化工容器设计第十讲

卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
(一) 载荷分析


竖直剪力V 和力偶M 对液体静压力进行积分运算，可得 到如下的结果： 将m1与m2两个力偶合成一个力偶M：

显而易见，对于半球形封头，Ri＝H， M＝0； 而平封头，H＝0，M＝q/4×R2。

因此，双鞍座卧式容器力学简化为一受均布 载荷的外伸简支梁，梁的两个端部还受到横 剪力V和力偶M的作用
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析

双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外 伸简支梁，按材料力学计算方法可知，当外伸长度A ＝0.207L时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝 对值相等，所以一般近似取A≤0.2L，其中L取圆筒体 长度(两封头切线间距离)，A为鞍座中心线至封头切 线的距离。如A>0.2L，则由于外伸作用而使支座截面 处壳体的弯矩太大，A最大不得大于0.25L。
第三节 卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
一、鞍座结构及载荷分析
二、筒体的应力计算与校核
三、鞍座设计
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
化工厂的贮槽、换热器等设备一般都是 两端具有成型封头的卧式圆筒形容器。容 器的支座，是用来支承容器的重量、固定 容器的位置并使容器在操作中保持稳定。 。 常用卧式容器支座形式主要有鞍式支座、 圈座和支腿三种，如图所示。
第三节 卧式容器支座设计
二、筒体的应力计算与校核
(一)筒体的轴向应力
1.鞍座跨中截面上筒体上的最大轴向应力
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
(一) 载荷分析
均布载荷q、支座反力F 如容器总重量为2F，则作用在外伸梁上 (梁全长仍为L)单位长度的均布载荷为：


对于平封头，H＝0，则

由静力平衡条件，对称配置的双鞍座中 每个支座的反力就是F，或写成：
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析 (一) 载荷分析

当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强作用。 为了充分利用这一加强效应，在满足A≤0.2L下应尽 量使A≤0.5Ri(筒体内半径)。
鞍座包角 的大小对鞍座筒体上的应力有直接关系， 一般采用120o、135o、150o三种。 双鞍座中一个鞍座为固定支座，另一个鞍座应为活动 支座。

第三节

弯矩
筒体在支座截面处的弯矩为：
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析 (二) 内力分析

弯矩 C2，C3可由图3-17、 图3-18按 H/Ri和L/Ri 的比值查得。M2一般 为负值，表示筒体上 半部受拉伸，下半部 受压缩。
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
(一) 内力分析

第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析 (二) 内力分析
(1)弯矩 最大弯矩发生在梁跨度中央的截面和支座 截面上，而最大剪力在支座截面附近。 支座跨中截面的弯矩：

第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析 (二) 内力分析

弯矩
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
(二) 内力分析
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
(一) 载荷分析
均布载荷q、支座反力F
容器本身的重 量和容器内物料的重量可假设为沿容器 长度的均布载荷。因为容器两端为凸形 封头，所以确定载荷分布长度时，首先 要把封头折算成和容器直径相同的当量 圆筒。对于半球形、椭圆形和碟形等凸 形封头可根据容积相等的原则，折算为 直径等于容器直径，长度为2/3H (凸形 封头深度)的圆筒，故重量载荷作用的 长度为：
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
(一) 载荷分析
置于对称分布的鞍座上卧式容 器所受的外力包括载荷和支座反力。 载荷除了操作内压或外压(真空)外， 主要是容器的重量(包括自重、附件 和保温层重等)，内部物料或水压试 验充水的重量。容器受重力作用时， 双鞍座卧式容器可以近似看成支承在 两个铰支点上受均布载荷的外伸简支 梁。当解除支座约束后，梁上受到如 右外力的作用。



竖直剪力V 和力偶M 封头本身和封头中物料的重量为 (2/3H)q，此重力作用在封头(含物 料)的重心上。对于半球形封头，可 算出重心的位置e=3/8H，e为封头 重心到封头切线的距离。 按照力线平移法则，此重力可用一 个作用在梁端点的横向剪力V和一个 附加力偶m1来代替，即：

对于平封头的V与m1皆为零。
剪力 剪力最大值出现在支座处筒体上，以图
的左支座为例，在支座左侧的简体截面 上剪力为：
而支座右侧筒体截面上剪力为：
第三节 卧式容器支座设计
二、筒体的应力计算与校核
对于卧式容器除了考虑由操作压力引起的薄膜应力外，还要考 虑容器总重导致筒体横截面上的纵向弯矩和剪力。跨中截面和支座 截面是容器可能发生失效的危险截面。为此必须进行强度或稳定性 较核。

支腿的优点是结构简单，但反力给壳体造 成很大的局部应力，用于较轻的小型设备 鞍式支座，通常用于较重的大设备。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，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，
第三节
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析
第三节
ຫໍສະໝຸດ Baidu
卧式容器支座设计
一、鞍座结构及载荷分析 (一) 载荷分析
竖直剪力V 和力偶M 当封头中充满液体时，液体静压力 对封头作用一水平向外推力。因为 液柱静压沿容器直径呈线性变化， 所以水平推力偏离容器轴线，对梁 的端部则形成一个力偶m2。 对液体静压力进行积分运算，可得 到如下的结果：

第三节
置于鞍座上的圆筒形容器与梁相似，当尺寸和载荷一 定时，多支点在梁内产生的应力较小，支座数目似乎 应该多些好。 但容器采用两个以上的鞍座时，支承面水平高度不等、 壳体不直和不圆等微小差异以及容器不同部位在受力 挠曲的相对变形不同，使支座反力难以为各支点平均 分摊，导致壳体应力趋大，因此一般情况采用双支座。 采用双支座时，支座位置的选择一方面要考虑到利用 封头的加强效应，另一方面又要考虑到不使壳体中因 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：