一种精确计算设备支撑载荷的方法与流程

1.本发明涉及一种石化容器设备载荷计算方法，属于容器设备支撑计算分析技术领域。


背景技术：

2.目前石化容器计算支撑载荷时，采用标准规范给出的经典理论经验公式，公式本身只考虑地震载荷或风载、雪载、自重等，没有考虑实际接管载荷对支撑的影响，尤其是大直径高温高压管道载荷的影响，没有考虑基于此种失效模式的设计或基于此种模式失效的组合设计概念。
3.对于核级设备计算设备支撑载荷时，普遍采用圣维南原理，采用软件建模计算，按工况在各接管处一次施加3个方向的力和3个方向的力矩，一次计算得到设备支撑处的载荷，再采用法规或标准的评定方法，加以校核支撑处的螺栓和支撑结构的安定性。
4.对于石化容器计算方法的缺陷显而易见，既不全面也不准确，提升空间很大；对于核级设备，此方法缺陷是；
5.其一、计算方法不精确，不能模拟设备在运行中载荷的危险组合(如管道载荷、地震载荷、风载、雪载等)，此种加载方法没有考虑单一载荷计算的影响，多种载荷一起施加，会抵消载荷间的相互作用，使的计算结果偏小，对整个设备支撑带来安全隐患(见图1示例)；
6.其二、系统设计需给出明确的载荷大小和方向，包括接管6个载荷及3个地震载荷的数值大小和方向，而系统设计者提供的数据往往不全或不明确，给设备设计者带来设计输入不全，进而后期返工的可能性增大。
7.其三、对于多工况设备，计算效率低，对于设备支撑载荷计算分析，普遍采用整体模型，计算模型节点多，数据大，需要较大的存储容量，尤其是工况多达十几种的工况，对于多瞬态工况，接管载荷随着工作压力和温度的变化而变化，计算量会剧增。
8.据此，采用现代设计方法概念，探索发明出一套既考虑单一载荷对支撑载荷的影响，同时能减少计算量，提高效率，也能满足多瞬态工况的需求，做到计算方法准确、精确、经济的综合计算方法，迫在眉睫。


