设备力矩与重心计算实例

设备力矩与重心计算

0

管理提醒：

本帖被 小新27 从 【设备安装】 移动到本区(2007-11-11)

图片：

设备吊装前，应对设备力矩与重心计算，找出吊点位置

催化分馏塔吊装分析（稳定性校核计算）

催化分馏塔由于现场吊装场地的限制，所以需采用整体吊装的方法进行，因为催化分馏塔设备体积较大的圆筒形设备，尤其是设备壁厚较薄，高度达到了56米，所以在吊装过程中保证设备自身的稳定性是整个吊装施工的重点。

1、催化分馏塔主要参数：

材质：16MnR

序号 名 称 外形尺寸（直径*高*厚） 单 位 重 量（Kg）

1 上封头 4600×1205×12+3 Kg 2698

2 筒体1 4600×23450×12+3 Kg 40034

3 筒体2 4600×10000×16+3 Kg 21643

4 筒体3 4600×10000×20+3 Kg 26222

5 裙座 4600×1000×20+3 Kg 24480

6 下封头 4600×1205×20+3 Kg 4150

7 附件 Kg 约14000

催化分馏塔 φ4600/55000 Kg 132800

催化分馏塔外形尺寸：

2、催化分馏塔稳定计算主导思路

根据催化分馏塔主要技术参数，拟定该塔的稳定性（刚性）计算应按以下步骤进行：

1） 静载荷时吊点处设备截面的受外力稳定性（刚性）计算，与钢材可塑性极限值做对比，根据校核结果考虑加固措施；

2） 整个设备（承受最大弯矩）重心位置的稳定性（刚性）计算，与钢材屈服强度、做对比，根据校核结果考虑加固措施；

3） 吊装过程中（动载荷）时吊点处设备截面的受外力稳定性（刚性）计算，与钢材可塑性极限值做对比，考虑是否需要加强该处加固措施。

3、计算前主要数据准备

1） 设备中心位置的确定（进行近似计算）

首先计算设备下段的重心点位置：

由于设备为圆筒形设备，重心点处于圆筒的轴心线上，假定设备下段的中心点为G1处，下段设备两段重心点距离的1/2为L，并设L距离重心点的距离为a，下段设备1/2的重量为Ga和Gb，（忽略下封头和底座环位置重量的突变）。代入重心计算公式求下段重心：

由重心点物体弯矩相等得Ga×（L-a）=Gb×（L+a）

Ga=（筒体2和筒体3重量/2+裙座筒体重量）/2+底座环+下封头+附件

=32652+2000+4150+4000

=42802Kgf

Gb=（筒体2和筒体3重量/2+裙座筒体重量）/2 +附件

=28324+4000

=32802Kgf

42.8×（15.1/2-a）= 32.8×（15.1/2+a）

a=1.0m=1000mm

G1= Ga+Gb=75604 Kgf

另外还要计算设备下段的重心点位置：

由于设备上段筒体均为12mm厚钢板，忽略上封头位置重量的突变，故重心点处于圆筒的轴心线上，即在设备上段总长的1/2处，也是设备圆筒的中心点处（G2点）。L=24549/2=12275mm

所以 G2=57200 Kgf

最后用同样的方法计算设备重心点位置

由于设备为圆筒形设备，重心点处于圆筒的轴心线上，假定设备下段的中心点为G0处，整台设备两段重心点距离的1/2为L，并设L距离重心点的距离为a，上段设备的重量为G1，下段设备的重量为G2。代入重心计算公式求设备重心：

由重心点物体弯矩相等得G1×（L-a）=G2×（L+a）

75.6×（14.7-a）= 57.2×（14.7+a）

a=2.03m=2030mm

具体位置见下图：

2） 筒体主要技术参数：

设备主要材质：16MnR

设备主要板厚：12/16/20mm

钢材许用应力：钢材δ≤16mm [σ]抗拉、抗压、抗弯取310N/mm2

钢材16mm≤δ≤40mm [σ]抗拉、抗压、抗弯取295N/mm2

4、静载荷时吊点处设备圆筒截面的受外力稳定性（刚性）计算

1) 吊点处最大应力

由于设备在翻身过程中，12mm圆筒节的吊点处为吊装应力集中点，现校核该点处承受最大应力；圆环的几何形状和受力的对称性,使其变形和内力也是对称的。现将圆环分成两部分(下图),利用内力的对称性以及力平衡方程,则可求得作用于圆环截面上的力N0=p/2,剪力Q0=0。但弯矩M0(多余约束力矩)不能由平衡条件求出,因而为一次静不定系统,见图3c。基本静定系如图3d。

故:

G0=Ga+Gb=(75604 Kgf +57200 Kgf)/2=132804×9.8/2=6.5×105 N

截面积：F=π(d2-d12)/4=π(46242-46002)/4=5.53×104 mm2

惯性距：J=π(d4-d14)/64=π(46244-46244)/64=1.47×1011mm4

截面系数：W=π(d4-d14)/（32d）

=π(46244-46004)/（32×4624）=6.36×107 mm3

形心位置座标emax =2312mm

最大应力σmax=pa /W= Mmax/W

=6.5×105×2312 /1.47×107=1022Mpa

而材料16MnR的σs屈服强度=345 Mpa

所以筒壁必须进行加固处理，具体见吊装方案，如下图示意：

5、整个设备（承受最大弯矩）重心位置的稳定性（刚性）计算

假设设备下吊耳位置设置在从裙座底部上来距离为a，而设备下吊耳位置设置在从设备顶部下来距离为2a。

吊点处设备受力弯矩示意图

强度验算

σ=M/W+P/F

式中：M 支架所受弯矩

W 截面系数

P （P1+P2）/2设备最大受力=6.5*105N

F 截面积

假定P1*（26158-a）> P2*（28549-2a）

G0点承受最大弯矩M=P1*（26158-a/2）- P1*a/26158

=26158*P1- P1*a/26158-a/2P1

则 弯矩计算公式 σ=M/W+P/F

将[σ]=310Mpa代入公式

310=（26158*P1- P1*a/26158-a/2P1）/6.36*107 +6.5*105/5.53*104

26158*P1-（310-6.5*105/5.53*104）*6.36*107 = P1*a/26158-a/2P1

26158*6.5*105-298*6.36*107 = a/2*6.5*105-6.5*105*a/26158

1.262*1010=3.25*105a-24.849a

a = 3883mm

所以为保证设备的稳定性，吊耳位置设置在从裙座底部上来距离为3883mm，而设备下吊耳位置设置在从设备顶部下来距离为7766mm。