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储罐的支座反应力/筒体轴向应力/ 圆筒的切向剪应力及周向应力的强度计算

作者:不锈钢储罐 时间:2018-02-01 10:36
支座反应力筒体在鞍座的支撑下水平固定,鞍座收到了很到的压力作用,同时有反作用力作用在筒体上,筒体轴向应力;对储罐的受力进行分析,筒体收到的力和弯矩。圆筒支座处横截面上的剪 信息摘要:

储罐的支座反应力/筒体轴向应力/ 圆筒的切向剪应力/圆筒的周向应力的强度计算

参照JB/T4731-2005《钢制卧式容器》,不锈钢储罐的受压元件应进行强度校核,以保证使用的安全性。要对筒体的轴向应力、轴向切应力、圆筒的周向应力进行强度校核。

一、 支座反应力

筒体在鞍座的支撑下水平固定,鞍座收到了很到的压力作用,同时有反作用力作用在筒体上,由式(3.4)计算

(3.4)

图3.1 卧式容器的载荷、支座反力、剪力及弯矩

二、筒体轴向应力

对储罐的受力进行分析,筒体收到的力和弯矩如图3.1所示。

(1)筒体的弯矩

筒体的最大的弯矩处在筒体的中心截面部位或是鞍座中心截面的部位,筒体中心截面上的轴向弯矩按式(3.5)计算,鞍座平面上的轴向弯矩,按式(3.6)计算:

 (3.5)

 (3.6)

式中L—封头切线间距离,(mm);

Ra—圆筒的平均半径,(mm);

h1—封头曲面高度,(mm);

A—鞍座的安装位置。

(2)圆筒的轴向应力

1)计算

圆筒中间截面上,由压力及轴向弯矩引起的轴向应力。

圆筒的最高点式(3.7):

(3.7)

圆筒的最低点式(3.8)

(3.8)

鞍座平面上,由压力及轴向弯矩引起的轴向应力,当圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强时(A≤Ra/2),轴向应力σ3位于横截面最高点处见图(3.2a),当圆筒未被加强时,σ3位于靠近水平中线处见图(3.2b),该设计方案中圆筒被加强,

即按下式(3.9)计算:

(3.9)

横截面最低点处的轴向应力按下式(3.10)计算σ4:

(3.10)

式中系数K1、K2的值如表3.1所示。

表3.1 系数K1、K2

条件

鞍座包角(°)

K1

K2

被封头加强的圆筒,即A≤Ra/2,或在鞍座平面上有加强圈的圆筒

120

1.0

1.0

135

1.0

1.0

150

1.0

1.0

未被封头加强的圆筒,及A≥Ra/2,且在鞍座平面上无加强圈的圆筒

120

0.107

0.192

135

0.132

0.234

150

0.161

0.279

图3.2 支座处圆筒轴向应力位置

2)校核

校核圆筒轴向应力的对于操作状态要满足一下条件:计算得到σ1至σ4,取出最大的拉应力(最大的正值):

计算得到σ1至σ4,取出最大压应力(最小负值):

校核结果显示,圆筒的轴向应力是满足强度要求的。

3、 圆筒的切向剪应力

1)剪应力的计算

圆筒支座处横截面上的剪应力按式(3.11),当圆筒被封头加强时(即A<Ra/2),在鞍座平面上无加强圈或靠近鞍座处有加强圈,其最大剪应力τ位于靠近鞍座边角处C、D点(见图3.3b)。圆筒的切向剪应力不应超过设计温度下材料的需用应力的0.8倍,即如式(3.12)所示校核剪应力。

(3.11)

校核结果证明,筒体的剪应力满足强度要求。

2)封头切向剪应力的计算及校核

(3.12)

式中σh—由内压在封头中引起的应力

(3.13)

封头的切向剪应力满足要求.

图3.3 圆筒切向应力位置

4、 圆筒的周向应力

1)周向应力的计算

圆筒鞍座平面上的周向弯矩见图3.4。当无加强圈或加强圈在鞍座平面内时,其最大弯矩点在鞍座边角处。党加强圈靠近鞍座平面时,其最大弯矩点在靠近横截面水平中心线处。应按不同的加强圈情况求出最大弯矩点的周向应力。

 

图3.4 周向弯矩图

鞍座支座及鞍座垫板如图3.5所示,有两种情况,垫板不作为加强板用的鞍座如图3.5a;垫板作为加强板用的鞍座见图3.5b。

储罐的该设计属于无垫板或垫板不起加强作用的情况,此时周向压力,按式(3.14)计算,横截面的最低点处轴向应力按式(3.14a)计算;在鞍座的边角处轴向力的计算还受L/Ra的值限制,由于L/Ra=8400/1210=6.94<8,故鞍座边角处轴向力按式(3.14a)计算:

图3.5 鞍式支座

a) 在横截面的最低点处

(3.14a)

b) 在鞍座边角处(3.14b)

式中系数K5、K6的值在表3.2中查询

表3.2 系数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)周向应力校核

周向应力满足下列条件:

(3.15)

(3.16)

周向应力满足应力要求的,轴向应力满足强度要求。
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