球罐整体吊运受力与变形的简易分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Brief Analysis on Forces and Deformation of Swinging W hole Spherical TanksFU Guo-zhong ，ZHANG Chen-wen。，XU Shi-ping(1.Construction Co.ofNorthwest Pioneer Co.Ltd.ofBaotou Steel(Group)Corp.，Baotou 014010，Nei Monggol，China；2.Baotou Chemical Research Institute，Baotou 014010，Nei Monggol，China)Abstract：In the paper，the brief analysis method for forces and deformation of swinging large spherical tanks is put for-ward.Moreover，the results are compared with the more accurate results of finite element analysis and the results of practicalmeasurement for deform ation.As a result，the results of this simple method are often more conservative but easy to calculate，SO adaptable to the preliminary fast calculation of the similar situations to judge the forces and deformation。

Key words：sphefic tanks；swing；deformation；analysis中国石油呼和浩特石化分公司为了扩大产能，实施工艺布局的调整，并扩建生产线，需将先前投入使用的4个球形储罐由现区域(旧罐区)向东侧水平位移 200 m左右，到达新罐区安装就位。但由于新 、旧罐区之间200 m范围内正在进行新建球罐的安装、焊接。因此，4个球罐只能通过u形路线移位到新罐区。为了保证球罐的后续使用和节省移位费用、时间，不能采用将球罐切割解体后运到新罐区重新焊接、安装的方法。经过讨论，最终确定利用施工现场已有的750 t履带吊的超起工况吊起球罐后行走、转弯，将球罐分别吊运到目的地安装就位。

为了避免对球罐的损伤和控制吊装变形，吊点设在各条支腿上 J，并对各支腿采取相应的加固措施。

其中吊装所用的钢丝绳、卸扣、吊具均以移位最重的球罐设计，结构形式为组合固定式从而可以重复使用，满足接连吊运4个球罐的需要。此方法是否可行的关键在于必须保证球罐在吊运过程 中受力均匀，且应力和变形均在弹性范围内，即能否确保球罐本体安全。

1 球罐受力分析1.1 载荷确定收稿 日期：2012-05-16作者简介：付国忠(1971-)，男，内蒙古包头市人，硕士，高级工程师，现从事工业建设、设备检修等施工技术管理及机械结构与设备的设计优化工作。

第6期 球罐整体吊运受力与变形的简易分析 5l1.1.1 整体载荷以最重的球罐为最不利情况，其图纸重量重341 t，考虑 12套吊具、钢丝绳的 39 t重量后(实际支腿处吊具、钢丝绳合计不足20 t，钩头处吊具及各卡扣合计不足 10 t，支腿处加固不足 5 t)，整体按380 t进行计算见图l。以下均以此最重的罐体为例进行校核。由于吊运速度约为2 m/min，很慢，且道路经过换填压实，比较平坦，因此颠簸、椅很小，动载荷不大，取动载系数为 1.15。

图1 吊装示意图1.1.2 单点载荷按该球罐均布设 12组吊点 l2根钢丝绳吊运考虑(直径 12 nl球罐采用8个支腿上各设 l处吊点，共8组吊点)，每点每根钢丝绳中部挂在吊钩的吊具下吊耳上，双头挂在球罐支腿处 2吊耳上，12个吊点每处双股钢丝绳受力，通过在管箍吊具上加钢板环圈的方法补偿各点钢丝绳的长短偏差以减少各钢丝绳的受力不均程度，在正式起吊前进行试吊、加垫板，直到各钢丝绳的受力松紧基本-致，即受力比较均匀，因此取载荷不均系数K1.1，Q KQ480.7 kN。

n单支腿处垂直受力P。 10400 kNp单吊耳受力P 200 kN二 考虑钢丝绳的角度约为16。(如图2所示)，单根钢丝绳受力：P T i I 210 kN1.2 受力情况球罐受到l2组钢丝绳的吊装，在其钢丝绳拐点处(支腿水平板处)受到向上的垂直分力和指向球心的水平径向压力。其中垂直分力克服罐体的重力使之被吊起，但不会产生危险变形(类似于罐体的支腿作用情况)和危险应力。水平径向压力将引起球罐的危险变形和危险应力。因此，分析水平径向压力的影响。

图2 受力图(1)即水平方向挤压力，，共 12点均布，由球罐壳体承受，即：F Pltanl6。 115 kN(2)球罐的安全系数 ：S Sl·S2·S3 1.1×1.3 X 1.2 1.72式中：.s -- 材料可靠性系数，1.05～1.1；.s -- 零件重要程度系数，1.0-1.3；5 -- 公式准确性系数，1.2～1.3。

