长方体卧式真空罐强度计算

(单帝强 广东增城特种电力设备有限公司 广东增城 511300)

   【【摘要】给出了长方体卧式真空罐的基本结构以及在真空外压作用下对罐体、罐盖所造成的危险部位及其应力，并对危险部位进行安全评价。

    关键词：面载荷，线载荷，弯矩，抗弯模数（截面模数），安全系数。

    关键词：面载荷，线载荷，弯矩，抗弯模数（截面模数），安全系数。

1、概述

地球表面至两万米高空布满了大气，大气所形成的压强，平均为一个大气压或760mm汞柱或0.1兆帕。大气的存在给动植物的生存提供了必要的氧气、氮气和二氧化碳；保证了海洋和陆地水的循环，也防止了超强的紫外线对动植物的伤害，更使得地球的昼夜温差达到适于动植物生存的程度，所以说在地球表面没有大气就没有生命。

       然而，一切事物都是有有利的一面就有不利的一面。仅就物质的干燥来说，大气的存在是不利的，抑制了物体内部和表面水份的渗出和蒸发。为了提高物质的干燥速度和程度，人们必须制造出没有大气的真空环境。制造真空环境所用的设备就是真空罐。

       真空罐的应用十分广泛。在食品、化工、冶金、电器制造……等部门都有应用，特别是在大容量高电压电力变压器制造方面，真空罐是必不可少的的重要设备。

       真空罐的结构形式多种多样：立式吊盖、立式翻转盖、立式旋转盖；卧式吊闸门、卧式旋转门、卧式侧拉门等。在立式和卧式中，又有圆的、方的、长方的之分。

       本文仅就长方体卧式真空罐进行强度分析和计算。

2、罐体强度计算

2.1 罐体的结构、尺寸及各部分的载荷：

我们所要研究的真空罐，罐体的结构及尺寸如图1所示，它的内部空间为：长8米，宽4米，高5米。

       构成长方体框架的立柱和横梁为工字钢（36C）、壁板为12钢板Q235-A，小梁为高100mm的T字钢罐口沿板为40钢板Q235-A。

       在全真空条件下，真空罐要承受大气的全部压力，也就是1kg/cm²。一平方米外壳就要承受10吨的压力。例如一个5米 10米的罐盖要承受500吨的压力。所以，对大型真空罐来说，每一块壁板所承受的压力都是巨大的。可见，强度计算必不可免。

       真空罐壁板所受面载荷： 1kg/cm²，自重造成的载荷忽略不计。

从图1可以看出该真空罐象一端开通，一端堵死的大型方管，为了计算方便，我们沿着长度方向把它分成9段。首段为罐口框架（见图1-A），截下长度50cm。这个长方形框架，每个边都作用着真空外压形成的线载荷：

       接下去是7个框架（见图1-B）截下长度100cm，同样框架每边都作用真空外压形成的均匀线载荷：

       最后一段是尾端壁板（见图1-C），截下有效长度为50cm，由于壁板的支撑作用，这个框架的强度远大于其他框架，可以不进行强度计算。

连接在两个立柱（或2个横梁）之间的小梁（见图1-D），应承受的真空造成的线载荷：

q₄=q₀=1kg/cm²

从图1可以看出，罐口对面的壁板结构及承载情况与侧面的结构及承载情况完全相同，对它的强度不再做分析计算。

2.2 罐口沿板强度计算

       从罐体上取下的罐口框架，如图2所示。

       根据图2的放大I，我们可以计算该框在外载荷作用下弯曲重心的位置：

组合截面（放大I）对弯曲重心的惯性矩：