容器設(shè)備衛(wèi)生型支承式支座的設(shè)計(jì)

周文武 鄭小海 胡小芳

（溫州市工業(yè)設(shè)計(jì)院，浙江溫州 325000）

我國的支承式支座標(biāo)準(zhǔn)從JB/T 4724—1992到JB/T 4712.3—2007，是針對(duì)常規(guī)容器設(shè)備而制定的。其材料一般以碳鋼為主（如果容器主體材料為不銹鋼，則只是改變支座墊板為不銹鋼）[1]。這樣可以降低制造成本，該標(biāo)準(zhǔn)符合了我國常規(guī)容器使用的要求。但隨著時(shí)代的發(fā)展，有些衛(wèi)生要求較高的生產(chǎn)，如制藥、食品、釀造等行業(yè)，該標(biāo)準(zhǔn)就顯得有些不適用，特別是制藥生產(chǎn)GMP規(guī)范管理，食品生產(chǎn)QS規(guī)范管理，在潔凈區(qū)內(nèi)不僅要求設(shè)備與物料直接接觸的部分必須無污染，而且設(shè)備其他部分也必須保持無污染。所以設(shè)備必須全部采用不銹鋼材料制造（包括設(shè)備所有安裝附件）。

為了適應(yīng)制藥生產(chǎn)和有衛(wèi)生要求的這種特殊性，我們應(yīng)廣大使用、制造廠家的需求建議，參考國內(nèi)外有關(guān)資料文獻(xiàn)，并結(jié)合多年設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)完善，逐漸形成了衛(wèi)生型支承式支座系列，支座分三角形、四邊形兩種形式，如圖1所示。

1 衛(wèi)生型支承式支座的特點(diǎn)

1.1 材料

本系列規(guī)定全部采用奧氏體不銹鋼材料制造，就是針對(duì)制藥生產(chǎn)GMP衛(wèi)生要求的特殊性，雖然制造成本較高，但確保藥物不受污染，材料牌號(hào)通常以S 30408為主，如有特殊要求可與容器本體材料相同。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1 衛(wèi)生型支承式支座的結(jié)構(gòu)型式Fig.1 Structural type of the sanitary type bracket support

1.2.1 支座分三角形、四邊形兩種形式，三角形較為輕巧，適用于小直徑容器； 四邊形較穩(wěn)固，適用于較大直徑容器。由于支座采用全不銹鋼制造，考慮經(jīng)濟(jì)性，三角形、四角形這兩種形式均采用簿板彎卷焊制，有條件的制造廠家配上專用模具壓制，既美觀又保證制造質(zhì)量。由于三角形、四邊形是整圈彎卷，所以慣性矩很大，剛性很強(qiáng)，可不用考慮失穩(wěn)問題（在后面的計(jì)算中可以看出），且因?yàn)槭钦?，外表沒有衛(wèi)生死角，便于清洗，能達(dá)到衛(wèi)生要求。

1.2.2 支座底板設(shè)置可調(diào)節(jié)螺栓，容器安裝基礎(chǔ)不平整時(shí)調(diào)整方便，使各支座受力均衡，特別是帶攪拌容器，可有效避免支座受力不均衡而產(chǎn)生的設(shè)備擺動(dòng)或震動(dòng)。

1.2.3 支座安裝中心距較常規(guī)支座設(shè)計(jì)要拉開些，支座幾乎靠近封頭邊緣，這種安裝結(jié)構(gòu)主要是考慮到本系列通常用于小型設(shè)備，容器直徑較小，支座中心距拉開，有利于設(shè)備立足穩(wěn)定，防止設(shè)備傾翻，也使設(shè)備整體外形顯得美觀。

1.3 安裝

本系列不采用地腳螺栓與基礎(chǔ)固定，為此在現(xiàn)場(chǎng)安裝中要根據(jù)具體情況采取方法固定，如方法一：當(dāng)可調(diào)螺栓調(diào)整完畢后，將可調(diào)螺栓底盤與基礎(chǔ)預(yù)埋板點(diǎn)焊固定；方法二：在可調(diào)螺栓底盤與基礎(chǔ)預(yù)埋板之間墊上一塊表面防滑的硬橡膠。

注意：設(shè)備運(yùn)輸過程中建議先將可調(diào)螺栓卸下，以免途中顛簸造成可調(diào)螺栓松動(dòng)，不安全。

可調(diào)螺栓處會(huì)存在衛(wèi)生死角，但可調(diào)螺栓的直徑較小，又是靠近地面，離容器本體較遠(yuǎn)，一般在可承受范圍之內(nèi)，但如果這也不允許，本系列可取消可調(diào)螺栓進(jìn)行使用，可由用戶與制造廠家具體聯(lián)系確定即可，安裝方法同上。

1.4 適用范圍

本系列適用于下列條件放置在室內(nèi)的鋼制立式圓筒形容器：

（1）醫(yī)藥工業(yè)上全部以奧氏體不銹鋼為材質(zhì)的容器支座，與醫(yī)藥工業(yè)相類似的有衛(wèi)生要求的容器（食品工業(yè)、釀造工業(yè)、化工工業(yè)等）亦可參照使用；

（2）公稱直徑DN 400 ～ 2 100 mm。

2 支承式支座系列

衛(wèi)生型支承式支座已形成系列，表1是我們?cè)O(shè)計(jì)的支承式系列（四邊形），供參考。

3 支座允許載荷計(jì)算

下面以支承式系列（四邊形）A3型為例計(jì)算支座的允許載荷，材料S 30408。

表1 衛(wèi)生型支承式支座系列（四邊形）Tabl.1 A series of the sanitary type bracket support（quadrilateral）

3.1 調(diào)節(jié)螺栓的允許載荷

式中 d根— 外螺紋根徑，mm；

[σ]t— 調(diào)節(jié)螺栓的在支座設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa。

3.2 螺紋牙的允許載荷[2]

牙根的彎曲應(yīng)力

牙根的剪切應(yīng)力

式中 h牙— 螺紋牙的工作高度，mm；

kz— 載荷不均勻系數(shù)；

b牙— 螺紋牙根部寬度，b牙= 0.87 p，mm

p — 螺距，mm ；

[τ]t— 調(diào)節(jié)螺栓的在支座設(shè)計(jì)溫度下的許用剪切應(yīng)力，[τ]t= 0.6 [σ]t，MPa。

3.3 支座的允許載荷

3.3.1 支座穩(wěn)定性計(jì)算[3]

本支座上端部與容器下封頭為焊接結(jié)構(gòu)，可視為固接，下端部為自由端，所以可近似按一端固支，一端自由來計(jì)算支座的穩(wěn)定性，μ = 2，其柔度為：

[σcr]≥ [σ]t，取 [σcr]=[σ]t= 137 MPa

[σ3a] = [σcr]×A = 137×2 720 = 372 640 N = 372.6 kN

式中 I — 支座大端的慣性矩，取X-X，Y-Y方向的較小值，mm4；

A — 支座大端的截面積，mm2；

i — 支座截面的最小回轉(zhuǎn)半徑，mm；

λ — 支座的有效長細(xì)比 ；

ns— 由 λ和mr決定的系數(shù) ；

[σcr] — 支座的臨界許用應(yīng)力，MPa ；

Rel— 支座材料的屈服極限，MPa；

[σ]t— 支座在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa。

從穩(wěn)定性分析可以看出，因四方形支座的剛性很大，一般可以不要考慮穩(wěn)定性失穩(wěn)，只須考慮壓縮應(yīng)力。

3.3.2 支腳小端允許載荷

式中 A小— 支座小端的截面積，mm2。

現(xiàn)取[Q] = 40 kN < min([Q1]，[Q2]，[Q3])，合格。

4 支承式支座實(shí)際承受載荷計(jì)算

支承式支座實(shí)際承受載荷可按下式近似計(jì)算[3]：

式中的符號(hào)見JB/T 4712.4—2007附錄A，因本系列適用于放置在室內(nèi)的鋼制立式圓筒形容器，所以風(fēng)載荷可不計(jì)入。

5 選型

根據(jù)容器公稱直徑DN選取相應(yīng)的支座及數(shù)量，按上述的方法計(jì)算支座承受的實(shí)際載荷Q，應(yīng)滿足Q< [Q]，一臺(tái)容器應(yīng)選3～4個(gè)支座。

[1] GB150.1～150.4—2011．壓力容器[S]．

[2] 徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3卷）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991：21-49．

[3] JB / T 4712.1～4712.4—2007．容器支座[S]．