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旋膜式除氧器四鞍座的簡化計算

發(fā)布時間:2025-01-15 01:26:15瀏覽數(shù):

旋膜式除氧器四鞍座的簡化計算 介紹了遙遙出JBT47312OO5«鋼制臥式容器》計算范圍、受均布載荷的四鞍座臥式容器的計算方法。采用一般靜力學(xué)方法,應(yīng)用連續(xù)梁及三彎矩方程,推導(dǎo)出了各支座處筒體所受的力和力矩,給出了受均布載荷的旋膜式除氧器四裴座應(yīng)力計算時應(yīng)考慮的因素和計算方法,結(jié)合臥式容器的特點(diǎn),給出了各應(yīng)力的計算公式和校核條件。對類似問題,如非對稱布置的兩支座、多支座等情況,也可按此方法進(jìn)行計算。 1概述 隨著火力發(fā)電廠機(jī)組容量的不斷增加,機(jī)組所配旋膜式除氧器水箱的容積也越來越來大,由于運(yùn)輸條件的限制,水箱的直徑一般取0=4000mm以下,這樣水箱長度會較長,采用雙鞍座支承,容易引起彎曲和變形。上安電廠600MW機(jī)組的無頭式旋膜式除氧器,設(shè)計壓力為1.39MPa,設(shè)計溫度375C,水箱容積為344n?,電廠要求水箱內(nèi)徑0=3800mm,水箱長度為31048mm,由于廠房布置的限制,設(shè)計院要求采用四鞍座,且各鞍座之間的間距不相等。這種布置已不能直接釆用JBT4731—2005《鋼制臥式容器》的方法進(jìn)行強(qiáng)度計算。 四鞍座臥式容器的計算相對于雙鞍座來說,中間增加了2個多余約束,靜不定的次數(shù)就變成二。假想在每個鞍座的上方,將容器切開并裝上皎鏈,這就相當(dāng)把這些截面上的彎矩作為多余約束力,它滿足三彎矩方程,這樣較長容器的多鞍座問題就可化解為多個我們熟悉的雙鞍座臥式容器的計算。計算的步驟如下 通過連續(xù)梁及三彎矩方程計算各鞍座處的彎矩。 結(jié)合各鞍座處的彎矩,計算各鞍座處支承力。 根據(jù)剪力圖與彎矩圖的遙遙質(zhì),計算遙遙值彎矩。 通過上述計算找出較大彎矩和鞍座反力,并按JBT4731—2005《鋼制臥式容器》的公式及方法進(jìn)行應(yīng)力計算和校核。 2容器上遙遙值力及遙遙值力矩的計算 2.1符號說明 具體符號標(biāo)識鞍座位置及受力分析圖、剪力圖、彎距圖見圖1〜圖4。 Ai——A鞍座底板中心線至左封頭切線的距離,mm; A2——D鞍座底板中心線至右封頭切線的距離,mm; 如封頭的深度,mm; J”、L3——分別為AB鞍座之間、BC鞍座之間、CD鞍座之間的距離,mm; L“、L2,、L——分別為AB鞍座之間、BC鞍座之間、CD鞍座之間遙遙值彎矩位置,mm; ——分別為A、B、C、D鞍座處的彎矩 、Mz,、M3,——分別為AB鞍座之間、BC鞍座之間、CD鞍座之間遙遙值彎矩,Nmm; Ra、Rb、Rc、Rd——分別為鞍座A、B、C、D處的支承力,N; Ri圓筒內(nèi)半徑,mm; q——單位長度的載荷,N; &—關(guān)—耳——D —AjJ—L41._—L,1__Lj一! 圖1鞍座位置 "卩4尸",Kq11|'ix縮呻」E"&席域 圖2受力情況圖 圖3剪力圖 2.2鞍座處彎矩的計算 當(dāng)容器充滿介質(zhì)時,支座a、c、d的受力見圖5〜圖7施加于封頭上液體靜壓力產(chǎn)生的水平彎 (1) M4M0+23Xi,X<yX(A1+38XA,)+A12 Xg2=0 由(1),(2)式推導(dǎo)出 楠=—q2(GV+43h,XA(R2—注)2)⑶ (3)同理鞍座D處的彎矩為H=q2((A2+43htXA(R2財)2)⑷ (4)根據(jù)三彎矩方程推出Mc、Mp值 圖7鞍座C、D處受力圖 MAXL1+2MB(L1+Z.2)+McXL2=6(qX L!724+gXL2324)(5) MbXL2+2Mc(L2+L3)+MdXL3=6(<7X