SW6中“塔设备”、“零部件”计算外压锥壳

SW6中“塔设备”、“零部件”计算外压锥壳

黄胜亮 苏州圣汇装备有限公司

摘要：本文举例说明了SW6中“塔设备”、“零部件” 计算外压锥壳的优缺点。

关键词：锥壳 ，变径段 ，支撑线 ，加强圈

SW6中“塔设备”、“零部件”两模块都能够计算锥壳（变径段），两个模块的输入参数不完全相同，这也造成了计算结果的差异。

1.SW6中“塔设备”计算外压变径段时，L_L 、L_sm没有输入框

SW6中“塔设备”计算外压锥壳时，L_L取值为锥壳大端连接筒体的“外压筒体计算长度”；L_sm取的值为锥壳小端连接筒体的“外压筒体计算长度”。实际设计塔器时，加强圈比较靠近锥壳与筒体的焊缝。为了避免加强圈与壳体焊缝重叠或接近，无法满足GB150.3-2011 中5.6.6.4.1条和5.6.6.5.1条中加强圈作为有效加强截面积的要求。加强圈到锥壳与筒体焊接的环焊缝距离L_L 、L_sm远小于“外压筒体计算长度”。当锥壳与筒体连接处不作为支撑线时，SW6中“塔设备”计算得到的与锥壳相连的筒体所需厚度是偏大的，造成锥壳计算不能通过。当锥壳与筒体连接处作为支撑线时，作为支撑线判定的所需惯性矩I值偏大，连接处需要更大的加强圈来满足过高的所需惯性矩。SW6中“零部件”计算锥壳时，设计工程师自己输入L_L 、L_sm ，可以得到准确的计算结果。

1.1.锥壳与筒体连接处不作为支撑线

1.1.1.SW6中“塔设备”计算实例分析

1.1.1.1. 设计参数

例1，一台塔设备 设计压力 -0.1 Mpa ，设计温度 192 ℃ ，直径 DN4800/DN3700 mm，变径段高度1050 mm，材料为3+16 mm S30408+Q345R 复合钢板，加强圈形心距锥壳与筒体的环焊缝距离为200mm。SW6中“塔设备”数据输入：与变径段大端相连的筒体数据见图1 、图2，外压计算长度为3500mm ；变径段数据见图3 ；与变径段大端相连的筒体数据见图4 、图5，外压计算长度为3500mm ；变径段计算结果见图6 。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

1.1.1.1. 计算结果分析

变径段的计算结果为锥壳大端圆筒厚度不满足，没有详细的计算数据，为了看到变径段的计算数据，在变径段结构中选中“大端作为支撑线”，计算结果见图7 。

图7

由图7可见，大端筒体/小端筒体计算长度为3500mm ，取的值为大端筒体/小端筒体的“外压筒体计算长度”，而加强圈形心距锥壳与筒体的环焊缝距离L_L/ L_sm 只有200mm，偏差很大。

分析图6锥壳大端厚度不满足的原因如下。按GB150.3-2011中图4-1c-2) ,锥壳大小端都不作为支撑线时，大端筒体外压计算长度为L_L + L_e + L_sm = 3500+1050+3500=8050mm ， L/D_o=8050/(4800+2x(3+16))=1.6639 。当筒体厚度为16 mm时，D_o /δ_e = (4800+2x(3+16) ) / (16-0.3) = 308.15 ，查GB150.3-2011中图4-2，A约为1.5E-04 ，查GB150.3-2011中图4-4，A小于设计温度曲的最小值，B=2AE^t/3= 2x1.5 E-04x1.86E05/3=18.6Mpa ，按GB150.3-2011中式4-2计算[p]=18.6/308.15=0.06< 0.1Mpa ，不能满足设计要求。

当筒体厚度为21mm时，D_o /δ_e = (4800+2x(3+16)) / (21-0.3) = 233.72 ，查GB150.3-2011中图4-2，A约为2.2E-04 ，查GB150.3-2011中图4-4，B值约为28 Mpa ，按GB150.3-2011中式4-2计算[p]=28/233.72=0.12 Mpa >0.1Mpa,刚好满足设计要求。

