卧式容器的支座

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2020,30(4)浅谈卧式容器鞍式支座的允许载荷常永波∗　北京石油化工工程有限公司西安分公司　西安　710075摘要　卧式容器作为压力容器中最常见的结构型式之一,常采用鞍式支座来支承。

当选用NB /T47065.1-2018标准鞍式支座进行卧式容器设计计算时,发现在垫板不起加强作用,鞍座的应力由水平拉应力控制时,部分鞍座水平应力σ9不满足《卧式容器》NB /T47042-2014校核要求。

由此可见,按标准鞍式支座的选取原则,即在满足鞍座标准规定的条件下,当垫板不起加强作用时,有必要对选用的标准鞍式支座进行强度校核。

关键词　鞍式支座　受力分析　允许载荷∗常永波:工程师。

2008年毕业于西北大学过程装备与控制工程专业。

一直从事化工容器设计工作。

联系电话:187********,E -mail:280775137@。

鞍式支座是卧式容器广泛应用的一种支座,通常由垫板、腹板、筋板和底板构成。

垫板能够减少筒体的周向应力,筋板作用是将垫板和腹板连接起来增加鞍座刚度,用来抵抗压缩力和外弯矩。

腹板、筋板的厚度以及鞍座的高度直接决定着鞍式支座的允许载荷的大小。

1　鞍式支座的受力分析1.1　鞍式支座腹板的水平拉应力容器作用于鞍座的载荷见图1。

图1　容器作用于鞍座的载荷示意图此径向载荷的水平分量即静载荷产生的水平分力Fs,有将鞍座沿纵向截面撕裂的趋势,该力由Zick 法导出:F s =[1+cos β-0.5sin 2βπ-β+sin βcos β]Q =K 9Q式中,Q 为一个鞍座的反力(支承的重量),N;K 9为系数,当鞍式支座包角θ=120°时,K 9=0.204;当鞍式支座包角θ=150°时,K 9=0.259。

依据《卧式容器》NB /T47042-2014规定,鞍式支座腹板的水平拉应力σ9按以下两种情况分别计算:(1)无垫板或垫板不起加强作用时:σ9=F s H s b 0=K 9QH s b 0(1)(2)垫板起加强作用时:σ9=F s H s b 0+b r δre =K 9QH s b 0+b r δre(2)式中,H s 为计算高度,取min {H,13R a},mm;b 0为鞍座腹板厚度,mm;b r 为鞍座垫板有效宽度,mm,取b r =b 2。

容器支座介绍一、卧式容器的支座卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座和支腿。

㈠鞍式支座鞍座是应用最广泛的一种卧式容器支座，常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用这种支座。

鞍式支座如上图所示，为了简化设计计算，鞍式支座已有标准JB/T4712-92 《鞍式支座》，设计时可根据容器的公称直径和容器的重量选用标准中的规格。

鞍座是由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。

在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。

鞍式支座的鞍座包角q为120°或150°，以保证容器在支座上安放稳定。

鞍座的高度有200、300、400和500mm四种规格，但可以根据需要改变，改变后应作强度校核。

鞍式支座的宽度b可根据容器的公称直径查出。

鞍座分为A型（轻型）和B型（重型）两类，其中重型又分为BⅠ～BⅤ五种型号。

其中BⅠ型结构如BⅠ型鞍座结构图所示。

A型和B型的区别在于筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。

BI型鞍座结构图鞍座的底板尺寸应保证基础的水泥面不被压坏。

根据底板上螺栓孔形状的不同，每种型式的鞍座又分为固定式支座（代号F)和滑动式支座（代号S)两种安装形式，固定式鞍座底板上开圆形螺栓孔，滑动式支座开长圆形螺栓孔。

在一台容器上，两个总是配对使用。

在安装活动支座时，地脚螺栓采用两个螺母。

第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，这样可以保证设备在温度变化时，鞍座能在基础面上自由滑动。

长圆孔的长度须根据设备的温差伸缩量进行校核。

一台卧式容器的鞍式支座，一般情况下不宜多于两个。

因为鞍座水平高度的微小差异都会造成各支座间的受力不均，从而引起筒壁内的附加应力。

采用双鞍座时，鞍座与筒体端部的距离A可按下述原则确定（见上图）：当筒体的L/D较大，且鞍座所在平面内又无加强圈时，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D；当筒体的L/D较小，d/D较大，或鞍座所在平面内有加强圈时，取A≤0.2L。

