《卧式容器设计》PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(二) 载荷分析
(2)竖直剪力V 和力偶M 封头本身和封头中物料的重量为 (2/3H)q，此重力作用在封头(含物 料)的重心上。对于半球形封头，可 算出重心的位置e=3/8H，e为封头 重心到封头切线的距离。 按照力线平移法则，此重力可用一 个作用在梁端点的横向剪力V和一个 附加力偶m1来代替，即：
8
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(1)均布载荷q、支座反力F
容器本身 的重量和容器内物料的重量可假设为沿 容器长度的均布载荷。因为容器两端为 L 凸形封头，所以确定载荷分布长度时， 首先要把封头折算成和容器直径相同的 当量圆筒。对于半球形、椭圆形和碟形 等凸形封头可根据容积相等的原则，折 算为直径等于容器直径，长度为2/3H (凸形封头深度)的圆筒，故重量载荷作 用的长度为： /
12
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(2)竖直剪力V 和力偶M 对液体静压力进行积分运算，可得 到如下的结果： 将式(3—20)的m1与式(3—21)的m2 两个力偶合成一个力偶M：
显而易见，对于半球形封头，Ri＝H， M＝0； 而平封头，H＝0，M＝q/4×R2。
13
7
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析 • 模型简化 置于对称分布的鞍座上卧式容器 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(真空)外，主 要是容器的重量(包括自重、附件和保 温层重等)，内部物料或水压试验充水 的重量。容器受重力作用时，双鞍座 卧式容器可以近似看成支承在两个铰 支点上受均布载荷的外伸简支梁。当 解除支座约束后，梁上受到如下外力 的作用。（如右图）
卧式容器设计
武汉工程大学机械工程学院 曾 真
1
卧式容器设计 前言
卧式容器广泛应用在石油化工、医药、食品等工业
领域，卧式是相对于立式而言的，其筒体轴线一般 为水平。设计所遵循的主要标准有…
2
卧式容器设计
前言
卧式容器设计的特点
ห้องสมุดไป่ตู้
卧式压力容器的设计由于其支承方式的特点决 定了其设计的特殊性，按JB/T4731-2005 《钢制卧式容器》，其设计步骤为： 1）卧式容器设计是先根据操作压力(内压、外 压或常压)确定壁厚； 2）再依据自重、风、地震及其他附加载荷来校 核轴向、剪切、周向应力及稳定性；
当鞍座邻近封头时，则封头对支座处简体有加强作用。 为了充分利用这一加强效应，在满足A≤0.2L下应尽 量使A≤0.5Ri(筒体内半径)。
注意这里的L为两封头切线之间的距离。 鞍座包角 的大小对鞍座筒体上的应力有直接关系， 一般采用120o、135o、150o三种。 双鞍座中一个鞍座为固定支座，另一个鞍座应为活动 支座。
5
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外 伸简支梁，按材料力学计算方法可知，当外伸长度A ＝0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝 对值相等，所以一般近似取A≤0.2L，其中L取圆筒体 长度(两封头切线间距离)，A为鞍座中心线至封头切 线的距离。如A>0.2L，则由于外伸作用而使支座截面 处壳体的弯矩太大，A最大不得大于0.25L。
对于平封头的V与m1皆为零。
11
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(2)竖直剪力V 和力偶M 当封头中充满液体时，液体静压力 对封头作用一水平向外推力。因为 液柱静压沿容器直径呈线性变化， 所以水平推力偏离容器轴线，对梁 的端部则形成一个力偶m2。 对液体静压力进行积分运算，可得 到如下的结果：
3
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
（一）总体结构
支座形式及特点 化工厂的贮槽、换热器等设备一般都是两端 具有成型封头的卧式圆筒形容器。卧式容器 由支座来承担它的重量及固定在某一位置上。 常用卧式容器支座形式主要有鞍式支座、圈 座和支腿三种，如图所示。 支腿的优点是结构简单，但反力给壳体造成 很大的局部应力，用于较轻的小型设备。
L
9
