3000m3球罐球壳板的计算和优化
7页1、3000m3球罐球壳板的优化摘要:本文介绍了球壳板的尺寸计算和平面下料展开计算方法,在标准混合式球壳结构的 基础上,提出了 3000m3球罐一种优化排板三带球壳结构,并对其焊缝长度,球壳板块数,材料 利用率,钢板采购板幅等进行了分析比较,实践证明三带优化球壳结构具有明显优势。关键词:3000m3球罐;球壳板;计算下料;优化球形容器与同容量的其它容器相比,具有表面积小,重量轻,制造周期短及占地面积小等 优点,随着我国石油化工、冶金、城市燃气等迅速发展,对大型容器的需求与日俱增。球罐的 大型化,使用强度更高的材料,提高单块球壳板的面积是技术发展的必然要求。对于3000m3球罐球壳结构形式GB/T17261-1998推荐了 4种结构形式,桔瓣式球壳分为5 带10支柱和12支柱两种,混合式球壳分为4带10支柱和5带12支柱两种。对于大型球罐采 用混合式结构已经成为主要方向,因此对于3000m3球罐主要讨论混合式结构形式。1、3000m3球罐主要设计参数见表1表13000m3球罐主要设计参数项目单位参数设计压力MPa1.77设计温度C50物料名称液化气几何尺寸mmSD18000X52公称容积m3
2、3000焊缝系数1.0腐蚀裕量mm2.0基本风压N/m2550基本雪压N/m2400地震设防烈度度8场地土壤类别II类主要材质Q370R、20MnMo 锻容器类别III类2、球壳板几何参数的计算及优化2.1 成形后球壳板的尺寸计算球壳板的几何尺寸计算多为球面三角法、解析几何法等,这些方法的理解和推导比较繁琐, 特别是混合式球壳极板尺寸计算对于非专业设计人员使用不够方便。球壳板的任一边弧线可以 看成是平面与球面相交所得的相贯线。平面有通过球心和不通过球心两种方式,平面与球壳的 相贯线均为圆,相贯线的投影,因其投影方向不同则可为圆、椭圆和直线三种形式,按其相贯 线投影建立相应的曲线方程,将有关方程联立可求出各曲线的交点坐标,经转化计算既可求得 成型后球壳板的各种弦长和弧长,将计算过程通过计算机编程则会使计算更加便捷。图1 为混 合式球壳极板的坐标系及相贯线方程。000-0匕-v-混合式球罐极板的坐标系图12.2 球壳板平面下料尺寸计算为确定采购钢板的尺寸需进行平面展开计算,圆锥模型形成如图2所示,球面上任一点P, 在极轴上引直线PG,使PG垂直于P点的球半径0P,则以GP为母线绕极轴旋转形
3、成锥体的下底 圆,使下底圆与P点在球面上的纬向圆为同一圆,则P点在球面上的纬向圆弦口可按锥体下底 圆进行展开计算, 对于钢板采购尺寸的确定重要的是计算与展开后的圆弧相对应的弦长,根据 各带分瓣数,即可计算出每片球壳板纬向的弧长,计算出钢板长度和宽度。Q图2球壳锥体展开模型及P点纬向圆弦口展开图P点纬向圆弦口展开半径Rp =(Dtga P )/2(1)P点纬向圆展开后扇形角Y p =360C0Sa p(2)P点单块瓣片对应展开角 0 p =(360COSa p )/Np(3)P 点单块瓣片展开宽度 WPW=pQ=2R sin (0 p/2)二Dtga sin (180cosa )/N (4)ppppp对应 Wp 形成的拱高 hph =MN=R -R cos (0 /2) = (D/2) tga 1-cos (180cosa ) /N (5)pp ppppp式中:Np P点所在带板分瓣数,D球罐直径。在工程实践中主要以7块混合式极板球壳为主,各板球心角相同,e 1= e 2= e 3 = e , 则极带各板下料宽度相同e n D/360。极中板下料长度为3e n D/360;侧)极板1 -
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