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无锡瑞升精馏塔:塔类设备吊装中吊耳的受力分析及关键点

发布时间:2018-05-21 23:04:00 点击:    

引言

塔类等大型直立设备的吊装方法,常见的有以下几种[1]

(1)利用一台吊机主吊,另一台吊机在设备尾部溜尾;

(2)利用一台吊机主吊,尾部设置滚排滑移;

(3)利用两台吊机在主吊耳位置一起抬吊,尾部设备滚排滑移;

无锡瑞升精馏塔生产厂家2018年5月21日讯   这几种吊装方法都有一个共同点,即主要分三个阶段;第一是水平起吊位置;第二是从水平位置到脱钩位置;第三是竖直吊装位置。本文主要对第一种吊装过程吊耳进行受力分析和论证。

1受力分析

1是一台塔,其下端有尾部吊耳,上部有轴式吊耳或者侧壁板式吊耳(图例为侧壁板式吊耳)。在吊装过程中,从地面的水平位置到逐渐垂直位置,下面对整个过程进行受力分析。

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图1 塔设备受力状态

LL为上部吊耳沿竖直方向受力;

LH为上部吊耳沿设备的轴向受力;

LV为上部吊耳垂直设备的轴向受力;

TL为尾部吊耳沿竖直方向受力;

TH为尾部吊耳沿设备轴向受力;

TV为尾部吊耳垂直设备轴向受力;

G为塔重;

X为上部吊耳到重心的距离;

Y为尾部吊耳到重心的距离;

Θ为起吊角度。

根据塔体受力平衡及力矩平衡,可以得到以下两个关系式:

计算得到:

对于尾部吊耳来说,

由计算结果可知, LL随着起吊角度增大而增大, TL随着起吊角度变大而变小。由此可知,在实际设备起吊的过程中,在水平起吊位置,溜尾吊耳的受力最大,溜尾吊车的受力也最大,在接近垂直位置时,溜尾吊耳和溜尾吊车的承载力接近零,而上部吊耳及主吊车的承载力达到最大。

2 轴耳受力分析注意点

对于轴耳来讲,在设备起吊的过程中,轴耳所受的力随着起吊角度的增大而增大,在接近垂直位置时达到最大值。根据《HG/T21574-2008 化工设备吊耳及工程技术要求》[1],轴耳的校核包括对轴耳强度的校核和轴耳与筒体之间焊缝的强度校核,其中轴耳强度的校核包括吊耳拉应力、弯曲应力组成的组合应力的校核,焊缝的校核包括对焊缝拉应力、剪应力、弯曲应力等组成的组合应力的校核。轴耳在不同起吊角度所受力的情况不同,在水平角度受力最小,在竖直角度受力最大。

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图2 轴耳示意图

整体的校核步骤如下:

(1)根据第一部分的计算公式,求得单个吊耳的竖向载荷、横向载荷和径向弯矩。其中考虑动态载荷系数为1.65

(2)对吊耳截面进行拉应力计算和弯曲应力计算,并求出其组合应力,与许用应力相比较,组合应力小于许用应力即可。

垫板和筒体之间焊缝的校核步骤如下:

(1)根据焊缝的尺寸,包括内径、外径,计算得到焊缝的面积和焊缝截面的抗弯截面模量;

(2)计算得到焊缝拉应力、剪应力和弯曲应力,并求得其组合应力,与许用应力相比较即可。焊缝为角焊缝,需要考虑角焊缝系数0.7

尾部吊耳受力分析注意点

尾部吊耳在起吊过程中,水平位置所受拉力最大,但是,随着起吊角度增大,弯曲应力和剪应力会逐步增加,因此,校核尾部吊耳的强度要考虑整个起吊过程。

图3 尾部吊耳示意图

整体的校核步骤如下:

(1)根据第一部分的计算公式,求得单个吊耳的竖向载荷、横向载荷和径向弯矩。其中考虑动态载荷系数为1.65

(2)对吊耳的危险截面进行拉应力计算和剪应力计算,与许用应力相比较,应力小于许用应力即可。吊耳孔所在的截面为危险截面。

垫板和吊耳板之间焊缝、垫板和筒体之间的焊缝校核步骤如下:

(3)根据焊缝的尺寸,包括内径、外径,计算得到焊缝的面积和焊缝截面的抗弯截面模量;

(4)计算得到焊缝拉应力、剪应力和弯曲应力,并求得其组合应力,与许用应力相比较即可。

举例说明

第二工艺气加热器总长16.5米,总重96.7吨,是矩形容器,为确保强度和刚度满足要求,其外表面设置了合适的筋板。上部有两个轴耳,下端有尾部吊耳,两者配合进行吊装,如图4所示。对吊装过程中的吊耳进行受力分析和强度校核。

图4 第二工艺气加热器吊装示意图

首先,根据第一部分求出不同角度的吊耳所承受的重量,如表1所示。

表1 吊耳不同角度受力情况表(单位:kg)

由表1可知,从0°到90°吊装的过程中,吊耳上所受的力在一直变化,其中,顶部吊耳所受力在不断增大,尾部吊耳所受力在不断减小。吊耳的校核过程应该全面,分别对不同吊装角度进行校核,计算步骤在此不做详细叙述,校核过程发现,尾部吊耳所受组合应力出现最大值,这也说明在尾部吊耳的校核过程,不能以受力最大点作为组合应力出现的最大点,而应该综合考虑力、力矩的作用。

除了对于吊耳进行强度校核外,还需要对吊装过程中吊耳与筒体局部的应力进行校核。在此不做赘述。

结论

(1)设备在起吊过程中,吊耳上所受的力在一直变化,其中,顶部吊耳所受力在不断增大,尾部吊耳所受力在不断减小;

(2)在校核吊耳强度时,不能以受力最大点作为组合应力出现的最大点,而应该综合考虑力、力矩的作用。

(3)除了对于吊耳进行强度校核外,还需要对吊装过程中吊耳与筒体局部的应力进行校核。

参考文献

[1]赵卫权.塔类设备吊装过程中几个特殊点的受力分析[J].化工建设工程,2004( 02) : 32-34

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.GB 21574-2008 化工设备吊耳及工程技术要求[S].北京.中国计划出版社.2008


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