1. 臥式容器的鞍座

化工廠的貯槽、換熱器等設(shè)備一般都是兩端具有成型封頭的臥式圓筒容器。臥式容器一般由鞍座來承擔(dān)它的重量。

對(duì)于臥式容器，除了考慮按照GB/T150來計(jì)算各類強(qiáng)度外，還要考慮鞍座對(duì)于容器的影響，所以即使選用標(biāo)準(zhǔn)鞍座（鞍座強(qiáng)度夠）后，還要對(duì)容器進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的校核。

目前的雙鞍座計(jì)算方法均為ZICK法為基礎(chǔ)，將其受力狀態(tài)簡化為受均布載荷的外伸簡支梁。

按材料力學(xué)計(jì)算方法可知，當(dāng)外伸長度A＝0.207L時(shí)，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，所以一般近似取A≤0.2L。

（其中L取圓筒體長度(兩封頭切線間距離)，A為鞍座中心線至封頭切線的距離。）

當(dāng)鞍座鄰近封頭時(shí)，封頭對(duì)支座處筒體有加強(qiáng)作用。

為了充分利用這一加強(qiáng)效應(yīng)，在滿足A≤0.2L下應(yīng)盡量使A≤0.5Ri(筒體內(nèi)半徑)。

2. 鞍座計(jì)算的調(diào)整方法

一般設(shè)計(jì)人員拿到臥式容器時(shí)，先進(jìn)按照容器支座，選擇一款鞍座，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

如果計(jì)算不通過，一般可以采用如下辦法：

1. 加大鞍座包角，120°的包角不夠時(shí)可以加大到150°的包角。

2. 有時(shí)候加了鞍座墊板，但是墊板不一定參與了計(jì)算，鞍座墊板參與計(jì)算需要三個(gè)條件：

a) 墊板包角要大于等于鞍座包角+12°。

b) 墊板厚度要大于等于0.6倍筒體厚度。

c) 墊板寬度要大于等于1.56sqrt（RT）+支座寬度。

3. 調(diào)整鞍座之間距離，試試將鞍座靠近封頭或者鞍座位置A≤0.2L。

4. 增加鞍座加強(qiáng)圈。

5. 增加鞍座數(shù)量。

6. 加厚筒體。

具體采用哪種方法，需要根據(jù)具體情況靈活應(yīng)用。

一般都推薦用雙鞍座，對(duì)于兩個(gè)以上的鞍座，由于基礎(chǔ)水平高度不等、安裝時(shí)存在垂直誤差，地基的非均勻沉降、殼體不直和不圓等微小差異以及容器不同部位在受力撓曲的相對(duì)變形不同，使支座反力難以被各支點(diǎn)平均分?jǐn)偅瑢?dǎo)致殼體應(yīng)力趨大。

以前見過一些設(shè)計(jì)人員，因?yàn)?/span>調(diào)整包角和鞍座間距后還無法計(jì)算通過，最后加厚了筒體。

因鞍座計(jì)算而加厚筒體是下下策，不到萬不得已，無計(jì)可施，死馬當(dāng)活馬醫(yī)，不要輕易加厚筒體。

除非是整體應(yīng)力σ1~σ4無論如何過不去，大多數(shù)情況下，這種加厚是沒有必要的。

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3.長跨距大直徑薄壁的臥式容器

一般的鞍座很容易通過，對(duì)于長跨距的大直徑薄壁臥式容器，應(yīng)該如何調(diào)整呢？

大直徑長跨距意味這設(shè)備比較重，受力比較大。

薄壁又使得鞍座對(duì)于筒體的應(yīng)力分布影響較大，筒體自身的抗彎性能，承載能力比較弱，一般σ6和σ6‘無法通過。

在鞍座包角已經(jīng)最大，且起加強(qiáng)作用的情況下，鞍座位置是保持小于0.5Ri還是調(diào)整0.2L呢？

在標(biāo)準(zhǔn)釋義里，是這么回答的，既要又要：

在實(shí)踐中，魚和熊掌，二者不可得兼，必須要舍棄一種。

那么應(yīng)該如何取舍呢？

如果鞍座能夠靠近封頭，就計(jì)算通過是最好的。

如果不行，可以考慮加加強(qiáng)圈，使得鞍座處筒體截面保持圓形，此時(shí)相當(dāng)于鞍座靠近了封頭的效果。

所以面對(duì)前面的問題，一般會(huì)選擇鞍座增加加強(qiáng)圈，調(diào)整鞍座間距，使得鞍座位置在0.2L附近。

終究到底：

鞍座的彎矩分布可以通過調(diào)整距離A，這是稀缺的。

但是加強(qiáng)不僅僅封頭可以，加強(qiáng)圈也可以，這不是稀缺的。

那么對(duì)于大跨距的，增加加強(qiáng)圈來計(jì)算是非常經(jīng)濟(jì)合理的。

有朋友會(huì)說：

加了加強(qiáng)圈會(huì)使得筒體上的開孔位置變少了，特別是上部管口比較多的情況。

這個(gè)問題應(yīng)該這么考慮：

對(duì)于大直徑的薄壁容器，如果封頭對(duì)于鞍座沒有加強(qiáng)，在筒體上方，屬于不能承受縱向彎矩的無效截面，這種現(xiàn)象被稱為“扁塌效應(yīng)”。

