【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 體相等，取 DN=1200mm，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) JB47462020，查得封頭的容積 Vh= m3，總深度 H=325 mm。由于采用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，由 h/DN=，得出 封 頭的直邊高度 h=25mm，而封頭的曲面深度 h1=325－ 25=300mm。 筒體長(zhǎng)度： mVVDL hi)( 4)2(4 220 ??????? ?? 取 0L =2030 mm 兩封頭切線之間的距離 L= hL 20 ? =2030+225=2080mm 現(xiàn)選用 16MnR 和 20R 兩個(gè)鋼種，對(duì)儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu) ——筒體和封頭進(jìn)行兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)，然后對(duì)這兩個(gè)方案進(jìn)行比較和選擇。 的 設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè)（共 56 頁(yè)） 用方案一計(jì)算筒體和封頭的厚度 首先選用 16MnR 鋼為材料，來(lái)計(jì)算筒體和封頭的厚度。 16MnR 鋼板在 40℃ 時(shí)的許用應(yīng)力查表，根據(jù)筒體厚度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在 8—16mm 之間， [σ]＝ [σ]t =170 Mpa，屈服強(qiáng)度 σs=345 Mpa。 （ 1）筒體厚度 δ= 02 12 ][2 ??? ??? ppdt i??mm 設(shè)計(jì)厚度 δd＝ δ 十 C2＝ 十 2＝ 按 GS709，取鋼板負(fù)偏差 C1= 考慮鋼板厚度系列取名義厚度 δn＝ 10mm 因 δn＝ 10mm，查此情況下 16MnR 鋼的許用應(yīng)力沒有變化， [σ]= 170 Mpa，所以上述計(jì)算成立。 （ 2）封頭厚度 由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù) k= 計(jì)算厚度 δ= 02 12 ][2 ???? ???? pk p dt i??mm 設(shè)計(jì)厚度 δd＝ δ＋ C2＝ ＋ 2＝ 取 C2＝ ，故名義厚度 δn＝ 10mm，且許用應(yīng)力也沒有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立。 （ 3）水壓試驗(yàn)校核 ○ 1 ．試驗(yàn)壓力： PT＝????????????M P M P ][ ][ppt?? 取水壓試驗(yàn)壓力 PT＝ 2. 0MPa ○ 2 ．筒體應(yīng)力校核；筒體有效厚度 δe＝ δn－ C1－ C2＝ 10－ ＝ 所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) )( )( ??????? ????? se eirT M P aDp ??? ?? MPa 筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。 ○ 1 ○ 2 ○ 3 ．封頭應(yīng)力校核：有效厚度 δe＝ δn－ C1－ C2＝ l0－ － 2＝ M P )( )( ??????? ?????? se eiTT M P aDp ??? ?? 所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求 用第二種方案計(jì)算筒體和封頭的厚度 選用 20R 鋼作為第二種方案，來(lái)計(jì)算筒體和封頭的厚度。 20R 鋼板在 40℃ 時(shí)的許用應(yīng)力查表，根據(jù)筒體厚度計(jì)算公式初步估計(jì)此筒體的設(shè)計(jì)厚度在 8—16mm 之間，取此時(shí) 20R 鋼的許用應(yīng)力 [σ]＝ [σ]t =133 Mpa，屈服強(qiáng)度δ s=245 Mpa。 筒體和封頭的結(jié)構(gòu)和尺寸與第一種方案的設(shè)計(jì)相同（厚度除外），選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（ EHA 型），其它尺寸和參數(shù)如上所敘。 （ 1）筒體厚度 δ= 02 12 ][2 ??? ??? ppdt i??mm 設(shè)計(jì)厚度 δ d＝ δ 十 C2＝ 十 2＝ 按 GS709，取鋼板負(fù)偏差 C1= 。 考慮鋼板厚度系列取名義厚度 δn＝ 12mm 因 δ n＝ 12mm，查此情況下 20R 鋼的 許用應(yīng)力沒有變化， [σ]= 133 Mpa，所以上計(jì)算成立。 （ 2）封頭厚度 由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以其封頭形狀系數(shù) k=。 計(jì)算厚度 δ= 32 12 ][2 ???? ???? pk p dt i??mm 設(shè)計(jì)厚度 δ d＝ δ＋ C2＝ ＋ 2＝ 的 設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè)（共 56 頁(yè)） 取 C2＝ ，故名義厚度 δ n＝ 12mm，且許用應(yīng)力也沒有發(fā)生變化，所以上計(jì)算成立。 （ 3）水壓試驗(yàn)校核 ○ 1 ．試驗(yàn)壓力： PT＝????????????M P M P ][ ][ppt?? 取水 壓試驗(yàn)壓力 PT＝ 2. 0MPa ○ 2 ．筒體應(yīng)力校核；筒體有效厚度 δ e＝ δ n－ C1－ C2＝ 12－ ＝ 所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力： ) 2 0 0( )( ??????? ????? se eirT M P aDp ??? ?? MPa 筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。 ○ 3 ．封頭應(yīng)力校核：有效厚度 δ e＝ δ n－ C1－ C2＝ l2－ － 2＝ M P aDp e eiTT )( )( ??? ?????? ?? ?? 因?yàn)? M P 2 02 4 ][ ????? sTT ??? 所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要 求。 兩種方案的比較 （ 1）鋼板耗用量 鋼板耗用量與板厚成正比，則儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭采用 16MnR 時(shí)，鋼板比使用 20R 鋼板可減輕 : ??? %100121012 % 16MnR 鋼板的價(jià)格比 20R 鋼板略貴，兩者相差不大，從耗材量與價(jià)格綜合考慮，兩種鋼板均可考慮，但在上述計(jì)算過(guò)程中，如 16MnR 的名義厚度 δ n 與設(shè)計(jì)厚度 δ d很接近，其差值為 10－ =,而 20R 的名義厚度 δ n 與設(shè)計(jì)厚度 δ d 大很多，其差值為 12－ =，所以用 16MnR 鋼時(shí)，鋼 板耗用量就要省很多，更為適宜。 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) （ 2）制造費(fèi)用 總的來(lái)說(shuō)，由于采用 16MnR 鋼板厚度較薄，質(zhì)量較輕，鞍座的承載重量也更小，而且制造費(fèi)用目前也按碳鋼設(shè)備同等計(jì)價(jià)，因此制造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)。 （ 3）材料性能 20R 鋼板的抗腐蝕性能比 16MnR 鋼要好，但是考慮到儲(chǔ)存介質(zhì)液氨的腐蝕性不是很強(qiáng)，而且 16MnR 鋼比 20R 鋼板的強(qiáng)度高，機(jī)械加工性能和焊接性能指標(biāo)都明顯要好，所以選用板更合適。 （ 4）方案比較總結(jié) 由于上述比較可以看出，說(shuō)明方案一選用 16MnR 鋼更合理，那么下面的內(nèi)容就針對(duì)方案一的選材和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和校核。 計(jì)算鞍座反力 （ 1）計(jì)算質(zhì)量 ○ 1 ．筒體質(zhì)量 m1＝ π(Di＋ δe)δnL0? 109 ＝ (1200+10)1020207850109 ＝ 597kg ○ 2 ．單個(gè)封頭 的 質(zhì)量 m2＝ (查 JBll53—73) ○ 3 . 附件質(zhì)量 m3(包括入孔，接管、液面計(jì)、平臺(tái)等 )近似取 m3＝ 400kg ○ 4 ．充液質(zhì)量 液氨在 0℃ 時(shí)的密度為 640kg/m3，小于水的密度，故充液質(zhì)量按水的質(zhì)量 考慮， m4＝ 902 10)24( ?? ?? hi VLD ＝ [ 4? 120202025+2109]1000109 ＝ 2799kg ○ 5 ．保溫層質(zhì)量 本設(shè)備不保溫，故 m5＝ 0 ○ 6 ．設(shè)備最大質(zhì)量 m＝ m1＋ m2 ＋ m3＋ m4＋ m5＝ 597＋ 2＋ 400＋ 2799＋ 0＝ 4053 kg 的 設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè)（共 56 頁(yè)） （ 2）計(jì)算鞍座反力 F＝ mg/2＝ (4053)/2＝ 19880N 支座及其位置選取 臥式容器的支座有鞍座、圈座和支腿三種形式。而常用的儲(chǔ)罐、儲(chǔ)槽、換熱器等臥式容器設(shè)備常選用鞍式支座予以支承，所以 此 設(shè)備也選用鞍座。 臥式儲(chǔ)罐的鞍式支座設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)要點(diǎn)： 鞍座數(shù)量的確定 鞍式支座普遍選用雙鞍座支承，這是因?yàn)槿舨捎枚喟白С校y于保證各鞍座均勻受力。雖然多支座罐的彎曲應(yīng)力比較小， 但是各支座嚴(yán)格的保持在同一水平面上，特別是對(duì)于大型臥式儲(chǔ)罐很難達(dá)到，同時(shí)，由于地基的不均勻下沉，多支座 的罐體在支座處的支反力不能均勻分配，故選用雙鞍式支座支承。 鞍座安裝位置的確定 由材料力學(xué)可知，將出儲(chǔ)罐的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為雙支座上的受均布載荷的外伸梁，如下圖 所示，若梁的全長(zhǎng)為 L，則當(dāng)外伸端的長(zhǎng)度 A= 時(shí)，雙支座跨中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩相等，從而使上述兩截面上保持等強(qiáng)度?？