卧式储罐

199第二节卧式储罐5.2.1基本结构一、地面卧式储罐1.基本结构图5-1地面储罐的基本结构（鞍式支座）图5-1地面储罐的基本结构(圈座)2.鞍式支座设计要点:数量、位置、固定方式、包角、选用。⑴支座数量:双鞍座结构较普遍。理论上:多支座→M↓,σ↓,受力好。实际上:a.地基不均匀沉陷；b.筒体不直、不圆；c.基础水平度误差。造成支座反力不均，局部应力增加，体现不出多支座优点，所以采用2个。⑵安装位置:①0.2,ALMM目的中座等强度设计即②0.5mAR目的充分利用封头对支座处筒体的加强作用，防止扁塌现。∴一般A≤0.2L，且最好A≤0.5Rm，A最大不超过0.25L。200⑶固定方式:目的一个固定使筒体沿轴向自由伸缩一个可轴向移动。操作和安装温度不同引起热膨胀，可能出现弯曲造成附加应力，所以要使筒体可沿轴向自由伸缩。轴向移动结构：①开长圆孔(图5-1)；②滚动轴承（结构复杂,制造难,用于重要设备上）注意:固定支座设置在配管较多的一侧；活动支座设置在没有配管或配管较少的一侧。⑷包角:1200、1500大:(优)鞍座处筒体σ↓→对筒体有利；(缺)鞍座受水平推力↑,且鞍笨耗材→对鞍座不利。小:鞍座处筒体σ↑且重心较高,筒体易从鞍座上倾倒。⑸选用:利用标准（JB/T47123.）选用支座时，要充分考虑：设计温度、地震设防烈度、支座允许载荷、是否设有垫板等。3．圈座应用情况:因自身重量而可能造成严重挠曲的薄壁容器多于两个支承的长容器。二、地下卧式储罐1.结构图5-2地下储罐结构示意图1-牺牲阳极2-浮子液面计3-金属导线4-电线保护测试点5-压力表6-护罩7-安全阀8-罐装气相阀门9-罐装液相阀门10-排污和倒空管阀门11-罐间气相连接管12-罐体13-罐间液相连接管14-支座结构:圆筒、封头、支座、工艺接管、仪表管、安全泄放装置。艺接管、仪表管、安全泄放装置一般采用集中放置，通常设置在一个或几个人孔盖板上，目的为了适应埋地状况下的安装、检修和维护2012.优点减少占地面积和安全防火距离，避开环境温度的影响。3.埋地措施：①地下室②埋土a．地下支座；b．涂沥青防锈层或牺牲阳极法；c．土地埋设，达到预期埋土高度。5.2.2设计计算一、设计步骤：1．步骤①根据内压或外压设备的设计方法初步计算厚度；②考虑支座安装位置、支座反力、包角及结构的影响，计及各种附加载荷；③校核附加载荷下筒体轴向、周向应力和稳定性→确定实际的圆筒厚度。注意：卧式储罐支座与罐体设计同时进行（因为支座受力与所支承储罐重量和支座本身的结构与尺寸有密切关系）2．卧式储罐的具体计算过程：①给定设计条件：压力、温度、直径、长度、材料等；②计算圆筒和封头厚度δn，δh；③设置鞍座位置A；④计算容器质量、鞍座反力、轴向弯矩m、F、M1、M2；⑤计算轴向应力σ1~σ4；⑥计算切向应力τ、τh；⑦计算周向应力σ5-8、σ’6；⑧计算鞍座应力σ9。四类应力按此顺序逐一符合要求，则设计结束。若四类应力中有任何一个不符合许用要求，则需要做相应调整。3．调整方法：调整鞍座位置调整鞍座形式设置加强件、强板或加强筋；增加圆筒或封头厚度。调整方法和顺序，见书中238页二、卧罐的载荷分析(外载)a.压力：内压或外压;b.储罐重量：圆筒+封头+附件的总重量;c.物料重量：正常操作时=物料重量水压试验时=充水重量;d.其他载荷：环境影响下的载荷，如风载、雪载、地震载等.202卧罐总重量作用的总长度为：L'=L+2×2H/3＝L+4H/3H——两凸形封头折算成同直径圆筒长度。简化过程：图5-3双鞍座卧式储罐受力分析（a）受力分析力学模型的简化：简化为长度L，受均布载荷q作用的外伸简支梁图5-3双鞍座卧式储罐受力分析（b）双支点外伸梁当解除支座的约束后,梁上受到如下的外力作用(不包括p)：1.均匀载荷q和支座反力F：243FqLH或4()32qLHF2.竖直剪力qF和力偶M:图5-3(b)方法:材力→截面法38He23Hq2L2L23HqHAFFAiRiR4iRiqR)(422HRqMi23qFHq243FqLH均布载荷A2LHqFq32)(422HRqMi203封头：2122()333238384qFHqNHqHeHmHqHq力平移法则作用梁端部竖直剪力总重＝重心位置附加力偶静液压:22()44iiiRRpmqRq作用封头液（水平分量）力偶合成：2212()4iqMmmRH20,40iiqHMRHRM平封头：半球：，图5-4液体静压力及其合力三、内力分析梁弯矩图和剪力图如图5-3（c）（d）所示VFM2M1204maxmaxM位置位置梁跨中截面上支座截面处的筒体上剪力支座截面附近的筒体上1.弯矩:1)跨中截面：1()()2224qLLLLMMFAFq2222()()()()()423224iqLLLLRHFAHqq整理几何参数：22112()()44(1)3iRHLLCHL简化得：11()MFCLA（5-3）C1：iiLHRR根据查图，正：上半部圆筒受压缩下半部圆筒受拉伸2)支座处截面：22213222()()432(1)iqAMRHHqAqARFAACCCLA（5-4）式中:22234132iiHCLRHCRL查图负：上半部圆筒受拉伸下半部圆筒受压缩2.