臥式儲(chǔ)罐完整版本

PAGEPAGE199第二節(jié)臥式儲(chǔ)罐5.2.1基本結(jié)構(gòu)一、地面臥式儲(chǔ)罐1.基本結(jié)構(gòu)圖5-1地面儲(chǔ)罐的基本結(jié)構(gòu)（鞍式支座）圖5-1地面儲(chǔ)罐的基本結(jié)構(gòu)(圈座)2.鞍式支座設(shè)計(jì)要點(diǎn):數(shù)量、位置、固定方式、包角、選用。⑴支座數(shù)量:雙鞍座結(jié)構(gòu)較普遍。理論上:多支座→M↓,σ↓,受力好。實(shí)際上:a.地基不均勻沉陷；b.筒體不直、不圓；c.基礎(chǔ)水平度誤差。造成支座反力不均，局部應(yīng)力增加，體現(xiàn)不出多支座優(yōu)點(diǎn)，所以采用2個(gè)。⑵安裝位置:①②充分利用封頭對(duì)支座處筒體的加強(qiáng)作用，防止扁塌現(xiàn)?！嘁话鉇≤0.2L，且最好A≤0.5Rm，A最大不超過(guò)0.25L。⑶固定方式:。操作和安裝溫度不同引起熱膨脹，可能出現(xiàn)彎曲造成附加應(yīng)力，所以要使筒體可沿軸向自由伸縮。軸向移動(dòng)結(jié)構(gòu)：①開(kāi)長(zhǎng)圓孔(圖5-1)；②滾動(dòng)軸承（結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造難,用于重要設(shè)備上）⑷包角:1200、1500大:(優(yōu))鞍座處筒體σ↓→對(duì)筒體有利；(缺)鞍座受水平推力↑,且鞍笨耗材→對(duì)鞍座不利。小:鞍座處筒體σ↑且重心較高,筒體易從鞍座上傾倒。⑸選用:利用標(biāo)準(zhǔn)（JB/T47123.）選用支座時(shí)，要充分考慮：設(shè)計(jì)溫度、地震設(shè)防烈度、支座允許載荷、是否設(shè)有墊板等。3．圈座應(yīng)用情況:因自身重量而可能造成嚴(yán)重?fù)锨谋”谌萜鞫嘤趦蓚€(gè)支承的長(zhǎng)容器。二、地下臥式儲(chǔ)罐1.結(jié)構(gòu)圖5-2地下儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)示意圖1-犧牲陽(yáng)極2-浮子液面計(jì)3-金屬導(dǎo)線4-電線保護(hù)測(cè)試點(diǎn)5-壓力表6-護(hù)罩7-安全閥8-罐裝氣相閥門9-罐裝液相閥門10-排污和倒空管閥門11-罐間氣相連接管12-罐體13-罐間液相連接管14-支座結(jié)構(gòu):圓筒、封頭、支座、工藝接管、儀表管、安全泄放裝置。藝接管、儀表管、安全泄放裝置一般采用集中放置，通常設(shè)置在一個(gè)或幾個(gè)人孔蓋板上，目的為了適應(yīng)埋地狀況下的安裝、檢修和維護(hù)2.優(yōu)點(diǎn)減少占地面積和安全防火距離，避開(kāi)環(huán)境溫度的影響。3.埋地措施：①地下室②埋土地下支座；涂瀝青防銹層或犧牲陽(yáng)極法；土地埋設(shè)，達(dá)到預(yù)期埋土高度。5.2.2設(shè)計(jì)計(jì)算一、設(shè)計(jì)步驟：1．步驟①根據(jù)內(nèi)壓或外壓設(shè)備的設(shè)計(jì)方法初步計(jì)算厚度；②考慮支座安裝位置、支座反力、包角及結(jié)構(gòu)的影響，計(jì)及各種附加載荷；③校核附加載荷下筒體軸向、周向應(yīng)力和穩(wěn)定性→確定實(shí)際的圓筒厚度。注意：臥式儲(chǔ)罐支座與罐體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行（因?yàn)橹ё芰εc所支承儲(chǔ)罐重量和支座本身的結(jié)構(gòu)與尺寸有密切關(guān)系）2．臥式儲(chǔ)罐的具體計(jì)算過(guò)程：①給定設(shè)計(jì)條件：壓力、溫度、直徑、長(zhǎng)度、材料等；②計(jì)算圓筒和封頭厚度δn，δh；③設(shè)置鞍座位置A；④計(jì)算容器質(zhì)量、鞍座反力、軸向彎矩m、F、M1、M2；⑤計(jì)算軸向應(yīng)力σ1~σ4；⑥計(jì)算切向應(yīng)力τ、τh；⑦計(jì)算周向應(yīng)力σ5-8、σ’6；⑧計(jì)算鞍座應(yīng)力σ9。