容器设备卫生型支承式支座的设计

周文武 郑小海 胡小芳

（温州市工业设计院，浙江温州 325000）

我国的支承式支座标准从JB/T 4724—1992到JB/T 4712.3—2007，是针对常规容器设备而制定的。其材料一般以碳钢为主（如果容器主体材料为不锈钢，则只是改变支座垫板为不锈钢）[1]。这样可以降低制造成本，该标准符合了我国常规容器使用的要求。但随着时代的发展，有些卫生要求较高的生产，如制药、食品、酿造等行业，该标准就显得有些不适用，特别是制药生产GMP规范管理，食品生产QS规范管理，在洁净区内不仅要求设备与物料直接接触的部分必须无污染，而且设备其他部分也必须保持无污染。所以设备必须全部采用不锈钢材料制造（包括设备所有安装附件）。

为了适应制药生产和有卫生要求的这种特殊性，我们应广大使用、制造厂家的需求建议，参考国内外有关资料文献，并结合多年设计和使用经验，不断改进完善，逐渐形成了卫生型支承式支座系列，支座分三角形、四边形两种形式，如图1所示。

1 卫生型支承式支座的特点

1.1 材料

本系列规定全部采用奥氏体不锈钢材料制造，就是针对制药生产GMP卫生要求的特殊性，虽然制造成本较高，但确保药物不受污染，材料牌号通常以S 30408为主，如有特殊要求可与容器本体材料相同。

1.2 结构特点

图1 卫生型支承式支座的结构型式Fig.1 Structural type of the sanitary type bracket support

1.2.1 支座分三角形、四边形两种形式，三角形较为轻巧，适用于小直径容器； 四边形较稳固，适用于较大直径容器。由于支座采用全不锈钢制造，考虑经济性，三角形、四角形这两种形式均采用簿板弯卷焊制，有条件的制造厂家配上专用模具压制，既美观又保证制造质量。由于三角形、四边形是整圈弯卷，所以惯性矩很大，刚性很强，可不用考虑失稳问题（在后面的计算中可以看出），且因为是整圈，外表没有卫生死角，便于清洗，能达到卫生要求。

1.2.2 支座底板设置可调节螺栓，容器安装基础不平整时调整方便，使各支座受力均衡，特别是带搅拌容器，可有效避免支座受力不均衡而产生的设备摆动或震动。

1.2.3 支座安装中心距较常规支座设计要拉开些，支座几乎靠近封头边缘，这种安装结构主要是考虑到本系列通常用于小型设备，容器直径较小，支座中心距拉开，有利于设备立足稳定，防止设备倾翻，也使设备整体外形显得美观。

1.3 安装

本系列不采用地脚螺栓与基础固定，为此在现场安装中要根据具体情况采取方法固定，如方法一：当可调螺栓调整完毕后，将可调螺栓底盘与基础预埋板点焊固定；方法二：在可调螺栓底盘与基础预埋板之间垫上一块表面防滑的硬橡胶。

注意：设备运输过程中建议先将可调螺栓卸下，以免途中颠簸造成可调螺栓松动，不安全。

可调螺栓处会存在卫生死角，但可调螺栓的直径较小，又是靠近地面，离容器本体较远，一般在可承受范围之内，但如果这也不允许，本系列可取消可调螺栓进行使用，可由用户与制造厂家具体联系确定即可，安装方法同上。

1.4 适用范围

本系列适用于下列条件放置在室内的钢制立式圆筒形容器：

（1）医药工业上全部以奥氏体不锈钢为材质的容器支座，与医药工业相类似的有卫生要求的容器（食品工业、酿造工业、化工工业等）亦可参照使用；

（2）公称直径DN 400 ～ 2 100 mm。

2 支承式支座系列

卫生型支承式支座已形成系列，表1是我们设计的支承式系列（四边形），供参考。

3 支座允许载荷计算

下面以支承式系列（四边形）A3型为例计算支座的允许载荷，材料S 30408。

表1 卫生型支承式支座系列（四边形）Tabl.1 A series of the sanitary type bracket support（quadrilateral）

3.1 调节螺栓的允许载荷

式中 d根— 外螺纹根径，mm；

[σ]t— 调节螺栓的在支座设计温度下的许用应力，MPa。

3.2 螺纹牙的允许载荷[2]

牙根的弯曲应力

牙根的剪切应力

式中 h牙— 螺纹牙的工作高度，mm；

kz— 载荷不均匀系数；

b牙— 螺纹牙根部宽度，b牙= 0.87 p，mm

p — 螺距，mm ；

[τ]t— 调节螺栓的在支座设计温度下的许用剪切应力，[τ]t= 0.6 [σ]t，MPa。

3.3 支座的允许载荷

3.3.1 支座稳定性计算[3]

本支座上端部与容器下封头为焊接结构，可视为固接，下端部为自由端，所以可近似按一端固支，一端自由来计算支座的稳定性，μ = 2，其柔度为：

[σcr]≥ [σ]t，取 [σcr]=[σ]t= 137 MPa

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

式中 I — 支座大端的惯性矩，取X-X，Y-Y方向的较小值，mm4；

A — 支座大端的截面积，mm2；

i — 支座截面的最小回转半径，mm；

λ — 支座的有效长细比 ；

ns— 由 λ和mr决定的系数 ；

[σcr] — 支座的临界许用应力，MPa ；

Rel— 支座材料的屈服极限，MPa；

[σ]t— 支座在设计温度下的许用应力，MPa。

从稳定性分析可以看出，因四方形支座的刚性很大，一般可以不要考虑稳定性失稳，只须考虑压缩应力。

3.3.2 支脚小端允许载荷

式中 A小— 支座小端的截面积，mm2。

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

4 支承式支座实际承受载荷计算

支承式支座实际承受载荷可按下式近似计算[3]：

式中的符号见JB/T 4712.4—2007附录A，因本系列适用于放置在室内的钢制立式圆筒形容器，所以风载荷可不计入。

5 选型

根据容器公称直径DN选取相应的支座及数量，按上述的方法计算支座承受的实际载荷Q，应满足Q< [Q]，一台容器应选3～4个支座。

[1] GB150.1～150.4—2011．压力容器[S]．

[2] 徐灏．机械设计手册（第3卷）[M]．北京：机械工业出版社，1991：21-49．

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