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(1)均布载荷q、支座反力F 假如容器总重量为2F，则作用在外伸梁 上(梁全长仍为L)单位长度的均布载荷为：
对于平封头，H＝0，则 由静力平衡条件，对称配置的双鞍座中 每个支座的反力就是F，或写成：
10
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
6
卧式容器设计 一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
• 载荷分类
长期载荷 设计压力——内压、外压； 液体静压力； 容器质量载荷——自身质量，容器所容纳的物料质量，保温层、梯子平 台、接管等附件质量载荷。 短期载荷 风载、地震载荷(一般取地震载荷)，水压试验充水重。 附加载荷 在JB/T 4731的附录A中增加有卧式容器上的附加载荷。这是考虑卧式容 器上设有立式设备，如换热器、精馏柱、除氧头、液下泵、搅抖器等附 属设备(高度均小于10m)时，它对卧式容器圆筒体产生附加弯矩及支座 反力。实质上，附加载荷也是一种长期载荷。
圈座用于大直径薄壁容器。
鞍式支座，通常用于 较重的大设备。对于卧 式容器，除了考虑操作压力引起的薄膜应力 外，还要考虑容器重量在壳体上引起的弯曲， 所以即使选用标准鞍座后，还要对容器进行 强度和稳定性的校核。
4
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
双鞍座的优点： 置于鞍座上的圆筒形容器与梁相似，当尺寸和载荷一 定时，多支点在梁内产生的应力较小，支座数目似乎 应该多些好。 但容器采用两个以上的鞍座时，支承面水平高度不等、 壳体不直和不圆等微小差异以及容器不同部位在受力 挠曲的相对变形不同，使支座反力难以为各支点平均 分摊，导致壳体应力趋大，因此一般情况采用双支座。 双鞍座位置设置的原则： 采用双支座时，支座位置的选择一方面要考虑到利用 封头的加强效应，另一方面又要考虑到不使壳体中因 荷重引起的弯曲应力过大，所以按下述原则确定支座 的位置：
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(三) 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，而最大剪力在支座截面附近。 支座跨中截面的弯矩：
(2)竖直剪力V 和力偶M 封头本身和封头中物料的重量为 (2/3H)q，此重力作用在封头(含物 料)的重心上。对于半球形封头，可 算出重心的位置e=3/8H，e为封头 重心到封头切线的距离。 按照力线平移法则，此重力可用一 个作用在梁端点的横向剪力V和一个 附加力偶m1来代替，即：
8
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(1)均布载荷q、支座反力F
容器本身 的重量和容器内物料的重量可假设为沿 容器长度的均布载荷。因为容器两端为 L 凸形封头，所以确定载荷分布长度时， 首先要把封头折算成和容器直径相同的 当量圆筒。对于半球形、椭圆形和碟形 等凸形封头可根据容积相等的原则，折 算为直径等于容器直径，长度为2/3H (凸形封头深度)的圆筒，故重量载荷作 用的长度为： /
12
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(2)竖直剪力V 和力偶M 对液体静压力进行积分运算，可得 到如下的结果： 将式(3—20)的m1与式(3—21)的m2 两个力偶合成一个力偶M：
显而易见，对于半球形封头，Ri＝H， M＝0； 而平封头，H＝0，M＝q/4×R2。
13
7
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析 • 模型简化 置于对称分布的鞍座上卧式容器 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(真空)外，主 要是容器的重量(包括自重、附件和保 温层重等)，内部物料或水压试验充水 的重量。容器受重力作用时，双鞍座 卧式容器可以近似看成支承在两个铰 支点上受均布载荷的外伸简支梁。当 解除支座约束后，梁上受到如下外力 的作用。（如右图）
卧式容器设计
武汉工程大学机械工程学院 曾 真
1
卧式容器设计 前言
卧式容器广泛应用在石油化工、医药、食品等工业
领域，卧式是相对于立式而言的，其筒体轴线一般 为水平。设计所遵循的主要标准有…
2
