CAESAR ii 数据输入及建模

第一部分 支架形式模拟 ................................................................................................... 2

1.0 普通支架的模拟 ............................................................................................................................ 2 1.1 U－band ...................................................................................................................................... 2 1.2 承重支架 .................................................................................................................................... 3 1.3 导向支架 .................................................................................................................................... 3 1.4 限位支架 .................................................................................................................................... 7 1.5 固定支架 .................................................................................................................................... 7 1.6 吊架 ............................................................................................................................................ 8 1.7 水平拉杆 .................................................................................................................................... 8 1.8 弹簧支架模拟 ............................................................................................................................ 9 2.0 附塔管道支架的模拟 .................................................................................................................. 11 3.0 弯头上支架 .................................................................................................................................. 13 4.0 液压阻尼器 .................................................................................................................................. 14 5.0 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 .................................................................................................... 15

1.0 法兰和阀门的模拟 ...................................................................................................................... 15 2.0 大小头模拟 .................................................................................................................................. 17 3.0 安全阀的模拟 .............................................................................................................................. 18 4.0 弯头的模拟 .................................................................................................................................. 19 5.0 支管连接形式 .............................................................................................................................. 20 6.0 膨胀节的模拟 .............................................................................................................................. 21 6.1 大拉杆横向型膨胀节 .............................................................................................................. 22 6.2 铰链型膨胀节 .......................................................................................................................... 34

第三部分 设备模拟 ......................................................................................................... 42

1.0 塔 .................................................................................................................................................. 42 1.1 板式塔的模拟 .......................................................................................................................... 42 1.2 填料塔的模拟 .......................................................................................................................... 44 1.3 除了模拟塔体的温度，还需模拟塔裙座的温度 .................................................................. 47 2.0 换热器，再沸器 .......................................................................................................................... 48 2.1 换热器模拟也分两种情况 ...................................................................................................... 48

1

3.0 板式换热器 .................................................................................................................................. 51 4.0 空冷器 .......................................................................................................................................... 52 4.1 空冷器进口管道和出口管道不在同一侧 .............................................................................. 52 4.2 空冷器进口管道和出口管道在同一侧 .................................................................................. 54 5.0 泵 .................................................................................................................................................. 56 6.0 压缩机，透平 .............................................................................................................................. 58

第四部分 管口校核 ......................................................................................................... 59

1.0 WRC107 .......................................................................................................................................... 59 2.0 Nema 23 ........................................................................................................................................ 62 3.0 API617 .......................................................................................................................................... 64 4.0 API610 .......................................................................................................................................... 65

第五部分 工况组合 ......................................................................................................... 68

1.0 地震 .............................................................................................................................................. 69 2.0 风载 .............................................................................................................................................. 70 3.0 安全阀起跳工况 .......................................................................................................................... 72 4.0 沉降 .............................................................................................................................................. 74

第一部分 支架形式模拟

1.0 普通支架的模拟

1.1 U－band

Strap X Y 2

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/cm

1.2 承重支架

+Y

1.3 导向支架

3

1.3.1 水平管道

+Y X

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0

1.3.2 垂直管道 1.3.2.1 四向导向

4

1.3.2.2 单边导向

5

6

1.4 限位支架

Stopper Z +Y

1.5 固定支架

ANC

7

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

8

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，国内项目选择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％内，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％内，这时用户需在此选项中输入10 Rigid 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

9

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。

10

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：

11

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

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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。

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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 Method

4.0 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，

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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：

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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

16

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

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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（node130－140）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

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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内，才需使用上述选项

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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

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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

21

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之间是大拉杆按内外侧均有螺母，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。 30401020901001101201301405060708015030100160 22

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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。

34 1020304050607080901001101201302050140

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