SW6研讨班讲义.ppt

SW6 1998v3 5使用说明与工程设计中若干问题的讨论2005 12 秦叔经全国化工设备设计技术中心站上海延安西路376弄22号10楼Tel 021 32140016 021 32140342 820Fax 021 62489867Email tcedmci sw6 WebSite SW6 1998的基本使用方法和技巧在使用SW6进行压力容器设计时 如何正确理解和使用标准中的条款塔器和卧式容器新标准简介 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 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和铜合金的B值曲线参照ASMEII D T2 T3 图NFC 1 纯铜 H68A HSn70 1 HAl77 2 BFe30 1 1 BFe10 1 1 图NFC 3 铜合金 铝和钛的B值曲线参照JB4734 2002和JB4745 2002 铝和钛的线胀系数 弹性模量和其它强度数据同样参照JB4734 2002和JB4745 2002 铜和铜合金的参照GB151 按照GB151及其第1号修改单的规定和说明 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 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 试验压力的取值压力试验的目的 检验容器的宏观强度 检验密封性能 检验焊缝的致密性 试验压力 液压试验 气压试验 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 建议用户自行确定后试验压力值后输入 在标准GB150 1998中对外压容器的试验压力有如下的规定 液压试验 pT 1 25p气压试验 pT 1 15p带夹套的容器 当夹套内压力为正时 其内筒即为外压容器 工程设计方法与结构的安全性 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 但该公式并不没有采用应力分类的概念 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 现只能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 1 大 小端连接处都不作为支撑线 计算长度L 900 1000 800 2700mm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 1900mm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 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 WRC335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 09 t才能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 关于壳体上安放接管时的局部应力计算对于筒体上安放接管的结构 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 在外加载荷和其它条件都不变的条件下 接管或实心附件的截面越大 所算得的局部应力值越小 例 无法进行插值 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 5 t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 当应力由非持久的机械载荷引起时 限制条件可为1 8 t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 容器上吊耳对容器作用的力 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 0 t如管道受重力 温差端点位移同时作用时 管道对容器作用的力和力矩 影响搅拌轴设计计算的主要因素轴封处许用径向位移悬臂轴末端许用径向位移轴许用扭转角流体径向力系数K11 K1 K2 K3 附录C p124 p129 p1312 平衡精度等级G 许用扭转角 附录C p1313 轴封处许用位移的计算 见式 4 3 2 p117柔性轴仅适用于高转速轴 且不适用于气相或气 液相介质 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SW6 98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 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两个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 在壳程压力较高时 管板与壳体连接处的边缘弯曲应力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 塔式容器标准JB4710 2005简介地震载荷计算时 与老标准的差异地震力的计算按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 原标准取0 9 阻尼比可取0 01 0 03 SW6默认取0 01 参照JB4710 2005的编制说明 地震影响系数曲线范围扩展到6 0Tg 并考虑了不同阻尼比的影响 取消了综合影响系数Cz 在JB4710 92中使用Cz是考虑两个因素 1 当时的地震影响系数曲线是在阻尼系数为0 05的前提下制定的 与实际结构的阻尼比有差异 2 所采用的地震反映谱是弹性反映谱 而在工程设计中 在地震时 允许结构处于弹塑性状态 在新标准中 已按照GB50011 2001将综合影响系数Cz溶于地震影响系数最大值 max中去 即一阶振型第k个质点的地震力为 横向风弯矩的计算风力对塔器所产生的横向振动 卡曼涡街效应 需考虑卡曼涡街效应的条件v 设计风速vc1 临界风速Ti 塔设备的i阶振型自振周期Da 塔的外径当v vc2 还需考虑第二阶振型的横向振动 卡曼涡街效应引起横向振动而产生的弯矩方向与顺风向弯矩方向垂直 因此 组合弯矩为但要注意 在计算时 基本风压应取 该值小于本地区的基本风压值 如要考虑二阶振型 则取再与比较 取大值而参与最大弯矩的计算 见式 A 11 和 A 12 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 卧式容器标准JB4731 2005简介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