L2324+9XL3324)(6) 由(5)、(6)式解出Me" 2.3鞍座反力的計算 (DA鞍座對其左邊載荷的反作用力G°=23X九Xg Iq 布工HD以 38Hi_, —« i?A,==23Xi,Xq+AiXq L)段,分別以鞍座A和鞍座B為支點(diǎn)列出力矩公式,求出反力R和R凡" M,+L|2Xq2—Mb—RXLi=0(7) Rb'=(MA—MB+L「Xg2)Lj(8) 同理,Ra"=(Mb—MA+L」Xq2)Li(9) L2段,分別以鞍座B和鞍座C為支點(diǎn)列出力矩公式,求出反力Rb”和Rc'; R;'Rc' (a)確定較大彎矩位置,根據(jù)剪力圖與彎矩圖遙遙質(zhì),截面剪力為0的截面彎矩為遙遙值。 ER;'=l—(Rb'+Ra"),由此推出 (b)較大彎矩 M”=Li,XRa"+MlLh2Xq2(17) (2)切段的較大彎矩及位置 L2,=L2XRb,,(Rc,+Rbv)(18) M2j=L2?XV+MbL2i2Xq2(19) Rc'=(MBMc+L22Xq2)L2(10) Rb'^(Mc~MB+L2zXq2)L2(11) L3段,分別以鞍座C和鞍座D為支點(diǎn)列出力矩公式,求岀反力Rc”和Rj Mc(—_—)Ma L,一|〃 R;R; Rd'=(McMD+L32Xq2)L3(12) Md~Mc+L32Xq2)L3(13) D鞍座對其右邊載荷的反作用力 Go=23XhiXq 崎Q丄丨I丨丁q 38Hi R;' RD,,=23Xh,Xq+A2Xq(14) 鞍座的反力 R,=Ra+Ra";Rb=Rb'+Rb〃;Rc= Rc'+Rc";Rd=Rd'+Rd”。 考慮到支座不平,地基沉陷等因素,取1.2倍力做為鞍座設(shè)計力(參照HG20582—1998《鋼制化工容器強(qiáng)度計算規(guī)定》),即; R,=1.2(R+Ra");Rb=1.2(Rb'+Rb");Rc=1.2(R+R);Rd=1.2(Rd'+RJ')。 2.4各簡支梁中間較大彎矩計算(見剪力圖及彎矩圖) M段較大彎矩計算 (3)L3段的較大彎矩及位置 L3>=L3XR(v(Ru'+Rch)(20) M3>=L3>XRc"+McLXq2(21) 3計算旋膜式除氧器四鞍座應(yīng)力時的附加考慮 根據(jù)GB15089«鋼壓力容器》第8章臥式容器分析方法和計算的理論依據(jù),是以Zick的近似分析和對大直徑薄壁容器的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的,所給出支座反力、軸向彎矩及剪力計算公式,是按僅承受均布的外伸梁.且兩鞍座的布置是以容器的縱向中心對稱而推導(dǎo)的,這對于大多數(shù)的臥式容器均可適用;對于非對稱布置的兩支座、多支座,或外加集中載荷等情況,則應(yīng)按一般靜力學(xué)方法,并考慮臥式容器的特點(diǎn),推導(dǎo)出支座反力、軸向彎距及剪力,再按上述公式進(jìn)行計算; 由于旋膜式除氧器壓力、容積較大,介質(zhì)主要為水,一般結(jié)構(gòu)設(shè)計時均在鞍座上設(shè)有加強(qiáng)圈; 各主要受壓元件的強(qiáng)度計算按GB1501998《鋼制壓力容器》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行; 由于鞍座較多,考慮到基礎(chǔ)不平、沉降、安裝等因素,鞍座反力為計算值的1.2倍; 軸向應(yīng)力計算時應(yīng)考慮水壓試驗(yàn)時充滿水、加壓、實(shí)際運(yùn)行及停役工況; 切向剪應(yīng)力及周向應(yīng)力計算參照J(rèn)BT47312005進(jìn)行處理,剪力和鞍座反力按水壓試驗(yàn)和運(yùn)行工況的較大值代入,許用應(yīng)力按運(yùn)行工況選取。 