CAESARii-数据输入及建模要点说明.doc

第一部分 支架形式模拟21.0 普通支架的模拟21.1 Uband21.2 承重支架31.3 导向支架31.4 限位支架71.5 固定支架71.6 吊架81.7 水平拉杆81.8 弹簧支架模拟92.0 附塔管道支架的模拟113.0 弯头上支架134.0 液压阻尼器145.0 CAESARII可模拟虾米弯，但变径虾米弯不能模拟15第二部分 管件的模拟151.0 法兰和阀门的模拟152.0 大小头模拟173.0 安全阀的模拟184.0 弯头的模拟195.0 支管连接形式206.0 膨胀节的模拟216.1 大拉杆横向型膨胀节226.2 铰链型膨胀节34第三部分 设备模拟421.0 塔421.1 板式塔的模拟421.2 填料塔的模拟441.3 除了模拟塔体的温度，还需模拟塔裙座的温度472.0 换热器，再沸器482.1 换热器模拟也分两种情况483.0 板式换热器514.0 空冷器524.1 空冷器进口管道和出口管道不在同一侧524.2 空冷器进口管道和出口管道在同一侧545.0 泵566.0 压缩机，透平58第四部分 管口校核591.0 WRC107592.0 Nema 23623.0 API617644.0 API61065第五部分 工况组合681.0 地震692.0 风载703.0 安全阀起跳工况724.0 沉降74第一部分 支架形式模拟1.0 普通支架的模拟1.1 UbandStrapYX在CAESAII的输入界面找到restraints选项，并双击打勾，在Node项目，输入该支架位置的节点，在type项填入支架的约束形式，U-band只需在type项中输入X，y用户还需输入支架的摩擦系数Mu，通常规定：钢与钢接触的承重支架摩擦系数输入0.3 不锈钢与PTFE板接触的承重支架摩擦系数输入为0.1 支架选项中，stif代表支架生根部份的刚度，不输代表无穷大，用户可以把生根部件的刚度输入其中，单位为N/cm1.2 承重支架+Y1.3 导向支架1.3.1 水平管道+YX若导向支架的挡块与管托之间有间隙，可在图中(Gap:)中输入间隙，不输表示导向的间隙为01.3.2 垂直管道1.3.2.1 四向导向 1.3.2.2 单边导向 1.4 限位支架+YZStopperANC1.5 固定支架1.6 吊架双击restrains选项，承重吊架为Yrod，并在len中输入吊杆的摆动的长度 1.7 水平拉杆1.8 弹簧支架模拟双击Hangers出现如下图框Node 输入支架的节点号Hanger Talbe:选择弹簧的型号，国项目选择13-Sinopec(China)Avalable Space(neg for can)若该点由弹簧支撑，可以输入一个负的距离，该距离为支称点与弹簧底板之间的距离Allowable load Variation(%):为弹簧的荷载变化率（热态载荷冷态载荷）/热态载荷的绝对值乘以100，一般弹簧的荷载变化率控制在25，但是在一些敏感设备附近，如压缩机，透平管口附近，弹簧的荷载变化率需控制在10，这时用户需在此选项中输入10Rigid Support Displacement Criteria:在应力计算中，有时软件自选的弹簧热位移很小，例如1mm左右，在不是敏感设备附近，工程上常用刚性支架来代替弹簧支架，用户可以人为输入刚性支架代替弹簧支架热位移标准，如输入1mm，则若软件算出弹簧的热位移小于1mm，软件就自动将该弹簧代替为刚性支架Max.Allowed Travel Limit:该项定义了可变弹簧最大位移量，若软件算出的热位移量超过该输入值，则软件将自动把可变弹簧替换为恒力弹簧No。