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儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

作者:不鏽鋼儲罐 時間:2018-02-01 10:36
支座反應力筒體在鞍座的支撐下水平固定,鞍座收到了很到的壓力作用,同時有反作用力作用在筒體上,筒體軸向應力;對儲罐的受力進行分析,筒體收到的力和彎矩。圓筒支座處橫截面上的剪 信息摘要:

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力/圓筒的周向應力的強度計算

參照JB/T4731-2005《鋼制卧式容器》,不鏽鋼儲罐的受壓元件應進行強度校核,以保證使用的安全性。要對筒體的軸向應力、軸向切應力、圓筒的周向應力進行強度校核。

一、 支座反應力

筒體在鞍座的支撐下水平固定,鞍座收到了很到的壓力作用,同時有反作用力作用在筒體上,由式(3.4)計算

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算(3.4)

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

圖3.1 卧式容器的載荷、支座反力、剪力及彎矩

二、筒體軸向應力

對儲罐的受力進行分析,筒體收到的力和彎矩如圖3.1所示。

(1)筒體的彎矩

筒體的最大的彎矩處在筒體的中心截面部位或是鞍座中心截面的部位,筒體中心截面上的軸向彎矩按式(3.5)計算,鞍座平面上的軸向彎矩,按式(3.6)計算:

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.5)

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.6)

式中L—封頭切線間距離,(mm);儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

Ra—圓筒的平均半徑,(mm);儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

h1—封頭曲面高度,(mm);

A—鞍座的安裝位置。

(2)圓筒的軸向應力

1)計算

圓筒中間截面上,由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力。

圓筒的最高點式(3.7):

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.7)

圓筒的最低點式(3.8)

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.8)

鞍座平面上,由壓力及軸向彎矩引起的軸向應力,當圓筒在鞍座平面上或靠近鞍座處有加強圈或被封頭加強時(A≤Ra/2),軸向應力σ3位于橫截面最高點處見圖(3.2a),當圓筒未被加強時,σ3位于靠近水平中線處見圖(3.2b),該設計方案中圓筒被加強,

即按下式(3.9)計算:

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算(3.9)

橫截面最低點處的軸向應力按下式(3.10)計算σ4:

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.10)

式中系數K1、K2的值如表3.1所示。

表3.1 系數K1、K2

條件

鞍座包角(°)

K1

K2

被封頭加強的圓筒,即A≤Ra/2,或在鞍座平面上有加強圈的圓筒

120

1.0

1.0

135

1.0

1.0

150

1.0

1.0

未被封頭加強的圓筒,及A≥Ra/2,且在鞍座平面上無加強圈的圓筒

120

0.107

0.192

135

0.132

0.234

150

0.161

0.279

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

圖3.2 支座處圓筒軸向應力位置

2)校核

校核圓筒軸向應力的對于操作狀态要滿足一下條件:計算得到σ1至σ4,取出最大的拉應力(最大的正值):

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

計算得到σ1至σ4,取出最大壓應力(最小負值):

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

校核結果顯示,圓筒的軸向應力是滿足強度要求的。

3、 圓筒的切向剪應力

1)剪應力的計算

圓筒支座處橫截面上的剪應力按式(3.11),當圓筒被封頭加強時(即A<Ra/2),在鞍座平面上無加強圈或靠近鞍座處有加強圈,其最大剪應力τ位于靠近鞍座邊角處C、D點(見圖3.3b)。圓筒的切向剪應力不應超過設計溫度下材料的需用應力的0.8倍,即如式(3.12)所示校核剪應力。

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.11)

校核結果證明,筒體的剪應力滿足強度要求。

2)封頭切向剪應力的計算及校核

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.12)

式中σh—由内壓在封頭中引起的應力

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.13)

封頭的切向剪應力滿足要求.

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

圖3.3 圓筒切向應力位置

4、 圓筒的周向應力

1)周向應力的計算

圓筒鞍座平面上的周向彎矩見圖3.4。當無加強圈或加強圈在鞍座平面内時,其最大彎矩點在鞍座邊角處。黨加強圈靠近鞍座平面時,其最大彎矩點在靠近橫截面水平中心線處。應按不同的加強圈情況求出最大彎矩點的周向應力。

 

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

圖3.4 周向彎矩圖

鞍座支座及鞍座墊闆如圖3.5所示,有兩種情況,墊闆不作為加強闆用的鞍座如圖3.5a;墊闆作為加強闆用的鞍座見圖3.5b。

儲罐的該設計屬于無墊闆或墊闆不起加強作用的情況,此時周向壓力,按式(3.14)計算,橫截面的最低點處軸向應力按式(3.14a)計算;在鞍座的邊角處軸向力的計算還受L/Ra的值限制,由于L/Ra=8400/1210=6.94<8,故鞍座邊角處軸向力按式(3.14a)計算:

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算

圖3.5 鞍式支座

a) 在橫截面的最低點處

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算 (3.14a)

b) 在鞍座邊角處儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算(3.14b)

式中系數K5、K6的值在表3.2中查詢

表3.2 系數K5、K6

鞍座包(120°)

K5

K6

A/Ra≤0.5

A/Ra≥0.5

120

0.760

0.013

0.053

132

0.720

0.011

0.043

135

0.711

0.010

0.041

147

0.680

0.008

0.034

150

0.673

0.008

0.032

162

0.650

0.006

0.025

2)周向應力校核

周向應力滿足下列條件:

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算(3.15)

儲罐的支座反應力/筒體軸向應力/ 圓筒的切向剪應力及周向應力的強度計算(3.16)

周向應力滿足應力要求的,軸向應力滿足強度要求。
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