(3)球罐的许用应力：球罐材质为 15MnNbR，又称 Q370R，属于国内牌号，是容器钢板(Q370R是在 GB713-2008I4 标准发布后出现的牌号，老标准牌号是15MnNbR)。板厚36-60 Film其屈服强度为340 MPa。设计板厚为48 mm，考虑轧制偏差，并为了保险，这里按板厚 50 mm的 Q345板材确定 275 MPa(50～100 mm)，orh470～630 MPa，壁厚按48 mm进行计算，即t：48 mm，则：①许用拉、压应力：[ ]17" /s160 MPa②许用挤压应力：[ i ]1.7[ ]272 MPa③许用剪应力：[ ]：0.5-0.6[ ]80 MPa2 球罐的变形分析2.1 计算模型的确定由于在球罐赤道附近受到均布 l2点的水平径向压力，在每个力作用区域附近将产生变形。由于球壳受集中力的地方将发生圆形凹陷变形，因此将每个水平径向压力的作用范围简化为外周固定的圆52 包钢科技 第 38卷形等厚平板 ]，其直径为赤道周长的 1/12，即半径R：2 100 mm。又由于水平径向压力实际作用在630 mm×2 800 mm范围内(支腿 的赤道节点范围)，为了简化计算并借用已有模型，将其简化为在直径 1 000 mm的环形面内受均布压力，即 r500 mm，其合力为Fl15 kN。

由于球壳的受力能力高于平板，且实际作用(受力)范围大于模型范围，因此计算得到的应力、变形结果将比实际情况大。如果计算结果满足安全要求，则实际球壳也将安全。

2.2 应力分析系数6素 0.238，均布压力gF： ： 0.146 MPa叮r 5001T(1)圆板中心应力：0-r0-t-0.49(b -41nb)qr -45 MPa<[ ]，处于弹性变形范围。上表面受压，应力为负值，安全。

(2)圆板周边径向应力：0-r0.75(2-b2)qr223.1 MPa<[ ]，处于弹性变形范围，安全。

(3)圆板周边周向应力：0-，：0.30-，6.93 MPa<[0-]，处于弹性变形范围，安全。

(4)挤压应力：钢丝绳与罐体接触按宽度5 mm，长度 300 mm考虑(实际为 1 000 mm以上)，接触面积 A 5×23003 000 mm ，挤压应力0-j ÷38.3 MPa<[0-i ]安全。

2.3 变形分析圆板中心的挠度相当于球罐的单点受力最大变形，即：挠度/(0.68-0.52b 0.68b ln6)qr 'R3. 4.21 mm， 4.21 1，变形较小，且为弹性变形，可以满足安全要求。

由于此变形等效于单侧球壳壁的径向内凹变形，造成球壳直径的缩短量为单侧变形的2倍。因此直径变形为 8.42 mm∩以通过测量球罐起吊前、后同-直径的长短来测量变形量，以判断球罐的受力和变形程度。预计球罐的实际径向变形将小于8.42 mm。

3 罐体受力变形的有限元分析有限元计算分析是球罐设计时的计算方法，球罐的直径为 O16 m，壁厚 48 mm，按沿赤道均布6点(6点吊装，其各点受力约为l2点吊装的2倍，以留有余量)，每点按 1 13.×1 m范围内受力，按每点受230 kN的径向压力计算，以比较精确地判断球壳在吊装、移位中的应力、变形和安全性。计算表明最大应力为15.75 MPa，最大单点压凹变形为0.9 mm，即直径方向变形量为1.8 mm(缩短量)。

球罐按6点吊装的有限元计算结果小于前边的12点吊装的简化模型计算结果，因为前边的简化将球体局部简化为12个单独的圆板，与实际情况的偏差较大，且比较保守。而有限元按球体计算，更为准确，6点吊装的变形已经很小，实际为 l2点吊装，直径变形将小于 1.8 mm，球罐更加安全。

通过以上分析，可以确定球壳在吊装、移位中其自身结构满足承载要求，即球罐安全，表明球壳吊装、移位方案可行。

4 罐体的实际变形2011年 11月 17日中午 10：30到 11：00在现场对2 球罐进行吊运实测，当时为阴天，小雨间歇期间，阳光、气温对罐体的直径影响很校全站仪的测距精度为2 mm，测角精度为2”，根据本次测量方法和尺寸链计算得到此直径测量方法的误差不超过0.8 mmo(I)全站仪对边测量直接读数：落地直径 为15 813 mm，吊起为 15 813 mm。表明直径的变化很屑虑到显示的精度，实际变形小于1 mm。同时表明实际变形很小，测量仪器难以测量出来。

(2)用全站仪到直径上二点的距离、角度的读数作图得到的直径为：落地直径为 15 812.7 mm，吊起为 15 812.4 mm。直径方向变形为 0.3 mm〖虑到i贝4量误差，实际变形在 1.1 mm以内，变形很校以上测量结果均与分析判断的结论-致。实际显示吊重为390 t，吊具等措施重量32 t，故球罐及支腿重量358 t，到11月 I9日2 球罐顺利吊运到达目的地就位。