caesarii应用实例

C A E S A R I I应用实例-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第一部分支架形式模拟 (3)
1.0 普通支架的模拟 (3)
1.1 U－band (3)
1.2 承重支架 (4)
1.3 导向支架 (4)
1.4 限位支架 (8)
1.5 固定支架 (8)
1.6 吊架 (9)
1.7 水平拉杆 (9)
1.8 弹簧支架模拟 (10)
2.0 附塔管道支架的模拟 (13)
3.0 弯头上支架 (15)
4.0 液压阻尼器 (16)
5.0 CAESARII可模拟虾米弯，但变径虾米弯不能模拟 (17)
第二部分管件的模拟 (18)
1.0 法兰和阀门的模拟 (18)
2.0 大小头模拟 (19)
3.0 安全阀的模拟 (21)
4.0 弯头的模拟 (22)
5.0 支管连接形式 (23)
6.0 膨胀节的模拟 (25)
6.1 大拉杆横向型膨胀节 (25)
6.2 铰链型膨胀节 (37)
第三部分设备模拟 (45)
1.0 塔 (45)
1.1 板式塔的模拟 (46)
1.2 填料塔的模拟 (47)
1.3 除了模拟塔体的温度，还需模拟塔裙座的温度 (50)
2.0 换热器，再沸器 (51)
2.1 换热器模拟也分两种情况 (51)
3.0 板式换热器 (54)
4.0 空冷器 (55)
4.1 空冷器进口管道和出口管道不在同一侧 (55)
4.2 空冷器进口管道和出口管道在同一侧 (58)
5.0 泵 (60)
6.0 压缩机，透平 (61)
第四部分管口校核 (62)
1.0 WRC107 (62)
2.0 Nema 23 (67)
3.0 API617 (69)
4.0 API610 (71)
第五部分工况组合 (75)
1.0 地震 (76)
2.0 风载 (77)
3.0 安全阀起跳工况 (80)
4.0 沉降 (82)
第一部分支架形式模拟
1.0 普通支架的模拟
1.1 U－band
在CAESAII的输入界面找到restraints选项，并双击打勾，
在Node项目，输入该支架位置的节点，
在type项填入支架的约束形式，U-band只需在type项中输入X，y
用户还需输入支架的摩擦系数Mu，
通常规定：钢与钢接触的承重支架摩擦系数输入0.3
不锈钢与PTFE板接触的承重支架摩擦系数输入为0.1
支架选项中，stif代表支架生根部份的刚度，不输代表无穷大，用户可以把生根部件的刚度输入其中，单位为N/cm
1.2 承重支架
+Y
1.3 导向支架
1.3.1 水平管道
若导向支架的挡块与管托之间有间隙，可在图中(Gap:)中输入间隙，不输表示导向的间隙为
1.3.2 垂直管道
1.3.
2.1 四向导向
+Y X
1.3.
2.2 单边导向
1.4 限位支架
1.5 固定支架
+Y
Z Stopper
ANC
1.6 吊架
双击restrains选项，承重吊架为＋Yrod，并在len中输入吊杆的摆动的长度
1.7 水平拉杆
1.8 弹簧支架模拟
双击Hangers出现如下图框
Node
输入支架的节点号
Hanger Talbe:
选择弹簧的型号，国内项目选择13-Sinopec(China)
Avalable Space(neg for can)
若该点由弹簧支撑，可以输入一个负的距离，该距离为支称点与弹簧底板之间的距离
Allowable load Variation(%):
为弹簧的荷载变化率＝（热态载荷－冷态载荷）/热态载荷的绝对值乘以100％，
一般弹簧的荷载变化率控制在25％内，但是在一些敏感设备附近，如压缩机，透平管口附近，弹簧的荷载变化率需控制在10％内，这时用户需在此选项中输入10
Rigid Support Displacement Criteria:
在应力计算中，有时软件自选的弹簧热位移很小，例如1mm左右，在不是敏感设备附近，工程上常用刚性支架来代替弹簧支架，用户可以人为输入刚性支架代替弹簧支架热位移标准，如输入1mm，则若软件算出弹簧的热位移小于
1mm，软件就自动将该弹簧代替为刚性支架
Max.Allowed Travel Limit:
该项定义了可变弹簧最大位移量，若软件算出的热位移量超过该输入值，则软件将自动把可变弹簧替换为恒力弹簧
No。

