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为啥卧式容器最好用双鞍座?

卧式容器按受压情况分为内压卧式容器和外压卧式容器。卧式容器用支座支承。当容器尺寸较小时,支承处因支承而附加到容器上的载荷相对较小,可以忽略不计;但是当容器直径较大时,由于设备自重以及风载、地震载荷所引起的外加载荷和容器操作压力相比不能忽略,其载荷必须计入。

因此卧式容器设计都是根据操作压力(内压或外压) ,按照一般压力容器设计的要求决定壁厚( 一般由周向应力控制强度,周向稳定性控制刚度) ,然后计及各附加载荷并校核器壁在附加载荷下的周向、轴向的强度和稳定性,使该容器在各种操作条件下,既能保证周向强度及刚度,又能保证轴向强度和刚度。

卧式容器目前适用的设计规范是NP/T 47042-2014《卧式容器》。该标准适用于设计压力不大于35 MPa ,在均布载荷作用下,由两个位置对称的鞍式支座支承的卧式容器。

卧式容器设计还包括卧式支座设计。卧式容器的支座主要有鞍式支座[图5 - 1( a)] 、圈式支座[图5- 1( b) ]和腿式支座(或支承式支座) [ 图5- 1( c)] 三种。目前适用的支座设计规范为NB/T 47065-2018《容器支座》。

各类卧式容器,包括储槽、换热器等,通常采用鞍式支座。鞍座的结构与尺寸,除特殊情况需另外设计外, 一般可根据设备的公称直径选用标准形式支座。因为对于卧式容器,除了考虑操作压力引起的薄膜应力外,还要考虑容器重量在壳体上引起的弯曲应力,所以即使选用标准鞍座后,还要对容器进行强度和稳定性的校核。

置于双鞍座上的卧式容器其受力情况和双支点的梁相似,多支点的梁在梁内的弯曲应力较小,但是要求各支点严格保持在同一水平面上,这对于各类大型卧式容器则很难达到。由于地基的不均匀沉降, 多支座容器在支座处的支座反力不能均匀分配,故一般卧式容器最好采用双支座。

采用双支座时,支座位置的选择一方面要考虑利用封头的加强效应,另一方面又要考虑不使壳体中因荷重引起的弯曲应力过大,所以按下述原则确定支座的位置。


① 由材料力学可知,对于双支座上受均布载荷的简支梁,若梁的全长为L,则当外伸端长度A = 0.207L 时,双支座跨距中间的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等,为此双支座跨距中间的截面和支座处截面上尽可能保持等强度,考虑到在支座截面处尚有除弯矩以外的其他载荷,故对于卧式容器通常取A≤0.2L (A 为封头切线至支座中心线的距离,L 为两封头切线间的距离) ,否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。

② 由于封头的抗弯刚度大于筒体的抗弯刚度,故封头对于筒体的抗弯有局部的加强作用。若支座邻近封头, 则可充分利用封头对支座处筒体截面的加强作用。因此,在满足A≤0.2 L 下应尽量使A≤0.5Ri ( Ri为筒体的内半径) 。


鞍座包角的大小对鞍座处筒体上的应力有直接影响, 一般采用120°、135°、150°三种。

为了防止热膨胀以及由于筒体及物料重量使筒体弯曲等原因对卧式容器引起附加应力,双支座中只允许将一个支座固定,另一个为可移动的。活动支座的基础螺栓孔应开成长圆孔,长轴沿筒体的轴线方向;为使活动支座灵活地移动,有时可采用滚动支座。

对于双鞍座上卧式容器的应力进行精确的理论分析十分复杂,目前国内外有关容器设计规范大多采用Zick 于1951 年在实验研究的基础上提出的近似分析和计算方法。

圈式支座一般适用于大直径的薄壁容器和真空操作的薄壁容器。除常温常压下操作的容器外,至少应有一个圈座是滑动支承结构。

支腿的主要优点是结构简单,但其支反力给壳体造成很大的局部应力,因而只用于较轻的小型设备。




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