《SW6精华演讲》PPT课件.ppt

SW6-1998v4.0使用说明 与工程设计问题的讨论 2007.7,SW6v4.0 的升级内容 SW6 的基本使用方法和技巧 在使用SW6进行承压元件设计时，如何正确理解和使用标准中的条款 塔器、换热器、卧式容器、立式容器计算方法的说明,SW6 v4.0 新增和修改的内容 按两个新颁布的材料标准JB/T4755-2006 铜制压力容器和JB/T4756-2006 镍及镍合金制压力容器,扩充了材料数据库。,增加了塔器程序的计算功能: 1) 允许对多腔塔进行设计计算; 2) 可以对由两段不同材料制成的裙座进行计算。,增加了按GB150-1998附录B进行超压泄放装置的校核计算内容。,在开孔补强计算中，考虑了实际有效补强范围小于允许有效补强范围的情况。,软件使用的一些基本技巧 每个设备程序保存输入数据的文件名都有固定的后缀。程序 与后缀名的对应关系见用户手册p.3,在WORD中形成计算书时，有时会出现字体很小的情况。应 在“工具-选项”对话框中点击“Web选项”按钮，然后在打开 的对话框中，将“取消下述软件不支持的功能”选择框的钩 去掉。,(1) 极少数计算机在插上加密块的情况下，程序会提示找不到 加密块。 解决办法：卸去杀毒软件(对单机版)或防火墙(对网络版)； (2) 网络版有时运行感觉很慢。 解决办法：卸去防火墙 新的网络版加密块不能被检测到。 解决办法：在“管理工具-Windows放火墙”中将UDP端口 6001打开,点击“出计算书”按钮后，如WORD已打开，但提示“ WORD 无法打开文档DOC1”，这是WORD本身的问题。 解决办法： 删除文件Normal.dot，打开WORD，然后关闭，使生成一 新的Normal.dot,用户可自定义封面格式，只需修改dot目录下的文件cover.rtf 即可。但用户增加的内容程序不会自动填写,为了使用用户材料数据库管理程序，需在“控制面板-显示”中 将字体设置成“小字体”或“正常字体”,文件名和每一个目录名都不能超过8个字符，目录的层数不限,可在“原始数据输出”菜单中打印全部输入数据，以供校对,有色金属的 B 值曲线和其它性能数据 铜、铜合金和镍、镍合金的线胀系数、弹性模量、其它 强度数据和B值曲线参照JB4755-2006 和 JB4756-2006,白铜B19和白铜合金BFe10-1-1的线胀系数在标准中指定为： 在21288范围内，= 1.7110-5 在SW6中，白铜的线胀系数没有放入数据库，需用户自行 填入,铜和铜合金管材的许用应力在JB/T 4755 中分两张表： 表5-4和表5-5，表5-4为换热管用管，表5-5为筒体用管。 因此，在SW6中，作为筒体用材和作为换热管用材所提供 的材料名会有所不同,铝和钛的线胀系数、弹性模量、其它强度数据和B值曲线参照JB4734-2002 和 JB4745-2002,按照JB/T 4734-2002 (p.17) 和JB/T 4755-2006 (p.20) 的规定和说明，SW6所给出的铝和铝合金、铜和铜合金的许用应力均为退火状态的值 ( 6A02为T4焊状态下的值 ),用户材料数据库的建立 当一种材料需要两种以上的强度数据时，应将同一材料名 对应的每一种强度数据当作为一种独立材料名对应的数据,在输入强度数据时，要注意温度范围与最低使用温度和最 高使用温度相对应,在增添了一种新材料数据或修改了某一个材料的数据后， 应点击“更新”按钮以使数据存盘,试验压力的取值,试验压力的下限： 液压试验： 气压试验： 试验压力的上限为满足以下公式：,在标准GB1501998中对外压容器的试验压力有如下的 规定： 液压试验： pT = 1.25 p 气压试验： pT = 1.15 p 带夹套的容器，当夹套内压力为正时，其内筒即为外压容器,在GB150的3.5.1节中说明： “由两室或两个以上压力室组成的容器，确定设计压力时， 应考虑各室之间的最大压力差。”