Hangers at Location:指该点弹簧的个数，有时立管上某个支点往往要2个或4个弹簧支架支撑，这时就可以输入弹簧的个数，软件会通过载荷的分配，自动选出每个弹簧的型号Allow Short Range Springs:双击该选项，允许软件选择短量程弹簧Operating Load Case Design Option:该选项是让用户设定弹簧热态时的载荷，若为两个弹簧时，应输入总的载荷，而不是每个弹簧的热载荷Multiple load case design option:该选项让用户定义按哪个工况来设计弹簧，默认为T1，即Temp1工况，但是在有一开一备工况下，有时设计弹簧需切换相应工况，确保弹簧是按管道正常操作温度下的工况选择的Free Restrains at Node:该选项常用在压缩机，透平，泵的第一个弹簧支架中，由于这些动设备都需要无应力安装，通过该选项可以通过调节弹簧的载荷，确保管口受力最小，比如透平口法兰面节点号为10点，20点为靠近其管口的最近一个弹簧支架，并且使法兰上Y方向受力最小则输入如下Spring Rate:此项可以输入弹簧的刚度，此项主要用在模拟已购买好的弹簧Theoretical Cold(Installation) Load:此项可以输入弹簧的安装载荷，此项主要用在模拟已购买好的弹簧Constant Effort Support Load:此项输入可以输入恒力弹簧的工作载荷。2.0 附塔管道支架的模拟在支架模拟中，附塔管道支架的模拟较为复杂，因为附塔管道支架是生根在塔上面，而塔由于热胀往往有较大的热位移，因此需将该热位移准确模拟到附塔管道的支架上。双击restrains选项： 说明：1000点为与该支架同一标高塔中心点位置，1010为塔外壁。10点为管道上的支架，11点为与10点连接点，在from 11点to 1010点需输入常温和常压，并双击rigid ，在直径和壁厚选项中需输入附塔设备的直径和壁厚，From 1010 to 1000点需输入设备的温度和压力，在直径和壁厚选项中需输入附塔设备的直径和壁厚3.0 弯头上支架在装置中，我们经常看到在弯头有支架，如何在CAESARII中弯头上输入支架，最常见的也是最简单的模拟方法就是在弯头的中点位置输入支架先双击bend选项，找到angle 为M的节点号（该节点号往往自动生成）再双击restrains,选项，在node一览中输入angle 为M的节点，并在type栏中输入支架的形式。对于靠近敏感设备附近的弯头支架，Caesar II指导说明中给出更为精确的模拟方法该法称为偏移输入法，该模拟方法可使假腿位置准确定位在弯头曲线上，并且假腿作用在垂直管道的中心线上，缺点是模拟比较复杂.具体模拟方法见application guide hangers Vertical Dummy Leg on Bends:Offset Element Method4.0 液压阻尼器液压阻尼用来控制管道的振动，模拟液压阻尼器步骤如下1先运行不带阻尼器情况下该位置的操作工况2记录上述工况下该点的位移及转角3输入阻尼器，并在CNode点中输入上述位移和转角4将附加位移值加在操作工况下并在load case editor中找到所有含有动载荷的工况（如地震，风载，安全阀反力等）并激活阻尼器，5.0 CAESARII可模拟虾米弯，但变径虾米弯不能模拟虾米弯的模拟方法较为复杂，可参考caesarII自带的application guide chapter 2 mitered bends第二部分 管件的模拟1.0 法兰和阀门的模拟法兰、阀门为装置中的重要原件，在应力计算中，它们往往是集中载荷，必需对法兰、阀门的重量进行模拟，首先根据阀门、法兰的类型，在对应的标准或样本中找出相应的重量并输入模型，现以阀门带配对法兰为例：710点到720点为管道上法兰先输入法兰高度，点击rigid，在rigid weight中输入法兰的重量720点到730点为阀门首先输入阀门的长度点击在rigid weight中输入阀门的重量730点到740点为阀门另一侧管道上的法兰，输法与710点到720点相同2.0 大小头模拟440点为大小头的大头端，管道直径为大小头大头侧的直径和壁厚（此例为406.4x9.525）450点为大小头的小头端，管道直径为大小头小头侧的直径和壁厚 (此例为273.05x9.271)440点到450点输入大小头的长度（如dx：356mm），若是同心大小头无需输入偏移量对与偏心大小头，偏移量需模拟（如dy：67mm）点击输入大小头另一段的直径和壁厚（此例为小头端直径x壁厚273x9.2710）即可。