雖然規(guī)范無法考慮，無法評(píng)估后果，原則上，盡量不要在無效區(qū)的筒體上開孔，特別是大孔。

麻繩專挑細(xì)處斷，得饒人處且饒人，何必專在一個(gè)地方薅呢？

在此處開孔本身就不可取，又何來浪費(fèi)的道理。

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4. 分析驗(yàn)證

對(duì)于臥式容器，或者臥式運(yùn)輸?shù)乃鳎缇喾浅ｉL時(shí)，其設(shè)備的彎曲變形也是很大的。

曾經(jīng)有一臺(tái)高塔，塔頂部有1/3是懸挑在運(yùn)輸支座外的，晃悠悠的運(yùn)輸。運(yùn)輸完后出現(xiàn)了永久的變形。

在考慮封頭加強(qiáng)還是考慮挪動(dòng)鞍座位置之間，下圖是優(yōu)先考慮封頭加強(qiáng)，強(qiáng)度計(jì)算雖然通過了，但是導(dǎo)致筒體中間部分的撓度比較大，肉眼可以看到已經(jīng)下沉了。

加加強(qiáng)圈不但能夠降低應(yīng)力值，還有一個(gè)隱形福利：降低變形。

為了對(duì)于大直徑，大跨距的臥式容器的鞍座有個(gè)直觀了解，我們不妨分析一下，看看各種情況下的變形和應(yīng)力分布。

比如一臺(tái)直徑為4米，長度40米，厚度20mm的臥式容器。按照力學(xué)模型計(jì)算其撓度：

在空罐的情況下，代入撓度計(jì)算公式，撓度為6.5mm。

進(jìn)行有限元法分析，可以得到最大撓度在中間，其值為7.8mm。實(shí)際的撓度大于按照梁公式計(jì)算出來的撓度。

滿液體時(shí)，按照上面公式計(jì)算，撓度為47.3mm。

在加上1MPa壓力和裝滿水后，其最大撓度為58.4mm。

從云圖上可以看到，封頭對(duì)于鞍座截面起加強(qiáng)作用，鞍座截面大體上是圓形。

當(dāng)鞍座移動(dòng)到0.2L=8米處，自重下其最大撓度為5.9mm<7.8mm。

加壓加液體后的最大撓度為43mm<58.4mm。

只要移動(dòng)鞍座位置到0.2L附近，使得撓度降低，容器的撓度會(huì)有很多的改善。

看其變形，在鞍座截面上已經(jīng)無法保持圓形截面，出現(xiàn)無效區(qū)。

如果鞍座加了加強(qiáng)圈后，撓度和應(yīng)力值會(huì)進(jìn)一步的下降。加加強(qiáng)圈空罐撓度1.5mm<5.9mm<7.8mm。

在1MPa壓力和水壓情況下的撓度：

10.7mm<43mm<58.4mm。

應(yīng)力值也大大下降，最大應(yīng)力點(diǎn)由鞍座墊板邊緣轉(zhuǎn)移到了加強(qiáng)圈外沿。應(yīng)力值由609MPa下降到294MPa。

對(duì)比如下:

工況	梁公式	封頭加強(qiáng)	0.2L處無加強(qiáng)圈	0.2L處有加強(qiáng)圈
空罐位移mm	6.5	7.8	5.9	1.5
滿液加壓位移mm	47.3	58.4	43	36.6
空罐應(yīng)力值MPa		56	81.5	10.7
滿液加壓應(yīng)力值MPa		319.4	609.6	294.2

加加強(qiáng)圈，無論是變形還是應(yīng)力都得到非常大的改善。

5. 結(jié)論

臥式容器的鞍座布置對(duì)于應(yīng)力分布有很大的影響。

通過第二段的內(nèi)容可以比較快速的調(diào)整臥式容器鞍座計(jì)算。

優(yōu)先采用改善整體彎矩分布的方式（移動(dòng)鞍座到~0.2L附近）調(diào)整鞍座，如果封頭無法起到加強(qiáng)作用，可以在鞍座處加加強(qiáng)圈的方式，使得鞍座截面保持圓形，并降低整體的變形。

加強(qiáng)圈一般采用T型鋼或者工字鋼。

當(dāng)溫度比較高時(shí)，需要考慮加強(qiáng)圈的約束帶來的溫差應(yīng)力，有必要的情況下，采用保溫措施，使得加強(qiáng)圈溫度均勻，或做溫度場分析。

文章來源壓力容器唯心不易