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梁塔挂换热器概述
塔挂换热器结构的优点主要是占地面积小，结构紧凑，如果换热器较高，无需搭结构框架，比较省费用。另外当设备运行时，会和附塔一同膨胀，热应力较小。
这种结构的缺点有：
1. 设计麻烦，由于设备专业或者说是制造单位对于结构设计的知识有限，梁的结构设计不合理。
2. 安装困难，由于塔和换热器是直连，没有管道过度，如果有偏差将很难通过管道来调节。而梁，上下管口，导向之间都要对准，加工精度往往无法保证。厂家预组装是卧式的，而现场安装是立式的，立式时梁有挠度，给安装进一步造成困难。
3. 还有就是当悬挂的设备本身就非常重（大于100吨），支撑梁给塔造成非常大的局部应力，往往无法通过加大补强圈来弥补，需要整体加厚筒体壁厚，造成设备费用的大幅度上涨。
当出现这种情况，如果换热器的高度不高，建议最好能够给换热器搭框架，既能节省费用，也能规避前面所提的各种缺点。
某项目有很多塔挂换热器的设计，换热器的重量从5吨到260吨。
那么应该如何设计才能保证设备的强度，刚度，安装方便，运行平稳。如何设计出安全，合理，可靠的结构呢。
强度计算
悬挂结构的强度计算需要考虑哪些方面呢？
1 框架设计
对于一般的三角形框架梁的计算可以通过材料力学的方法来校核梁的强度和失稳。
梁的载荷一般是考虑悬挂的换热器的重量（操作和水压）和风和地震的弯矩和推力。
如果塔和换热器之间有大管口直连，尽量不要考虑让大管口承受载荷。因为在安装状态，是不会让管口承受载荷的，梁应该独立承担所有载荷。
支撑架比较复杂时，可以通用的结构计算软件PKPM或者STAAD计算梁的强度。
对于重量较重的设备建议梁的允许挠度值控制的较小，按照结构的要求一般为1/400，但是这种结构，建议将挠度控制在1/1000。应该为制造施工安装误差留下挠度余量。挠度过大也会在运行的过程中给管口过大的局部应力。
如果梁之间采用螺栓连接，还需要校核连接螺栓的强度。
2. 局部应力计算
局部应力的一个来源是支架本身承受的重量以及悬挂换热器的风和地震载荷。
梁对设备本体造成的局部应力影响会很大，是必须要校核的。
局部应力的六个应力分量可以通过力的分解获得。
然后将其代入sw6或者pvlite软件按照WRC107校核的。
局部应力的另一个来源是管道载荷，由于整个换热器挂在塔上，塔与换热器的连接管口的载荷是需要计算的。
管口的载荷分量一部分来自于热膨胀，一部分来自于梁的无法避免的挠度造成的管口应力，还有就是安装误差造成的应力。由于一般来说无法确定真实的安装误差带来的载荷究竟是多少，所以在设计时，可以适当加大余量。
梁在安装时，是完全承受设备的空重的，设备在完全落在梁上时，空重产生的挠度可以在安装时调平找正，此时的挠度可以认为“归零”，管口处于不受力状态进行安装。
而在操作时，额外的操作液体重产生的挠度和热膨胀会对管口产生载荷。
梁的挠度造成的管口载荷可以通过力的分配来计算，比如换热器安装空重下挠度为1mm（管口无载荷），操作下挠度为4mm，那么有3mm的挠度产生载荷将会作用在管口上。那么需要将设备的重量按照一定比例作用在管口上。
如果设备本身挠度非常小或者有弹簧支座，那么这个载荷也可以忽略不计。
3. 对塔的影响
应考虑悬挂设备对于塔的影响，悬挂设备的重力和风的推力，可作为偏心载荷考虑。
合理的结构设计
对于大型的悬挂式换热器，合理的结构设计显得尤为重要。计算合格，但是没有合理的细节结构来保证，也会面临众多的风险，甚至失效。
下面是设计中出现的问题，以及应该采取的措施。
a) 梁的位置
梁一般位于设备重心附近。
如果设备有大管口和换热器相连，建议梁和大管口的位置接近，易于与安装找正。
对于换热器只有底部一个管口直连到塔上的，可以尽量降低梁支撑点的位置，减小支撑点与接管的距离，可以大幅减小该管口应力。
b). 梁的拼接结构
