非标角钢支柱腿式支座地脚螺栓中心圆直径的计算方法.pdf

设备技术石油化工设计()非标角钢支柱腿式支座地脚螺栓中心圆直径的计算方法周淑敏(中国石化工程建设有限公司 北京)摘要:针对非标角钢支柱腿式支座地脚螺栓中心圆直径的计算方法指出了现有文献存在的问题并采用严格的几何推导得到精确求解计算公式通过控制变量法说明标准规范简化后的经验公式与精确求解计算公式的结果有微小差异使用精确求解计算公式可方便设计者进行非标角钢支腿的设计关键词:非标腿式支座 角钢支柱 地脚螺栓中心圆直径 几何推导 精确求解计算公式:./.钢制立式压力容器是乙烯等炼化装置中最常见的一类设备 对于公称直径不太大的钢制立式压力容器常常采用腿式支座支撑 在实际工程设计中常遇到特殊尺寸的设备此时需要设计者对非标腿式支座进行设计 在腿式支座的各项结构尺寸中地脚螺栓定位尺寸是土建和配管专业进行设计时必备的尺寸之一 准确、及时地确定并提出现有的地脚螺栓定位是设备安装就位的关键点 但现有的标准规范中并未提供角钢支柱腿式支座的地脚螺栓中心圆直径(下称)精确解计算公式仅给出了一个简化后的经验公式且无法通过差值等方法直接计算出任意直径设备的 这导致设计者在进行非标角钢腿式支座的设计时无法高效、合理地确定地脚螺栓定位尺寸 相关文献 提出了腿式支座 的计算公式文献 与容器支座最新标准的结构尺寸不一致文献在推导过程中采用了几何假设简化得到的计算结果并非精确解 为此本文介绍一种非标角钢支柱腿式支座的 精确求解计算方法以使大型设备的安装更高效、精准和安全 腿式支座的结构和分类及其主要尺寸腿式支座由支柱、盖板、底板和垫板(可无)组成根据支柱形式的不同其可分为角钢支柱(、型)、钢管支柱(、型)、型钢支柱(、型)的腿式支座 限于篇幅本文仅展示 型带垫板的角钢支柱腿式支座结构如图 所示其中作为支柱的角钢采用的是等边角钢其截面形也列于图 角钢规格()为 角钢端部圆弧倒角的半径()为 图 型腿式支座结构示意 垫板 盖板 焊缝 支柱 底板收稿日期:作者简介:周淑敏女 年毕业于北京化工大学动力工程及工程热物理专业工学硕士工程师主要从事石油化工设备的设计工 作 联 系 电 话:.石 油 化 工 设 计 年第 期(第 卷)现有计算方法介绍依据标准规范/.腿式支座(下称/.)、型腿式支座的主要结构尺寸如表 所示同时给出了地脚螺栓中心圆参数 数值以及直径 的计算公式:()式中:地脚螺栓中心直径 地脚螺栓中心圆参数 不带垫板时 取圆筒或封头名义厚度二者中的较大值带垫板时 取圆筒与垫板的名义厚度之和式()为依据工程经验得到的简化后的地脚螺栓中心圆直径公式称之为“经验公式”凡是符合标准公称直径的设备可依据/.确定其尺寸及计算)/.并未给出经验式()的由来且未提供其与精确计算结果之间的差距 另外在设计某些项目的乙烯装置及其下游生产装置的设备时常遇到比较特殊的设备直径如、等/.中没有对应的参数 进而亦无法通过公式()计算)相关文献提出了腿式支座地脚螺栓中心圆直径的计算公式但该公式推导过程中采用的是几何假设其计算结果仅为近似解而非精确解图文说明见本文的第 部分因此为用于非标角钢支柱腿式支座的设计和计算需要通过更为严格的几何推导以便获得求解 精确结果的计算公式表 标准、型腿式支座主要结构尺寸参数 支座号适用公称直径/角钢支柱规格 底板边长地脚螺栓中心圆参数 精确求解计算公式推导)如图 所示设备和支腿的连接关系实际上就是设备外圆与等边角钢的两个端部倒角圆弧相切切点为 令设备圆心为 设备外圆半径为 地脚螺栓孔圆心为 的长度就是地脚螺栓中心圆直径 的一半 令等边角钢特征尺寸为 和 其端部倒角圆弧段的圆心为 半径为 圆弧的两个端点分别为 和 圆弧的中点为 设备半径远大于倒角圆弧半径切点 只能位于圆弧 上不含 点和 点否则设备外圆将与角钢端部相互干涉 文献是直接按照 点为切点进行的公式推导 已知倒角圆弧圆心 与设备圆心 的连线必经过切点若 点为切点则 点、点、点三者连线为一条平行于的线但实际上两者必然存在夹角因此文献中的观点是不正确的其推导出的计算公式也只是一个近似解而非精确解)如图 所示过点 作 的垂线交 延长线于点 设等边角钢的端点为点、点、点点 和点 也是等边角钢与 延长线的交点 延长 交 的延长线于点 过点 作 的垂线交 于点、交 于点 延长 交 于点 过点 作 延长线的垂线交延长线于点 图 设备与支腿连接关系图 设备支腿处几何关系 年第 期(第 卷)周淑敏.