CAESARII 應用實例

1、第一部分 支架形式模擬21.0 普通支架的模擬21.1 Uband21.2 承重支架31.3 導向支架31.4 限位支架71.5 固定支架71.6 吊架81.7 水平拉桿81.8 彈簧支架模擬92.0 附塔管道支架的模擬113.0 彎頭上支架134.0 液壓阻尼器145.0 CAESARII可模擬蝦米彎，但變徑蝦米彎不能模擬15第二部分 管件的模擬151.0 法蘭和閥門的模擬152.0 大小頭模擬173.0 安全閥的模擬184.0 彎頭的模擬195.0 支管連接形式206.0 膨脹節(jié)的模擬216.1 大拉桿橫向型膨脹節(jié)226.2 鉸鏈型膨脹節(jié)34第三部分 設備模擬421.0 塔421.1 板式

2、塔的模擬421.2 填料塔的模擬441.3 除了模擬塔體的溫度，還需模擬塔裙座的溫度472.0 換熱器，再沸器482.1 換熱器模擬也分兩種情況483.0 板式換熱器514.0 空冷器524.1 空冷器進口管道和出口管道不在同一側524.2 空冷器進口管道和出口管道在同一側545.0 泵566.0 壓縮機，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 工況組合681.0 地震692.0 風載703.0 安全閥起跳工況724.0 沉降74第一部分 支架形式模擬1.0 普通支架的模擬1.1 UbandStr

3、apYX在CAESAII的輸入界面找到restraints選項，并雙擊打勾，在Node項目，輸入該支架位置的節(jié)點，在type項填入支架的約束形式，U-band只需在type項中輸入X，y用戶還需輸入支架的摩擦系數(shù)Mu，通常規(guī)定：鋼與鋼接觸的承重支架摩擦系數(shù)輸入0.3 不銹鋼與PTFE板接觸的承重支架摩擦系數(shù)輸入為0.1 支架選項中，stif代表支架生根部份的剛度，不輸代表無窮大，用戶可以把生根部件的剛度輸入其中，單位為N/cm1.2 承重支架+Y1.3 導向支架1.3.1 水平管道+YX若導向支架的擋塊與管托之間有間隙，可在圖中(Gap:)中輸入間隙，不輸表示導向的間隙為01.3.2 垂直管道

4、1.3.2.1 四向導向 1.3.2.2 單邊導向1.4 限位支架+YZStopperANC1.5 固定支架1.6 吊架雙擊restrains選項，承重吊架為Yrod，并在len中輸入吊桿的擺動的長度 1.7 水平拉桿1.8 彈簧支架模擬雙擊Hangers出現(xiàn)如下圖框Node 輸入支架的節(jié)點號Hanger Talbe:選擇彈簧的型號，國內項目選擇13-Sinopec(China)Avalable Space(neg for can)若該點由彈簧支撐，可以輸入一個負的距離，該距離為支稱點與彈簧底板之間的距離Allowable load Variation(%):為彈簧的荷載變化率（熱態(tài)載荷冷態(tài)載

5、荷）/熱態(tài)載荷的絕對值乘以100，一般彈簧的荷載變化率控制在25內，但是在一些敏感設備附近，如壓縮機，透平管口附近，彈簧的荷載變化率需控制在10內，這時用戶需在此選項中輸入10Rigid Support Displacement Criteria:在應力計算中，有時軟件自選的彈簧熱位移很小，例如1mm左右，在不是敏感設備附近，工程上常用剛性支架來代替彈簧支架，用戶可以人為輸入剛性支架代替彈簧支架熱位移標準，如輸入1mm，則若軟件算出彈簧的熱位移小于1mm，軟件就自動將該彈簧代替為剛性支架Max.Allowed Travel Limit:該項定義了可變彈簧最大位移量，若軟件算出的熱位移量超過該輸