由于塔和换热器直径很大，为了安装方便，减少现场焊接工作量，很多支撑梁是螺栓连接，分开运输到现场，现场组装。
这个连接结构的设计就非常重要，一般推荐结构如下：
这种结构的优点在于将梁的各个方向都用螺栓连接，连接板的惯性矩大于2倍的梁本身的惯性矩，抗弯性能都要大于原来的结构。所以采用这种结构，连接部分的板是无需计算的。但是连接螺栓是需要核算的，螺栓只有1半或者1/4承受载荷。螺栓的设计余量保证。
c). 连接结构的螺栓孔设计。
对于大型设备，不建议为了安装方便采用圆孔配长圆孔,最好都用圆孔。
因为一旦有长圆孔可以调节，那么在安装过程中，将会使梁沿着螺栓孔下沉，造成挠度过大。
即使设计时挠度非常小，安装后挠度也会大大大于计算书中的挠度，结构变的不安全。此梁和连接板的结构采用配钻最好，万一个别装不上去，现场再单个扩孔。
d). 连接结构的梁间隙设计。
由于一部分梁是焊接在塔上，另一部分是活动的，现场组装。 为了控制安装挠度，焊接梁和活动梁拼接间隙越小越好。
小的好处是连接板螺栓受力情况好，梁的挠度非常小。间隙越大，连接板越容易拱起，连接板由受压受拉变成还受弯曲，而平板受弯曲是最不合理的结构。螺栓的受力也从受剪变成既剪又拉。对于大型换热器，建议梁的间隙控制在<=3mm。两个梁的连接面机加工，粗糙度12.5~25，保证期垂直。控制好间隙后再配钻连接板的圆孔。
e）. 梁的水平度
大型的梁可能是工厂用板材焊制的，一定要保证水平度。梁本身的水平以及焊接梁和活动梁拼接后的水平都要保证，否则换热器将无法水平放置。水平度是必须要检测的，而且应该从严要求。
f）. 导向
有条件可以增加导向，导向可以采用长圆孔，缓解其热应力。导向之间的导向板接触面最好能覆盖一层特氟龙板，减少摩擦，能够上下顺利的膨胀。导向一般来说是不受力的，计算时不用考虑其受力情况。它的大小与梁大小差不多即可，一个或者两个决定于设备重量。
g）. 斜梁连接
斜梁的连接应该采用端面垂直结构，而不是竖向垂直结构，如下图，竖向垂直方向上会有力F的分解分量F1和F2，使本来不受力的连接板和受力情况单一的螺栓孔变成受力情况复杂恶劣的结构（连接板受剪受弯）。
h）. 连接板螺栓孔间距
连接板中间的螺栓孔之间的间距不要太大，如图所示，太大会造成力固定端到间断点力臂过大，对板和螺栓产生不良影响。
i）. 滑板
换热器本身过重，为了方便换热器的热膨胀，可以选择在换热器底板和梁侧分别热衬特氟龙板。特氟龙板的受压面积需要根据其抗压强度计算，然后再设计梁和耳座的接触面积。如果需要增加梁的面积可以在耳座局部增加，无需增加整个梁的宽度。
换热器耳座和钢梁之间也有采用抛光不锈钢板作为滑板的，实际使用效果也比较理想.
j）. 加强
设置合理的加强结构。比如梁与耳座，梁与梁相连的地方设置加强筋，梁如果撑在裙座部分，在裙座内部加支撑型钢。
k). 工厂试组装。
有条件应工厂试组装，试组装前应该测量好装配尺寸，梁连接部分的东西应该预焊好，起码得点焊上去，并考虑一定的现场组装的挠度。换热器底板与梁在保证水平的基础上，如果有间隙需要配备调整垫板，如果有任何连接困难的地方，一定要在工厂弄好，因为在现场整改实在是太难了。现场发现在工厂预组装过在现场还出现的问题，比如梁的螺栓孔与换热器耳座螺栓孔对不上，两个同边梁，耳座底板下的特氟龙没有黏贴上去等等。
l). 其他问题。
比如螺栓孔太靠梁边缘，造成螺母露在梁外面，螺栓长度不够，斜梁与设备的管口干涉等等。
总结
设计阶段最好能够将在制造，安装，运行过程中将会出现的问题，失误等等预先考虑。这样设计出来的东西不仅安全，而且方便，美观。
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发表于 2020-12-16 17:07:37
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