吸收塔结构的模态分析与振型研究
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的质量与弹性看 作 是 连 续 分 布 的,因 而 可 以 将 塔
设 备 直 接 简 化 为 底 端 固 定 、顶 端 自 由 、质 量 沿 长 度 连续分布的悬臂梁模型.
表 ２ 吸 收 塔 基 本 结 构 尺 寸
mm
项目
尺寸
塔器总高 筒体内径 筒体高度 筒体壁厚 裙座内径 裙座高度 裙座壁厚 吸 附 剂 填 料 起 始 位 置 (距 裙 座 底 部 ) 吸附剂填料段高度
石 油 化 工 设 备 技 术
２０１８ 年
基于以上传统 塔 器 的 振 动 模 型,现 行 塔 式 容 器标准(即文献【６】)在 进 行 塔 器 自 振 周 期 的 计 算 时 ,对 等 直 径 且 等 壁 厚 的 塔 器 采 用 解 析 法 求 解 ,对 不等直径或不等壁厚的塔器采用折算质量法近似 求解 . 【６】 按现行塔式容器标准计算得到的该吸 收 塔在不同阶 段 的 前 ３ 阶 弯 曲 振 型 固 有 频 率 详 见 表 ４.
某吸收塔的 设 计 参 数 见 表 １,基 本 结 构 尺 寸 见 表 ２,壳 体 及 吸 附 剂 填 料 的 物 性 参 数 见 表 ３.
表 １ 吸 收 塔 设 计 参 数
项目
参数
设 计 压 力/MPa
０．１
设 计 温 度/℃
６０
操作介质
干气
２ 基 于 传 统 塔 器 振 动 模 型 的 计 算 方 法 传统塔器振动模型中对等直径且等壁厚塔器
静设备
石油化工设备技 术 ,２０１８,３９(３)������１１������ PetroＧChemicalEquipmentTechnology
吸收塔结构的模态分析与振型研究
叶增荣
(南京金凌石化工程设计有限公司,江苏 南京 ２１００４２)
摘 要:对某吸收塔建立两种不同的模型进行模 态 分 析,得 到 不 同 阶 段 的 固 有 频 率 及 振 型,并 在 此 基 础 上 进 一 步 分 析 吸 收 塔 的 动 力 学 响 应 . 分 析 结 果 表 明 :吸 收 塔 在 空 塔 阶 段 与 操 作 阶 段 的 各 阶 振 型 不 尽 相 同 ,但 各阶振型均以弯曲振型为主.对比弯曲振型的固有 频 率,两 种 分 析 方 法 的 计 算 结 果 非 常 接 近. 由 于 吸 收 塔 在 操 作 阶 段 的 各 阶 弯 曲 振 型 固 有 频 率 均 小 于 空 塔 阶 段 ,因 此 应 更 加 关 注 其 操 作 阶 段 的 振 动 特 性 .
表 ４ 按 现 行 塔 式 容 器 标 准 计 算 得 到 的 吸 收 塔
前３阶弯曲振型固有频率
Hz
阶数
频 率 (空 塔 阶 段 )
频 率 (操 作 阶 段 )
１
１．４０３
０．９９８
２
８．１３７
５．７７７
３
２１．８３４
１６．３１３
传统塔器振动模型中简化的悬臂梁模型的前 ３阶弯 曲 振 型 见 图 １,其 中 图 １(a)所 示 的 悬 臂 梁 一阶振动是以平衡位置为中心的单摆弯曲振动; 图１(b)所 示 的 悬 臂 梁 二 阶 振 动 是 以 平 衡 位 置 为 中心的一个拐点的弯曲振 动;图 １(c)所 示 的 悬 臂 梁三阶振动是以平衡位置为中心的两个拐点的弯 曲振动.