6、入值，則軟件將自動把可變彈簧替換為恒力彈簧No。Hangers at Location:指該點彈簧的個數(shù)，有時立管上某個支點往往要2個或4個彈簧支架支撐，這時就可以輸入彈簧的個數(shù)，軟件會通過載荷的分配，自動選出每個彈簧的型號Allow Short Range Springs:雙擊該選項，允許軟件選擇短量程彈簧Operating Load Case Design Option:該選項是讓用戶設定彈簧熱態(tài)時的載荷，若為兩個彈簧時，應輸入總的載荷，而不是每個彈簧的熱載荷Multiple load case design option:該選項讓用戶定義按哪個工況來設計彈簧，默認為T1，即Temp1工況

7、，但是在有一開一備工況下，有時設計彈簧需切換相應工況，確保彈簧是按管道正常操作溫度下的工況選擇的Free Restrains at Node:該選項常用在壓縮機，透平，泵的第一個彈簧支架中，由于這些動設備都需要無應力安裝，通過該選項可以通過調節(jié)彈簧的載荷，確保管口受力最小，比如透平口法蘭面節(jié)點號為10點，20點為靠近其管口的最近一個彈簧支架，并且使法蘭上Y方向受力最小則輸入如下Spring Rate:此項可以輸入彈簧的剛度，此項主要用在模擬已購買好的彈簧Theoretical Cold(Installation) Load:此項可以輸入彈簧的安裝載荷，此項主要用在模擬已購買好的彈簧Consta

8、nt Effort Support Load:此項輸入可以輸入恒力彈簧的工作載荷。2.0 附塔管道支架的模擬在支架模擬中，附塔管道支架的模擬較為復雜，因為附塔管道支架是生根在塔上面，而塔由于熱脹往往有較大的熱位移，因此需將該熱位移準確模擬到附塔管道的支架上。雙擊restrains選項： 說明：1000點為與該支架同一標高塔中心點位置，1010為塔外壁。10點為管道上的支架，11點為與10點連接點，在from 11點to 1010點需輸入常溫和常壓，并雙擊rigid ，在直徑和壁厚選項中需輸入附塔設備的直徑和壁厚，F(xiàn)rom 1010 to 1000點需輸入設備的溫度和壓力，在直徑和壁厚選項中需輸

9、入附塔設備的直徑和壁厚3.0 彎頭上支架在裝置中，我們經(jīng)?？吹皆趶濐^有支架，如何在CAESARII中彎頭上輸入支架，最常見的也是最簡單的模擬方法就是在彎頭的中點位置輸入支架先雙擊bend選項，找到angle 為M的節(jié)點號（該節(jié)點號往往自動生成）再雙擊restrains,選項，在node一覽中輸入angle 為M的節(jié)點，并在type欄中輸入支架的形式。對于靠近敏感設備附近的彎頭支架，Caesar II指導說明中給出更為精確的模擬方法該法稱為偏移輸入法，該模擬方法可使假腿位置準確定位在彎頭曲線上，并且假腿作用在垂直管道的中心線上，缺點是模擬比較復雜.具體模擬方法見application guide

10、 hangers Vertical Dummy Leg on Bends:Offset Element Method4.0 液壓阻尼器液壓阻尼用來控制管道的振動，模擬液壓阻尼器步驟如下1先運行不帶阻尼器情況下該位置的操作工況2記錄上述工況下該點的位移及轉角3輸入阻尼器，并在CNode點中輸入上述位移和轉角4將附加位移值加在操作工況下并在load case editor中找到所有含有動載荷的工況（如地震，風載，安全閥反力等）并激活阻尼器，5.0 CAESARII可模擬蝦米彎，但變徑蝦米彎不能模擬蝦米彎的模擬方法較為復雜，可參考caesarII自帶的application guide chapte

