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)計條件下厚度相對于我國的GB151《鋼制管殼式換熱器》規(guī)范設(shè)計較薄的管板，目前我國尚未頒布薄管板設(shè)計的標準規(guī)范。由于管板受力情況十分復雜。因而要從理論上分析清楚這些因素，精確地計算管板的受力，確定管板的厚度是十分困難的。目前使用的計算公式很多，每一種計算公式都是在某一假設(shè)條件下推導出來的，都屬于近似計算，在相同情況和相同條件下，采用不同的計算公式其結(jié)果差異很大。第一是以原西德的"AD"規(guī)范作設(shè)計標準，管板厚度通常為1020毫米，壓力范圍在0.12.5MPa之間，國內(nèi)也有用到4.5MPa的，但在受力分析上一直有一定的爭論。第二是前蘇聯(lián)的"TH"系列的計算方法，是以彈性基礎(chǔ)理論為基礎(chǔ)進行推導的，可以計算任意一點的應力和撓度，也列出了最大應力和最大撓度的計算公式，且規(guī)定SP+ST《[S]，撓度應小于l/4的管板厚度，看起來是比較完整的，但其計算與實測相差較多，目前沒有推薦使用可能性。第三是清華大學提出的計算方法，是將管板作為換熱管彈性基礎(chǔ)上的圓平板處理，進行了詳細的力學分析，計算方法比較精確，也得到了國內(nèi)外的共識；但在應用計算時，發(fā)現(xiàn)其計算厚度減薄較少，而相同條件下，相對薄管板來說有一定的距離。目前我國尚未頒布薄管板設(shè)計的標準規(guī)范，在設(shè)計中參照原西德的"AD"規(guī)范，在通常情況下，設(shè)計計算厚度可減薄近75%。而對于非均厚薄管板還沒有一套完善的計算方法。從國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)中對于非均厚薄管板尚無完善的計算方法的問題，提供一種新的確定非均厚薄管板厚度的方法。采用該方法進行非均厚薄管板設(shè)計，具有材料利用率高，設(shè)備投資少，土建投資少的特點。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，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軸對稱變厚度圓板受軸對稱垂直載荷作用時，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)明對溫差大，需要加膨脹節(jié)的大直徑換熱器管板的設(shè)計，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)計的數(shù)學模型，即將管板厚度進行分隔，將管板分成布管區(qū)和無支撐區(qū)。布管區(qū)的設(shè)計，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)計計算，其數(shù)學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行計算，計算其最大無支撐區(qū)的平板強度。無支撐區(qū)的設(shè)計計算就是將布管區(qū)視作剛性固定，無支撐區(qū)受均布載荷，外邊可軸向移動，計算管板無支撐區(qū)的剛度。本發(fā)明中非均厚薄管板厚度設(shè)計數(shù)學模型的確定，可以看出非均厚薄管板的設(shè)計是由布管區(qū)及無支撐區(qū)二部分組成的，所以在制造時亦可分成二部分來設(shè)計制造。布管區(qū)的薄管板制造工藝簡單，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)計要求及使用情況選擇適當?shù)墓に囘M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)的厚度計算其實是一個純薄管板強度的計算，可按照150-1998《鋼制壓力容器》平蓋計算來確定其厚度；而無支撐區(qū)的計算實際上是一個為滿足由于熱膨脹而引起的應力彎矩的剛度校核。本發(fā)明中無支撐區(qū)的設(shè)計計算方法，在《機械工程師手冊》(上)中，是用于重型機械中管撐彈簧的計算，本發(fā)明將其應用于加膨脹節(jié)的大直徑換熱器管板的設(shè)計。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)，又可在溫差較大時使用，既具科學性又具合理性。這樣充分提高了材料的利用率，降低了材料的浪費，大大降低了設(shè)備投資、土建投資等工程款項。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。下面通過實施例來對本發(fā)明作進一步的闡述。具體實施例方式實施例1管板的設(shè)計溫度為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，軸向壓應力為95.0Mpa(取泊松比v=1/3)，設(shè)計非均厚管板的厚度。(1)計算布管區(qū)的管板厚度按150-1998《鋼制壓力容器》平蓋計算來確定管板厚度，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)范的平板強度計算管板厚度，計算厚度是很薄的，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，須適當增加管板的厚度。(2)計算無支撐區(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)計厚度，結(jié)果見表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由設(shè)計計算結(jié)果可以看出，非均厚薄管板的計算厚度是很薄的?？紤]到制造加工等因素，適當增加管板厚度。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，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軸對稱變厚度圓板受軸對稱垂直載荷作用時，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)中對于非均厚薄管板尚無完善的計算方法的問題。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，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)計制造中。文檔編號G01B21/08GK101349557SQ20071004396公開日2009年1月21日申請日期2007年7月18日優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日發(fā)明者吳一鳴申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院