1.1.2SW6“零部件”校核

用SW6“零部件”重新计算可以得到准确的计算结果，部分输入的参数需要从SW6“塔设备”计算书中查找。具体方法如下：

1. 1.2.1. 把SW6“塔设备”的计算生成计算书，找到“变径段校核”，如图8所示。

图8

1. 1.2.2 新建一个SW6“零部件”文件，输入设计压力 -0.1 Mpa ， 设计温度 192 ℃ ，设备内径 4806 mm , 封头名义厚度16mm , 焊接接头系数0.85，其余数据输入如图9、图10所示。图10中的“风载、静载在锥壳大端产生的轴向压缩载荷”、“风载、静载在锥壳大端产生的轴向压缩载荷”来自于“塔设备”计算“变径段校核”如图8。这也是把SW6中“塔设备”的计算生成计算书的原因。“锥壳小端筒体长度L_sm”为加强圈形心距锥壳与筒体的环焊缝的距离，按实际距离200 mm输入。 “锥壳大端筒体长度L”是GB150.3-2011中图5-17中定义的L_L ，按实际距离200 mm输入。锥壳大端连接处和锥壳小端连接处都没有作为支撑线。

图9

图10

1.1.2.3.计算结果如图11所示。可以看到L_sm、L_L 按实际长度200计算时，锥壳大小端都不作为支撑线，锥壳是可以校核通过的。SW6中“塔设备”的计算结果是不能校核通过，不准确。

图11

1.2.锥壳与筒体连接处作为支撑线

由GB150.3-2011 中5.6.6.4.2 条和5.6.6.5.2 条中的计算公式可以知道，L_sm、L_L对锥壳与筒体连接处作为支撑线的判定也有重要影响。

1.2.1.SW6中“塔设备”计算实例分析

1.2.1.1.设计参数

例2，例1的锥壳SW6中“塔设备”计算时改为大小端都作为支撑线，不输入加强圈时，计算结果如图12所示。

1.2.1.2.计算结果分析

由图12可以见，SW6中“塔设备”增加了85mm厚的锥壳加厚段来满足连接处作为支撑线的所需惯性矩要求。这样的调整是不经济了，一般用加强圈的来增加连接处的惯性矩。大端筒体用的加强圈为T120X20，因此也在锥壳大端连接处增加T120X20的加强圈，校核可以通过。

图12

1.2.2.SW6中“零部件”校核

SW6中“零部件”用实际的L_sm、L_L计算连接处作为支撑线的判定。具体方法如下：

1.2.2.1.新建一个SW6“零部件”文件，输入设计压力-0.1 Mpa ， 设计温度 192 ℃ ，设备内径 4806 mm , 封头名义厚度16mm , 焊接接头系数0.85，其余数据输入如图9、图13所示。锥壳大端与锥壳小端都作为支撑线，其余数据与例1的输入方法相同。

图13

图14

1.2.2.2. 计算结果如图14所示，锥壳大端仍然没有校核通过。图12中“加强前所需惯性矩”为19882072 。图14中“加强前所需惯性矩”为6137794，不到图12 中的三分之一，需要的加强圈减小很多。

2.SW6中“塔设备”计算锥壳时，锥壳大小端只能用相同的加强圈

2.1.SW6“塔设备”锥壳与筒体连接处加强圈数据输入界面简述

SW6“塔设备”加强圈的数据输入如图15，只有一个加强圈的输入面板，计算时锥壳大端和锥壳小端都用了此加强圈数据计算，如例1中图7 。锥壳大端和锥壳小端的计算用的数据不同，所需的加强圈是有差异的，有时只有一端需要设置加强圈。

两端都用相同的加强圈提高成本，与使用习惯也不一致。一般锥壳小端设置的加强圈与锥壳小端相连的筒体所用的加强圈相同，锥壳大端端设置的加强圈与锥壳大端端相连的筒体所用的加强圈相同。

2.2.SW6“零部件”锥壳与筒体连接处加强圈数据输入界面简述

SW6“零部件”可以根据需要选择“锥壳大端处装加强圈”、“锥壳小端处装加强圈”或锥壳两端装不同的加强圈，如例2中图13所示。设计工程师可以有更宽的选择范围。

图15

3.结语

SW6是国标设计中最常用的计算工具，帮助设计工程师提高了设计工作的效率，细节上还有提升空间。SW6“塔设备”的变径段计算如按SW6“零部件”中锥形封头的计算进行优化，能提高塔器变径段设计工作的效率。

参考文献：

[1] GB 150.1~ 4 - 2011 《压力容器》

[2] 寿比南、杨国义、徐锋、谢铁军， GB150-2011 《压力容器》标准释义

作者简介：

黄胜亮，男，1988年11月出生。苏州圣汇装备有限公司,非标压力容器设计工程师。Email:ahuanga.love@163.com

原来讨论过这个问题：

外压锥壳与筒体连接处需不需要做支撑线？

其本质上是SW6软件考虑不周的问题。

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