3.0 安全阀的模拟 先模拟安全阀入口侧管道上的配对法兰，输入方法见法兰模拟再输入安全阀的垂直部份（node125-130）并在rigid中输入rigid weight（安全阀垂直部份的重量为安全阀总重量的一半）然后输入安全阀泄压侧即水平段（node130140）并在rigid中输入rigid weight（安全阀水平部份的重量为安全阀总重量的一半）最后输入泄压侧的管道上的配对法兰安全阀反力的模拟在工况中详细说明4.0 弯头的模拟在管道拐弯处往往要用弯头连接点击raidus中可输入弯头的半径， 默认弯头半径为1.5倍的管道直径type：single flange 为弯头附近带一片法兰的形式 double flange 为弯头附近带片法兰的形式注：法兰离开弯头末端两倍直径，才需使用上述选项 Angle1: 和node定义了弯头的具体部位例如angle1：M Node1：9表示弯头中点的节点号为9， Angle 2：0 Node2：8表示第8点为弯头起始点在输出报告中，可以读出弯头相应部位的应力5.0 支管连接形式通过点击 出现对话框 在node中输入支管连接处节点号Type中输入支管连接的形式1 Reinforced 带补强圈或鞍件的增强制造三通2 Unreinforced 未补强的预制三通3 Welding 按B16.9的焊接三通4 Sweepolet 插入式焊接管座5 Weldolet 整体加强的座焊支管6 Extruded 挤压成型的焊接三通6.0 膨胀节的模拟膨胀节模拟有简单模拟和复杂模拟两种，简单模拟请参考CAESARii 自带的手册这里介绍两种常用的膨胀节的复杂模拟法6.1 大拉杆横向型膨胀节大拉杆横向型膨胀节可以按膨胀单元拆分建模（复杂模型），下图所示，节点20和节点110之间是大拉杆按外侧均有螺母，膨胀节参数如下：横向刚度：311N/mm，扭转刚度：451279N.m/°，波纹管有效直径：775mm，膨胀节重量：851Kg。每个波纹管参数：轴向刚度：783N/mm，横向刚度：12286N/mm，扭转刚度：902557N.m/°，波纹管有效直径：775mm。6.2 铰链型膨胀节复杂模型如下图所示，节点20和节点50之间是一铰链型膨胀节，膨胀节参数如下：角向刚度：1029 N.m/°，扭转刚度：902557N.m/°，波纹管有效直径：775mm，膨胀节重量：672Kg。每个波纹管参数：轴向刚度：783N/mm，横向刚度：12286N/mm，扭转刚度：902557N.m/°，波纹管有效直径：775mm。第三部分 设备模拟1.0 塔根据塔气、液接触构件形式，塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔设置一定数量的塔板，气体以鼓泡状、蜂窝状、泡沫状或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。填板式塔的准确模拟方法为根据工艺提供的板式塔数据表上的塔板温度进行分段模拟，1.1 板式塔的模拟比如第一块塔板的处的气相温度，即为塔顶温度，最下面一块塔板处的液相温度，即为塔底温度，中间的温度按数据表上每块塔板上的温度分段模拟1.2 填料塔的模拟填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上流动，气、液两相密切接触进行传质与传热。填料塔的准确模拟方法为：根据数据表中的温度分布，bed1为101.6度，bed2为112.9度，然后通过塔顶管道气相温度，可得出塔顶温度，从塔底泵管道温度，可得出塔底温度，而bed1和bed2之间的温度，可以取bed1和bed2的平均温度，即填料塔可分五段温度输入：从上而下为 1.塔顶温度2.bed1温度3.bed1和bed2平均温度4.bed2温度5.