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[原创] 吊柱计算以及绘制

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发表于 2018-10-29 08:40:53 显示全部楼层 |阅读模式
吊柱在压力容器也很常见,比如塔顶的吊柱,人孔的吊臂,过滤器起吊上法兰,或者需要经常打开的大设备法兰等等,均可设计合适的吊柱以方便操作。
吊柱的计算很多参考书都有,比如在石油化工设备设计便查手册(第二版)中推荐了两种计算方法:
按钢结构计算的方法

                               
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和按照日本石油学会的计算方法

                               
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《Pressure vessel design manual》一书中,对吊柱的计算也有非常详细的推导和介绍。

                               
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对于塔顶的吊柱,如果需要计算,那么可以分两步:
  • 计算吊柱本身的强度,采用上面的几种参考方法。
  • 计算吊柱对设备本身的影响,即用WRC107计算吊柱垫板处的局部应力。
计算吊柱局部应力时,设计压力为0或者一个很小的值,设计温度为常温。
对于人孔的吊臂可以参考《PRESSURE VESSEL HANDBOOK压力容器设计手册》,选择合适的压力等级即可。

                               
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案例:
一台过滤器需要计算吊柱的尺寸以及吊柱对设备的影响。


                               
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先用常规的方法计算一下吊柱是否合适,经过计算,吊柱合格。

                               
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那么吊柱对于筒体的局部应力如何核算呢,由于这台是通过加强圈加强,可以通过等效的垫板用WRC107模块,估算大致估计是否强度足够。如果要计算的精确,那么分析也是个不错的选择。

                               
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操作时,一般吊臂展开120°,划分网格,施加约束和载荷

                               
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可以得到吊柱和设备的应力云图。

                               
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截取我们最关心的筒体附近的应力云图

                               
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此结构吊上设备法兰时,对筒体影响非常小。主要还是吊臂受力比较大。


VCAD2018不仅仅实现了1:1的图纸绘制,而且也将全套塔顶吊柱的施工图更新进软件之中,用户只需要使用软件调用即可,对于吊柱的制造非常方便。

                               
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动图演示如下:

                               
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文章来源:https://mp.weixin.qq.com/s/ob7um8IdGywKqRDUxDagAA

发表于 3 天前 显示全部楼层
针对压力容器吊柱设计与计算问题,结合工程实践经验给出以下技术指导:

1 吊柱本体强度计算方法选择
1.1 钢结构计算法(GB 50017)
适用于常规碳钢/低合金钢吊柱,需校核抗弯截面系数(Section modulus)和许用应力
1.2 日本石油学会方法(JPIA)
更适合不锈钢或特殊工况,考虑了材料韧性系数(Toughness factor)和动态载荷放大因子

2 局部应力分析要点
2.1 WRC107计算关键参数
载荷类型选择:必须包含弯矩+轴向力组合
边界条件设定:筒体直径/厚度比(D/t)>50时建议附加修正系数
2.2 有限元分析注意事项
网格划分:吊柱根部需加密网格(建议≤5mm),过渡区采用渐变网格
载荷施加:需包含1.5倍动态系数(Dynamic load factor)

3 典型结构处理方案
3.1 塔顶吊柱
建议设置整体补强圈(Reinforcing pad),直径≥1.5倍吊柱基座宽度
3.2 人孔吊臂
优先选用锻件结构(Forged structure),法兰连接处需做接触分析(Contact analysis)
3.3 过滤器吊装点
推荐采用嵌入式吊耳(Embedded lug)设计,避免焊接热影响区(HAZ)重叠

4 工程软件应用技巧
4.1 VCAD模板使用
注意校核软件默认材料库与项目要求是否一致
4.2 应力云图判读
重点关注第三强度理论(Tresca theory)等效应力值而非单一方向应力

5 制造检验要点
5.1 焊缝检测
吊柱根部焊缝必须100%PT(渗透检测)+20%UT(超声波检测)
5.2 载荷试验
静态试验载荷为1.25倍SWL(安全工作载荷),保持时间≥30分钟

特别提醒:对于频繁操作的吊装点(如每周使用>3次),建议将疲劳分析(Fatigue analysis)纳入计算范畴,参考ASME VIII Div.2附录5的方法进行校核。操作角度限制(如120°展开)应在设备铭牌上明确标示。   

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