專利名稱：：確定非均厚薄管板厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種確定非均厚薄管板厚度的方法，特別涉及一種確定固定管板換熱器非均厚薄管板厚度的方法。
背景技術(shù)：
：所為的"薄管板"是指在同樣設(shè)計(jì)條件下厚度相對(duì)于我國(guó)的GB151《鋼制管殼式換熱器》規(guī)范設(shè)計(jì)較薄的管板，目前我國(guó)尚未頒布薄管板設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。由于管板受力情況十分復(fù)雜。因而要從理論上分析清楚這些因素，精確地計(jì)算管板的受力，確定管板的厚度是十分困難的。目前使用的計(jì)算公式很多，每一種計(jì)算公式都是在某一假設(shè)條件下推導(dǎo)出來的，都屬于近似計(jì)算，在相同情況和相同條件下，采用不同的計(jì)算公式其結(jié)果差異很大。第一是以原西德的"AD"規(guī)范作設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，管板厚度通常為1020毫米，壓力范圍在0.12.5MPa之間，國(guó)內(nèi)也有用到4.5MPa的，但在受力分析上一直有一定的爭(zhēng)論。第二是前蘇聯(lián)的"TH"系列的計(jì)算方法，是以彈性基礎(chǔ)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行推導(dǎo)的，可以計(jì)算任意一點(diǎn)的應(yīng)力和撓度，也列出了最大應(yīng)力和最大撓度的計(jì)算公式，且規(guī)定SP+ST《[S]，撓度應(yīng)小于l/4的管板厚度，看起來是比較完整的，但其計(jì)算與實(shí)測(cè)相差較多，目前沒有推薦使用可能性。第三是清華大學(xué)提出的計(jì)算方法，是將管板作為換熱管彈性基礎(chǔ)上的圓平板處理，進(jìn)行了詳細(xì)的力學(xué)分析，計(jì)算方法比較精確，也得到了國(guó)內(nèi)外的共識(shí)；但在應(yīng)用計(jì)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)其計(jì)算厚度減薄較少，而相同條件下，相對(duì)薄管板來說有一定的距離。目前我國(guó)尚未頒布薄管板設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在設(shè)計(jì)中參照原西德的"AD"規(guī)范，在通常情況下，設(shè)計(jì)計(jì)算厚度可減薄近75%。而對(duì)于非均厚薄管板還沒有一套完善的計(jì)算方法。從國(guó)外資料來看亦各有其說。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于非均厚薄管板尚無完善的計(jì)算方法的問題，提供一種新的確定非均厚薄管板厚度的方法。采用該方法進(jìn)行非均厚薄管板設(shè)計(jì)，具有材料利用率高，設(shè)備投資少，土建投資少的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種確定非均厚薄管板厚度的方法，將所述非均厚薄管板分為布管區(qū)和無支撐區(qū)，其中布管區(qū)的厚度按照純薄管板來確定；無支撐區(qū)的厚度按照以下方法確定將布管區(qū)視作剛性固定，無支撐區(qū)受均布載荷，外邊軸向移動(dòng)，根據(jù)無支撐區(qū)的剛度確定其厚度。上述技術(shù)方案中，無支撐區(qū)的彎矩按照以下方法確定當(dāng)軸對(duì)稱變厚度圓板受軸對(duì)稱垂直載荷作用時(shí)，其平衡方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(1)式中^一-中面的斜率丄r'《w----在i板的分布載荷集度----Hlb的板厚丑、v----材料的彈性摸量及泊松比"----抗彎強(qiáng)度r----ba^間的變化值由公式(l)求得滿足邊界條件的e解后，按(2)式求得彎距，即——t反的彎曲剛度&=-丄J^WWr——^徑潛的z(^切力'必S、^s、仏=D三+,(2)取v^/3，其平衡方程及其解分別為&3肪3、w以上兩解中9。為平衡方程的時(shí)解，可據(jù)已知的Qr選取，積分常數(shù)G和C2則有邊界條件確定。上述技術(shù)方案中，無支撐區(qū)管板的制造優(yōu)選方案采用板制、壓制、鍛制或焊制。本發(fā)明對(duì)溫差大，需要加膨脹節(jié)的大直徑換熱器管板的設(shè)計(jì)，提出了確定非均厚薄管板厚度的方法。其關(guān)鍵在于建立非均厚薄管板厚度設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，即將管板厚度進(jìn)行分隔，將管板分成布管區(qū)和無支撐區(qū)。布管區(qū)的設(shè)計(jì)，按照純薄管板來確定，即按照焊入式薄管板換熱器管板厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算，其數(shù)學(xué)模型就是將管子作為固定支撐，以管子固定支撐下的平板進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算其最大無支撐區(qū)的平板強(qiáng)度。無支撐區(qū)的設(shè)計(jì)計(jì)算就是將布管區(qū)視作剛性固定，無支撐區(qū)受均布載荷，外邊可軸向移動(dòng)，計(jì)算管板無支撐區(qū)的剛度。本發(fā)明中非均厚薄管板厚度設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的確定，可以看出非均厚薄管板的設(shè)計(jì)是由布管區(qū)及無支撐區(qū)二部分組成的，所以在制造時(shí)亦可分成二部分來設(shè)計(jì)制造。