框架式塔设备的设计.pdf

《框架式塔设备的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、·14·化工设备与管道第41卷框架式塔设备的设计陆怡（江苏工业学院，常州213016）摘要采用材料力学中的叠加法计算自支承式塔设备顶部在风载荷作用下的挠度，并通过对框架式塔设备的受力分析，在塔和框架刚度的配合下，得出将塔顶挠度限制在许用范围内时的支承处反力的大小，用于塔设备的强度设计。关键词框架式塔设备塔顶挠度支承处反力塔设备是化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门中一种重要的单元操作设备，塔设备大多安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土上。塔设备在操作时，除承受介质压力外，还承受各种重量、管道推力、偏心载荷、风载荷或地震载荷的联合作用。而塔设备在风载的作用下，塔顶必将产生一

2、定的挠度，若挠度过大，对工艺操作有较大影响，应予以控制。对于细高型的塔设备，为了同时满足塔设备的强度要求和挠度要求，塔壁厚度大大增加，投图1框架式支承塔结构示意图资相应增加，为了达到经济合理的目的，一般可采用1自支承式塔设备塔顶挠度计算框架式支撑结构来降低塔体的壁厚，同时满足挠度由于随着高度不同，塔设备各段所受的力也不[1]和强度要求，框架高度大约在1/2塔高以上。结构如同，因此塔顶的挠度难以用一端固支梁在均布载图1所示。此时的塔设备在支承处受到支反力的作荷下的挠度公式求出，须将塔设备分成若干段，把每用，其设计方法应与自支承式塔设备有所不同。而在一段看作是一端固支的悬臂梁，进行受力分析

3、，然后[2]JB4710-9《2钢制塔式容器》中未给出设计方法。本按照材料力学中的叠加原理计算塔顶的挠度。塔文将探讨带一个框架支承的塔设备的设计计算。符设备受力及变形情况如图2所示。号：gi———塔设备第i计算段的风压；Pi———塔设备第i计算段的水平风力；li———塔设备第i计算段的长度；EIi———塔设备第i计算段的抗弯刚度；H———塔设备总高度；Oi-1———塔设备第i计算段受到第i-1段对它的剪力；Mi-1———塔设备第i计算段受到第i-1段对它的弯矩；yi———塔设备第i计算段顶部在Pi、Oi-1、Mi-1下的挠度；!i———塔设备第i计算段顶部在Pi、Oi-1、Mi-1下的

4、转角；wi-1———塔顶由塔设备第i计算段由!i引起的挠度；Y———塔设备无框架时，塔顶的挠度；Y'———塔设备有框架时，塔顶的挠度；[Y]———塔设备塔顶的许用挠度。图2塔设备受力及变形分析示意图2004年第1期·15·[3]从图中可以看出，自支承式无框架塔设备塔顶1m，且H/DN>30），此挠度往往过大，超过许用的挠度为值。由于塔设备的挠度曲线可近似为抛物线，此时Y=y1+y2+y3+⋯yi+w1+w2+⋯wi-1（1）h2L1=Y，而（b）图中，塔设备采用框架支承，A处受H其中wi-1是由第i段顶部转角引起的，求法在到约束反力N的作用，挠度受到了限制，此时塔顶挠图2中已经标出，y

5、i和!i可以用固支梁在简单载荷度Y'也随之减小。因此采用框架支承，只要框架刚下的变形加以叠加，对第i计算段中，Pi、Oi-1、Mi-1可度适当，就可以将塔设备的塔顶挠度控制在许用范以看作该段上的三种简单载荷，因此可以运用叠加围内，即Y'![Y]。原理进行叠加，叠加方程如表1所示。表1梁在简单载荷作用下的变形梁的简图端截面转角自由端挠度gl3Pl2gl4Pl3=(P=gl)=6EI6EI8EI8EIOl2Ol32EI3EIMlMl2EI2EI图3采用材料力学方法，利用变形协调关系，可以获由于yi、!i是由Pi、Oi-1、Mi-1引起的，所以2得支反力N，塔设备刚度K1及框架刚度K2，塔顶

6、挠度liPiliOi-1liMi-1yi=EIi(8+3+2)（2）Y之间的关系。liPiliOi-1li（a）图中，N=0，支点A处塔的挠度L1是由风载!i=(++Mi-1)（3）EIi62P产生的，此处P=K1L1（6）已知Pi=gili，剪力Oi-1、弯矩Mi-1可以由静力（b）图中，N"0，支点A处塔的挠度L2是由风载平衡方程求得。P和支反力N共同产生的，故即由力平衡O1=P1，O2=O1+P2，O3=O2+P3，P-N=K1L2，（7）依次类推而此时框架上A处受到反作用的支反力，由变形协Oi-1=Oi-2+Pi-1（4）调，该框架挠度也为L2，并满足N=K2L2（8）由力矩平

7、衡，M1=P1l1/2，M2=P2l2/2+O1l2+M1，K1K2（6）、（7）、（8）三式联立，得到=L1M3=P3l3/2+O2l3+M2，依次类推K1+K2Mi-1=Pi-1li-1/2+Oi-2li-1+Mi-2(5)L2=K1L1=K1hY2（9）K1+K2K1+K2H将式（4）、（5）代入（2）、（3），求出yi、!i，再代入（1）h2式，就可以得到自支承式无框架塔设备塔顶的挠当要求Y'![Y]时，只要使L2![L]，[L]=H[