釜式蒸发器简体局部应力计算方法探讨.pdf

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1、第52卷第l期2015年2月化工设备与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVbl．52No．1Feb．2015釜式蒸发器简体局部应力计算方法探讨杨武，王书旭(中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东青岛266071)摘要：釜式蒸发器的结构特点为：筒体变径、支座非对称布置、存在集中载荷，故无法直接引用JB／T4731《钢制卧式容器》对其危险截面处筒体的局部应力进行计算。利用材料力学的基本原理并结合其结构及受力特点给出该类型卧式容器危险截面处筒体应力的计算检验方法以满足强度要求，保证设备的正常运行。关键词：卧式容器；变径；釜式蒸发器；非对称支座；

2、局部应力中图分类号：TQ051．6；TH123文献标识码：A文章编号：1009．328l(2015)叭．0013．004目前，国内外卧式容器的计算方法均采用zick法假设条件，以承受均布载荷两支点的外伸梁为模型【1]，通过计算梁危险截面的弯矩并结合由实验测定的经验修正系数来进行近似的分析。我国现行标准口1主要针对双鞍座对称布置且载荷分布均匀的情况(其附录A中包括筒体上存在一个附加集中载荷及一个附加弯矩的隋况)作出了规定，对于简体存在变径、两鞍座不对称、均布载荷分段布置目有一个以上集中载荷及弯矩等外载荷复杂的卧式容器则不能直接引用标准规范【21中的计算公式来

3、校核简体的局部应力，如石油化工装置中常见的釜式蒸发器(见图1)。针对上述情况，我们仍然可以采用zick法的假设[3】，只需利用材料力学的分析方法建立正确的力学模型并求解卧式容器危险截面的弯矩，再引用标准规范[11中的计算公式来求解并校核卧式容器简体的局部应力。本文将以釜式蒸发器为例来探讨此类卧式容器简体局部应力的计算方法。。墨寒／多耐’心I1．>世叫)lt—，。邕旦U-q‘￡上1载荷及应力计算图1釜式蒸发器Fig．1Thesketchofkettle—typeevapomtor1．1载荷分析图2为釜式蒸发器的受力分析图，根据釜式蒸发器的结构将其简体两端封头

4、切线间的部分(即长度为￡．也：也，也。的部分)视作两支点外伸梁，封头切线处(A点和D点)的简体端部(凸形封头或平盖结构)质量分别为m。，和朋。，管箱简体及附件的质量为聊。，壳程简体I及附件的质量为垅：，锥壳的质量为，，z，，壳程筒体Ⅱ及附件的质量为m。，管束的质量为肌；，管板的质量为垅。，上述质量均包括相应长度段内的介质质量，将埘lg，m培，m撂，m据，m好分别视为作用在长度为￡。、三：、厶、三。、上，上的均布载荷q1，q2，93，94，95，贝091=mlg忆l；92=m29／L2；93=埘《班3；94=m舭4；95=m∥￡5，单位为N恤m；将简体端部及

5、管板视为集中载荷ⅣA，ⅣD，Ⅳl，则Ⅳ^=mAg，ⅣD=珑DgH=m毋，单位为N；B点和C点处鞍座支反力分别为E、R，单位为N。收稿日期：2014．07．03；修回日期：2014．12．15基金项目：兖矿60k“a醇氨联产项目(T09001)。作者简介：杨武(1982一)，男，山东烟台人，工程师。2006年毕业于北京化工大学，目前主要从事压力容器设计工作。14化工设置与誓遁第52卷第l期、f二{少日＼L▲一．、一_-．§-__¨_飞l一I’l_I～驯．．P珍IlIlIl

6、／L。BUL．e叫L。D竹扳(Ⅲ．)1￡；．￡一￡、．上．．￡4ffrf图2釜式蒸发器

7、受力分析Fig．2Theforceanalysisofkettle-啪eev印orator简体所受支反力，l、R可根据梁的总竖向力平衡方程以及总力矩平衡方程联立解出，此处不做详解；关于筒体端部载荷对筒体的作用，按照力的平移法则，可将作用于筒体端部的集中载荷ⅣA，ⅣD用一个作用在梁端点的横向剪力和一个附加力偶地，％来代替，则横向剪力分别为ⅣA=所Ag，ⅣD=mDg，附加力偶分别为Jjl么=ⅣAk，Jjl毛=?v乒D，其中三。，￡D分别为简体端部的重心距相应封头切线的距离。对于椭圆形封头，其重心至切线的距离三为3五i／8(^i为封头曲面深度)，对于平盖结构，其

8、重心至切线的距离￡为沈(6为平盖的厚度)。不同封头形式的卧式容器具有不同的端部弯矩H]，设计者应根据封头的具体形状来确定封头重心距相应封头切线的距离三。当容器中充满液体时，液体静压力会对筒体端部的封头或平盖作用一个水平向外的推力，因为液柱静压沿容器直径呈线性变化，所以该水平推力偏离容器轴线，对简体的端部形成一个力偶鸠，对液体静压进行积分计算(图3)，可得如下结果：必=L僻7)y．2厨．y妒一半式中R——筒体内半径，mm；]r一液体重度，N／mm3。负号表示液体静压的合力偏于容器轴线的下方。则筒体端部的合力矩分别为：坻合=I鸠AH地户甜∥64一，，zAg。k

9、；％合=I鸠DH％l=丌矿y／64一埘Dg‘三D。图3液体静压积分