布管區(qū)的薄管板制造工藝簡(jiǎn)單，便于加工；無支撐區(qū)的薄管板制造可采用板制、壓制、鍛制或焊制等多種制造工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及使用情況選擇適當(dāng)?shù)墓に囘M(jìn)行制造。本發(fā)明確定非均厚薄管板厚度的方法關(guān)鍵是在于建立合理的數(shù)學(xué)模型，即將非均厚薄管板分為布管區(qū)和無支撐區(qū)。其中，布管區(qū)的厚度計(jì)算其實(shí)是一個(gè)純薄管板強(qiáng)度的計(jì)算，可按照150-1998《鋼制壓力容器》平蓋計(jì)算來確定其厚度；而無支撐區(qū)的計(jì)算實(shí)際上是一個(gè)為滿足由于熱膨脹而引起的應(yīng)力彎矩的剛度校核。本發(fā)明中無支撐區(qū)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，在《機(jī)械工程師手冊(cè)》(上)中，是用于重型機(jī)械中管撐彈簧的計(jì)算，本發(fā)明將其應(yīng)用于加膨脹節(jié)的大直徑換熱器管板的設(shè)計(jì)。本發(fā)明確定非均厚薄管板厚度的方法，既與殼體的直徑無關(guān)，又可在溫差較大時(shí)使用，既具科學(xué)性又具合理性。這樣充分提高了材料的利用率，降低了材料的浪費(fèi)，大大降低了設(shè)備投資、土建投資等工程款項(xiàng)。材料若是不銹鋼或貴金屬，那更是顯示出節(jié)約原材料、降低成本、利國(guó)利民的優(yōu)越性，取得了較好的技術(shù)效果。圖1為非均厚薄管板基本結(jié)構(gòu)圖。圖2為無支撐區(qū)管板的基本結(jié)構(gòu)圖。圖1中，l為布管區(qū)，2為無支撐區(qū)，2a為換熱器外徑，2b為布管區(qū)直徑，r為ba間的變化值，t為r處的板厚，H為管板厚度。圖2中，R為金屬加工倒角半徑，S為換熱器殼體壁厚。下面通過實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1管板的設(shè)計(jì)溫度為20(TC，無支撐區(qū)的邊界直徑為50毫米，換熱管與殼體的壁溫差為75°C，軸向壓應(yīng)力為95.0Mpa(取泊松比v=1/3)，設(shè)計(jì)非均厚管板的厚度。(1)計(jì)算布管區(qū)的管板厚度按150-1998《鋼制壓力容器》平蓋計(jì)算來確定管板厚度，結(jié)果見表l。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表2可見，按原西德"AD"規(guī)范的平板強(qiáng)度計(jì)算管板厚度，計(jì)算厚度是很薄的，在換熱器直徑較大的情況下，這些厚度在制造上是比較困難的，為了便于制造，須適當(dāng)增加管板的厚度。(2)計(jì)算無支撐區(qū)的管板厚度，結(jié)果見表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(3)非均厚薄管板的設(shè)計(jì)厚度，結(jié)果見表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果可以看出，非均厚薄管板的計(jì)算厚度是很薄的。考慮到制造加工等因素，適當(dāng)增加管板厚度。普通的中低壓換熱器的管板布管區(qū)的設(shè)計(jì)厚度一般在1020毫米之間；其無支撐區(qū)的管板厚度也稍低于同類法蘭的厚度。本方法在乙苯脫氫制苯乙烯裝置上使用，效果良好，強(qiáng)度足夠。權(quán)利要求1、一種確定非均厚薄管板厚度的方法，將所述非均厚薄管板分為布管區(qū)和無支撐區(qū)，其中布管區(qū)的厚度按照純薄管板來確定；無支撐區(qū)的厚度按照以下方法確定將布管區(qū)視作剛性固定，無支撐區(qū)受均布載荷，外邊軸向移動(dòng)，根據(jù)無支撐區(qū)的彎矩確定其厚度。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述確定非均厚薄管板厚度的方法，其特征在于所述無支撐區(qū)的彎矩按照以下方法確定當(dāng)軸對(duì)稱變厚度圓板受軸對(duì)稱垂直載荷作用時(shí)，其平衡方程為^。----在Hlt扳的分布載荷集度"。----潛的扳厚AV----材料的彈性摸量及泊松比。----抗彎強(qiáng)度r----ba^間的變化值由公式(l)求得滿足邊界條件的e解后，按(2)式求得彎距，即中面的斜率^^----板的彎曲剛度G=-—_L——豐徑Hib的^切力取v^/3,其平衡方程及其解分別為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>以上兩解中e。為平衡方程的時(shí)解，可據(jù)已知的Qr選取，積分常數(shù)C,和C2則有邊界條件確定。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述確定非均厚薄管板厚度的方法，其特征在于所述無支撐區(qū)管板的制造采用板制、壓制、鍛制或焊制。全文摘要本發(fā)明涉及確定非均厚薄管板厚度的方法，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于非均厚薄管板尚無完善的計(jì)算方法的問題。本發(fā)明通過采用將所述非均厚薄管板分為布管區(qū)和無支撐區(qū)，其中布管區(qū)的厚度按照純薄管板來確定；無支撐區(qū)的厚度按照以下方法確定將布管區(qū)視作剛性固定，無支撐區(qū)受均布載荷，外邊軸向移動(dòng)，根據(jù)無支撐區(qū)的剛度確定其厚度的技術(shù)方案較好地解決了該問題，可用于固定管板換熱器的薄管板設(shè)計(jì)制造中。文檔編號(hào)G01B21/08GK101349557SQ20071004396公開日2009年1月21日申請(qǐng)日期2007年7月18日優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日發(fā)明者吳一鳴申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院