紤]到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，而且支座截面處的應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座截面處的彎矩略小于跨 中間截面的彎矩，通常取尺寸不超過(guò) ，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731《鋼制壓力容器》規(guī)定取 ， A 值不得大于 。否則由于容器外伸端的作用使支座截面處的應(yīng)力過(guò)大。其中 A 為封頭切線到支座的距離，此外由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗彎剛度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎剛度有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對(duì)支座處圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，國(guó)標(biāo)JB4731 還規(guī)定當(dāng)滿足， A≤ 時(shí)，最好使（ Rm 為圓筒的平均半徑， Rm＝ Ri＋δn/2=605mm， Ri為圓筒的內(nèi)徑）。 由于 Rm/2=, =416mm 因?yàn)?＞ ，鞍座位置 A≤Rm/2= 取鞍座位置 A＝ 300mm 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) 其中： A 為封頭切線到支座的距離 為了防止臥式儲(chǔ)罐因操作溫度和安裝溫度不同而引起的熱膨脹，以及由于圓筒及物料的重量使圓筒防止彎曲等原因?qū)εP式儲(chǔ)罐引起的附加應(yīng)力，對(duì)于雙鞍座中的其中一個(gè)設(shè)計(jì)為固定支座（代號(hào) F），而另一個(gè)應(yīng)允許為可沿軸線方向移動(dòng)的活動(dòng)支座（代號(hào) S）?；顒?dòng)支座的基礎(chǔ)螺栓應(yīng)沿圓筒軸向開成長(zhǎng)圓孔，固定支座通常設(shè)置在儲(chǔ)罐配管較多的一側(cè)，活動(dòng)支座應(yīng)安裝在沒有配管或配管較少的一側(cè)。 圖 液氨儲(chǔ)罐受力分析圖 的 設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè)（共 56 頁(yè)） 鞍座標(biāo)準(zhǔn)的選用 綜上所述，結(jié)合筒體公稱直徑和上述計(jì)算的鞍座反力 F＝ 19880N= KN，查壓力容器手冊(cè)，選用 JB/T4712—92 標(biāo)準(zhǔn)的鞍式支座，公稱直徑 DN1200mm,A 型，帶加強(qiáng)墊板，允許支承載荷 Q=147 KN，因?yàn)?Q＞ F，所以符合要求。 查 JB/T4712—92 可得鞍座基本尺寸：包角 θ＝ 120176。，支座高度 H=200mm,鞍座寬度 b＝ 150mm；腹板厚 6mm；墊板寬 270mm，墊板厚 6mm；底 板長(zhǎng) 880mm 底板寬170mm，底板厚 10mm；筋板寬 140mm，筋板厚度 6 mm，鞍座質(zhì)量 52kg。 鞍座的尺寸和結(jié)構(gòu)見裝配圖 和附錄 。 鞍座墊板材料選 16MnR，鞍座其余材料選用 Q235—AF 鋼。 鞍座標(biāo)記： JB/T4712—92，鞍座 A 1200 儲(chǔ)罐應(yīng)力校核 筒體軸向應(yīng)力校核 （ 1）筒體軸向彎矩計(jì)算 ○ 1 ．筒體中間處截面的彎矩 ???????????????????????????????????????? 2080 3004208033004120803006052142080198804341214122212212 ）（）（LALhLhRmFLM ＝ 106Nmm ○ 2 ．支座處截 面上的彎矩 ????????????????????????????????????????????2 0 8 03300412 0 8 030023006052 0 8 0300113001 9 8 8 03412112212122LhALhRmLAFAM = － 105Nmm （ 2）筒體軸向應(yīng)力計(jì)算 由 GBl50—89 表 81 查得由 ―扁塌現(xiàn)象 ‖引起的抗彎截面模量減少系數(shù) K1＝ K2＝臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) 因?yàn)椋?M1｜》｜ M2｜，且 A≤Rm/2=,故應(yīng)力必定出現(xiàn)在跨中面，校核跨 中面應(yīng)力。 ○ 1 .由彎矩引起的軸向應(yīng)力 最低點(diǎn)處： 1? ′= 621 ???? ???? emRM ? MPa 最低點(diǎn)處 2? ′＝－ 1? ′＝ ○ 2 ．由于設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力 ?p? ????empR?MPa ○ 3 ．軸向應(yīng)力組合與校核 軸向拉應(yīng)力： σ2＝ σp+ 2? ′=+＝ 許用 軸向拉應(yīng)力： [σ]t＝ 170Mpa， σ2＜ [σ]t 合格 軸向壓應(yīng)力： σ1＝－ 1? ′＝ 軸向許用壓縮應(yīng)力 1 ????