,压力试验的目的： 1. 检验受压壳体的宏观强度； 2. 检验接头的可靠性： - 焊接接头的致密性 - 法兰接头的密封性,SW6中对于带夹套容器内筒的最低试验压力按如下确定：,注：现程序中仍按“容器顶部的最高压力”定义设计压力,SW6确定试验压力的方法 在筒体单独计算时，程序仅取筒体材料的许用应力比值； 在设备计算时，程序会比较所有需计算零部件的许用应力 比值，选取最小值用来计算试验压力的最低值。,建议用户自行确定后将试验压力值输入,工程设计方法与结构的安全性 进行承压设备设计需要达到的目的： 1）保证足够的安全性 2）满足设备所需要的运行性能 3）降低设备的造价,强度或刚度设计方法的主要步骤： 1）得到结构中的应力分布状态 2）确定合适的强度或刚度条件并进行校核,工程规范中一些计算方法的说明 椭圆封头的设计计算公式：,该公式考虑了椭圆封头与筒体连接处产生的边缘应力与压力产生的薄膜应力叠加后的总应力，最大应力出现在封头与筒体连接处。但该公式并没有采用应力分类的概念,ASME VIII-1采用的是第一强度理论,总体薄膜应力强度： SI = 177.87,碟形封头的设计计算公式： 有力矩理论的分析结果表明：最大应力在折边区 规范采用的经验公式为：,外压壳体计算 GB150中的材料，有一些在标准中没有提供相应的B值曲线，如09MnNiDR、07MnCrMoVR、13MnNiMoNbR，等等,可采用选择替代材料的方法，以利用程序进行计算。选择替代材料的原则： 1）相近的弹性模量； 2）相近的屈服点,在壳体的外压校核计算或塔器的稳定性校核计算时，如已知实际材料的B值可使校核通过，则也可选择B值稍大于实际材料的任何一种替代材料进行校核计算，然后，在计算书中将B值和许用外压力改成实际材料的B值和许用外压力,关于受外压筒体和变径段的壁厚计算 锥壳与筒体连接处不作为支撑线时(见图b) ，按 L 和各自的 直径、壁厚进行校核，且锥壳厚度应不小于与之连接的筒体 厚度；,(a),(b),锥壳与筒体连接处作为支撑 线时(见图a) ，按GB150 中 7.2.5.2节计算锥壳厚度，并校 核与大、小端筒体连接处的 刚度是否足够；,锥壳与筒体连接处是否作为 支撑线由设计人员自行确定。,1. 大、小端连接处都不作为支撑线： 计算长度 L = 900+1000+800 = 2700 mm 分别计算大端筒体、锥壳、小端筒体的厚度。锥壳的最终厚度 取三者中大值；,2. 小端连接处作为支撑线： 计算长度 L = 900+1000 = 1900 mm 分别计算大端筒体、锥壳的厚度。锥壳 的最终厚度取两者中大值；,3. 大、小端连接处都作为支撑线 以 1000mm 作为锥壳长度, 对锥壳单独 计算其所需要的厚度,同一个结构可用不同的模型进行计算， 从而得到不同的结果,标准容器法兰选用举例： 法兰材料：锻件20钢； 设计温度：250 如选用压力等级为 0.25 MPa 的甲型平焊法兰，则该 法兰的最大许用工作压力为 0.17 MPa,标准容器法兰的公称压力是以板材16MnR在常温下的 强度为依据而制定,关于法兰选用和设计计算 标准容器法兰的最大允许工作压力应按 JB/T 4700 的表6和表7确定,法兰设计的 Waters 法,Waters法是一个强度计算方法，而法兰的失效主要是刚度不够而引起的泄漏。故法兰计算的强度条件为：,在进行法兰计算时，SW6认为用户输入的尺寸是已扣除了腐蚀余量后的尺寸,法兰在设计压力下计算通过，并不能保证在压力试验时不发生泄漏；同样，法兰在设计压力下计算通过，实际上也不能保证在操作工况下，介质一定不泄漏,减薄高颈法兰颈部大端的厚度 g1， 可降低小端的轴向弯曲应力H。 