11、r 2 mitered bends第二部分 管件的模擬1.0 法蘭和閥門的模擬法蘭、閥門為裝置中的重要原件，在應力計算中，它們往往是集中載荷，必需對法蘭、閥門的重量進行模擬，首先根據(jù)閥門、法蘭的類型，在對應的標準或樣本中找出相應的重量并輸入模型，現(xiàn)以閥門帶配對法蘭為例：710點到720點為管道上法蘭先輸入法蘭高度，點擊rigid，在rigid weight中輸入法蘭的重量720點到730點為閥門首先輸入閥門的長度點擊在rigid weight中輸入閥門的重量730點到740點為閥門另一側管道上的法蘭，輸法與710點到720點相同2.0 大小頭模擬440點為大小頭的大頭端，管道直徑為大小頭大頭側

12、的直徑和壁厚（此例為406.4x9.525）450點為大小頭的小頭端，管道直徑為大小頭小頭側的直徑和壁厚 (此例為273.05x9.271)440點到450點輸入大小頭的長度（如dx：356mm），若是同心大小頭無需輸入偏移量對與偏心大小頭，偏移量需模擬（如dy：67mm）點擊輸入大小頭另一段的直徑和壁厚（此例為小頭端直徑x壁厚273x9.2710）即可。3.0 安全閥的模擬 先模擬安全閥入口側管道上的配對法蘭，輸入方法見法蘭模擬再輸入安全閥的垂直部份（node125-130）并在rigid中輸入rigid weight（安全閥垂直部份的重量為安全閥總重量的一半）然后輸入安全閥泄壓側即水平段（

13、node130140）并在rigid中輸入rigid weight（安全閥水平部份的重量為安全閥總重量的一半）最后輸入泄壓側的管道上的配對法蘭安全閥反力的模擬在工況中詳細說明4.0 彎頭的模擬在管道拐彎處往往要用彎頭連接點擊raidus中可輸入彎頭的半徑， 默認彎頭半徑為1.5倍的管道直徑type：single flange 為彎頭附近帶一片法蘭的形式 double flange 為彎頭附近帶片法蘭的形式注：法蘭離開彎頭末端兩倍直徑內，才需使用上述選項 Angle1: 和node定義了彎頭的具體部位例如angle1：M Node1：9表示彎頭中點的節(jié)點號為9， Angle 2：0 Node2：

14、8表示第8點為彎頭起始點在輸出報告中，可以讀出彎頭相應部位的應力5.0 支管連接形式通過點擊 出現(xiàn)對話框 在node中輸入支管連接處節(jié)點號Type中輸入支管連接的形式1 Reinforced 帶補強圈或鞍件的增強制造三通2 Unreinforced 未補強的預制三通3 Welding 按B16.9的焊接三通4 Sweepolet 插入式焊接管座5 Weldolet 整體加強的座焊支管6 Extruded 擠壓成型的焊接三通6.0 膨脹節(jié)的模擬膨脹節(jié)模擬有簡單模擬和復雜模擬兩種，簡單模擬請參考CAESARii 自帶的手冊這里介紹兩種常用的膨脹節(jié)的復雜模擬法6.1 大拉桿橫向型膨脹節(jié)大拉桿橫向型膨

15、脹節(jié)可以按膨脹單元拆分建模（復雜模型），下圖所示，節(jié)點20和節(jié)點110之間是大拉桿按內外側均有螺母，膨脹節(jié)參數(shù)如下：橫向剛度：311N/mm，扭轉剛度：451279N.m/，波紋管有效直徑：775mm，膨脹節(jié)重量：851Kg。每個波紋管參數(shù)：軸向剛度：783N/mm，橫向剛度：12286N/mm，扭轉剛度：902557N.m/，波紋管有效直徑：775mm。6.2 鉸鏈型膨脹節(jié)復雜模型如下圖所示，節(jié)點20和節(jié)點50之間是一鉸鏈型膨脹節(jié)，膨脹節(jié)參數(shù)如下：角向剛度：1029 N.m/，扭轉剛度：902557N.m/，波紋管有效直徑：775mm，膨脹節(jié)重量：672Kg。每個波紋管參數(shù)：軸向剛度：783