塔底温度但在项目初期我们往往缺少相关的资料，在资料不足的情况下，我们可以粗略估计塔顶管道热位移，我们只要得塔顶，和塔底的温度，其中间区域可如下模拟：说明：T1为塔顶温度，T4为塔底温度，T5为群座温度，T2，T3为中间温度1.3 除了模拟塔体的温度，还需模拟塔裙座的温度以下公式引用自压力管道应力分析2.0 换热器，再沸器2.1 换热器模拟也分两种情况2.1.1 壳体上不带膨胀节进口管箱的温度按管层入口温度T1输入，壳体纵向温度按壳层进出口温度的平均温度输入即(T2T3)/2，出口管箱温度按管层出口温度T4输入但是要注意的是壳层出口CD的径向方向温度按壳层出口温度T3模拟壳层进口AB的径向方向温度按壳层入口温度T2模拟2.1.2 壳体上带膨胀节壳体上带膨胀节的换热器模拟方法与不带膨胀节的的换热器模拟方法略有不同：不同点是壳体的热胀模拟：如图A点是支座，A点到B点（上管板处）模拟壳体进口与出口的平均温度，然后再从B点（上管板）到C点（下管板）模拟管程进口与出口的平均温度，其中AB段是重复模拟的其余模拟方法与不带膨胀节的换热器模拟方法相同。3.0 板式换热器板式换热器本体温度按(T1+T2+T3+T4)/4模拟，壳体底部中心作为固定点，用刚性件模拟管口到固定点的相对距离，温度按平均温度模拟。2040为板式换热器支座，E211AH3为管口，T1,T2,T3,T4分别为冷侧与热侧进出口温度。4.0 空冷器空冷器也分两种：4.1 空冷器进口管道和出口管道不在同一侧若进口管箱固定，则出口管道需要吸收管束的热胀。若进口管箱不固定，我们往往在管束中间做固定点，进口和出口管道分别吸收管束热胀的一半即/2管束热胀温度取进口和出口管道温度的平均温度进口管道和出口管道可以分开模拟。管箱的模拟：首先在管箱中间模拟虚拟固定点（1055），若要模拟管束的热胀，可在固定点上做一个cnode点（5010），并在cnode中输入管束的热胀，在两端模拟承重导向（仅在管箱固定端输入）限位（1050），限位支架需输入管箱与管箱之间的间隙，此间隙是用来吸收管箱横向热胀的，承重支架需输入摩擦系数，有些管箱下垫PTFE板,则摩擦系数需输0.1，此外还需模拟管箱的重量。 4.2 空冷器进口管道和出口管道在同一侧若管箱端固定，管道不受管束热胀的影响，若管箱不固定，则也有一半的热胀需进出管道共同吸收，进出管道需模拟在一起。管箱的模拟首先在管箱中间模拟虚拟固定点（2060点），在两端模拟承重导向限位（2050点），限位支架需输入管箱与管箱之间的间隙，此间隙是用来吸收管箱横向热胀的，承重支架需输入摩擦系数，有些管箱下垫PTFE板,则摩擦系数需输0.1，此外还需模拟管箱的重量。5.0 泵泵一般将泵口法兰作为固定点模拟，但是有些业主要求较高，要求把泵体的热胀也考虑在，这时用户可在泵口做一个cnode点，570ode 3020，把真实的固定点模拟到泵的基座上，泵体为3020点到3030点，3030固定点为泵的基座。 注意：由于泵体刚性较大，管口受力不可能通过泵体的变形来减小，因此我们可用壁厚较厚的刚性件来模拟泵体。6.0 压缩机，透平在模拟压缩机和透平管道时，往往也要考虑机身本体的热胀，此热胀可通过厂家提供的图纸进行输入，压缩机和透平厂家往往会在图纸上表明管口法兰面的热位移，用户只需在CAESARII中输入代表法兰节点的附加位移值，附加位移值如何与工况组合详见下节注意：厂家提供的热位移坐标往往与CaesarII输入的模拟坐标不一致，难点就是要将厂家的坐标正确地折算到CaesarII中的坐标。第四部分 管口校核1.0 WRC107在analysis选项栏中点击WRC107/297在description 中可输入被校设备的管口名称点击vessel data 选项卡在Analysis type中选WRC107，若管口位于壳体。则选Cylindrical若管口位于封头，则选SphericalVessel Node Number：输入设备筒体上的节点，往往是cnode点Vessel Outside Diameter：输入设备的外径（若管口位于椭圆型封头上，则需输入椭圆封头等效直径）Vessel Wall Thickness ：输入设备的壁厚Vessel Corrosion allowance：输入设备的腐蚀余量Vessel Design Temperature:输入设备的设计温度Vessel Material Name：输入设备材料的名称Hot Allowable Stress:设备材料在设计温度下的许用应力Cold Allowable Stress:设备材料在常温下的许用应力注：若材料是数据库自带的话，上述许用应力会自动填入。若数据库没有该材料，CAESARII 允许用户手动输入设备材料的许用应力点击Nozzle Data选项：在Nozzle type中输入管口的类型Round Hollow :空心的圆柱型管口Round Solid: 实心的圆柱型管口Square Hollow:空心的方型管口Square solid:实心的方形管口Rectangular Solid:实心的矩形管口Nozzle Node Number:输入管口的节点号Nozzle Outside Diameter:输入管口的外径Attachment Wall Thickness:输入管口的壁厚Corrosion Allowance:输入管口的腐蚀余量点击Reinforce Pad:Reinforcing Pad Diameter:输入补强板的直径Reinforcing Pad Thickness:输入补强板的厚度点击Loads DataGlobal CAESARII Convent:点击全局坐标在Centerline Direction Cosines中输入设备中心线的坐标：管口中心线的坐标：注：设备的中心线必需与管口垂直，但是封头上的管口比较特殊，管口中心线是垂直方向的，设备中心线也是垂直方向的，此时需将设备中心线的坐标改成与管口垂直的方向，管口中心线方向不变。Internal Pressure:输入设备的压点击get from Output,从输出报告中得出相应的受力和力矩Sus为管口安装态的受力EXP为管口纯热态下的受力OCC为管口纯偶发工况下的受力以上数据输入完整后，点击analyze WRC107/297,软件会自动得出计算报告2.0 Nema 23 校核透平管口受力往往使用NEMA 23选项在analysis选项中点击NEMA 23点击NEMA Input Data”输入透平中心线的位置， 沿x轴，在CosX：中输入1 沿Z轴，在CosZ：中输入1点击Add Nozzle:Node Number：输入透平口的节点Nozzle Type:输入管口的类型Inlet:为透平的进口EXHAUST:为透平的出口Extraction：为透平中间的排出口Nominal:为透平口的直径在校核透平管口受力时，要同时考虑进口和出口受力对透平的影响，因此往往有一个折算点，即透平进口和出口受力都需折算在该点上，该点称作Resolution Point:此选项用来输入管口距离该折算点的相对距离此选项可用来输入许用值的系数，不输为1倍NEMA 23点击get loads from Output file 软件会自动读入对应节点的管口力和力矩输入完毕后，点击Analyze选项，软件会自动校核透平口受力。3.0 API617校核压缩机管口受力，需点击analysis选项中的API617点击API617 input在Suction Nozzle中Node Number中输入压缩机进口的节点号Nominal中输入管口直径Discharge Nozzle：Node Number中输入压缩机出口的节点号Nominal中输入出口管道直径Extaction Nozzle 1 和2，为压缩机中间的排出口Equipment Centerline：输入压缩机的中心线坐标Factor For Allowable Increase:为压缩机管口许用值的增加系数，不输为1倍的API617再点击Suction Nozzle选项上述选项用来输入管口离压缩机进口的相对距离，若是进口输入0即可点击get loads From Output File,软件将管口受力自动导入，重复点击Discharge Nozzle,Extraction Nozzle 1 或Extraction Nozzle 2将所有管口载荷输入完毕后，点击Analyze，软件将自动校核管口受力。