注：系数 f 相当于小端处轴向弯曲应力 与大端处轴向弯曲应力之比，即 f 1表示小端处轴向弯曲应力较大。,开孔补强的设计方法 开孔补强的目的：减小壳体与接管连接处的应力水平，避免由于该处的高应力水平而引起的开裂,考察设计方法是否合用的准则为，当按该方法设计后，应满足：,对筒体上法向接管的结构，WRC 335公报发表的实验结果 表明，满足等面积法补强要求后，,等面积法 是一种经验方法，无法从理论上证明能满足以上条件。一般而言，接管上补强的效果要好于壳体上补强的效果,在假定接管厚度与壳体厚度相等的条件下，要使得压力面积 法的有效补强范围大于等面积法的有效补强范围的条件是：,压力面积法 也是一种经验方法，也无法从理论上证明能满 足以上条件,一般性结论： 1）在小直径接管的情况下（ ），等面积法的有效 补强范围小于压力面积法的有效补强范围，使得补强 计算结果较为保守； 2）在接管直径较大时，一般总是压力面积法的结果更为保 守，除非压力很高的情况 （当 时，压力 p 需大于0.09t 才会使等面积法 的结果更安全）,开孔处壳体焊缝系数的选取: 1. 开孔不在焊缝上，或壳体本身焊缝系数为1.0，则开孔处壳体焊缝系数取1.0； 2. 开孔在焊缝上，壳体本身焊缝系数为0.85，虽然，开孔处壳体焊缝需100%探伤，但如评片级别为3级，则焊缝系数仍应取0.85。,开孔补强计算时所用的有效厚度没有考虑制造减薄量,切向接管补强计算的限制 对于长圆形开孔，GB150 规定长、短轴之比不得大于2.0。 在HG20582 中有同样的规定,平盖的补强计算 1）平盖上开孔可用两种方法进行计算：整体补强法和等 面积法； 2）标准法兰盖上开孔后，需进行法兰盖厚度校核和开孔 补强计算,关于不需另行补强的开孔 凡不符合GB150-1998 中8.3节条件的都需考虑补强及进行补强计算(特别需注意表8-1的条件),外压壳体上的大开孔补强尚没有标准所提供的常规计算 方法,关于联合补强计算 1）两孔联合补强时，程序将按等面积补强法或压力面积法进 行计算； 2）进行联合补强计算的两孔的补强结构必须一致，即或者都 无补强圈或者都设置补强圈,关于壳体上安放的接管上受到机械外载时的 局部应力计算 对于筒体上接管受到机械外载时，如按HG20582 (即WRC107) 计算，将只计算筒体的强度；如按WRC297 计算，则还计算和校核接管根部的强度。理论上要求按HG20582 计算时，接管应具有较大的刚度,外力作用点的说明如下： 凡需输入接管伸出长度时，力和力矩的作用点均为接管法兰 密封面 不需输入接管伸出长度时，力和力矩的作用点为附件与壳体 的连接处，即壳体的外表面,球壳上安放接管或实心附件的局部应力计算时，由于图表的 关系，结构参数会受到限制，见HG20582 的图27-3 到图27-22。 如计算径向载荷P通过接管对球壳引起的应力时，当 时， ；而当 时，,HG20582和WRC297的计算方法是基于薄壳理论，没有考虑 应力集中的影响,例： ， ，无法进行插值,对于椭圆封头和碟形封头上的接管上作用外加机械载荷，程序在计算壳体上的局部应力时，是以椭圆封头的当量半径和碟形封头球冠部分的半径按球壳进行计算。在使用其他软件计算时，要注意，对于椭圆封头和碟形封头，输入的局部应力计算处的壳体半径并不是筒体半径,局部应力计算时，当外载荷大小和方向不变的条件下， 管子外径不变：管子厚度 ：管子上的应力，壳体上的应力,管子厚度不变：管子外径 ：管子上的应力，壳体上的应力,强度条件中对薄膜加弯曲应力的限制条件在使用时需慎重 当应力由持久机械载荷引起时，限制条件应为 1.5t 例如管道仅受重力作用时，管道对容器作用的力和力矩； 容器支座对容器作用的力; 容器上吊耳对容器作用的力。 