三鞍座容器优化计算.pdf

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1、第53卷第5期化工设置与管道v01．53No·52016年lO月PROCESSEQUIPMENT＆PIPINGOct．2016三鞍座容器优化计算方晓峰，黄军锋，袁振邦(中石化宁波工程有限公司，浙江宁波315103)摘要：分析了三鞍座容器受力特点，通过优化鞍座布置，使容器受力均匀，从而达到降低容器壁厚的目的。所得结论为：当爿／，∈【0，0．5]，随着爿值增大，1}i}支撑点剪力F，增大，弯矩M。也增大；2群支撑点处剪力R减小，弯矩鸠减小；必也逐渐减小；当彳≈O．145￡总长时，设备上最大弯矩‰。最小，受力最合理。

2、关键词：三鞍座；应力；优化设计；有限元：卧式容器中图分类号：TQ050．2；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281(2016)05一0005-004在石油化工行业中，大多数卧式容器都采用双鞍座进行支撑，但随着工程项目的集成化、大型化发展，需要较多的大长径比的容器。然而，若仍然采用双鞍座支撑，鞍座间距增大将导致筒体中间或鞍座支撑部位产生较大的弯矩和剪力，为确保设备安全稳定，在设计过程中一般采用加厚筒体壁厚，为此将造成严重的浪费。因此，为了优化容器筒体受力，减小容器壁厚，采用多鞍座进行支撑成为必要。本

3、文拟分析三鞍座容器受力特点，试通过优化鞍座布置，使容器受力均匀，从而达到降低容器壁厚的目的。1三鞍座受力计算卧式容器筒体的轴向应力是由压力和轴向弯矩产生的轴向应力组合，内压产生拉应力，负压产生压应力并都沿轴线均匀分布；而轴向弯矩产生的轴向应力既存在拉应力又存在压应力，并沿轴线非均匀分布。本例计算的是相对于跨中截面为对称布置的三鞍座卧式容器，且容器上无任何集中载荷，其计算模型和简化模型如图1所示【1]，其中彳值已考虑封头曲面高度(2抚／3)，三总长也已考虑封头曲面高度(2矗i／3)。三点简支模型为一次静不定结构，

4、为计算方便，可将其等效简化为受均布载荷一端为悬臂梁支撑，一端为滑动支座支撑的梁[2。3】。1．1支座的约束反力计算首先，由达朗贝尔原理，放松多于约束，使筒支9口孑工号⋯型L尘U1．i丝!!．1图1三鞍座支撑容器计算模型Fig．1Thecalculatingmodelsofthree-saddleVessels结构成为静足结构”“。得简化模型梁上任一点(O≤x≤f)弯矩方程：彤警=圭g(爿+x)2转角方程：瞎=号g(以+出2+㈣+c挠曲线方程：助=导g(丢爿2x2+}血3+吉x4)+Q十D。，。篓后，根据边界条件

5、工=，时，罢20，y20，计算得到：一c=一号g(脚+∥+}f3)收稿日期：2016．04．27作者简介：方晓峰(1988一)，男，湖北武汉人，工程师。主要从事压力容器设计工作。g化工设置与管道第53卷第5期D=号g(圭彳2严+手彳I『3+{，4)因此，计算得到在解除简支约束时，1捍支座处得：挠度：弘=古·圭g(扣2产+争n{，)根据虚功原理，在放松1j

6、

7、}支座约束处施加一单位力，求得在该单位力作用下1{

8、j}支座约束处的挠度胁：肋=古』二2出=击令曩·肋=y。，可得支座处的反力为：只=g(等Ⅲ吾，)得到1撑

9、支座处的反力后，即可得到简化模型中悬臂梁反力E：F2：2E_2[州+f)-F1]_g(号f-等)1．2梁上最大弯矩计算将两处支座反力代入计算支座处弯矩得：蚴=号叫2膨=圭g(彳+，)2一月，=g(吉产一号彳2)1≠}支座与2{!

10、}支座间最大弯矩坂：I旭l=一号g(爿+x)2+月x=g降2一争(詈，+等)叫⋯’=口卜(扣等)]令I坂I，_o时，存在极值，则x=吾，+等，得聪=⋯矿g[一扣2+丢(詈，+等)2】2糌座的布詈优化设计由双鞍座支撑容器知，筒体的轴向应力系由压力和轴向弯矩产生的两项轴向应力组合而成，鞍座

11、位置的变化，直接影响到弯矩的变化。当4值(其中爿值已考虑封头曲面高度(2^i／3))增大时，圆筒中间处的弯矩瞄减小，鞍座处截面上的弯矩鸩增大。当4≈0．2￡时(其中￡值已考虑封头曲面高度(2纸／3))，M和必值将趋于接近，此时筒体受力得到优化。同理，通过合理设置三鞍座支撑容器的爿值，可调节容器各处受力【6】。将梁上最大弯矩进行简化处理，令，(等)2寺M，万(手)=圭(等)2z(等)=吉一号(等)2万(等)=一号(手)2+圭曙+号(争)2】2其函数曲线如图2所示。通过函数曲线比较可得表1所示结果。图2函数曲线图F

12、ig．2Functiongraphsofsimplifiedmodel表1简体最大轴向弯矩计算T曲le1ThemaxinmumaxialmomentactingontheVessels范围分析计算M一^如Q慨一鸩0^t—Ml<0^t一^如<0最大弯矩^毛。i鸩MmfM2M。亍M1分析可以得出，当爿／，∈[0，o．4l】时