满足焊接空间且不使焊缝热影响区重叠即可。1.3设计计算设计计算基本参考钢制压
5、力容器设计指南(以下简称指南)中附录四和附录五的内容。(1)由容器下封头限定的最小载荷根据指南 附录四的论述,由于双筋板支承式支座的垫板为矩形,目前尚无合理的局部应力计算方法,因此在JB T 472492 中未考虑 A 型支座对封头的局部应力。三筋板支承式支座是A型支座的改型,因此也不考虑支座对封头的局部应力。(2)由筋板限定的最小载荷根据指南附录四,筋板失效大多表现为压缩失稳,所以筋板可简化为两端铰支轴向受压的压板。由此笔者推导出三筋板支承式支座由筋板限定的最小载荷计算公式为:W1=3?2b1k c(H-?1)2(H-?1)2+l22(3)由底板限定的最小载荷根据指南附录四的论述,双筋板支承
6、式支座的底板,可简化为两边自由两边简支的承受均布载荷的矩形板受弯计算。而三筋板支承式支座的底板中间多了1 个支承,左右两边均可简化为两边自由两边简支的承受均布载荷的矩形板受弯计算,由此可以推导出其限定的最小载荷为:W2=2?12b1l1f3(b2-?2)2(4)筋板数量筋板数量的增加一方面使支座由筋板限定的承载能力增加,另一方面也使垫板尺寸增大,于是与容器下封头贴合面积增大,同时由于筋板数量的增加使焊缝增多,容易造成垫板的焊接翘曲,影响垫板与下封头的贴合度。因此建议垫板数量一般不宜超过3 个。2支承式型钢支座支承式型钢支座为JB T472492 中的B型支座(以下称支承式钢管支座,见图 3)的
7、改型。它与B型支座的区别在于其支柱是由角钢、槽钢或工字钢等型钢制成,而不是由钢管制成,见图 4。2.1适用条件从受力状态看,型钢支座并不比钢管支座差,可以说所有使用支承式钢管支座的地方均可用型钢支座代替,所以此类支座在生产实践中使用很广。图3标准支承式B型支座图4支承式型钢(角钢)支座2.2结构分析及设计要点从受力状态看,支承式型钢支座与钢管支座较为近似,然而由于型钢截面形状的复杂性,其设计计算要比钢管支座复杂,因此在载荷不太大的情况下,一般不需计算。只要从钢管支座标准中选出适当的标准支座,然后选取相同截面积的型钢代替钢管即可。但支座高度h必须按标准选取,若需加大h,则必须验算支柱限定的最小载
8、荷。2.3设计计算(1)容器下封头限定的最小载荷由于型钢支座的垫板为矩形,如前面1.3(1)所述,目前尚无合理的局部应力计算方法,因此不考虑型钢支座对封头的局部应力。(2)由支柱限定的最小载荷组成支柱的型钢可以简化为两端简支的压杆,则其限制的最小载荷可以由下式表示:W1=A式中,型钢许用应力 取 Y和 cr的小值。其中 Y为仅考虑抗压强度的材料许用压缩应力,可由机械设计手册查出。cr为按照压杆稳定计算出的受压临界应力,其计算较为复杂,因为篇幅所限,在此不再赘述,可以参阅JB T 47351997 钢制焊接常压容器11.4.2.2 支柱中的有关论述,在该标准中轴向受压临界应力由许用压缩应力 c表
9、示。型钢?72?第1期汪洪杰,等:立式容器标准支座改型设计及强度计算名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -截面积A可由机械设计手册查出。(3)由底板限定的最小载荷由于型钢截面形状的复杂性,其底板受力状况也无法简化,因此难以量化计算其限定的最小载荷。然而经过定性分析,型钢支座底板的受力状况与钢管支座底板的受力状况相差不大。因此当型钢型号确定后,按照相同截面积钢管支座的底板厚度确定型钢支座底板的厚度应该是安全的。3三筋板耳式支座三筋板耳式支座是JB T 472592 耳式支座(以下称双筋板耳式支座,见图 5)的改型,见图 6。从支座本身的受力状况来看,三筋板耳式支
10、座与三筋板支承式支座非常相似。指南附录五中推导出的标准耳式支座的筋板和底板允许的最小载荷W1和 W2的计算公式,也与标准支承式A型支座的计算公式完全一致。因此三筋板耳式支座的适用条件、结构分析、设计要点及设计计算均可参照上述三筋板支承式支座的论述,此处略去。图5标准耳式支座图6三筋板耳式支座然而从筒体受力状况来看,即考虑支座弯矩对筒壁产生的局部应力,三筋板耳式支座与三筋板支承式支座存在较大差异。JB T 472592 耳式支座 中选用说明和附录B,对双筋板耳式支座对筒壁产生的局部应力的计算有较为详细的论述,而支座弯矩对容器筒壁产生的局部应力并不因为筋板的增加而受到丝毫的影响,三筋板耳式支座对筒
11、壁产生的局部应力的计算与双筋板耳式支座对筒壁产生的局部应力的计算是相同的。因此,可以用该标准中的方法计算。4结语在工业生产中,立式容器的支承是经常容易忽略的问题。这里有标准支座本身局限性的因素,同时也与我们工业生产中工艺条件、现场条件的复杂多样性有关。因此往往在缺乏准确计算的情况下很随意地处理这类问题,因而,可能隐含了很多不安全的因素。在上面的论述和计算中,为了既满足强度要求,又满足工艺条件、现场条件和经济合理性的要求,特将标准支座进行了科学改型,并提供了详细的计算方法。参考文献:1JB T 4712472592,容器支座 S.2JB T 47351997,钢制焊接常压容器 S.3孙训方,方孝
12、淑,关来泰.材料力学M.北京:高等教育出版社,1979.4 机械设计手册联合编写组.机械设计手册(上册),第一分册M.北京:化学工业出版社,1987.(孙编)欢迎订阅深冷技术深冷技术 为我国气体分离与液化设备行业的专业性科技刊物,自办发行。国内统一刊号CN 3321130 TB,16开本,64页,双月刊,全年6期40元(零售每本7元)。主要内容:低温工程、气体分离与液化设备行业方面的专题综述、设计制造、安装运转、挖潜改进、故障处理、事故与安全技术、氧氮应用、问答(应知应会)、标准规范、文献索引及行业信息等。欢迎订阅及来稿。订阅由编辑部直接收订。邮编:310004地址:杭州东新路90号电话:(0
13、571)5372522。电焊机征订启事电焊机杂志由成都电焊机研究所主办,是国内以报导焊接设备为主兼有焊接工艺和使用维修等内容的应用技术刊物。可供电焊机行业以及汽车、造船、航空航天、锅炉及压力容器、重型机械、金属结构和电力修造等行业使用。月刊,16开本,每月20日出版,订价5元 本,邮发代号:62281,各地邮局均可订阅。热忱欢迎刊登广告。地 址:成 都 市 二 环 路 东 一 段29号 电 话:(028)3243976传真:(028)3243976邮编:610051http:www.w 或www.sinow E2m ail:w ebmaster w 。?82?石油化工设备2001年第30卷名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -