塔器裙座设计

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摘要：

裙座和其他支座，如腿式支座、支撑式支座等比较，结构性能更好，与壳体连接处产生的局部应力最小，是塔器（和大型立式容器）采用的主要支座形式。1：裙座的分类与选用裙座分为圆筒形和圆锥形两种。a、圆筒形裙座一般首选圆筒形裙座，圆筒形裙座不仅制作方便，受力情况也比圆锥形裙座好。b、圆锥形裙座塔器设计中遇到下面三种情况之一时，才选用圆锥形裙座.（1）塔器的高度与直径之比较大（直径≤1m、高径比>25或直径>1m、高径比>30），塔器承受倾覆力矩过大，需要增加裙座筒体断面惯性矩。（2）塔器载

裙座和其他支座，如腿式支座、支撑式支座等比较，结构性能更好，与壳体连接处产生的局部应力最小，是塔器（和大型立式容器）采用的主要支座形式。

1：裙座的分类与选用

裙座分为圆筒形和圆锥形两种。

a、圆筒形裙座

一般首选圆筒形裙座，圆筒形裙座不仅制作方便，受力情况也比圆锥形裙座好。

b、圆锥形裙座

塔器设计中遇到下面三种情况之一时，才选用圆锥形裙座.

（1）塔器的高度与直径之比较大（直径≤1m、高径比>25或直径>1m、高径比>30），塔器承受倾覆力矩过大，需要增加裙座筒体断面惯性矩。

（2）塔器载荷较大，混凝土基础顶面的压应力过大，需要加大基础环承压面积。

（3）塔器地脚螺栓个数多，间距过小，需要加大地脚螺栓中心圆直径。

2：圆锥形裙座半锥顶角的限制

在圆锥形裙座的设计中，考虑到按稳定计算的锥壳厚度与cos2θ（θ为锥壳的半锥顶角）成反比（因锥壳在轴向力的作用下，其许用轴向压应力与半锥顶角的余弦平方成正比），即锥壳厚度随着锥壳的半锥顶角θ的增大而增大很快（因许用轴向压应力值下降很快）。而且锥壳与塔体间的焊缝在弯曲与剪切作用下引起的应力突变，也随着θ的增大而增大。所以锥壳半锥顶角不宜超过15°。

3：圆筒形裙座与下封头的对接连接

在圆筒形裙座的设计中，裙座筒体与塔体下封头大多采用对接连接。理论上应使裙座筒体与塔体下封头（均扣除腐蚀裕量后）的中径一致。可是，这样会给制造、检验和验收带来不方便。因此，通常取裙座筒体的外径等于塔体下封头的外径。裙座筒体与塔体下封头的连接焊缝是一条十分重要的焊缝，它的焊接按质量直接影响塔器的安全运行。所以必须采用全焊透的对接焊。同时，为了减少连接处的应力集中，规定焊缝沿塔器轴向的高度大于或等于1.6δ（δ是裙座筒体的壁厚）。

4：裙座与下封头拼接焊缝处的连接

当塔器直径大于1.2m并采用拼接封头时，应当在裙座筒体上沿开设半圆或半长圆等形状的缺口(下图)，目的是避免裙座和封头的连接焊缝与封头的拼接焊缝交叉，形成十字焊缝，同时也便于塔器在使用过程中的检验和维修。这一结构，应以局部放大图或文字叙述的形式在总图或装配图上表达清楚。当然，如封头由整块钢板制成，就不必再开设缺口。不过应在图纸上注明对封头制作的要求。

5：裙座壳体过渡段的设置

如果裙座壳体材料与塔体下封头材料不同，两者焊接后会影响下封头材料的力学性能或化学成分时，需要在裙座壳体上部设置与下封头材料相同的过渡段。由于塔器的设计温度不同，所以过渡段的长度也不同。当塔器设计温度大于或等于-20℃而小于或等于250℃或者下封头材料为奥氏体不锈钢时，过渡段长度应不小于300mm；当塔器设计温度小于-20℃或者大于250℃时，过渡段长度应取保温层厚度的4倍，且不小于500mm。

6：裙座上部隔气圈的设置

塔器壳体与裙座壳体的连接处往往存在很大的温差应力，特别当塔器的操作温度大于或等于400℃或塔内操作温度变化剧烈时更是如此。温差应力如不加以控制，将对塔器的安全运行构成威胁。若温度变化比较大，还会造成疲劳破坏。在裙座上部靠近封头处设置隔气圈，隔气圈分可拆式隔气圈和不可拆式隔气圈(见下图)。设置隔气圈的目的是防止塔器壳体与裙座壳体的连接处产生过大的温度梯度，降低该处的温度应力水平。由于隔气圈的作用使圈内的空气处于相对静止的状态，实际上起到一保温层的作用。对于操作温度变化幅度较大的塔器，操作温度较高时，圈内空气被加热。反之，圈内空气加热金属壁，使金属壁温的变化幅度减小，从而提高疲劳破坏的循环次数。