四類應(yīng)力按此順序逐一符合要求，則設(shè)計(jì)結(jié)束。若四類應(yīng)力中有任何一個(gè)不符合許用要求，則需要做相應(yīng)調(diào)整。3．調(diào)整方法：調(diào)整鞍座位置調(diào)整鞍座形式設(shè)置加強(qiáng)件、強(qiáng)板或加強(qiáng)筋；增加圓筒或封頭厚度。調(diào)整方法和順序，見(jiàn)書中238頁(yè)二、臥罐的載荷分析(外載)a.壓力：內(nèi)壓或外壓;b.儲(chǔ)罐重量：圓筒+封頭+附件的總重量;c.物料重量：正常操作時(shí)=物料重量水壓試驗(yàn)時(shí)=充水重量;d.其他載荷：環(huán)境影響下的載荷，如風(fēng)載、雪載、地震載等.臥罐總重量作用的總長(zhǎng)度為：L'=L+2×2H/3＝L+4H/3H——兩凸形封頭折算成同直徑圓筒長(zhǎng)度。簡(jiǎn)化過(guò)程：HHAFFA圖5-3雙鞍座臥式儲(chǔ)罐受力分析（a）受力分析力學(xué)模型的簡(jiǎn)化：簡(jiǎn)化為長(zhǎng)度L，受均布載荷q作用的外伸簡(jiǎn)支梁均布載荷均布載荷A圖5-3雙鞍座臥式儲(chǔ)罐受力分析（b）雙支點(diǎn)外伸梁當(dāng)解除支座的約束后,梁上受到如下的外力作用(不包括p)：1.均勻載荷q和支座反力F：或2.豎直剪力和力偶:圖5-3(b)方法:材力→截面法封頭：靜液壓:合成：圖5-4液體靜壓力及其合力三、內(nèi)力分析VFM2VFM2M11.彎矩:1)跨中截面：整理幾何參數(shù)：簡(jiǎn)化得：（5-3）C1：正：上半部圓筒受壓縮下半部圓筒受拉伸2)支座處截面：（5-4）式中:查圖負(fù)：上半部圓筒受拉伸下半部圓筒受壓縮2.剪力：跨中截面剪力為0，不考慮；支座處截面的最大剪力，通常在靠近圓筒縱向中心一側(cè)的圓筒截面上。a.當(dāng)A＞0.5Ri時(shí)：（計(jì)及外伸圓筒和封頭兩部分重量的影響）b.當(dāng)A≤0.5Ri時(shí)：保守概念保守概念（不計(jì)及外伸圓筒和封頭兩部分重量的影響）補(bǔ)充：由材力，單位弧度切向剪力為：式中：—橫截面積；—對(duì)中性軸的靜矩。—橫截面對(duì)中性軸的慣性矩，3.支座截面處筒體的周向彎矩(N.mm)原因:由引起。求解:取薄壁曲梁分析，假設(shè)變形后仍為圓環(huán)（推導(dǎo)從略）取V=F數(shù)值:1)有加強(qiáng)圈時(shí)：任意角度處，；（5-16）—查圖5-112)無(wú)加強(qiáng)時(shí):A＞0.5Ri且無(wú)加強(qiáng)圈→不能由整個(gè)圓筒承受切向切應(yīng)力。計(jì)算Mβ復(fù)雜，近似用有加強(qiáng)圈時(shí)公式3)被封頭加強(qiáng)時(shí)：，鞍座邊角處比無(wú)加強(qiáng)時(shí)小，式中：（表5-3）特點(diǎn):1)對(duì)稱y軸且發(fā)生在鞍座邊角處。2)大包角對(duì)筒體受力有利。3)局部性:只在鞍座附近筒體截面有,其余截面上沒(méi)有。4.支座截面處筒體的周向壓縮力T(N)原因：a.鞍筒體徑向反力T；b.周向分布的切向剪力；假設(shè)：a.支座與殼體間無(wú)摩擦→支座反力都通過(guò)圓心；b.T僅存在于局部區(qū)域，根據(jù)實(shí)驗(yàn)假設(shè)為。數(shù)值：a.有加強(qiáng)圈：后面講b.無(wú)加強(qiáng)圈：鞍座邊角處四、圓筒應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核：圓筒上的軸向應(yīng)力；支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力和封頭的附加拉伸應(yīng)力；周向彎曲應(yīng)力和周向壓縮應(yīng)力的強(qiáng)度校核；加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)。1.圓筒上的軸向應(yīng)力⑴跨中：⑵支座處筒體：扁塌效應(yīng):筒體無(wú)加強(qiáng)時(shí)(A>0.5Ri且無(wú)加強(qiáng)圈),在支座處筒體上部截面發(fā)生變形→成為無(wú)效截面的現(xiàn)象。