16、N/mm，橫向剛度：12286N/mm，扭轉剛度：902557N.m/，波紋管有效直徑：775mm。第三部分 設備模擬1.0 塔根據(jù)塔內氣、液接觸構件形式，塔設備可分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔內設置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡狀、蜂窩狀、泡沫狀或噴射形式穿過板上的液層，進行傳質與傳熱。填板式塔的準確模擬方法為根據(jù)工藝提供的板式塔數(shù)據(jù)表上的塔板溫度進行分段模擬，1.1 板式塔的模擬比如第一塊塔板的處的氣相溫度，即為塔頂溫度，最下面一塊塔板處的液相溫度，即為塔底溫度，中間的溫度按數(shù)據(jù)表上每塊塔板上的溫度分段模擬1.2 填料塔的模擬填料塔內裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向

17、上流動，氣、液兩相密切接觸進行傳質與傳熱。填料塔的準確模擬方法為：根據(jù)數(shù)據(jù)表中的溫度分布，bed1為101.6度，bed2為112.9度，然后通過塔頂管道氣相溫度，可得出塔頂溫度，從塔底泵管道溫度，可得出塔底溫度，而bed1和bed2之間的溫度，可以取bed1和bed2的平均溫度，即填料塔可分五段溫度輸入：從上而下為 1.塔頂溫度2.bed1溫度3.bed1和bed2平均溫度4.bed2溫度5.塔底溫度但在項目初期我們往往缺少相關的資料，在資料不足的情況下，我們可以粗略估計塔頂管道熱位移，我們只要得塔頂，和塔底的溫度，其中間區(qū)域可如下模擬：說明：T1為塔頂溫度，T4為塔底溫度，T5為群座溫度，

18、T2，T3為中間溫度1.3 除了模擬塔體的溫度，還需模擬塔裙座的溫度以下公式引用自壓力管道應力分析2.0 換熱器，再沸器2.1 換熱器模擬也分兩種情況2.1.1 殼體上不帶膨脹節(jié)進口管箱的溫度按管層入口溫度T1輸入，殼體縱向溫度按殼層進出口溫度的平均溫度輸入即(T2T3)/2，出口管箱溫度按管層出口溫度T4輸入但是要注意的是殼層出口CD的徑向方向溫度按殼層出口溫度T3模擬殼層進口AB的徑向方向溫度按殼層入口溫度T2模擬2.1.2 殼體上帶膨脹節(jié)殼體上帶膨脹節(jié)的換熱器模擬方法與不帶膨脹節(jié)的的換熱器模擬方法略有不同：不同點是殼體的熱脹模擬：如圖A點是支座，A點到B點（上管板處）模擬殼體進口與出口的

19、平均溫度，然后再從B點（上管板）到C點（下管板）模擬管程進口與出口的平均溫度，其中AB段是重復模擬的其余模擬方法與不帶膨脹節(jié)的換熱器模擬方法相同。3.0 板式換熱器板式換熱器本體溫度按(T1+T2+T3+T4)/4模擬，殼體底部中心作為固定點，用剛性件模擬管口到固定點的相對距離，溫度按平均溫度模擬。2040為板式換熱器支座，E211AH3為管口，T1,T2,T3,T4分別為冷側與熱側進出口溫度。4.0 空冷器空冷器也分兩種：4.1 空冷器進口管道和出口管道不在同一側若進口管箱固定，則出口管道需要吸收管束的熱脹。若進口管箱不固定，我們往往在管束中間做固定點，進口和出口管道分別吸收管束熱脹的一半即