非标角钢支柱腿式支座地脚螺栓中心圆直径的计算方法 公式推导:在等边直角三角 中 在等边直角三角 中 进而:在等边直角三角 中 /()/又知 在直角三角形 中由勾股定理得:()()/()/()/在等边直角三角 中:/进而:()/按标准/.:/()()/按标准/热轧型钢角钢端部圆弧倒角的半径与角钢宽度特征尺寸之间的关联式是:/令设备内径为 名义厚度为 不带垫板时 取圆筒或封头名义厚度两者中的较大值带垫板时 取圆筒与垫板的名义厚度之和/故 /(/)()/(/)()/()式()即为严格几何推导得到的角钢支柱腿式支座地脚螺栓中心圆直径精确解计算公式称之为“精确公式”经验公式与精确公式的对比验证为说明经验公式计算结果与精确公式计算结果之间差距采用控制变量法分别利用公式()和公式()计算角钢支柱腿式支座地脚螺栓中心圆直径 将计算结果列于表 和表 中用于对比验证 其中表 是假定设备采用带垫板的 型腿式支座设备筒体名义厚度为 垫板厚度也为 设备内径 选取值为 表 是假定设备采用带垫板的 型腿式支座设备内径 为 筒体名义厚度和垫板厚度相同选取值为 表 不同内径、相同厚度下的地脚螺栓中心圆直径计算结果对比设备内径/经验公式/精确公式/.差距.表 、不同厚度下的地脚螺栓中心圆直径计算结果对比简体名义厚度或垫板厚度/经验公式/精确公式/.差距.由表 和表 可知:利用经验公式计算得到的地脚螺栓中心圆直径 与精确公式计算结果有微小差异 当设备厚度不变时此差距随设备内径变化而变化当设备直径确定时此差距随厚度变化而有所不同但差距均小于 验证了标准规范中的经验式()是合理的工程中可以用此式进行简化计算当设备采用角钢支柱腿式支座但设备直径不在标准系列中时设计者可先参考表 选定角钢支柱规格再将设备内径、筒体厚度、垫板厚度等设计参数代入式()中即可直接计算得到地脚螺栓中心圆直径(下转第 页)石 油 化 工 设 计 年第 期(第 卷)首先从技术性的角度看以往.钢使用较多的是 标准中的 .虽然国内的 钢板已经实现了国产化然而其配套焊材和相关检验技术还不成熟在压力容器领域中的应用具有局限性 其次从供货的情况看 不锈钢比 在装置中的使用更加广泛统一订货更为方便 且奥氏体不锈钢因其低温性能比较好容器的厚度可以控制在一个合理的范围内以弥补强度低的弱点 结语文章从低温压力容器用钢的分类、低温压力容器用钢的性能对比和影响低温压力容器选材的因素 方面对低温压力容器材料的选用进行了分析和讨论对压力容器设计人员更为系统地了解低温压力容器用材料有一定的借鉴作用 选择低温压力容器材料时必须考察材料在最低的使用温度下能否保持良好的低温韧性 在设计过程中严格按照相关技术标准根据设计条件进行强度计算在符合项目装置实际使用的情况下保证选材的合理性参考文献:全国锅炉压力容器标准化技术委员会.压力容器:.北京:中国标准出版社.全国化工设备设计技术中心站.钢制低温压力容器技术规定:/.北京:北京科学技术出版社.霍中雪.国产 钢制 丙烯球罐建造技术.化工机械():.王非聂晶赵东平.低温压力容器用钢探讨.锅炉制造():.全国钢标准化技术委员会(/).锅炉和压力容器用钢板:.北京:中国标准出版社.全国钢标准化技术委员会(/).低温压力容器用钢板:.北京:中国标准出版社.全国钢标准化技术委员会(/).压力容器用调质高强度钢板:/.北京:中国标准出版社.全国钢标准化技术委员会(/).承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带:/.北京:中国标准出版社.低温压力容器材料概述.品牌与标准化():.许强.石油化工用低温压力容器设计选材分析.石油化工设备技术():.(上接第 页)例如设备内径为 采用带垫板的 型腿式支座设备筒体名义厚度为 垫板厚度也为 因其不是标准公称直径无法采用公式()计算 参考表 选定角钢支柱规格 将设计参数代入式()中得到地脚螺栓中心圆直径为:/(/)()/()结语介绍了腿式支座的结构、分类和主要尺寸指出现有文献 在推导角钢支柱腿式支座地脚螺栓中心圆直径过程中存在的问题 根据严格的几何推导得到地脚螺栓中心圆直径精确求解计算公式 通过对比计算验证了标准规范/.中的经验公式是合理的工程中可以用经验公式进行简化计算 而利用精确求解计算公式进行非标角钢支柱腿式支座的设计和计算可大幅提高工作效率和设计准确性参考文献:杨良瑾段瑞冯清晓.非裙座支承立式容器设计问题探讨.石油化工设备技术():.谢智刚.立式容器支腿设计问题的探讨.石油化工设计():.桑如苞.立式容器支腿计算方法分析.石油化工设备技术():.陈雷.腿式支座和支承式支座的比较.化学工程与设备():.赵大章.立式容器的角钢支腿.中国井矿盐():.李涛.型、型腿式支座地脚螺栓中心圆直径的计算.化工设备与管道():.丁玉林.角钢支脚安装尺寸计算.化工设计通讯():.李祥.角钢支座地脚螺栓圆直径的计算.化工设备设计():.全国锅炉压力器标准化技术委员会(/).容器支座 第 部分:腿式支座:/.北京:新华出版社.全国钢标准化技术委员会(/).热轧型钢:/.北京:中国标准出版社.():.:(.):.:():.:(.):/.:():().