Hangers at Location:
指该点弹簧的个数，有时立管上某个支点往往要2个或4个弹簧支架支撑，这时就可以输入弹簧的个数，软件会通过载荷的分配，自动选出每个弹簧的型号Allow Short Range Springs:
双击该选项，允许软件选择短量程弹簧
Operating Load Case Design Option:
该选项是让用户设定弹簧热态时的载荷，若为两个弹簧时，应输入总的载荷，而不是每个弹簧的热载荷
Multiple load case design option:
该选项让用户定义按哪个工况来设计弹簧，默认为T1，即Temp1工况，但是在有一开一备工况下，有时设计弹簧需切换相应工况，确保弹簧是按管道正常操作温度下的工况选择的
Free Restrains at Node:
该选项常用在压缩机，透平，泵的第一个弹簧支架中，由于这些动设备都需要无应力安装，通过该选项可以通过调节弹簧的载荷，确保管口受力最小，比如透平口法兰面节点号为10点，20点为靠近其管口的最近一个弹簧支架，并且使法兰上Y方向受力最小则输入如下
Spring Rate:
此项可以输入弹簧的刚度，此项主要用在模拟已购买好的弹簧
Theoretical Cold(Installation) Load:
此项可以输入弹簧的安装载荷，此项主要用在模拟已购买好的弹簧Constant Effort Support Load:
此项输入可以输入恒力弹簧的工作载荷。

2.0 附塔管道支架的模拟
在支架模拟中，附塔管道支架的模拟较为复杂，因为附塔管道支架是生根在塔上面，而塔由于热胀往往有较大的热位移，因此需将该热位移准确模拟到附塔管道的支架上。

双击restrains选项：
说明：
1000点为与该支架同一标高塔中心点位置，1010为塔外壁。

10点为管道上的支架，11点为与10点连接点，
在from 11点to 1010点需输入常温和常压，并双击rigid ，在直径和壁厚选项中需输入附塔设备的直径和壁厚，
From 1010 to 1000点需输入设备的温度和压力，在直径和壁厚选项中需输入附塔设备的直径和壁厚
3.0弯头上支架
在装置中，我们经常看到在弯头有支架，如何在CAESARII中弯头上输入支架，
最常见的也是最简单的模拟方法就是在弯头的中点位置输入支架
先双击bend选项，找到angle 为M的节点号（该节点号往往自动生成）
再双击restrains,选项，在node一览中输入angle 为M的节点，并在type栏中输入支架的形式。

对于靠近敏感设备附近的弯头支架，Caesar II指导说明中给出更为精确的模拟方法
该法称为偏移输入法，该模拟方法可使假腿位置准确定位在弯头曲线上，并且假腿作用在垂直管道的中心线上，缺点是模拟比较复杂.
具体模拟方法见application guide hangers Vertical Dummy Leg on Bends:Offset Element Method
4.0 液压阻尼器
液压阻尼用来控制管道的振动，模拟液压阻尼器步骤如下
1先运行不带阻尼器情况下该位置的操作工况
2记录上述工况下该点的位移及转角
3输入阻尼器，并在CNode点中输入上述位移和转角
4将附加位移值加在操作工况下
并在load case editor中找到所有含有动载荷的工况（如地震，风载，安全阀反力等）并激活阻尼器，
5.0 CAESARII可模拟虾米弯，但变径虾米弯不能模拟
虾米弯的模拟方法较为复杂，可参考caesarII自带的application guide chapter 2 mitered bends
第二部分管件的模拟
1.0 法兰和阀门的模拟
法兰、阀门为装置中的重要原件，在应力计算中，它们往往是集中载荷，必需对法兰、阀门的重量进行模拟，首先根据阀门、法兰的类型，在对应的标准或样本中找出相应的重量并输入模型，现以阀门带配对法兰为例：
710点到720点为管道上法兰
先输入法兰高度，点击rigid，在rigid weight中输入法兰的重量
720点到730点为阀门
首先输入阀门的长度
点击
在rigid weight中输入阀门的重量
730点到740点为阀门另一侧管道上的法兰，输法与710点到720点相同2.0 大小头模拟
440点为大小头的大头端，管道直径为大小头大头侧的直径和壁厚（此例为406.4x9.525）
450点为大小头的小头端，管道直径为大小头小头侧的直径和壁厚 (此例为273.05x9.271)
440点到450点输入大小头的长度（如dx：356mm），若是同心大小头无需输入偏移量
对与偏心大小头，偏移量需模拟（如dy：67mm）
点击
输入大小头另一段的直径和壁厚（此例为小头端直径x壁厚273x9.2710）即可。