20、/2管束熱脹溫度取進口和出口管道溫度的平均溫度進口管道和出口管道可以分開模擬。管箱的模擬：首先在管箱中間模擬虛擬固定點（1055），若要模擬管束的熱脹，可在固定點上做一個cnode點（5010），并在cnode中輸入管束的熱脹，在兩端模擬承重導向（僅在管箱固定端輸入）限位（1050），限位支架需輸入管箱與管箱之間的間隙，此間隙是用來吸收管箱橫向熱脹的，承重支架需輸入摩擦系數(shù)，有些管箱下墊PTFE板,則摩擦系數(shù)需輸0.1，此外還需模擬管箱的重量。 4.2 空冷器進口管道和出口管道在同一側若管箱端固定，管道不受管束熱脹的影響，若管箱不固定，則也有一半的熱脹需進出管道共同吸收，進出管道需模擬在一起。

21、管箱的模擬首先在管箱中間模擬虛擬固定點（2060點），在兩端模擬承重導向限位（2050點），限位支架需輸入管箱與管箱之間的間隙，此間隙是用來吸收管箱橫向熱脹的，承重支架需輸入摩擦系數(shù)，有些管箱下墊PTFE板,則摩擦系數(shù)需輸0.1，此外還需模擬管箱的重量。5.0 泵泵一般將泵口法蘭作為固定點模擬，但是有些業(yè)主要求較高，要求把泵體的熱脹也考慮在內，這時用戶可在泵口做一個cnode點，570 cnode 3020，把真實的固定點模擬到泵的基座上，泵體為3020點到3030點，3030固定點為泵的基座。 注意：由于泵體剛性較大，管口受力不可能通過泵體的變形來減小，因此我們可用壁厚較厚的剛性件來模擬泵體

22、。6.0 壓縮機，透平在模擬壓縮機和透平管道時，往往也要考慮機身本體的熱脹，此熱脹可通過廠家提供的圖紙進行輸入，壓縮機和透平廠家往往會在圖紙上表明管口法蘭面的熱位移，用戶只需在CAESARII中輸入代表法蘭節(jié)點的附加位移值，附加位移值如何與工況組合詳見下節(jié)注意：廠家提供的熱位移坐標往往與CaesarII輸入的模擬坐標不一致，難點就是要將廠家的坐標正確地折算到CaesarII中的坐標。第四部分 管口校核1.0 WRC107在analysis選項欄中點擊WRC107/297在description 中可輸入被校設備的管口名稱點擊vessel data 選項卡在Analysis type中選WRC1

23、07，若管口位于殼體。則選Cylindrical若管口位于封頭，則選SphericalVessel Node Number：輸入設備筒體上的節(jié)點，往往是cnode點Vessel Outside Diameter：輸入設備的外徑（若管口位于橢圓型封頭上，則需輸入橢圓封頭等效直徑）Vessel Wall Thickness ：輸入設備的壁厚Vessel Corrosion allowance：輸入設備的腐蝕余量Vessel Design Temperature:輸入設備的設計溫度Vessel Material Name：輸入設備材料的名稱Hot Allowable Stress:設備材料在設計溫度

24、下的許用應力Cold Allowable Stress:設備材料在常溫下的許用應力注：若材料是數(shù)據(jù)庫自帶的話，上述許用應力會自動填入。若數(shù)據(jù)庫沒有該材料，CAESARII 允許用戶手動輸入設備材料的許用應力點擊Nozzle Data選項：在Nozzle type中輸入管口的類型Round Hollow :空心的圓柱型管口Round Solid: 實心的圓柱型管口Square Hollow:空心的方型管口Square solid:實心的方形管口Rectangular Solid:實心的矩形管口Nozzle Node Number:輸入管口的節(jié)點號Nozzle Outside Diameter:輸

25、入管口的外徑Attachment Wall Thickness:輸入管口的壁厚Corrosion Allowance:輸入管口的腐蝕余量點擊Reinforce Pad:Reinforcing Pad Diameter:輸入補強板的直徑Reinforcing Pad Thickness:輸入補強板的厚度點擊Loads DataGlobal CAESARII Convent:點擊全局坐標在Centerline Direction Cosines中輸入設備中心線的坐標：管口中心線的坐標：注：設備的中心線必需與管口垂直，但是封頭上的管口比較特殊，管口中心線是垂直方向的，設備中心線也是垂直方向的，此時需