一、卧式容器的支座卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座和支腿。

㈠鞍式支座鞍座是应用最广泛的一种卧式容器支座，常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用这种支座。

鞍式支座如上图所示，为了简化设计计算，鞍式支座已有标准JB/T4712-92 《鞍式支座》，设计时可根据容器的公称直径和容器的重量选用标准中的规格。

鞍座是由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。

在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。

鞍式支座的鞍座包角q为120°或150°，以保证容器在支座上安放稳定。

鞍座的高度有200、300、400和500mm四种规格，但可以根据需要改变，改变后应作强度校核。

鞍式支座的宽度b可根据容器的公称直径查出。

鞍座分为A型（轻型）和B型（重型）两类，其中重型又分为BⅠ～BⅤ五种型号。

其中BⅠ型结构如BⅠ型鞍座结构图所示。

A型和B型的区别在于筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。

BI型鞍座结构图鞍座的底板尺寸应保证基础的水泥面不被压坏。

根据底板上螺栓孔形状的不同，每种型式的鞍座又分为固定式支座（代号F)和滑动式支座（代号S)两种安装形式，固定式鞍座底板上开圆形螺栓孔，滑动式支座开长圆形螺栓孔。

在一台容器上，两个总是配对使用。

在安装活动支座时，地脚螺栓采用两个螺母。

第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，这样可以保证设备在温度变化时，鞍座能在基础面上自由滑动。

长圆孔的长度须根据设备的温差伸缩量进行校核。

一台卧式容器的鞍式支座，一般情况下不宜多于两个。

因为鞍座水平高度的微小差异都会造成各支座间的受力不均，从而引起筒壁内的附加应力。

采用双鞍座时，鞍座与筒体端部的距离A可按下述原则确定（见上图）：当筒体的L/D较大，且鞍座所在平面内又无加强圈时，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D；当筒体的L/D较小，d/D较大，或鞍座所在平面内有加强圈时，取A≤0.2L。

㈡圈座在下列情况下可采用圈座：对于大直径薄壁容器和真空操作的容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。

卧式容器第一节 概述卧式容器的设计，除按常规计算圆筒、封头外，还应验算支座处的局部应力。

此局部应力的计算取决于支座的结构型式。

卧室容器的支座型式有鞍式支座、圈座和支腿式支座。

一般对于大直径的薄壁容器和真空操作的卧式容器或支承点多于两个时可采用圈座。

支腿式支座结构虽简单，但由于支承反力集中于局部壳体上，故只适用于较轻的小型卧式容器。

对于较重的大设备，通常采用鞍式支座。

目前应用的鞍式支座，大多是双鞍座式。

从受力情况来分析，支座越多其容器内产生的应力越小，但由于地基不均匀的沉陷、基础水平度的误差或筒体不直、不圆等因素造成支座反力分布不均，反而使局部应力增大，因此一般都采用双支座。

对于此类卧式容器，其受力分析和强度设计都以齐克（L.P.Zick ）提出的理论为基础，即将卧式容器当作受均布载荷的双支点的外伸简支梁来分析的，但这种近似分析所求得的各项应力与通过实验测定的各应力值并不完全相同，所以在应力计算式中进行了修正，并按应力的性质对各应力值进行了控制。

我国及其他不少国家都以此理论为依据制订卧式容器的设计规范。

第二节 卧式容器计算一、设计规范1、GB150《钢制压力容器》——国家标准适用范围：（1）鞍式支座（或圈座）支承的薄壁容器；（2）几何形状对称、载荷均布的容器；（3）承受非交变性载荷作用的容器；（4）两支座，且鞍座形心到封头切线之间的距离A ≤0.2L ；（5）鞍座包角θ在120°≤θ≤150°范围内。

2、HGJ16《钢制化工容器强度计算规定》——化工部标准适用范围：三鞍座卧式容器的设计和计算。

二、受力分析1、受力分析图、弯矩图和剪力图（见图1）2、外载荷（1） 设计压力p （内压或外压）（2）（2）均布载荷q容器的质量作用于假想的简支梁（即卧式容器）上，容器质量包括容器自身质量、充满水或所容介质的质量、所有附件及保温层等质量。