２９２００ １４００ ２２８００
１２ １４００ ６０００
１４ ９４００ １６０００
表 ３ 材 料 编 号 及 物 性 参 数
编 项目
号
材料 名称
密 度/
弹性
泊松比
(kg������m－３) 模量/Pa
１ 塔体和裙座 Q２４５R
７８５０
２×１０１１ ０．３
２
填料 吸附剂填料
６００
源自文库
１×１０８ ０．３
不等直径或不等壁厚的塔器由于不再是一个 弹性连续体,其 质 量 和 刚 度 是 分 段 连 续 的.模 型 简 化 时 ,要 求 将 塔 体 及 裙 座 分 成 若 干 计 算 段 ,并 将 每 段 的 分 布 质 量 进 行 集 中 ,形 成 质 点 ,最 终 简 化 为 一个由无质弹性杆连接的多质点体系. ������������������������������������������������������������������
本文以某吸收塔为研究对象.该吸收塔在操 作时,塔 内 装 填 吸 附 剂 填 料,与 空 塔 时 相 比,结 构 刚 度 、质 量 分 布 变 化 较 大 ,因 而 在 不 同 阶 段 的 固 有 频率及相关振型也不尽相同.结构的固有频率和 相 关 振 型 是 由 结 构 的 几 何 形 状 、材 料 特 性 、质 量 分 布以及约束 形 式 共 同 决 定 的 . 【３Ｇ５】 为 全 面 了 解 吸 收塔在不同阶段 的 自 振 特 性,分 别 采 用 基 于 传 统 塔器振动模型的方法与有限元模态分析方法对该 吸收塔进行自振频率的计算及相关振型的对比, 为进一步研究吸收塔的动力学响应提供基础. １ 吸 收 塔 的 结 构 尺 寸 与 基 本 参 数
图 １ 悬 臂 梁 的 振 型
由表４对比不同阶段前３阶弯曲振型的固有 频率可以发现:吸 收 塔 在 操 作 阶 段 的 固 有 频 率 均 低 于 空 塔 阶 段 ,且 弯 曲 振 型 的 阶 数 越 高 ,固 有 频 率 相差 越 大.空 塔 阶 段 与 操 作 阶 段 相 比,前 ３ 阶 弯 曲振 型 的 固 有 频 率 分 别 相 差 了 ０．４０５、２．３６ 和 ５．５２.由于结构 的 固 有 频 率 越 低,发 生 共 振 的 概 率越 大,因 此,相 比 空 塔 阶 段,吸 收 塔 在 操 作 阶 段 的振动特性更应引起关注. ３ 有 限 元 模 态 分 析
收 稿 日 期 :２０１７Ｇ１１Ｇ０３. 作者简介:叶增荣,男,２００３ 年 毕 业 于 华 东 理 工 大 学 化 工 过 程机械专业,硕 士,长 期 从 事 压 力 容 器 设 计 工 作,高 级 工 程 师. Email:zengrongye＠１６３．com.
������ １２ ������
关 键 词 :吸 收 塔 模 态 分 析 固 有 频 率 振 型 doi:１０．３９６９/ji．ssn．１００６－８８０５．２０１８．０３．００３
直立高耸的塔 式 容 器 在 动 载 荷 (风 载 荷 或 地 震载荷)的作用 下,极 易 发 生 振 动,尤 其 是 当 塔 器 的 振 动 频 率 与 自 身 固 有 频 率 相 同 时 ,将 诱 发 共 振 , 严重危害塔 器 的 正 常 操 作 . 【１Ｇ２】 全 面 了 解 塔 器 的 振动特性(包括固 有 频 率 和 相 关 振 型),对 于 避 免 在实际工况中因 共 振 造 成 结 构 损 坏、保 证 塔 器 正 常操作具有重要的意义.
设 备 直 接 简 化 为 底 端 固 定 、顶 端 自 由 、质 量 沿 长 度 连续分布的悬臂梁模型.
表 ２ 吸 收 塔 基 本 结 构 尺 寸
mm
项目
尺寸
塔器总高 筒体内径 筒体高度 筒体壁厚 裙座内径 裙座高度 裙座壁厚 吸 附 剂 填 料 起 始 位 置 (距 裙 座 底 部 ) 吸附剂填料段高度
石 油 化 工 设 备 技 术
２０１８ 年
基于以上传统 塔 器 的 振 动 模 型,现 行 塔 式 容 器标准(即文献【６】)在 进 行 塔 器 自 振 周 期 的 计 算 时 ,对 等 直 径 且 等 壁 厚 的 塔 器 采 用 解 析 法 求 解 ,对 不等直径或不等壁厚的塔器采用折算质量法近似 求解 . 【６】 按现行塔式容器标准计算得到的该吸 收 塔在不同阶 段 的 前 ３ 阶 弯 曲 振 型 固 有 频 率 详 见 表 ４.
某吸收塔的 设 计 参 数 见 表 １,基 本 结 构 尺 寸 见 表 ２,壳 体 及 吸 附 剂 填 料 的 物 性 参 数 见 表 ３.
表 １ 吸 收 塔 设 计 参 数
项目
参数
设 计 压 力/MPa
０．１
设 计 温 度/℃
６０
操作介质
干气
２ 基 于 传 统 塔 器 振 动 模 型 的 计 算 方 法 传统塔器振动模型中对等直径且等壁厚塔器
静设备
石油化工设备技 术 ,２０１８,３９(３)������１１������ PetroＧChemicalEquipmentTechnology
吸收塔结构的模态分析与振型研究
叶增荣
(南京金凌石化工程设计有限公司,江苏 南京 ２１００４２)
摘 要:对某吸收塔建立两种不同的模型进行模 态 分 析,得 到 不 同 阶 段 的 固 有 频 率 及 振 型,并 在 此 基 础 上 进 一 步 分 析 吸 收 塔 的 动 力 学 响 应 . 分 析 结 果 表 明 :吸 收 塔 在 空 塔 阶 段 与 操 作 阶 段 的 各 阶 振 型 不 尽 相 同 ,但 各阶振型均以弯曲振型为主.对比弯曲振型的固有 频 率,两 种 分 析 方 法 的 计 算 结 果 非 常 接 近. 由 于 吸 收 塔 在 操 作 阶 段 的 各 阶 弯 曲 振 型 固 有 频 率 均 小 于 空 塔 阶 段 ,因 此 应 更 加 关 注 其 操 作 阶 段 的 振 动 特 性 .