26、將設備中心線的坐標改成與管口垂直的方向，管口中心線方向不變。Internal Pressure:輸入設備的內壓點擊get from Output,從輸出報告中得出相應的受力和力矩Sus為管口安裝態(tài)的受力EXP為管口純熱態(tài)下的受力OCC為管口純偶發(fā)工況下的受力以上數(shù)據(jù)輸入完整后，點擊analyze WRC107/297,軟件會自動得出計算報告2.0 Nema 23 校核透平管口受力往往使用NEMA 23選項在analysis選項中點擊NEMA 23點擊NEMA Input Data”輸入透平中心線的位置， 沿x軸，在CosX：中輸入1 沿Z軸，在CosZ：中輸入1點擊Add Nozzle:Nod

27、e Number：輸入透平口的節(jié)點Nozzle Type:輸入管口的類型Inlet:為透平的進口EXHAUST:為透平的出口Extraction：為透平中間的排出口Nominal:為透平口的直徑在校核透平管口受力時，要同時考慮進口和出口受力對透平的影響，因此往往有一個折算點，即透平進口和出口受力都需折算在該點上，該點稱作Resolution Point:此選項用來輸入管口距離該折算點的相對距離此選項可用來輸入許用值的系數(shù)，不輸為1倍NEMA 23點擊get loads from Output file 軟件會自動讀入對應節(jié)點的管口力和力矩輸入完畢后，點擊Analyze選項，軟件會自動校核透平口

28、受力。3.0 API617校核壓縮機管口受力，需點擊analysis選項中的API617點擊API617 input在Suction Nozzle中Node Number中輸入壓縮機進口的節(jié)點號Nominal中輸入管口直徑Discharge Nozzle：Node Number中輸入壓縮機出口的節(jié)點號Nominal中輸入出口管道直徑Extaction Nozzle 1 和2，為壓縮機中間的排出口Equipment Centerline：輸入壓縮機的中心線坐標Factor For Allowable Increase:為壓縮機管口許用值的增加系數(shù)，不輸為1倍的API617再點擊Suction N

29、ozzle選項上述選項用來輸入管口離壓縮機進口的相對距離，若是進口輸入0即可點擊get loads From Output File,軟件將管口受力自動導入，重復點擊Discharge Nozzle,Extraction Nozzle 1 或Extraction Nozzle 2將所有管口載荷輸入完畢后，點擊Analyze，軟件將自動校核管口受力。4.0 API610CAESARII 自帶API610泵的管口校核先確定泵的位置，若泵中心線沿x軸布置在Centerline Direction Cosine x輸入1若泵中心線沿z軸布置在Centerline Direction Cosine z輸

30、入1Base point Node Number泵的基準點，該基準點是指泵的軸線與垂直面的交點，垂直面是四個支座的平分面下圖4就為泵的基準點Suction nozzle node number:泵吸入口節(jié)點Suction nozzle Type:泵的吸入口管嘴類型Suction Nozzle Nominal Diameter:泵吸入口直徑Discharge Nozzle Node Number:泵出口節(jié)點Discharge Nozzle Type:泵出口管嘴類型Discharge Nozzle Nominal:泵出管嘴類型Factor for Table 4 Allowables:表4許用值系數(shù)點擊Suction NozzleNozzle Location(from Pump Center)泵口離開基準點的相對位置Forces on Nozzle:泵口受力Moments on Nozzle: 泵口力矩點擊get Loads From output file軟件將輸出文件中的力和力矩自動導入上述空格內點擊Discharge Nozzle上述各項與泵進口相似完成上述各項輸入后，點擊Analyze,軟件將會自動校核泵口受力。第五部分 工況組合應力計算時往往要對工況進行一定的組合點擊staic analysis 便會出現(xiàn)如下對話框點擊load case Editor 可對工況