学习压力容器中卡箍快开结构的强度计算
导读:压力容器的设计一定要考虑安全性、经济性、环保及健康问题。首先安全是核心问题,在保证安全的前提下尽可能的再做到经济合理。
本文从强度计算软件SW6-2011 V3.1补丁二(单机版)和(网络版)所解决的问题(标准 HG/T20582-2011中的整体式卡箍以及齿啮式卡箍计算MH时分母第一项按有括号计算)说起。
一、常规强度计算
标准HG/T20582-2011中齿啮式卡箍
的计算公式如图1所示:
图1:标准中齿啮式卡箍
的计算公式
标准HG/T20582-2011中整体式卡箍的计算公式如下:
图2:标准中整体式卡箍
的计算公式
因此,标准HG/T20582-2011中齿啮式卡箍
的计算公式是错误的,分母的第一项不应带括号,正确的应为图3所示。
图3:齿啮式卡箍
的正确计算公式
这两种快开结构的结构形式如下图所示。
图4:卡箍结构的两种常见形式
有句话说得好:“古为今用,洋为中用”。这些公式从哪儿来的?
首先查阅ASME VIII-1标准,标准中只有卡箍连接件的设计准则,并未区分齿啮式和整体式两种形式,那怎么办?
继续从网络上查资料,我找到了日本标准JIS B8284-2003《压力容器快速开关盖装置》,里面提到了标准 HG/T20582-2011中的整体式卡箍以及齿啮式卡箍的结构形式,而且给出了相应的计算公式。
下面摘写JIS B8284-2003中的部分内容,有兴趣的朋友可以从网上看看。
图5: JIS B8284中的两种卡箍快开结构
图6: JIS B8284标准中的MH计算公式
对于结构的强度计算,常规计算可以采用SW6-2011软件,也可以采用Excel编制程序计算书。建议采用Excel编程计算的朋友,把公式的错误在程序中改正过来。在SW6-2011 V3.1补丁二之前计算的齿啮式卡箍强度合格的结构尺寸,现在再计算的话有可能就不合格。
图7:SW6-2011中的齿啮式卡箍计算程序
图8:齿啮式卡箍计算的Excel程序
二、应力分析计算
卡箍式快开门压力容器因操作方便、承压能力强而倍受关注。该类容器由于结构的特殊性和受力的复杂性,且卡箍结构通常为疲劳性结构,因而对其强度及疲劳强度提出很高的设计要求。
为保证设计的安全性,卡箍快开装置一定要有安全连锁装置,这一点在设计施工图中一般不体现出来,但是在相关设计文件中设计者一定要提出来,并且告知用户:设备的安全连锁装置由用户考虑安装。
1、卡箍结构强度问题的模型建立
① 不考虑接触简单化处理。一般卡箍结构为对称结构,仅建立单个卡齿或1/2卡齿的有限元立体模型即可。
② 考虑接触时处理。当考虑接触时,则需要建立上下法兰及卡卡结构相接触的部位,因此不仅要建立单个卡齿或1/2卡齿有限元立体模型,还要建立与之相接触的上下法兰结构的有限元模型。在划分完有限元模型后,上下法兰与卡齿相接触区域要建立接触对。
2、卡箍结构强度问题的边界条件
① 力学边界条件。
a)不考虑接触简单化边界处理方式。所有受内压的面施加内压,卡齿的部分施加内压引起的等效压力;
b)考虑接触时边界处理方式。所有受内压的面施加内压,此时建立接触对后卡齿部位不需要施加内压引起的等效压力。
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