卧式容器设计
前言
卧式容器设计的特点
ห้องสมุดไป่ตู้
卧式压力容器的设计由于其支承方式的特点决 定了其设计的特殊性，按JB/T4731-2005 《钢制卧式容器》，其设计步骤为： 1）卧式容器设计是先根据操作压力(内压、外 压或常压)确定壁厚； 2）再依据自重、风、地震及其他附加载荷来校 核轴向、剪切、周向应力及稳定性；
当鞍座邻近封头时，则封头对支座处简体有加强作用。 为了充分利用这一加强效应，在满足A≤0.2L下应尽 量使A≤0.5Ri(筒体内半径)。
注意这里的L为两封头切线之间的距离。 鞍座包角 的大小对鞍座筒体上的应力有直接关系， 一般采用120o、135o、150o三种。 双鞍座中一个鞍座为固定支座，另一个鞍座应为活动 支座。
5
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外 伸简支梁，按材料力学计算方法可知，当外伸长度A ＝0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝 对值相等，所以一般近似取A≤0.2L，其中L取圆筒体 长度(两封头切线间距离)，A为鞍座中心线至封头切 线的距离。如A>0.2L，则由于外伸作用而使支座截面 处壳体的弯矩太大，A最大不得大于0.25L。
对于平封头的V与m1皆为零。
11
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(2)竖直剪力V 和力偶M 当封头中充满液体时，液体静压力 对封头作用一水平向外推力。因为 液柱静压沿容器直径呈线性变化， 所以水平推力偏离容器轴线，对梁 的端部则形成一个力偶m2。 对液体静压力进行积分运算，可得 到如下的结果：
3
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
（一）总体结构
支座形式及特点 化工厂的贮槽、换热器等设备一般都是两端 具有成型封头的卧式圆筒形容器。卧式容器 由支座来承担它的重量及固定在某一位置上。 常用卧式容器支座形式主要有鞍式支座、圈 座和支腿三种，如图所示。 支腿的优点是结构简单，但反力给壳体造成 很大的局部应力，用于较轻的小型设备。
L
9
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
(1)均布载荷q、支座反力F 假如容器总重量为2F，则作用在外伸梁 上(梁全长仍为L)单位长度的均布载荷为：
对于平封头，H＝0，则 由静力平衡条件，对称配置的双鞍座中 每个支座的反力就是F，或写成：
10
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
6
卧式容器设计 一、鞍座结构及载荷分析
(二) 载荷分析
• 载荷分类
长期载荷 设计压力——内压、外压； 液体静压力； 容器质量载荷——自身质量，容器所容纳的物料质量，保温层、梯子平 台、接管等附件质量载荷。 短期载荷 风载、地震载荷(一般取地震载荷)，水压试验充水重。 附加载荷 在JB/T 4731的附录A中增加有卧式容器上的附加载荷。这是考虑卧式容 器上设有立式设备，如换热器、精馏柱、除氧头、液下泵、搅抖器等附 属设备(高度均小于10m)时，它对卧式容器圆筒体产生附加弯矩及支座 反力。实质上，附加载荷也是一种长期载荷。
圈座用于大直径薄壁容器。
鞍式支座，通常用于 较重的大设备。对于卧 式容器，除了考虑操作压力引起的薄膜应力 外，还要考虑容器重量在壳体上引起的弯曲， 所以即使选用标准鞍座后，还要对容器进行 强度和稳定性的校核。
4
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
双鞍座的优点： 置于鞍座上的圆筒形容器与梁相似，当尺寸和载荷一 定时，多支点在梁内产生的应力较小，支座数目似乎 应该多些好。 但容器采用两个以上的鞍座时，支承面水平高度不等、 壳体不直和不圆等微小差异以及容器不同部位在受力 挠曲的相对变形不同，使支座反力难以为各支点平均 分摊，导致壳体应力趋大，因此一般情况采用双支座。 双鞍座位置设置的原则： 采用双支座时，支座位置的选择一方面要考虑到利用 封头的加强效应，另一方面又要考虑到不使壳体中因 荷重引起的弯曲应力过大，所以按下述原则确定支座 的位置：
卧式容器设计
一、鞍座结构及载荷分析
(三) 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，而最大剪力在支座截面附近。 支座跨中截面的弯矩：