4.0 API610CAESARII 自带API610泵的管口校核先确定泵的位置，若泵中心线沿x轴布置在Centerline Direction Cosine x输入1若泵中心线沿z轴布置在Centerline Direction Cosine z输入1Base point Node Number泵的基准点，该基准点是指泵的轴线与垂直面的交点，垂直面是四个支座的平分面下图4就为泵的基准点Suction nozzle node number:泵吸入口节点Suction nozzle Type:泵的吸入口管嘴类型Suction Nozzle Nominal Diameter:泵吸入口直径Discharge Nozzle Node Number:泵出口节点Discharge Nozzle Type:泵出口管嘴类型Discharge Nozzle Nominal:泵出管嘴类型Factor for Table 4 Allowables:表4许用值系数点击Suction NozzleNozzle Location(from Pump Center)泵口离开基准点的相对位置Forces on Nozzle:泵口受力Moments on Nozzle: 泵口力矩点击get Loads From output file软件将输出文件中的力和力矩自动导入上述空格点击Discharge Nozzle上述各项与泵进口相似完成上述各项输入后，点击Analyze,软件将会自动校核泵口受力。第五部分 工况组合应力计算时往往要对工况进行一定的组合点击staic analysis 便会出现如下对话框点击load case Editor 可对工况进行编辑，软件对工况中的每个元素都有定义，详见左列，上述是最基本的工况组合，若应力计算需要考虑地震，风载，及安全阀起跳等特殊工况时，需对工况进行编辑。1.0 地震考虑地震时点击 Special Execution Parameters在上述方框中打勾然后点击Uniform Loads在GX，和GZ中输入与管系基本自振周期相对应的水平地震影响系数；由于地震载荷为偶发载荷，许用应力可以适当放宽。规对受到压力，重力，其他持续载荷和偶然载荷所产生的纵向应力之和进行了规定，详见相应规具体工况组合如下注：偶发载荷应与设计压力下的一次应力组合2.0 风载计算风载时首先点击GLOBAL COORDINATE在y坐标中输入起始节点号的标高（相对与装置地平的标高）点击在Wind Shape Factor:中输入风型系数在load case editior 中进行风载工况模拟（与地震载荷相似）注：偶发载荷应与设计压力下的一次应力组合点击wind loads选第二个选项User-Defined Wind Pressure VS Elevation在wind direction cosine中分别定义四个风载的方向一般 win1 ： X 1 Win2： X -1 Win3： z 1 Win4： z 1最后点击 按钮，弹出如下对话框在该对话框中输入不同标高下的等效风压，点击，完成风载模拟3.0 安全阀起跳工况安全阀起跳时往往对管道有反作用力，应力计算时需特别考虑，如图所示先根据相关公式计算出安全阀起跳反力F1和F2然后点击F1：F2Node1输入反力作用节点Vector中输入安全阀反力，输入时请注意反力的方向F2只在安全阀开始系统的管系中存在，F1在开式和闭式系统中都存在最后就是对工况进行组合，由于安全阀在正常操作工况时不起跳，为了保守计算，往往把安全阀的反力和设计工况组合，安全阀起跳反力也为偶发载荷，其组合模式及校核方式与地震风载类似，如下图注：上述偶发载荷和SUS叠加时，其组合方式为Scalar，点击load case options 在Comb Method选择Scalar4.0 沉降在应力计算中，在某些情况下还要考虑设备或管道的沉降，沉降是位移应力，按二次应力计算，许用应力按3倍冷态时许用应力校核。如某水罐沉降30mm点击在displacements，node1中输入沉降位置的节点并在DY中输入沉降量工况组合如下