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1、石油化工设备技术,1998,19(6)·13·静设备Petro-ChemicalEquipmentTechnology外压薄壁容器加强圈的最佳间距马秉骞兰州石油化工学校730060摘要通过分析和公式推导,给出了外压薄壁容器加强圈最佳间距计算式。用该计算式对一台减压塔的加强圈进行了核算,并与原设计进行了对比。关键词外压薄壁容器加强圈最佳间距探讨1问题的提出Ds——加强圈中性轴直径,mm;2设置加强圈是外压薄壁容器设计中常采用的一As——加强圈截面积,mm;种方法。其作用是提高容器的承载能力,减小壳体厚n——加强圈数目,个;度
2、,特别是壳体需要用不锈钢等贵重金属制作时尤f2——加强圈材料价格,元/kg;为重要。设置了加强圈的容器其材料总费用为壳体X——加强圈间距,mm;材料费用和加强圈材料费用之和,加强圈间距小,则Y——壳体和加强圈总材料费用,元。壳体厚度小其材料费用少;但若加强圈太多,则加强式(1)中的加强圈截面积As应满足加强圈的稳圈本身材料费用大,而总费用反而增大。那么,究竟〔1〕定条件,即:加强圈间距取多大才能使总材料费用相对较低呢?Is≥I(2)本文旨在寻找一种简便可行的确定加强圈最佳间距式中:I——满足加强圈稳定条件所需要的组合截面的
3、方法。惯性矩,mm4;2加强圈最佳间距的探讨4Is——组合截面实际具有的截面惯性矩,mm。2.1材料费用与加强圈间距的关系按文献〔2〕,对于矩形截面的加强圈:Y1=DLf1l3h3blhb(h+b)2Is=++(3)≈DiLf1(取D≈Di)12124(l+hb)Y2=DsAsnf2≈DiAsf2L/X式中:l——组合截面中圆筒的有效长度,mm;〔取Ds≈Di,n=(L/X)-1≈(L/X)〕h——矩形截面加强圈的宽度(圆筒半径方Y=Y1+Y2向),mm;Asf2b——矩形截面加强圈的高度(圆筒轴
4、线方=DiL(f1+)设f1/f2=KX向),mm。As3则:Y=DiLf2(K+)(1)〔5〕pD0XXI=7.27Es式中:Y1——壳体材料费用,元;3pDiXD——圆筒的中直径,mm;≈7.27E(取Es≈E,D0≈Di)(4)L——不设加强圈时壳体计算长度,mm;式中:p——设计外压力,MPa;——圆筒计算厚度,mm;E——壳体材料在设计温度下的弹性模量,3——钢材密度,取=7850kg/m;MPa;f1——壳体材料价格,元/kg;Es——加强圈材料在设计温度下的弹性模量,Di——圆筒的内直径,m
5、m;Y2——加强圈材料费用,元;(收稿日期:1997-12-09)·14·石油化工设备技术1998年32MPa;6pDibX1As=hb=()3(5)7.27ED0——圆筒的外直径,mm。在式(3)中,l3/12项相对很小(由文献〔2〕中例满足式(5)的h,b值一定满足加强圈的稳定条件,但由于认为Is=2I2多数情况下是保守的,故参1可见)可略去,并取h+b≈h(h/b一般在5～10之考式(5)确定h,b值后,再按文献〔1〕的方法计算I、间,且这种简化是偏于安全的),则:h3blh3b按式(3)计算Is,在保证Is≥I
6、的情况下尽量减小h,Is=+124(l+hb)b值(见后面实例)。3设矩形截面加强圈截面惯性矩hb/12=I〔5〕mpX0.42,则:又=D0(),取D0≈Di,按文献〔1〕2.59ED0333Ishblhbhb=〔+〕/取稳定系数m=3.0,则:I2124(l+hb)12lh3b123pX0.4=Di()(6)=1+×32.59EDi4(l+hb)hb3l将式(5)、式(6)代入式(1)中有:=1+l+hb2pX0.4Y=DiLf2〔1.06K()+(l+hb)+(2l-hb)EDi=1+l+
7、hbp1220.938()3b3/X3〕(7)2l-hbE=2+l+hb2.2最佳间距〔1〕2×0.55D0a.理论最佳间距的计算又l=取小值在式(7)中用微分法求出总材料费用Y值最低X/2〔1〕时所对应的加强圈间距X值就是理论上的最佳间实际设计中,不得小于最小厚度,当壳体的Di≤3800mm时,最小厚度为2Di/1000且不小于距,用Xj表示。0.43mm;当Di>3800mm时,按运输和制造、安装现场dY=D2p-0.6iLf2〔1.06K(X-dXEDi)〔4〕2Di实际情况确定,一般为5mm<1000m
8、m。所以,当2p125×0.938()3b3/X3〕3E2DiDi≤3800mm时,2×0.55D0≈1.1Di=令dY/dX=0,则:1000p0.416p120.424K()X15=0.625()3b3,此式中的0.05Di;当Di>3800mm时,1.1D0<0.05Di。内EDiEX就是理论
