卧式容器设计培训教材

1、1卧式容器设计一、双鞍座结构及载荷分析一、双鞍座结构及载荷分析 二、筒体的应力计算与校核二、筒体的应力计算与校核 三、鞍座设计三、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A0.2L。 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A0.2L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

2、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 mmNHLFq342173NHLqF2341837一、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LFq28一、鞍座结构及载荷分析2.竖直剪

3、力V和力偶M 对于半球形封头，Ri=H,M=0 对于平封头，H=0,HqV32193)(422HRqMi203)(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)(4221LLqALFLHqHRqMi223)(43412143421221mmNALCFLALHHRFLMHLFqi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

4、截面处的弯矩为：LRHRCLHCmmNCARCLACFALHALHRLAFAAqAHqAHRqMiiiii23412331 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，分别为拉应力或压应力MPatR

5、MtpRWMeiei211112273MPatRMtpRWMeiei21112228314二、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

6、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。eitR2eitRK216二、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=1.0MPatRKMtpRWMeiei2122232293MPatRKMtpRWMeiei222224230317二、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

7、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 。14123图3-21 筒体的轴向应力示意图14tt18二、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。MPaHLALtRFKtRVKeieiR34233max31319二、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：

8、为凸形封头的有效厚度，mm20222MPatRFKei3max323MPatRFKhei4max333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。62222022234233maxHLALtRFKtRVKeieiR34321二、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

9、系数 crt8 . 0max363 ht25. 1maxMPatKpDheih223二、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。itFRKMM6max373MPaltFRKbtFeie64626383LlRLi218时，当393iiRlRL48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，mm Te为筒体有效厚度，mm b2=圆筒的有效宽度， b2=1.56 RtteMPabtFKe25540

10、3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=120150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 MPabHFKtsas320 tsaDb30取28卧式容器的合理设计卧式容器的合理设计 一般的调节步骤：使一般的调节步骤：使A0.5Ra增设鞍座垫板增设鞍座垫板-增加鞍座包角增加鞍座包角增设加强圈。增设加强圈。1）A0.5Ra时封头对筒体有加强作用。时封头对筒体有加强作用。 -M2抗弯断面为整圆。抗弯断面为整圆。 -筒体被封头加强时，筒体被封头加强时，公式中公式中 的的k3比无加强圈时为小。比无加强圈时为小。 -周向应力周向应力6 ，6公式中公式中k6 当当 A /Ra 0.5 时时 k6= k7/4 1 A/Ra0.5 时时 k6= （1.5A/ Ra-0.5）k7 A/R