3.0 安全阀的模拟
先模拟安全阀入口侧管道上的配对法兰，输入方法见法兰模拟
再输入安全阀的垂直部份（node125-130）并在rigid中输入rigid weight（安全阀垂直部份的重量为安全阀总重量的一半）
然后输入安全阀泄压侧即水平段（node130－140）并在rigid中输入rigid weight （安全阀水平部份的重量为安全阀总重量的一半）
最后输入泄压侧的管道上的配对法兰
安全阀反力的模拟在工况中详细说明
4.0 弯头的模拟
在管道拐弯处往往要用弯头连接
点击
raidus中可输入弯头的半径，默认弯头半径为1.5倍的管道直径
type：single flange 为弯头附近带一片法兰的形式
double flange 为弯头附近带片法兰的形式
注：法兰离开弯头末端两倍直径内，才需使用上述选项
Angle1: 和node定义了弯头的具体部位
例如angle1：M Node1：9
表示弯头中点的节点号为9，
Angle 2：0 Node2：8
表示第8点为弯头起始点
在输出报告中，可以读出弯头相应部位的应力5.0 支管连接形式
通过点击
出现对话框
在node中输入支管连接处节点号
Type中输入支管连接的形式
1 Reinforced 带补强圈或鞍件的增强制造三通
2 Unreinforced 未补强的预制三通
3 Welding 按B16.9的焊接三通
4 Sweepolet 插入式焊接管座
5 Weldolet 整体加强的座焊支管
6 Extruded 挤压成型的焊接三通
6.0 膨胀节的模拟
膨胀节模拟有简单模拟和复杂模拟两种，简单模拟请参考CAESARii 自带的手册
这里介绍两种常用的膨胀节的复杂模拟法
6.1 大拉杆横向型膨胀节
大拉杆横向型膨胀节可以按膨胀单元拆分建模（复杂模型），下图所示，节点20和节点110之间是大拉杆按内外侧均有螺母，膨胀节参数如下：横向刚度：311N/mm，扭转刚度：451279N.m/ ，波纹管有效直径：775mm，膨胀节重
100
30
80
70
50
20
1030
60
4090
100
160
150
130
120
110
140
6.2 铰链型膨胀节
复杂模型如下图所示，节点20和节点50之间是一铰链型膨胀节，膨胀节参数如下：角向刚度：1029 N.m/?，扭转刚度：902557N.m/?，波纹管有效直径：775mm，膨胀节重量：672Kg。

每个波纹管参数：轴向刚度：783N/mm，横向刚度：12286N/mm，扭转刚度：902557N.m/?，波纹管有效直径：775mm。

20
50
1020
705040
3060140
130
120
8010090
110
第三部分设备模拟
1.0 塔
根据塔内气、液接触构件形式，塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡状、蜂窝状、泡沫状或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。

填板式塔的准确模拟方法为根据工艺提供的板式塔数据表上的塔板温度进行分段模拟，
1.1 板式塔的模拟
比如第一块塔板的处的气相温度，即为塔顶温度，最下面一块塔板处的液相温度，即为塔底温度，中间的温度按数据表上每块塔板上的温度分段模拟
1.2 填料塔的模拟
填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上流动，气、液两相密切接触进行传质与传热。

填料塔的准确模拟方法为：根据数据表中的温度分布，bed1为101.6度，bed2为112.9度，然后通过塔顶管道气相温度，可得出塔顶温度，从塔底泵管
道温度，可得出塔底温度，而bed1和bed2之间的温度，可以取bed1和bed2的平均温度，即填料塔可分五段温度输入：
从上而下为 1.塔顶温度
2.bed1温度
3.bed1和bed2平均温度
4.bed2温度
5.塔底温度
但在项目初期我们往往缺少相关的资料，在资料不足的情况下，我们可以粗略估计塔顶管道热位移，我们只要得塔顶，和塔底的温度，其中间区域可如下模拟：
说明：T1为塔顶温度，T4为塔底温度，T5为群座温度，T2，T3为中间温度
1.3 除了模拟塔体的温度，还需模拟塔裙座的温度
以下公式引用自《压力管道应力分析》。