大型固体料仓耳式支座设计选型和计算校核

李智超，邓崔翔，邓伟，东波，祝文

（西安西矿环保科技有限公司， 陕西 西安 710075）

料仓是湿法脱硫工艺系统中不可缺少的重要设备，一般料仓由于受现场安装条件限制，支撑均采用耳式支座结构。目前关于耳式支座的选型主要借助标准NB/T47065.3-2018《容器支座 第3部分：耳式支座》，其主要适用于直径≤4m和使用温度-100℃～300℃的立式圆筒形容器，对于超出该标准适用范围的大直径立式容器，需要采用非标设计，并对其进行计算和校核。为此笔者根据现有项目中设计的大容积料仓，提出大型料仓非标耳式支座的设计计算和校核方法。

1 料仓的基本参数

该设备安装于山东省临沂市莒南县临港产业园，根据项目技术协议：10m高度处基本风压q0：400N/m2，地震影响系数a：0.12（7级地震设防烈度）。根据料仓就位高度和设备质心，风压高度变化系数fi：1.14[1]。

料仓设计参数：设计压力：0.1MPa，设计温度：常温，材料：Q235B。

料仓设备其它参数： 设备外径D 0 ：5620mm，筒体厚度δe：10mm，设备总高度h0：13300mm，设备总质量m0：350t。料仓示意图见图1：

2 耳式支座设计流程图

由于大型固体料仓已远超出耳式支座适用的范围，其设计选型需经过严谨的计算和校核，具体设计流程如图2所示：

3 耳式支座实际承受载荷和支座处圆筒所受的弯矩

根据以往类似项目的经验，首先确定该料仓耳式支座数量为8个，耳式支座型式和尺寸见图3，耳式支座通过与土建梁预埋钢板焊接固定，预埋钢板厚度20mm。

图1 料仓示意图

图2 耳式支座设计流程图

图3 耳式支座尺寸

3.1 耳式支座实际承受载荷计算

分析耳式支座受力时主要考虑：地震载荷、风载荷、偏心载荷、工作载荷、检修载荷以及设备自重等，本设备暂无偏心载荷，设备总质量已考虑工作载荷和检修载荷。

地震载荷：Pe=am0g=0.12×350000×9.8=4116 00N；

风 载 荷： Pw= 1 . 2 fiq0D0H0× 1 0-6=1.2×1.14×400×5620×13300=40901N；

水平力：P=Pe+0.25Pw=421825N；

耳式支座实际承受载荷可按下式近似计算[2]：

式中：n -支座数量，n=8；k -不均匀系数，k=0.83；Ge、Se-偏心载荷、偏心距；D -支座安装尺寸，D=5722mm。

3.2 耳式支座处圆筒所受的弯矩

耳式支座处圆筒所受的弯矩：

ML=Q×(l2-S1)×10-3=33.29kN.m

式中：根据现场安装尺寸及支耳尺寸，l2取500mm，S1取450mm。

4 耳式支座许用载荷和耳式支座许用外弯矩

耳式支座本体强度主要体现在筋板和底板上，因此耳式支座许用载荷为分别计算筋板和底板确定的允许载荷，取其较小者为准。

4.1 耳式支座筋板允许载荷计算

由于筋板的受力为压力，其失效状况大多表现为压缩失稳，因此可将筋板受力结构模型简化为两端铰支的轴向受压的压板。

图4 筋板尺寸

按筋板强度确定的耳式支座的允许载荷：

式中：筋板计算宽度：b=342mm；筋板厚度：δe=12mm；筋板数量：n=3；计算倾角角度：α=44.3°；；折减系数：k=0.9。

4.2 耳式支座底板允许载荷计算

底板可简化为二边自由、二边简支的承受均布载荷的矩形板受弯模型。按底板强度确定的耳式支座的允许载荷：

式中：底板厚度：δ1=30mm；底板宽度：b1=500mm；底板长度：l1=500mm；筋板间距：b2=225mm。

4.3 耳式支座许用外弯矩

在支座处容器圆筒内的应力主要是由容器的内压力和支座外弯矩引起的。主要存在以下几种应力：由内压引起的一次总体薄膜应力，由支座弯矩引起的一次局部薄膜应力，由支座弯矩引起的一次弯曲应力[3]。

式中：

系数：CLΦ、CLx、KLΦ、KLx由l3/b3=0.7和Rm/δe=280确定；查表[3]得CLΦ=1.1，CLx=0.6，KLΦ=1.05，KLx=1.02。

系 数： βmΦ= β KLΦ= 0 . 1 2 6 ，βmx=βKLx=0.123。

系数：fmΦ、fmx由β和Rm/δe确定；查图[3]得：fmΦ=22，fmx=10；

系数：fbΦ、fbx由βmΦ、βmx和Rm/δe确定；查图[3]得：fbΦ=0.012，fbx=0.015。

4.4 应力限制条件

组合应力按照第三强度理论进行计算[4]，限制条件如下：

根据上述三个条件，结合耳式支座材质[σ]=113MPa，通过自动迭代计算，得出支座最大许用外弯矩[ML]=78.42kN.m。

5 耳式支座校核判定准则

综上可知：耳式支座实际承受载荷：Q=665.85kN＜[Q]=min([Q1]、[Q2])=914kN；耳式支座处圆筒所受的弯矩M L=3 3.2 9 k N.m＜[ML]=78.42kN.m，因此该耳式支座设计满足要求。

6 结束语

本文提出一种大型固体料仓非标耳式支座设计流程，并结合现有项目对料仓耳式支座进行设计选型及校核验证，分别计算耳式支座实际承受载荷、许用载荷、支座处圆筒所受外弯矩及许用弯矩，计算结果表明，耳式支座结构设计合理，满足结构强度要求。

◆参考文献

[1] GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

[2] NB/T47065.3-2018，容器支座 第3部分：耳式支座[S].

[3] HG/T20582-2011，钢制化工容器强度计算规定[S].

[4] 丁伯民，黄正林等编.化工设备设计全书化工容器[M].北京：化学工业出版社，2003.