SW6中“塔設(shè)備”、“零部件”計算外壓錐殼

黃勝亮 蘇州圣匯裝備有限公司

摘要：本文舉例說明了SW6中“塔設(shè)備”、“零部件” 計算外壓錐殼的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：錐殼 ，變徑段 ，支撐線 ，加強(qiáng)圈

SW6中“塔設(shè)備”、“零部件”兩模塊都能夠計算錐殼（變徑段），兩個模塊的輸入?yún)?shù)不完全相同，這也造成了計算結(jié)果的差異。

1.SW6中“塔設(shè)備”計算外壓變徑段時，L_L 、L_sm沒有輸入框

SW6中“塔設(shè)備”計算外壓錐殼時，L_L取值為錐殼大端連接筒體的“外壓筒體計算長度”；L_sm取的值為錐殼小端連接筒體的“外壓筒體計算長度”。實際設(shè)計塔器時，加強(qiáng)圈比較靠近錐殼與筒體的焊縫。為了避免加強(qiáng)圈與殼體焊縫重疊或接近，無法滿足GB150.3-2011 中5.6.6.4.1條和5.6.6.5.1條中加強(qiáng)圈作為有效加強(qiáng)截面積的要求。加強(qiáng)圈到錐殼與筒體焊接的環(huán)焊縫距離L_L 、L_sm遠(yuǎn)小于“外壓筒體計算長度”。當(dāng)錐殼與筒體連接處不作為支撐線時，SW6中“塔設(shè)備”計算得到的與錐殼相連的筒體所需厚度是偏大的，造成錐殼計算不能通過。當(dāng)錐殼與筒體連接處作為支撐線時，作為支撐線判定的所需慣性矩I值偏大，連接處需要更大的加強(qiáng)圈來滿足過高的所需慣性矩。SW6中“零部件”計算錐殼時，設(shè)計工程師自己輸入L_L 、L_sm ，可以得到準(zhǔn)確的計算結(jié)果。

1.1.錐殼與筒體連接處不作為支撐線

1.1.1.SW6中“塔設(shè)備”計算實例分析

1.1.1.1. 設(shè)計參數(shù)

例1，一臺塔設(shè)備 設(shè)計壓力 -0.1 Mpa ，設(shè)計溫度 192 ℃ ，直徑 DN4800/DN3700 mm，變徑段高度1050 mm，材料為3+16 mm S30408+Q345R 復(fù)合鋼板，加強(qiáng)圈形心距錐殼與筒體的環(huán)焊縫距離為200mm。SW6中“塔設(shè)備”數(shù)據(jù)輸入：與變徑段大端相連的筒體數(shù)據(jù)見圖1 、圖2，外壓計算長度為3500mm ；變徑段數(shù)據(jù)見圖3 ；與變徑段大端相連的筒體數(shù)據(jù)見圖4 、圖5，外壓計算長度為3500mm ；變徑段計算結(jié)果見圖6 。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

1.1.1.1. 計算結(jié)果分析

變徑段的計算結(jié)果為錐殼大端圓筒厚度不滿足，沒有詳細(xì)的計算數(shù)據(jù)，為了看到變徑段的計算數(shù)據(jù)，在變徑段結(jié)構(gòu)中選中“大端作為支撐線”，計算結(jié)果見圖7 。

圖7

由圖7可見，大端筒體/小端筒體計算長度為3500mm ，取的值為大端筒體/小端筒體的“外壓筒體計算長度”，而加強(qiáng)圈形心距錐殼與筒體的環(huán)焊縫距離L_L/ L_sm 只有200mm，偏差很大。

分析圖6錐殼大端厚度不滿足的原因如下。按GB150.3-2011中圖4-1c-2) ,錐殼大小端都不作為支撐線時，大端筒體外壓計算長度為L_L + L_e + L_sm = 3500+1050+3500=8050mm ， L/D_o=8050/(4800+2x(3+16))=1.6639 。當(dāng)筒體厚度為16 mm時，D_o /δ_e = (4800+2x(3+16) ) / (16-0.3) = 308.15 ，查GB150.3-2011中圖4-2，A約為1.5E-04 ，查GB150.3-2011中圖4-4，A小于設(shè)計溫度曲的最小值，B=2AE^t/3= 2x1.5 E-04x1.86E05/3=18.6Mpa ，按GB150.3-2011中式4-2計算[p]=18.6/308.15=0.06< 0.1Mpa ，不能滿足設(shè)計要求。

當(dāng)筒體厚度為21mm時，D_o /δ_e = (4800+2x(3+16)) / (21-0.3) = 233.72 ，查GB150.3-2011中圖4-2，A約為2.2E-04 ，查GB150.3-2011中圖4-4，B值約為28 Mpa ，按GB150.3-2011中式4-2計算[p]=28/233.72=0.12 Mpa >0.1Mpa,剛好滿足設(shè)計要求。

