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k8内压卧式储罐最佳长径比研究

发布时间:2020-11-07 07:20

  2002年2月河北工业大学学报 Febmary 2002 2:2文章编号:1007—2373(2002)一ol抑)65一05 (河北工业大学化工学院,天津300】30) 摘要:按优化设计方法,以GB】50—1998《钢制 压力容器》等规范为约束条件,建立了相 应的卧式储罐优化设计的数学模型.在满 足对储罐容积要求前提下,以壳体质量最小为目 标函教,联舍使用罚函数法和鲍威 尔法进行寻优,并用c语言编制了优化程序,得出了优 化结果. 关键词:卧式储 罐;优化设计;c语言;目标函数:数学模型 中围分类号:T0053.2 文献 标识码:A O前言 在石油化工、动力、制冷和食品行业中,一般都要用到各式各 样的压力储罐.与球型或立式储罐相比,卧式储罐由于制造工艺简单,不受机具的 限制,而在这些行业中占有重要位置. 关于卧式储罐的合理设计问题,由于影响因 素较多,计算一般较繁琐.对卧式储罐来讲,安 全性和经济性都是十分重要的.安 全性是指储罐应满足一定的刚度和强度要求,即储罐应该有一 定的厚度限制.经济 性是指卧式储罐在制造过程中,应当尽量作到节省材料,降低设备投资费用. 文献 【1〕和文献〔2】曾分别利用复合形法和库恩一图克不等式约束极值理论对此类 问题进行了优 化.但是,复合形法收敛速度较慢,当用于维数较高的约束优化问题 时效果差:而运用库恩一图 克条件时除求解非线性方程组外,还要判定约束的有效 性,困难较多.本文在比较了众多优化方 法的基础上,联合使用罚函数法和鲍威尔 法进行寻优,此法适用范围广,收敛速度快,在保证足够的刚度和强度情况下,利 用设计优化程序得出了卧式储罐的最佳长径比. 1设计变量的选取 对于一般的卧 式储罐来说,它是由椭圆封头和圆筒组成的压力容器.并设有接管、凡孔、液 度.为此,选取简体厚度d。封头厚度如、简体内径D及长度L作为设计变量,即 标函数的确定为了确定给定参数下卧式储罐的最佳长径比,也就是为了得到最小质 量这一优化目标,确定 目标函数如下. 收稿日期:200l-07_06 作者柚 介;王洪海(1974_).男(汉族),助救万 方数据g-(J)2d:一4, +土孚磬(3囊拍+3x:zi+x;)10一。2.3目标函数朋2.1筒体质量M(加腻()=p肛p3约束函数的确定2l .2椭圆封头质量胍(根据 标准.在做卧式储罐的设计时,其参数必须要满足只so.4吲妒的设计条件设计 温度下标准椭圆形封头的厚度肼()=M(x)+^磊(x)=7根据GBl5 0一1998《钢制压力容器》的规定,当只s0.4M母时,设计温度下的圆筒 厚度由下计算出的钢板厚度加上钢板负偏差G和腐蚀裕量c2.必须小于简体的厚 度而.由上面的条件得到不等式约束方程15%.基于这些要求,我们确定如下的 约束条件:mm.GBl50一1998中规定标准椭圆因此由上式筒体:d.一 c23不考虑人孔装置和其它接管.形封头的有效厚度不得小于封头内径的O壳 体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度应该不小于3河北工业大学学报2002 年第1期封头:蠡一cjO.OOl3.3最小厚度条件式确定积的影响,因此 3.2强度条件由筒体和封头所组成的卧式储罐的全容积必须满足用户生产需要, 忽略内伸接管等附件对容=尸兀(D.+存t)J-三=7.85尢(施+z。).孙.确 xl由此确定的约束方程为3.1全容积r(29)(6)‘()(12)(10) (71J ~一P=o0—9o。P。DiP:h5魁(4) 标准分享网 免费下载 内压卧式储罐最佳长径比研究 67 故不等式约束方程 (14)3.4内径D的优化范围 考虑到GBl50一1998媚日制压力容器》仪适用于内直径不小于15 mm的容器,故得到内径的下限值为150mm,即 毋(X)=D-一Dm- n=Jz—l 500 《15) 令式(5)中的简体长度£=0,则不难得到内 径的上限值D皿。 f16)故不等式约束方程为 舒(耻k—DJ= f171根据规定,卧式储罐公称直径一般不超过4 000 mm,因此 OOO—Dj=4000~J:0 8)3.5筒体长度工的优化范围 显然长度为一正值.即 (191ww w.bzfxw.com 令筒体内径n;n。=150mm,由式(5)得到 (20)昏tJ,=厶。;一z=警一如。 写成不等式约束方程形式 (21)3.6压力试验条件 对于卧式储罐,液压试验 时采用的介质一般为水(或油).其试验压力 ,r21 25p}笄=1.25, (23)故不等式约束方程为3.7最大轴向拉应力约束 毋(-09叽一 掣-0,妒m一喘警铲20 (24) gt (26)万方数据 www.bzfxw.com万 方数据 标准分享网 免费下载 www.bzfxw.com万 方数据

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