当应力由非持久的机械载荷引起时，限制条件可为 1.8t 例如管道受重力和地震或风力同时作用时，管道对容器作 用的力和力矩； 当应力由机械载荷、温差载荷和其它位移载荷叠加引起时， 限制条件可为 3.0t 例如管道受重力、温差引起的端点位移同时作用时，管道对 容器作用的力和力矩,安全泄放装置的计算 设计数据的确定: - 绝热指数 k 必须大于1.0; - 介质临界温度的量纲为绝对温度，绝对温度不可能低 于 0 (K); - 凡程序要求输入的所有数据都必须输入.,浮头法兰厚度计算 或 (1) 取上两式中之大值。 操作工况下：,结论： 式(1)得到的厚度不 是计算厚度，只能用于检验假定厚度f是否合格。,当操作工况起主要作用时： 1. 浮头法兰受内压作用时，封头薄膜力的水平分力对法兰环作用的扭矩一般不可能大于其它几个力对法兰环所作用的扭矩之和。因此，封头焊入深度应尽可能取较小的值，以使封头薄膜力的水平分力对法兰截面形心作用的力臂有较大值； 2. 浮头法兰受外压作用时，一般来说，封头薄膜力的水平分力对法兰环将起主要作用，封头焊入深度的值不宜取得太小,当预紧工况起主要作用时，封头焊入深度对法兰厚度没有影响；,SW6 中关于浮头法兰的设计计算方法 输入封头焊入深度 l和浮头法兰厚度，程序进行强度校核,由程序用优化计算的方法设计封头焊入深度l 和浮头法兰 厚度f 。设计人员还应进行圆整后再次校核,当仅输入封头焊入深度l ，则程序所算出的浮头法兰厚度 f 并不能保证满足强度要求。建议封头焊入深度l 和浮 头法兰厚度 f 都不输入，而由程序给出优化计算结果后， 再进行调整,在换热器上安装标准膨胀节时，该标准膨胀节也需校核， 除非能确保该膨胀节的实际膨胀量小于标准中所规定的 允许最大膨胀量,当程序设计管板厚度时，如出现管子或壳体轴向力不合格， 程序会自动选用合适的标准膨胀节；不锈钢膨胀节的材料按 GB16749 为0Cr19Ni9 ，需用户在计算膨胀节前自行修改,固定管板换热器的计算 用SW698计算时，建议先计算管板，再计算膨胀节，以 利用程序所算出的膨胀节所受的轴向力,程序允许用户直接输入膨胀节的刚度以进行管板计算,在计算膨胀节的许用平面失稳压力时，要用到的是膨胀节材 料加工成形后的实际屈服点，该值与许用平面失稳压力成正 比。,对于管板兼作法兰的结构，当配对的管箱法兰的法兰连接螺栓强度校核不合格时，将无法进行管板的应力计算，程序在管板应力计算时将提示“法兰力矩系数为0”,固定管板换热器设计中，影响管板、管子和壳体应力的因素 1. 管、壳程温差大于50需考虑安装膨胀节”的原则不一定正 确，应通过计算确定。在设置膨胀节以后，有可能使得管板 应力或管板法兰部分的应力反而增大(特别在管程压力单独 作用的情况下)。,2. 在可能的条件下，应尽量 通过计算或实测获得壳体 和换热管的金属温度，这 两个温度值对换热管应力 校核有很大影响。,换热器管板计算中，所提及的管板与管子的连接方式都是以 强度为准（故强度焊加贴胀等同于焊接）,对于k 1的情况，新增了按JB4732的解析法进行计算的模块； 新增加的固定管板计算模块还可按解析方法对以下结构进行计算： 1) GB151中给出的b、e型结构管板； 2) 贴面焊薄管板； 3) 平齐焊薄管板,说明： 1) 对于k 1的情况，该新增模块也可按JB4732的解析法对b、e型结构管板进行计算，但在屏幕结果显示中将提示用户选GB151的方法进行计算； 2 ) 薄管板结构不能用膨胀节,换热器设计标准没有提及的一些问题 标准与规范并不保证解决设计中的所有问题,对于带膨胀节的固定管板换热器，在壳程压力较高时（如ps 5MPa左右），压力对膨胀节的推力将使得壳体的轴向应力为负，为平衡这个推力，管子的应力将进一步增大。由于GB151没有计及膨胀节的这个推力，使得计算结果偏不安全。,固定管板换热器，在壳程压力较高或温差较大时，管板与壳体连接处的薄膜应力加边缘弯曲应力的值有可能过大而导致在该处开裂，特别在水压试验工况，但在现行规范中均没有给出该处应力的计算式和强度条件。