4應(yīng)力計算和校核 4.1圓筒軸向應(yīng)力計算 (以下公式和符號均引用JBT47312005) 4.1.1鞍座之間遙遙值彎矩處圓筒截面由壓力及軸向彎矩引起的應(yīng)力 根據(jù)JBT47312005第13頁公式(7—4、7—5)計算 較高點(diǎn)6=RXR,(2&)—M>(3.14K2X亂)(74) 較低點(diǎn)Q=P『XR.(2&)+M〃(3.14Ra2X(75)其中 Mi——鞍座之間遙遙值彎矩其它符合代表意義見JBT4731—2005。 AB鞍座、BC鞍座、CD鞍座間遙遙值彎矩處圓筒截面由壓力及軸向彎矩引起的應(yīng)力可以按上式計算。 4.1.2鞍座平面上,由壓力及軸向彎矩引起的成根據(jù)JBT47312005第13頁公式(7—4、7— 計算 較高點(diǎn)XR(2b—也(3.14R;Xa.)K\(76) 較低點(diǎn)^=PcXRa(2Sr)+M2(.3.14RJX K(77) 其中 M2——鞍座平面上的彎矩 Ki——根據(jù)JBT47312OO5表7—1知,在鞍坐平面上有加強(qiáng)圈時,取1 即上式變?yōu)?op> 較高點(diǎn)■=較XR丿(2粉)一M(3.14RJX粉)(75) 較低點(diǎn)如=RXR<,(2&)+M2(3.14Ra2X(76) 各鞍座平面上由壓力及軸向彎矩引起的應(yīng)力可以根據(jù)上式算出。 4.1.3筒軸向應(yīng)力按下列情況進(jìn)行校核 對于操作狀態(tài)應(yīng)滿足下列條件 (1)計算得到各鞍座處及各相鄰鞍座遙遙值彎矩處的應(yīng)力,取出較大拉應(yīng)力(較大正值)計算值W028 [汀。 計算得到各鞍座處及各相鄰鞍座遙遙值彎矩處的應(yīng)力,取出較大壓應(yīng)力(較大負(fù)值);1計算值IVOWae'o 對于水壓試驗(yàn)狀態(tài)應(yīng)滿足下列條件 計算加壓狀態(tài),各鞍座處及各相鄰鞍座遙遙值彎矩處的應(yīng)力,取出較大拉應(yīng)力(較大正值)計算值W0.9g(RP0.2)O 計算充滿水未加壓狀態(tài)各鞍座處及各相鄰鞍座遙遙值彎矩處的應(yīng)力,取出較大壓應(yīng)力(較大負(fù)值)」計算值K0[aL« 4.2在圓筒鞍座處橫截面上有加強(qiáng)圈時筒體切向剪應(yīng)力計算 4.2.1邊支座處橫截面上 (1)當(dāng)圓筒未被封頭加強(qiáng)時(A|>R“2或A,>Ra2)時; f=0.319XF(R“X&) 其中對于支座A,F取水壓試驗(yàn)時R、RL和運(yùn)行時R、RJ'中較大值的1.2倍;對于支座B,F取水壓試驗(yàn)時Rd.Rd和運(yùn)行時Rd.Rd"中的較大值的1.2倍。 圓筒被封頭加強(qiáng)(即AiWR2或AVRJ2)時,其較大剪應(yīng)力 r=0.319XF7(RaX8f)(79) 其中F'——取水壓試驗(yàn)時Ra、Rd和運(yùn)行時的較大值。 圓筒被封頭加強(qiáng)(即AWR2)時,封頭的較大剪應(yīng)力 t=K4XFV(RaXSk)(710) K4—鞍座包角為120°時一一0.401,135°時——0.344;150°時——0.295 其中F——取水壓試驗(yàn)時Ra、Rd和運(yùn)行時Ra、Rd的較大值。 4.2.2中間支座處橫截面上 r=0.319XF(RaXSt) 其中F——取水壓試驗(yàn)時R、R、Rc'、Rc”、和運(yùn)行時Rb'、Rb"、Rc'、Rc"、中8值中較大值的1.2倍。 4.2.3切向剪應(yīng)力校核 圓筒的切向剪應(yīng)力《0.8言丁,封頭的切向剪應(yīng)力W1.25[招'一① Ch由內(nèi)壓在封頭上引起的應(yīng)力。 