简支梁的长度为筒体L 加上两个封头的折算长度，封头折算长度2/3h i ；得单位长度载荷q 。

一、卧式容器的支座卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座和支腿。

㈠鞍式支座鞍座是应用最广泛的一种卧式容器支座，常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用这种支座。

鞍式支座如上图所示，为了简化设计计算，鞍式支座已有标准JB/T4712-92 《鞍式支座》，设计时可根据容器的公称直径和容器的重量选用标准中的规格。

鞍座是由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。

在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。

鞍式支座的鞍座包角q为120°或150°，以保证容器在支座上安放稳定。

鞍座的高度有200、300、400和500mm四种规格，但可以根据需要改变，改变后应作强度校核。

鞍式支座的宽度b可根据容器的公称直径查出。

鞍座分为A型（轻型）和B型（重型）两类，其中重型又分为BⅠ～BⅤ五种型号。

其中BⅠ型结构如BⅠ型鞍座结构图所示。

A型和B型的区别在于筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。

BI型鞍座结构图鞍座的底板尺寸应保证基础的水泥面不被压坏。

根据底板上螺栓孔形状的不同，每种型式的鞍座又分为固定式支座（代号F)和滑动式支座（代号S)两种安装形式，固定式鞍座底板上开圆形螺栓孔，滑动式支座开长圆形螺栓孔。

在一台容器上，两个总是配对使用。

在安装活动支座时，地脚螺栓采用两个螺母。

第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，这样可以保证设备在温度变化时，鞍座能在基础面上自由滑动。

长圆孔的长度须根据设备的温差伸缩量进行校核。

一台卧式容器的鞍式支座，一般情况下不宜多于两个。

因为鞍座水平高度的微小差异都会造成各支座间的受力不均，从而引起筒壁内的附加应力。

采用双鞍座时，鞍座与筒体端部的距离A可按下述原则确定（见上图）：当筒体的L/D较大，且鞍座所在平面内又无加强圈时，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D；当筒体的L/D较小，d/D较大，或鞍座所在平面内有加强圈时，取A≤0.2L。

㈡圈座在下列情况下可采用圈座：对于大直径薄壁容器和真空操作的容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。

第二节容器支座容器和设备的支座，是用来支撑其重量，并使其固定在一定的位置上。

在某些场合下制作还要承受操作是的振动，承受风载荷和地震载荷。

容器和设备的结构形式很多，根据容器与之身的形式，支座可分两大类，即卧式容器支座和立式容器支座。

一卧式容器支座卧式容器支座有三种形：鞍座圈座和支腿。

常见的卧式容器和大型卧式储罐，换热器等多采用鞍座，它是应用的最广泛的卧式容器支座。

但对于大直径薄壁容器和真空设备，为增加筒体支座处的局部刚度常采用圈座。

小型设备常采用机构简单的支腿。

1 双鞍支座及制作标准置于支座上的卧式容器，其情况和梁相似，由材料力学分析可知，梁弯曲产生的应力与支点的数目和位置有关。

当尺寸和载荷一定时，多支点在梁内产生的应力较小，因此支座数目似乎应该多些好。

但对于大型卧式容器而言，当采用多支座时，如果各制作的水平高度有差异或地基呈现不均匀，或壳体不直不圆等微小差异以及容器不同部位受力挠曲的相对变形不同，使支座反力难以为个支点平均分摊，导致壳体应力正大，因而体现不出多做的优点，故一般情况下采用双支座。

采用双支座时，支座位置的选取一方面要考虑到利用封头的加强效应，另一方面又要考虑不是壳体中因荷重引起的弯曲应力过大，所以选取原则如下。

1双鞍卧式支座容器的受力状态可简化为受韵部载荷的外伸梁，由材料力学知，当外申长度A=0.207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A0.2l。

其中L取两封头切线间距离，A为鞍座中心线至封头切线间距离。

2当鞍座临近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性效应，在满足A0.207下应尽量使a0.5R此外，卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不能都固定在基础上，必须有一段能在基础上滑动，以避免产生过大的附加力。

通常的做法是将一个支座上的地脚螺旋孔做成圆形，并且螺母不上紧，使其成为活支座，而另一个支座仍未固定支座。

还有一种是采用滚动支座，他克服了滑动摩檫力大的缺点，但结构复杂照价高。