[发明专利]一种夹套式塔器固有频率的计算方法

说明书

本发明涉及一种夹套式塔器固有频率的计算方法；将夹套式塔器简化成等直径变壁厚的一般式塔器；保证原始模型和简化模型的质量相等，刚度满足线性折减，折减系数为α；基于简化后的等直径变壁厚模型，按照现行标准NB/T47041‑2014《塔式容器》中推荐的方法，计算夹套式塔器的固有频率。本发明绘制了工程中常见参数下的折减系数并给出了折减系数的计算公式，设计计算时，可直接供设计人员查用；通过实例，采用本发明所建立的简化模型及折减系数曲线图，计算得到的一阶固有频率偏差为2％，相比于现行的计算方法，偏差降低了50％，且计算过程简单方便，适用于工程计算。本发明具有计算快速方便，偏差小，适宜推广等优点。

技术领域

本发明应用于石油、化工、制药和化纤等行业，涉及一种夹套式塔器固有频率的计算方法，主要应用在夹套式塔器的设计和动力学特性分析上。

背景技术

如今化工领域不断向着大型化发展，而塔器作为化工行业重要的设备之一，也愈加趋向于高参数和大型化。随着塔器的高径比越来越大，其结构也越来越柔，阻尼越来越小，致使塔器的风振响应也越来越大。在进行塔器的强度和风振响应分析时，固有频率是一个重要的计算参数。但夹套式塔器是一类特殊的塔器，其外围包有完整的受压腔和密闭腔，由此带来整个塔器质量和截面惯性矩的改变，目前工程上尚没有准确计算其固有频率的方法。所以，研究夹套式塔器的结构，提出在工程中准确计算其固有频率的方法，对夹套式塔器的设计具有重要意义。目前，工程上在计算夹套式塔器的固有频率时，将夹套质量简化至与之相连的塔壁处，采用折算质量法求解。该方法只考虑了夹套的质量，忽略了夹套对塔器刚度的影响，因此，固有频率计算结果偏差较大，导致动力学响应分析出现偏差，使夹套式塔器的设计偏离真实工况。

发明内容

本发明的目的是克服现有计算方法的不足，提供一种新的夹套式塔器的固有频率计算方法。

本发明的原理是：将夹套式塔器简化成等直径变壁厚的一般式塔器，基于该简化模型，按照现行标准NB/T47041-2014《塔式容器》中推荐的方法，计算夹套式塔器的一阶固有频率。

本发明的思路是：简化模型的内径与原始夹套式塔器的塔内径保持一致，将夹套按照质量相等和刚度按系数α折减的原则等效至塔壁处。因此需要确定每座夹套式塔器对应的折减系数α。采用试算的方法确定折减系数α，即先假定某一α值，计算简化模型和原始模型的一阶固有频率，直至误差小于1％，整个计算过程如图1所示。

本发明的技术方案如下：

一种夹套式塔器固有频率的计算方法，将夹套式塔器简化成等直径变壁厚的一般式塔器；保证原始模型和简化模型的质量相等，刚度满足线性折减，折减系数为α；基于简化后的等直径变壁厚模型，按照现行标准NB/T47041-2014《塔式容器》中推荐的方法，计算夹套式塔器的固有频率。

具体步骤如下：

(1)绘制工程中常见参数下夹套式塔器的折减系数α查值曲线图；

(2)将夹套式塔器简化成等直径变壁厚的一般式塔器；

(3)根据夹套式塔器的结构参数，查图得到折减系数α；

(4)由折减系数α，计算简化模型的等效密度和等效厚度参数；

(5)基于简化模型，根据标准NB/T47041-2014《塔式容器》中推荐的方法计算一阶固有频率。

所述步骤(1)具体做法是：

夹套式塔器分为全包式夹套和分段式夹套，其主要特征参数包括：塔器直径、夹套直径、塔壁厚、夹套壁厚、塔高和夹套长度；对上述参数进行分析计算，得到如下四个无量纲参数：

直径比D_i/D_ji——塔直径与夹套直径之比；

高径比H/Di——塔器直径与塔高比；