后果：扁塌后的部分未能起到梁作用,使筒壁（有效截面半圓心角）有效截面積無(wú)效截面積“扁塌有效截面積無(wú)效截面積“扁塌”現(xiàn)象引起的無(wú)效區(qū)圖5-5“扁塌”現(xiàn)象當(dāng)：有加強(qiáng)(封頭/圈)筒拉彎模數(shù)無(wú)加強(qiáng)筒拉彎模數(shù) ——補(bǔ)充:注意危險(xiǎn)工況壓力的性質(zhì)與位置工況P＞0(正壓)出現(xiàn)在2,3點(diǎn)操作或水壓試驗(yàn)(加壓)出現(xiàn)在1,4點(diǎn)盛滿物料或水（未加壓）P＜0(負(fù)壓)出現(xiàn)在2,3點(diǎn)盛滿物料未加壓或水壓試驗(yàn)加壓(按正壓試驗(yàn))出現(xiàn)在1,4點(diǎn)操作當(dāng)有加強(qiáng)(正壓),如當(dāng)無(wú)加強(qiáng)(正壓),如2.支座截面處圓筒和封頭上的切向切(剪)應(yīng)力和封頭的附加拉伸應(yīng)力⑴筒maxτ及位置＝f(筒加強(qiáng)形式)，分三種情況：①有加強(qiáng)圈:筒剛↑無(wú)扁塌（整個(gè)圓筒截面承受剪力）（5-10）式中:查表5-2ABτ1最大值在AB②全無(wú)加強(qiáng):A＞0.5Ri且無(wú)加強(qiáng)圈(僅有部分截面承受剪力)（5-11）式中:查表5-2，③被封頭加強(qiáng)：A≤0.5Ri，筒剛↑τ↓，忽略外伸部分重量影響，V=F（5-12）式中:查表5-2比較:——無(wú)加強(qiáng)>被封頭加強(qiáng)>加強(qiáng)圈CDαCDαβθABβ/20最大值在A、B位置,最大值在C、D位置⑵封頭中切應(yīng)力（A≤0.5Ri）:一般情況，封頭材料與筒體相同，，所以不必對(duì)封頭中τ另行校核。⑶封頭附加拉伸應(yīng)力（A≤0.5Ri）：原因:封頭中切向切應(yīng)力→水平分量封頭附加拉伸應(yīng)力。作用范圍:沿封頭整個(gè)高度。簡(jiǎn)化：①設(shè)封頭為平封頭→受載面積②凸型封頭數(shù)值:（5-13）式中:查表5-2校核:作用在封頭上的附加拉伸應(yīng)力和由內(nèi)壓所引起的拉伸應(yīng)力相疊加（5-14）其中，K是橢圓形封頭形狀系數(shù)，如果是碟形或球形，請(qǐng)同學(xué)考慮。當(dāng)封頭承受外壓時(shí)，不必計(jì)算3.筒體周向應(yīng)力:支座截面處圓筒的周向彎曲應(yīng)力+支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力=周向應(yīng)力周向應(yīng)力:2處可能有式中：有效長(zhǎng)度σσ5σ6σ6’βθ橫截面最底點(diǎn)處σ5；鞍座邊角處σ6；鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應(yīng)力σ6’注意：取值a.當(dāng)鞍座板寬度不小于b2,且其包角達(dá)鞍座板起加強(qiáng)作用,與圓筒一起承受T、,上述公式中,以b.若以上兩條件均不能滿足鞍座板不起加強(qiáng)作用，僅由圓筒承受T、→代入4.加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)原因：支座因結(jié)構(gòu)原因而不能設(shè)置在靠近封頭處(A＞0.5Ri)，且筒體不足以承受周向彎矩時(shí)→需在支座截面處的筒體上設(shè)置加強(qiáng)圈→與筒體一起承載。xxb1dδxxb1dδeeAAb1b1xxedδeAxxxb1b1dδe在鞍座截面上的加強(qiáng)圈靠近鞍座的內(nèi)加強(qiáng)圈靠近鞍座的外加強(qiáng)圈圖5-13加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：①鞍座截面處設(shè)置內(nèi)加強(qiáng)圈時(shí)：鞍座邊角處的圓筒周向應(yīng)力σ7σ8βσ7σ8βθ②靠近鞍座截面處設(shè)置加強(qiáng)圈時(shí)筒體截面最低點(diǎn)鞍座邊角處：筒體加強(qiáng)圈小結(jié)筒體應(yīng)力校核校核應(yīng)力位