關(guān)于非標(biāo)鞍座包角的探討

2016-07-05 00:38:46南卓

化工設(shè)計(jì) 2016年3期

南　卓

中石化南京工程有限公司　南京　211100

南卓*

中石化南京工程有限公司南京211100

摘要通過(guò)對(duì)臥式容器的非標(biāo)鞍座進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，分析相關(guān)應(yīng)力隨鞍座包角的變化趨勢(shì)，得出包角小于120°的鞍座也可以使用的結(jié)論。自編計(jì)算程序，可對(duì)任意包角的鞍座進(jìn)行強(qiáng)度校核。

關(guān)鍵詞非標(biāo)鞍座包角應(yīng)力計(jì)算

臥式容器用支座通常依照《鞍式支座》JB/T4712.1-2007。在此標(biāo)準(zhǔn)中，鞍座包角只有120°和150°兩個(gè)規(guī)格。不僅如此，《臥式容器》NB/T47042-2014、ASMEⅧ-Ⅰ、PD5500等國(guó)內(nèi)外諸多標(biāo)準(zhǔn)也都建議鞍座的包角不宜小于120°且沒(méi)有相應(yīng)鞍座的強(qiáng)度計(jì)算方法。

然而，由于工藝和現(xiàn)場(chǎng)條件等特殊原因，有時(shí)鞍座不得不縮小墊板長(zhǎng)度，改變外側(cè)筋板角度，導(dǎo)致鞍座的包角小于120°。以某臥式容器為例，探討非標(biāo)鞍座的包角設(shè)計(jì)。

1設(shè)計(jì)條件

2非標(biāo)鞍座參數(shù)

鞍座的基本參數(shù)與《鞍式支座》JB/T4712.1-2007中的BI型120°包角鞍座的參數(shù)相同，只是將最外側(cè)的兩塊筋板改成垂直于底板，腹板和墊板的形狀也隨之相應(yīng)改變，構(gòu)成θ=86°的小包角鞍座，見圖1。

3結(jié)構(gòu)參數(shù)

容器的筒體厚度δn：8mm，兩端為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，厚度δtn：8mm。

筒體支座處截面不設(shè)置加強(qiáng)圈,且因鞍座墊板受位置限制,墊板包角小于(θ+12)°，即墊板不起加強(qiáng)作用。

圖1　小包角鞍座

4非標(biāo)鞍座容器強(qiáng)度計(jì)算

4.1系數(shù)K1～K9的確定

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鞍座，《臥式容器》NB/T47042-2014第7章對(duì)鞍座的強(qiáng)度計(jì)算有詳細(xì)規(guī)定；而對(duì)于非標(biāo)鞍座，強(qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵就在于系數(shù)K1～K9的確定。

本例中，A/Rm≤0.5，封頭對(duì)圓筒起加強(qiáng)作用，鞍座平面上的圓筒整個(gè)截面起抵抗軸向彎矩的作用，此時(shí)，該截面上的軸向應(yīng)力與鞍座包角大小無(wú)關(guān),即K1=K2=1。

鞍座處圓筒截面上的切向剪應(yīng)力系數(shù)K3和封頭切向剪應(yīng)力系數(shù)K4，分別由公式(1)、(2)確定：

本文研究將采用Z-score方法對(duì)街區(qū)單元類別密度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。Z-score是基于原始數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化方法。經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布，即均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1，轉(zhuǎn)化函數(shù)為：

(1)

(2)

鞍座處圓筒截面上的周向應(yīng)力由周向壓縮和周向彎曲引起，對(duì)本例的無(wú)加強(qiáng)圈圓筒，在截面最低點(diǎn)的周向壓縮應(yīng)力系數(shù)K5，由公式(3)確定：

(3)

對(duì)于在鞍座邊角處由周向彎曲引起的壓縮應(yīng)力，在確定其周向彎矩時(shí)Zick是按照?qǐng)A筒有足夠剛性的假設(shè)條件推導(dǎo)的。也就是說(shuō)，由該截面上切向剪應(yīng)力引起的周向彎矩，只有鞍座截面處圓筒被加強(qiáng)圈加強(qiáng)時(shí)才能得出周向彎矩的解析解。而當(dāng)鞍座截面處的圓筒無(wú)加強(qiáng)圈，無(wú)法導(dǎo)出切向剪應(yīng)力產(chǎn)生的周向彎矩的解析解，只能通過(guò)有加強(qiáng)圈所加強(qiáng)的圓筒的結(jié)果予以經(jīng)驗(yàn)修正來(lái)處理。

(1)鞍座截面上有加強(qiáng)圈，鞍座邊角處的周向彎矩系數(shù)K6’見公式(4)。