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圆形提升盖板的设计计算课件
圆形提升盖板的设计计算
1前言
平板是化工设备中最常见的部件。例如,各种容器的顶盖或顶板,设备的人孔盖板、法兰盖,施工中的管道试压盲板都属于此种类。其中圆形平板最为常见,本文提及的设备吊装用的圆形提升盖板就属于这一类。
石油化工装置中的一些特殊设备,如反应器、反应釜,由于其体积大、重量大、壁厚大,常用耐热合金钢制造,且经过整体热处理,所以在设计中往往不在壳体上布置吊耳,而是利用其顶部管口来进行吊装,提升盖板式吊耳设计正是为了满足这一要求而产生的。本文就有关的结构及强度计算进行论述。
2圆形提升盖的结构形式
2.1结构如图1
提升盖的主要结构由法兰盖板和吊耳板组成,吊耳板可为单个也可使用二个。吊耳板与盖板间采用焊接形式。当板厚特别大时也可采用铸钢件,盖板与设备接口的连接采用法兰螺栓连接形式,可使用设备带来的螺栓。
为增加耳板的侧向刚度和耳板与盖板连接强度可在二者间设置肋板。
通常吊耳板用卡环及钢丝绳与吊装机械连接,故耳板尺寸与所用卡环应匹配。重型吊装盖板也可通过专用连接件与吊装机械连接。吊装盖板通常应随设备提供。
2.2提升盖的结构种类
按照提升盖板与设备管口的接触部位分类:
a、不承受螺栓弯矩的盖板
此盖板与设备接口的接触部位仅为法兰螺栓圆部位 见图2-1a、b。
b、承受螺栓弯矩的盖板
此盖板与设备接口的密封面部位相接触,因此螺栓预紧时产生的弯矩会叠加到盖板上(见图3)。这二类盖板在设计结构形式上有所差别,其力学模型不同,在设计计算中所用公式也不一样。
由于设备接口密封面往往高于法兰螺栓接圆面,设计盖板时应予以充分注意。
3圆形盖板计算的理论
3.1薄板理论基础
从设计观点看,板可分为厚、薄两种,厚板和薄板的理论基础和计算方法是不一样的,薄板的计算方法是厚板算法的一个特例,故掌握厚板理论完全可以解决问题。但厚板理论比较复杂,对于一般化工设备而言,大部属于薄板范围。
薄板理论又称为薄膜理论,其特点是只受拉力,不存在弯曲应力,该理论还有几点假设:
1)板的厚度较其它尺寸小得多。
2)中间面挠度比板厚小得多,即挠度很小。
3)中间面在弹性变形后仅有弯曲而不伸长。
4)原垂直于中间面的界面,变形后仍保持平面,且仍垂直于中间面。
3.2薄板理论应用条件
薄板理论是用小挠度理论假定推导的,因涉及到允许误差和计算精度,它的使用条件是:
1)薄板的定义是厚度小于其它两个尺寸的1/10时。
2)挠度小于1/5板厚时为小挠度。但从实用观点,既使挠度达到1/2板厚时,仍可作小挠度板计算。
3.3盖板计算的理论依据
吊装盖板的受力状态,基本上与压力容器的可拆卸平盖的形式相似,压力容器的平盖为均布荷载,而吊装盖板为局部载荷。
可拆卸平盖的计算方法在原压力容器设计规定中有两种,对于“中低压”部分是按薄圆平板公式计算,“高压”部分则按“巴赫公式”计算,二者计算结果存在着差别,但在82年版《设计规定》中已统一,计算公式的形式都采用薄圆平板的计算公式。
容器设计中可拆卸平盖计算时受力假设为:
1)均布载荷P作用在筒支的圆平板上。
2)螺栓载荷Wp作用在圆平板周边螺栓圆处。
3)垫片反作用力θm作用在圆平板支撑面上(密封面上)。
平盖受力如图3-1,垫片θm作用在支撑处,全部力由支撑承受,因而不会引起圆平板中的挠度和应力。在螺栓与垫片比较接近的情况下,螺栓载荷的作用可简化成一个力偶作用在筒支边上,而且在螺栓数量较多时,这种力偶也可以认为沿圆周均布,其力学模型可简化如图3-2。
图中m为单位圆周长度上的力矩 m
式中M=Wp×hG;m= (3-1)
Wp—螺栓力
hG—螺栓孔到密封面距离
平板所受总的力矩,即由m和p二者引起的力矩之和,且可分别计算。
根据以上理论,吊装平盖的受力状态与以上分析类似,也可采用圆形薄板的计算公式。
4吊装盖板的计算
采用《建筑结构静力计算手册》中圆形板计算公式,该公式也是根据弹性薄板小挠度理论的假定推导的。该手册中介绍了周边铰支不承受螺栓弯矩的圆形板和承受螺栓弯矩的圆形板两种计算公式,计算符号说明如下:
4.1不承受螺栓弯矩的圆形板的计算
此种盖板的结构形式如图2.1a和b,它的力学模型如图4-1。
盖板的受力为局部均布力q,受力半径为r,板外侧为铰支的一个圆板,在径向坐标为x处产生的弯矩计算公式为:
ρ≤β Mr= (4-1)
Mt= (4-2)
θr=— (4-3)
式中q—轴对称均布荷载N/mm2;
m—轴对称环形均布线弯矩,N;
Mr—径向线弯矩;N;
Mt—切向线弯矩N;
θr—剪力;N/mm;
σm—由均布线弯矩产起的应力;
σr—由径向弯矩产生的应力;
σ—总应力;
[σ]t—许用应力;
h—板厚,mm;
μ—泊桑比,
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