表 ４ 按 现 行 塔 式 容 器 标 准 计 算 得 到 的 吸 收 塔
前３阶弯曲振型固有频率
Hz
阶数
频 率 (空 塔 阶 段 )
频 率 (操 作 阶 段 )
１
１．４０３
０．９９８
２
８．１３７
５．７７７
３
２１．８３４
１６．３１３
传统塔器振动模型中简化的悬臂梁模型的前 ３阶弯 曲 振 型 见 图 １,其 中 图 １(a)所 示 的 悬 臂 梁 一阶振动是以平衡位置为中心的单摆弯曲振动; 图１(b)所 示 的 悬 臂 梁 二 阶 振 动 是 以 平 衡 位 置 为 中心的一个拐点的弯曲振 动;图 １(c)所 示 的 悬 臂 梁三阶振动是以平衡位置为中心的两个拐点的弯 曲振动.
２９２００ １４００ ２２８００
１２ １４００ ６０００
１４ ９４００ １６０００
表 ３ 材 料 编 号 及 物 性 参 数
编 项目
号
材料 名称
密 度/
弹性
泊松比
(kg������m－３) 模量/Pa
１ 塔体和裙座 Q２４５R
７８５０
２×１０１１ ０．３
２
填料 吸附剂填料
６００
源自文库
１×１０８ ０．３
不等直径或不等壁厚的塔器由于不再是一个 弹性连续体,其 质 量 和 刚 度 是 分 段 连 续 的.模 型 简 化 时 ,要 求 将 塔 体 及 裙 座 分 成 若 干 计 算 段 ,并 将 每 段 的 分 布 质 量 进 行 集 中 ,形 成 质 点 ,最 终 简 化 为 一个由无质弹性杆连接的多质点体系. ������������������������������������������������������������������
本文以某吸收塔为研究对象.该吸收塔在操 作时,塔 内 装 填 吸 附 剂 填 料,与 空 塔 时 相 比,结 构 刚 度 、质 量 分 布 变 化 较 大 ,因 而 在 不 同 阶 段 的 固 有 频率及相关振型也不尽相同.结构的固有频率和 相 关 振 型 是 由 结 构 的 几 何 形 状 、材 料 特 性 、质 量 分 布以及约束 形 式 共 同 决 定 的 . 【３Ｇ５】 为 全 面 了 解 吸 收塔在不同阶段 的 自 振 特 性,分 别 采 用 基 于 传 统 塔器振动模型的方法与有限元模态分析方法对该 吸收塔进行自振频率的计算及相关振型的对比, 为进一步研究吸收塔的动力学响应提供基础. １ 吸 收 塔 的 结 构 尺 寸 与 基 本 参 数
图 １ 悬 臂 梁 的 振 型
由表４对比不同阶段前３阶弯曲振型的固有 频率可以发现:吸 收 塔 在 操 作 阶 段 的 固 有 频 率 均 低 于 空 塔 阶 段 ,且 弯 曲 振 型 的 阶 数 越 高 ,固 有 频 率 相差 越 大.空 塔 阶 段 与 操 作 阶 段 相 比,前 ３ 阶 弯 曲振 型 的 固 有 频 率 分 别 相 差 了 ０．４０５、２．３６ 和 ５．５２.由于结构 的 固 有 频 率 越 低,发 生 共 振 的 概 率越 大,因 此,相 比 空 塔 阶 段,吸 收 塔 在 操 作 阶 段 的振动特性更应引起关注. ３ 有 限 元 模 态 分 析
收 稿 日 期 :２０１７Ｇ１１Ｇ０３. 作者简介:叶增荣,男,２００３ 年 毕 业 于 华 东 理 工 大 学 化 工 过 程机械专业,硕 士,长 期 从 事 压 力 容 器 设 计 工 作,高 级 工 程 师. Email:zengrongye＠１６３．com.
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关 键 词 :吸 收 塔 模 态 分 析 固 有 频 率 振 型 doi:１０．３９６９/ji．ssn．１００６－８８０５．２０１８．０３．００３
直立高耸的塔 式 容 器 在 动 载 荷 (风 载 荷 或 地 震载荷)的作用 下,极 易 发 生 振 动,尤 其 是 当 塔 器 的 振 动 频 率 与 自 身 固 有 频 率 相 同 时 ,将 诱 发 共 振 , 严重危害塔 器 的 正 常 操 作 . 【１Ｇ２】 全 面 了 解 塔 器 的 振动特性(包括固 有 频 率 和 相 关 振 型),对 于 避 免 在实际工况中因 共 振 造 成 结 构 损 坏、保 证 塔 器 正 常操作具有重要的意义.