技术实现要素：

9.为了解决上述技术问题，本发明提供一种环型tmr阵列传感器自适应测量方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
10.本发明的具体方案如下：
11.一种精确计算设备支撑载荷的方法，包括以下步骤：
12.步骤一、将设计原始输入载荷按工况载荷分组成该工况适应的载荷；
13.步骤二、将原始坐标系下的载荷转化成实际建模坐标系下的载荷，并采用单位载荷步步分组，每组每次计算只允许有一种载荷，再将每步计算结果一一提取；
14.步骤三、将步骤一中的工况分组载荷乘以步骤二中提取单位载荷的每步计算结果，得到该工况下单独载荷在支撑处所产生的载荷，再将载荷在某一方向的载荷绝对值相加，得到该工况下支撑载荷，最后将所得同一类型结果相加，得到该工况下最终支撑载荷。
15.优选的：步骤一设计原始输入载荷包括接管载荷、地震载荷、风载载荷、雪载载荷和自重载荷。
16.优选的：步骤一中采用有限元分析方式对系统载荷进行分析，并将设计原始输入载荷按工况载荷分组，形成载荷分组数据表。
17.优选的：按工况载荷分组后，确定有限元模型坐标系与系统载荷坐标系是否一致，若一致则进行单位载荷分组，形成全正方向单位载荷和/或全负方向单位载荷，若不一致，则进行载荷等效化后再然后进行单位载荷分组，其中单位载荷分组后形成单位载荷数据表，然后采用有限元计算单位载荷数据表，形成单位载荷支撑结果数据表，然后按单位载荷结果计算各工况支撑载荷，形成工况支撑载荷表，得出设计工装支撑载荷，并将各类载荷产生的同种载荷累计相加，形成组中载荷数据用于计算或评定，最后形成支撑载荷结果汇总表。
18.本发明有益效果体现在：
19.1.本发明各载荷组合合理，按单一载荷计算求解支撑载荷，再将各单一载荷按实际载荷放大，并将同工况同类载荷代数和相加，得到该工况支撑载荷，避免同时施加载荷时，相互影响抵消，提高了石化容器支撑载荷计算精确度；
20.2.采用本发明的一种精确计算设备支撑载荷的方法，减少计算量，提高效率；将原本每工况均需计算的时间压缩至只计算一组，并不受工况数量的限制，实际经验说明，分析计算的工况越多，越体现出优越性；
21.3.由于计算方法精度高，载荷组合符合设备运行情况，计算结果经济性好，可以较好的设计支撑结构和地脚螺栓，按此法计算，彻底消除了支撑设计阶段的安全隐患。
22.4.本发明的一种精确计算设备支撑载荷的方法，通用于石化设备、核级设备等接管具有载荷的设备。
附图说明
23.图1为工况施加载荷；
24.图2为具体实施例中卧式设备模型图；
25.图3为施加接管a计算提取结果图；
26.图4为滑动支撑单位力结果图；
27.图5为固定支撑单位力结果图；
28.图6为滑动支撑单位力矩结果图；
29.图7为固定支撑单位力矩结果图；
30.图8是一种精确计算设备支撑载荷的工作流程图；
具体实施方式
31.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.如图2所示，本例设备为卧式设备，假设有5个接管载荷，设备支撑为鞍式支座，悬臂支撑，对于无载荷不影响支撑的接管，模型可忽略，本设备所有固有频率均大于33hz。
33.本实施方式中一种精确计算设备支撑载荷的方法，先将设计原始输入载荷(系统设计提供)按工况载荷分组(在本实施方式中不含工况载荷分组原则)成该工况适应的载荷。
34.再将原始坐标系下的载荷转化成实际建模坐标系下的载荷，再采用单位载荷步步分组，每组每次计算只允许有一种载荷，再将每步计算结果一一提取，比如：某设备共有5个接管载荷，1个地震载荷和1个风载，即单位载荷分组单次有：5
×
6+1
×
3+1
×
3＝36种分组，按正方向载荷和负方向载荷，共计单位载荷分组数为：36
×
2＝72个，即提取结果组数为72组，每组结果为支撑处的6种载荷，即fx、fy、fz、mx、my、mz，一般设备支撑设置为2个，则单位载荷结果数为：72
×6×
2＝864个结果。
35.其次将刚开始的工况分组载荷乘以上述提取单位载荷，得到该工况下单独载荷在支撑处所产生的载荷，再将载荷在某一方向的载荷绝对值相加，得到该工况下支撑载荷，比如，设计工况的36种单位分组中，设计工况每组与单位载荷结果一一对应，相乘后仍为36种分组，最后将所得同一类型结果相加，得到该工况下最终支撑载荷。
36.技术方案简要说明如下，以其中一种工况为例说明，采用单位载荷计算均采用1n或1n.mm，值小于1为系统坐标与建模坐标系转化后的载荷。
37.38.[0039][0040]
结果＝行列数[a4]＝行列数[a1]
×
行列数[a3]
[0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047]
具体技术流程
[0048]
本实施方式中一种精确计算设备支撑载荷的方法，含3个工作流程，即前处理流程、计算流程和后处理流程(如图8所示)。其中：
[0049]
前处理流程：包含坐标系载荷的等效转化、计算工况分组和单位载荷分组；在前处理流程中，首先判断载荷是否需要等效，如系统坐标系与建模坐标系相同，无需等效，否则要将系统坐标系下的载荷等效到建模坐标系下的载荷，等效方法采用静力学平衡条件等效；其次进行计算工况分组，即按计算工况的要求进行载荷组合，即按计算要求分设计工况、工作工况、紧急工况、事故工况及试验工况等多种；最后进行单位载荷分组，即统计设备上所有载荷对基础载荷的影响载荷数，按此数确定单位载荷的分组数。
[0050]
计算流程：含有限元模型建立、材料属性定义、网格划分、边界条件施加、计算分析及提取单位载荷数据；在计算流程中，采用有限元计算单位载荷数据表内的单位载荷数据，得出单位载荷支撑结果，并形成单位载荷支撑结果数据表。这部分借助ansys软件分析，要求要有熟练的有限元造作水平及理论力学方面的专业知识，其中对模型的简化、网格精度要求及内件等效质量和刚度等效，有一定的专业要求，即采用本专利方法计算的基本要求。