剪力：跨中截面剪力为0，不考虑；支座处截面的最大剪力，通常在靠近圆筒纵向中心一侧的圆筒截面上。a.当A＞0.5Ri时：qVFqAF22433LAFqAHFLH（计及外伸圆筒和封头两部分重量的影响）b.当A≤0.5Ri时：VF保守概念保守概念（不计及外伸圆筒和封头两部分重量的影响）205补充：2/mm/mmVVNN转化?引切（）（）由材力，单位弧度切向剪力为：zzSVVJ切式中：zS—横截面积；A—对中性轴的静矩。0sin()2zieiASydARtRd＝20cossinieiieRtRdRtzJ—横截面对中性轴的惯性矩，3zieJRt23sinsin()ieieiRtVVVfRtR切y0/,0:,maxsin2VVV切切切对称与轴特点切筒（所有点与筒体相切）不均布（函数）3.支座截面处筒体的周向弯矩M(N.mm)原因:由V切引起。求解:取薄壁曲梁分析，假设变形后仍为圆环（推导从略）取V=F数值:1)有加强圈时：任意角度处，(515)M式；6maxiMKFR（5-16）6K—查图5-11120,0.0528135,0.0413150,0.0316bbbKKK2)无加强时:A＞0.5Ri且无加强圈→不能由整个圆筒承受切向切应力。计算Mβ复杂，近似用有加强圈时公式6iMKFR3)被封头加强时：0.5iAR，鞍座边角处M比无加强时M小，6iMKFR式中：6614KK（表5-3）特点:1)对称y轴且发生在鞍座边角处。2)66KKM所以、，大包角对筒体受力有利。3)局部性:只在鞍座附近筒体截面有M,其余截面上没有。4.支座截面处筒体的周向压缩力T(N)206原因：a.鞍给筒体径向反力水平分量引T；b.周向分布的切向剪力；假设：a.支座与壳体间无摩擦→支座反力都通过圆心；b.T仅存在于局部区域，根据实验假设为2()220。数值：a.有加强圈：后面讲b.无加强圈：55max(),53,TKFfKT筒体最低(5-22)查表，，对筒体受力有利鞍座边角处4FT假设取四、圆筒应力计算和强度校核：圆筒上的轴向应力；支座截面处圆筒和封头上的切向切应力和封头的附加拉伸应力；周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核；加强圈设计。1.圆筒上的轴向应力⑴跨中：/1/pM引膜轴拉（压）引轴弯均（轴拉伸）合成1112112(2)/2/2ttieiecrtieiepRMMRWpRMR(拉/压轴)膜拉如拉，则强度＝强不压坏如压，则稳不失稳＝强度⑵支座处筒体：/2/pM引膜轴拉（压）引轴弯均（轴拉伸）合成扁塌效应:筒体无加强时(A0.5Ri且无加强圈),在M作用下支座处筒体上部截面发生变形→成为无效截面的现象。后果：扁塌后的部分未能起到梁作用,使筒壁W使（有效截面半圆心角26＝＋）207图5-5“扁塌”现象当：有加强(封头/圈)无扁塌筒拉弯模数2ieWR无加强有扁塌筒拉弯模数2ieWKRK——1251KK上截面查表下截面()22322122422(2)[]22tieiettieicrpRMMWKRtpRMMWKRte拉/压拉负如拉，则如值压，则补充:注意危险工况max可能产生轴压力max轴的性质与位置工况P＞0(正压)max拉出现在2,3点操作或水压试验(加压)max压出现在1,4点盛满物料或水（未加压）P＜0(负压)max拉出现在2,3点盛满物料未加压或水压试验加压(按正压试验)max压出现在1,4点操作“扁塌”现象引起的无效区无效截面积有效截面积208当有加强(正压),如12MM时，只需校核跨中截面应力（轴向）当无加强(正压),如12MM跨中时，需校核支座处2.支座截面处圆筒和封头上的切向切(剪)应力和封头的附加拉伸应力⑴筒maxτ及位置＝f(筒加强形式)，分三种情况：①有加强圈:筒刚↑无扁塌（整个圆筒截面承受剪力）31eieie2maxsinmaxVKVVRR水切平处＝＝（5-10）式中:3sinK查表5-2τ1最大值在A、B位置②全无加强:A＞0.5Ri且无加强圈(仅有部分截面承受剪力)()22023iemaxVKR角点处（5-11）式中:3sinsincosK查表5-2，3,,K对筒有利③被封头加强：A≤0.5Ri，筒刚↑τ↓，忽略外伸部分重量影响，V=F()22033iemaxFKR角点处（5-12）式中:3sinsincos()sincosK查表5-2比较:231——无加强被封头加强加强圈AB209校核：max[]0.8[]tt1最大值在A、B位置,23、最大值在C、D位置⑵封头中切应力（A≤0.5Ri）:一般情况，封头材料与筒体相同，ee封筒封筒不小于不超过，所以不必对封头中τ另行校核。⑶封头附加拉伸应力（A≤0.5Ri）：原因:封头中切向切应力→水平分量产生封头附加拉伸应力。作用范围:沿封头整个高度。简化：①设封头为平封头→受载面积2iehR②凸型封头1.5hh平封头数值:4hiheFKR（5-13）式中:243sin8sincosK查表5-2校核:作用在封头上的附加拉伸应力h和由内压所引起的拉伸应力h相叠加1.25[]thh（5-14）2iheKpDh其中，K是椭圆形封头形状系数，如果是碟形或球形，请同学考虑。当封头承受外压时，不必计算h3.筒体周向应力:MT引起支座截面处圆筒的周向弯曲应力+支座截面处圆筒的周向