4.3圓筒周向應(yīng)力 (1)做為旋膜式除氧器,加強(qiáng)圈位于鞍座平面上,此時在鞍座邊角處的圓筒周向應(yīng)力按下式計算 =—KsXFAo+C,XK]XFXR“XeI(> (7—23)e對內(nèi)加強(qiáng)圈,為加強(qiáng)圈與圓筒組合截面形 心距圓筒外表面之距離(見圖8),mm; 對外加強(qiáng)圈,為加強(qiáng)圈與圓筒組合截面開心距圓筒內(nèi)表面之距離(見圖8),mm。 在鞍座邊角處,加強(qiáng)圈內(nèi)緣或外緣表面的周向應(yīng)力按式(724)計算 %=—KgXFA。+C5X%XFXR.Xe1。 (724)式中 d——對內(nèi)加強(qiáng)圈,為加強(qiáng)圈與圓筒組合截面形心距加強(qiáng)圈內(nèi)緣表面之距離(見圖8), 對外加強(qiáng)圈,為加強(qiáng)圈與圓筒組合截面形心距加強(qiáng)圈內(nèi)緣表面之距離(見圖8),mm; 系數(shù)GG'KM值由表1查取. (2)周向應(yīng)力校核0IML25品了; 0|<1.25[招,' 4.4鞍座設(shè)計(見JBT4731) (1)鞍座包角一般為120〜150°。鋼制鞍座寬度萬一般大于或等于8原。當(dāng)釆用JBT4712的鞍座時,6值應(yīng)取筋大端寬度與腹板厚度之和(見圖7—6)。 腹板水平分力及強(qiáng)度校核又座腹板的水平分力F,按式(7—25)計算F,=KgF(725)式中K,系數(shù)值按表2査取。
F各鞍座的反力 表2系數(shù)Kg 鞍座包角9.(°) 120 135 150 0.204 0.231 0.259 鞍座腹板截面內(nèi)的水平方向平均拉應(yīng)力何,按式(926)或式(727)計算。 當(dāng)無墊板或墊板不起加強(qiáng)作用時 十烏(7~26) 當(dāng)墊板起加強(qiáng)作用時 十狀云(7_27) 式中 H,計算髙度,取鞍座墊板底面至底板底面距離和R.3兩者中的較小值,e; b°鞍座腹板厚寬,如; b,——鞍座墊板寬度,取b,=bz,mm。 應(yīng)力應(yīng)按式(728)進(jìn)行校核 (728) 許用應(yīng)力[。丄按5.4選取。鞍座材料的選用見表3。 表3鞍座材料的選用 遙遙溫度,8 0〜250 20—250 <—20
選用材料 許用應(yīng)力[招心MP,
Q235B 147
Q345 170
16M&R
(2)鞍座壓縮應(yīng)力與強(qiáng)度校核,按其它方法進(jìn) (3)地震引起的地腳螺栓應(yīng)力 具有四鞍座的旋膜式除氧器水箱長度較長,容積較大,一般設(shè)置一個固定支座,三個滾動支座,若在固定支座上設(shè)置地腳螺栓,其應(yīng)力往往遙遙岀許用值。因此可采用固定支座和基礎(chǔ)焊接方法來達(dá)到要求。 8結(jié)束語 四鞍座的設(shè)計應(yīng)用連續(xù)梁與三彎矩方程進(jìn)行了力和彎矩的計算,應(yīng)力計算時參照了GB150—1998《鋼制壓力容器》、GB15089《鋼制壓力容器釋義》、JBT47312OO5《鋼制臥式容器》、《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》及HG20582—1998《鋼制化工容器強(qiáng)度計算規(guī)定》。 各主要受壓元件的計算應(yīng)按照GB1501998《鋼制壓力容器》等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求進(jìn)行。 這種計算方法適用于非對稱布置的兩支座、多支座,或外加集中載荷等情況,要求先按一般靜力學(xué)方法,并考慮臥式容器的特點(diǎn),推導(dǎo)出支座反力、軸向彎距及剪力,再按上述計算方法進(jìn)行計算。 若能進(jìn)行分析設(shè)計時,建議釆用分析設(shè)計方法進(jìn)行計算。

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