[0051]
后处理流程：含多工况载荷按单位载荷计算，即按单位载荷结果计算各工况支撑载荷，形成工况支撑载荷表，并将各类载荷产生的同种载荷累计相加，形成该工况下的支撑载荷数据，最后形成支撑载荷结果汇总表。
[0052]
本实施方式中，按载荷工况分组单位载荷计算，单位载荷每次只取1个载荷计算，将其计算结果与其实际载荷相乘，得到该载荷下的真实值，重复上述算法，将所有载荷计算完成，并将同类载荷绝对值相加，得到最终结果，并在计算中考虑正方向和负方向的全部因素，弥补了传统方法考虑多个载荷的相互影响，使计算结果大于传统方法的结果，彻底消除支撑设计阶段的安全隐患。
[0053]
在本实施方式中，一种精确计算设备支撑载荷的方法包括3处计算：
[0054]
其一，按载荷分组处理计算单位载荷分组，此处计算是建模坐标系与系统坐标系不同时，需要计算，就如单位载荷中小于1的数，是分解后的数；
[0055]
其二，计算借助ansys通用软件计算单位载荷；
[0056]
其三、计算单位载荷结果与原始载荷相乘并求解绝对值的和。
[0057]
本专利方法适用条件：设备壳体、支撑及接管一阶固有频率大于等于33hz。
[0058]
在本实施例中，给出9种计算工况载荷，载荷表如下表1；
[0059][0060]
表1
‑
九种计算工况载荷表
[0061]
以步骤一为例，说明施加fx＝1n的过程及计算提取结果图。
[0062][0063]
表2
‑
单位载荷表
[0064]
载荷步接管单位载荷单位载荷类型数值
ꢀꢀꢀ
fx(n)fy(n)fz(n)mx(n.mm)my(n.mm)mz(n.mm)1接管a2303222141253152412接管a2603522533211253253接管a2633812913173533054接管a2632113301313253855接管a1252413681703352656接管a3242713072102522457接管b2132013462502772258接管b3212313842302722069接管b12526132324929828710接管b35629136226922426711接管b35322130028824925812接管b343251239260275343
13接管c21338037725220133514接管c36231031626222732315接管c32534035525335313716接管c32437039323437814417接管c21530035024130415318接管c23533035632333016119接管d36536032531235616920接管d23539036123138117721接管d32322034632130718522接管d32325024223133319323接管d32137925221435920124接管d21432423032338520925接管e14235621234121021726接管e24125222332323622527接管e23435223125224023328接管e26325123424325024129接管e31323226524110124930接管e42322425023110325731重心23124222132410626532重心23523122122310927333重心14233221322111128134重心23532324222314228935重心25131325221211629736重心213323344231119305
[0065]
表3
‑
单位载荷提取结果表
[0066]
a
[0067][0068]
表4
‑
工况a计算结果表
[0069]
b
[0070][0071]
表5
‑
工况b计算结果表
[0072]
c
[0073][0074]
表6
‑
工况c计算结果表
[0075]
d
[0076][0077]
表7
‑
工况d计算结果表
[0078]
e
[0079][0080]
表8
‑
工况e计算结果表
[0081]
f
[0082][0083]
表9
‑
工况f计算结果表
[0084]
g
[0085][0086]
表10
‑
工况g计算结果表
[0087]
h
[0088][0089]
表11
‑
工况h计算结果表
[0090]
i
[0091][0092]
表12
‑
工况i计算结果表
[0093]
工况fx(n)fy(n)fz(n)mx(n.mm)my(n.mm)mz(n.mm)a396201844614534336089.5713870908.2863464152.8573848504.286b393381143788654269035.6073823943.1433495894.53876343.286c394614844392354321323.5713862283.2863442417.8573831875.286d396408844643514338015.5713872033.2863466987.8573850673.286e393901844292534314689.5713858408.2863432652.8573824404.286f394568844385914320895.5713862033.2863441787.8573831393.286g398708844965514359415.5713884533.2863498487.8573874773.286h398800844978394360271.5713885033.2863499747.8573875737.286i386978843323314250275.5713820783.2863337837.8573751863.286
[0094]
表13
‑
各工况计算支撑载荷汇总表
[0095]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应
包括在本发明的保护范围之内。