1.1.2SW6“零部件”校核

用SW6“零部件”重新計算可以得到準(zhǔn)確的計算結(jié)果，部分輸入的參數(shù)需要從SW6“塔設(shè)備”計算書中查找。具體方法如下：

1. 1.2.1. 把SW6“塔設(shè)備”的計算生成計算書，找到“變徑段校核”，如圖8所示。

圖8

1. 1.2.2 新建一個SW6“零部件”文件，輸入設(shè)計壓力 -0.1 Mpa ， 設(shè)計溫度 192 ℃ ，設(shè)備內(nèi)徑 4806 mm , 封頭名義厚度16mm , 焊接接頭系數(shù)0.85，其余數(shù)據(jù)輸入如圖9、圖10所示。圖10中的“風(fēng)載、靜載在錐殼大端產(chǎn)生的軸向壓縮載荷”、“風(fēng)載、靜載在錐殼大端產(chǎn)生的軸向壓縮載荷”來自于“塔設(shè)備”計算“變徑段校核”如圖8。這也是把SW6中“塔設(shè)備”的計算生成計算書的原因?！板F殼小端筒體長度L_sm”為加強(qiáng)圈形心距錐殼與筒體的環(huán)焊縫的距離，按實際距離200 mm輸入。 “錐殼大端筒體長度L”是GB150.3-2011中圖5-17中定義的L_L ，按實際距離200 mm輸入。錐殼大端連接處和錐殼小端連接處都沒有作為支撐線。

圖9

圖10

1.1.2.3.計算結(jié)果如圖11所示?？梢钥吹?/span>L_sm、L_L 按實際長度200計算時，錐殼大小端都不作為支撐線，錐殼是可以校核通過的。SW6中“塔設(shè)備”的計算結(jié)果是不能校核通過，不準(zhǔn)確。

圖11

1.2.錐殼與筒體連接處作為支撐線

由GB150.3-2011 中5.6.6.4.2 條和5.6.6.5.2 條中的計算公式可以知道，L_sm、L_L對錐殼與筒體連接處作為支撐線的判定也有重要影響。

1.2.1.SW6中“塔設(shè)備”計算實例分析

1.2.1.1.設(shè)計參數(shù)

例2，例1的錐殼SW6中“塔設(shè)備”計算時改為大小端都作為支撐線，不輸入加強(qiáng)圈時，計算結(jié)果如圖12所示。

1.2.1.2.計算結(jié)果分析

由圖12可以見，SW6中“塔設(shè)備”增加了85mm厚的錐殼加厚段來滿足連接處作為支撐線的所需慣性矩要求。這樣的調(diào)整是不經(jīng)濟(jì)了，一般用加強(qiáng)圈的來增加連接處的慣性矩。大端筒體用的加強(qiáng)圈為T120X20，因此也在錐殼大端連接處增加T120X20的加強(qiáng)圈，校核可以通過。

圖12

1.2.2.SW6中“零部件”校核

SW6中“零部件”用實際的L_sm、L_L計算連接處作為支撐線的判定。具體方法如下：

1.2.2.1.新建一個SW6“零部件”文件，輸入設(shè)計壓力-0.1 Mpa ， 設(shè)計溫度 192 ℃ ，設(shè)備內(nèi)徑 4806 mm , 封頭名義厚度16mm , 焊接接頭系數(shù)0.85，其余數(shù)據(jù)輸入如圖9、圖13所示。錐殼大端與錐殼小端都作為支撐線，其余數(shù)據(jù)與例1的輸入方法相同。

圖13

圖14

1.2.2.2. 計算結(jié)果如圖14所示，錐殼大端仍然沒有校核通過。圖12中“加強(qiáng)前所需慣性矩”為19882072 。圖14中“加強(qiáng)前所需慣性矩”為6137794，不到圖12 中的三分之一，需要的加強(qiáng)圈減小很多。

2.SW6中“塔設(shè)備”計算錐殼時，錐殼大小端只能用相同的加強(qiáng)圈

2.1.SW6“塔設(shè)備”錐殼與筒體連接處加強(qiáng)圈數(shù)據(jù)輸入界面簡述

SW6“塔設(shè)備”加強(qiáng)圈的數(shù)據(jù)輸入如圖15，只有一個加強(qiáng)圈的輸入面板，計算時錐殼大端和錐殼小端都用了此加強(qiáng)圈數(shù)據(jù)計算，如例1中圖7 。錐殼大端和錐殼小端的計算用的數(shù)據(jù)不同，所需的加強(qiáng)圈是有差異的，有時只有一端需要設(shè)置加強(qiáng)圈。

兩端都用相同的加強(qiáng)圈提高成本，與使用習(xí)慣也不一致。一般錐殼小端設(shè)置的加強(qiáng)圈與錐殼小端相連的筒體所用的加強(qiáng)圈相同，錐殼大端端設(shè)置的加強(qiáng)圈與錐殼大端端相連的筒體所用的加強(qiáng)圈相同。

2.2.SW6“零部件”錐殼與筒體連接處加強(qiáng)圈數(shù)據(jù)輸入界面簡述

SW6“零部件”可以根據(jù)需要選擇“錐殼大端處裝加強(qiáng)圈”、“錐殼小端處裝加強(qiáng)圈”或錐殼兩端裝不同的加強(qiáng)圈，如例2中圖13所示。設(shè)計工程師可以有更寬的選擇范圍。

圖15

3.結(jié)語

SW6是國標(biāo)設(shè)計中最常用的計算工具，幫助設(shè)計工程師提高了設(shè)計工作的效率，細(xì)節(jié)上還有提升空間。SW6“塔設(shè)備”的變徑段計算如按SW6“零部件”中錐形封頭的計算進(jìn)行優(yōu)化，能提高塔器變徑段設(shè)計工作的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 150.1~ 4 - 2011 《壓力容器》

[2] 壽比南、楊國義、徐鋒、謝鐵軍， GB150-2011 《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)釋義

作者簡介：

黃勝亮，男，1988年11月出生。蘇州圣匯裝備有限公司,非標(biāo)壓力容器設(shè)計工程師。Email:ahuanga.love@163.com

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