,在k 1的计算模块中给出了管板与壳体连接处的薄膜应力加边缘弯曲应力计算值，并进行了校核。如校核不通过时，应根据应力不合格的工况而采取不同的结构尺寸修正方案： 有温差工况：减小筒体厚度或增加管板厚度； 无温差工况：增加筒体厚度或减小管板厚度,GB151对管板作了满布管的假定，但实际上周边不布管区的存在将有助于降低换热管中的最大应力。 GB151简化算法的后果是对换热管应力校核的结果在某些情况下会过于保守，特别是对浮头式换热器，有可能使保守程度大于100%以上。,GB151 的简化方法只计算布管区最外圈的管子应力，将有可能忽略掉管子应力的最大值。另外，该简化方法肯定忽略掉了正、负两个不同符号最大值中的一个。,标准没有要求对膨胀节在压力试验工况下进行应力校核，当介质存在腐蚀的条件下，设计人员需考虑在正常大修以后在膨胀节被腐蚀条件下进行压力试验的工况。,塔式容器的设计计算 地震力的计算按 GB50011-2001 “建筑抗震设计规范”中的反应谱法： 地震影响系数与设防烈度、场地类别、设计地震分组、阻尼比和结构自振周期有关。,取消近震、远震概念，而以设计地震分组代替，共分成三组。设防烈度和设计地震分组按GB50011-2001附录A查取,地震影响系数曲线中的指数与阻尼比有关(原标准中该指数取0.9,相当于阻尼比取0.05) ，阻尼比可取0.010.03，SW6 默认取0.01(参照JB4710-2005 的编制说明),现程序要求对每一段筒体和变径段输入设计压力，如不输入则作为该段压力为0进行计算,多腔塔两腔之间的分隔封头在塔器程序中不能计算，可利用零部件程序进行计算,塔设备各段筒体用法兰连接时，该连接法兰的计算压力将由程序自动计算得到，该计算压力可能远高于塔设备的设计压力，在选用标准法兰时必须注意这一点,考虑水压试验工况下，塔设备筒体应力校核时的试验压力取值： 周向应力校核：计算压力值 = 卧试水压试验压力+液柱压力 轴向应力校核：计算压力值 = 卧试水压试验压力,液柱压力的计算： 单腔塔：液柱压力 = (筒体总高+上封头高度)(m)9.81/1000 多腔塔：液柱压力 = 每腔筒体高度(m) 9.81/1000,各危险截面最大组合应力的计算,按裙座与塔体不同的连接方式而决定筒体和下封头上需校核的 危险截面为: 1. 裙座与塔体对接，校核筒体最低截面及下封头的直边部分 2. 裙座与下封头搭接，同上 3. 裙座与筒体搭接，只校核筒体与裙座搭接的那个截面,程序仍将按 JB4710-92 中表5-6 给出裙座结构尺寸，但这些 尺寸只是参考性的，用户可以进行修改,卧式容器的设计计算 计算中考虑了地震载荷对容器的作用。但将卧式容器简化为质点考虑，即有： 且取阻尼比为0.05，得到2 =1，因此 设备所受的地震力为,JB4731-2005中，比原GB150-89增加的计算内容： 无集中载荷作用的情况： 1）校核鞍座在温差载荷作用下的强度,无集中载荷作用的情况（续）： 2）校核鞍座在地震载荷作用下的强度,无集中载荷作用的情况（续）： 3）校核地脚螺栓在地震载荷作用下的强度,有集中载荷作用的情况： 1）筒体上需进行轴向应力校核的危险截面： a）鞍座截面； b）集中载荷作用的截面； c）轴向弯矩导数为0的截面,有集中载荷作用的情况（续）： 2）校核鞍座在温差载荷作用下的强度： 同无集中载荷作用工况，但鞍座反力取两个反力中的大值,3）校核地震载荷作用下的各个应力： a）鞍座截面上筒体的压应力5 8； b）鞍座腹板压应力9； c）鞍座筋板和腹板组合截面的弯曲应力sa； d）地脚螺栓的拉应力和剪应力 注：1）鞍座反力取两个反力中的大值; 2）要计及附加设备在地震作用下产生的弯矩; 3）考虑地震载荷作用，只计算操作工况下的应力; 4）许用应力乘以系