资源简介

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　　6.1 法兰连接
　　6.2 容器支座
　　6.3 容器的开孔补强
　　6.4 容器附件
　　6.5 容器设计举例
3
容器的开孔补强
6.3.1 开孔应力集中现象及其原因
6.3.1 开孔应力集中现象及其原因
6.3.1 开孔应力集中现象及其原因
6.3.1 开孔应力集中现象及其原因
6.3.1 开孔应力集中现象及其原因
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
1 . 黑色金属
等面积法
分析法
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
　　(1) 等面积法
　　① 等面积法的设计原则
　　等面积法是世界各国沿用较久的一种方法 , 其设计计算较为复杂 , 且偏于保守 。 但经验证明 , 其补强结果比较安全可靠 , 因此仍然得到广泛应用 。
　　② 等面积法的局限性
　　a. 等面积法粗略地认为在补强范围内补强金属的均匀分布降低了孔边缘的应力集中作用 。
　　b. 等面积法忽视了开孔处应力集中与开孔系数的影响 。
　　c. 等面积法认为壳体的高应力处一直在筒体中心线与开孔中心线构成的截面上 , 而事实上 , 在某些几何尺寸下 , 例如接管壁厚大于壳体壁厚 , 高应力点可能会偏移出该截面 。
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
　　③ 等面积法的适用范围
　　等面积法适用于压力作用下壳体和平封头上的圆形 、 椭圆形或长圆形开孔 。 当在壳体上开椭圆形或长圆形孔时 , 孔的长径与短径之比应不大于 2.0。 本方法的适用范围如下 :
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
　　(2) 分析法
　　分析法是 GB/T 150—2011 新增加的补强设计方法 , 该方法的理论基础是清华大学研究组经过 20 多年研究而提出的适用于圆柱大开孔的薄壳理论解 。 图 6-32 为圆筒开孔补强分析法和等面积法的适用范围 , 与传统等面积法比较 , 分析法大大扩展了圆柱壳开孔补强的适用范围 。
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
　　分析法的模型假定接管和壳体是连续的整体结构 , 因此在使用分析法时 , 应保证焊接接头的整体焊透性和质量 。 分析法的设计准则是基于塑性极限与安定分析得出的 , 通过保证一次加 载 时 有 足 够 的 塑 性 承 载 能 力 和 反 复 加 载 的 安 定 要 求 来 保 证 开 孔 安 全 。GB/T 150.3—2011 中分析法与等面积法一样 , 不能用于疲劳设计 。
　　GB/T 150.3—2011 中的分析法给出了两种计算途径 :
　　(1) 等效应力校核直接算出开孔处等效薄膜应力强度SⅡ和等效总应力强度SⅣ , 然后进行应力评定 。 如果有特殊要求的压力容器开孔补强 , 可以根据要求进行评定 。
　　(2) 补强结构尺寸设计 , 是在遵从 GB/T 150.3—2011 中式 (6-41)、 式 (6-42) 设计准则基础上 , 给出最小设计结构尺寸 。
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
2 . 不另行补强的最大开孔直径
　　壳体开孔满足下述全部要求时 , 可不另行补强 :
　　a. 设计压力 p≤2.5 MPa;
　　b. 两相邻开孔中心的间距 ( 对曲面间距以弧长计算 ) 应不小于两孔直径之和 ; 对于 3 个或 3 个以上相邻开孔 , 任意两孔中心的间距 ( 对曲面间距以弧长计算 ) 应不小于该两孔直径之和的 2.5 倍 ;
　　c. 接管外径小于或等于 89 mm;
　　d. 接管壁厚满足表 6-19 要求 , 表中接管壁厚的腐蚀裕量为 1mm, 需要加大腐蚀裕量时 , 应相应增加壁厚 ;
　　e.开孔不得位于 A、B 类焊接接头上 ;
　　f. 钢材的标准抗拉强度下限值Rm ≥540 MPa 时 , 接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式 。
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
3 . 补强形式
　　(1) 内加强平齐接管
　　将补强金属加在接管或壳体的内侧 , 如图 6-33(a) 所示 。
　　(2) 外加强平齐接管
　　将补强金属加在接管或壳体的外侧 , 如图 6-33(b) 所示 。
　　(3) 对称加强凸出接管
　　采用凸出 ( 插入 ) 接管 , 接管的内伸与外伸部分实行对称加强 , 如图 6-33(c) 所示 。
　　(4) 密集补强
　　将补强金属集中地加在接管与壳体的连接处 , 如图 6-33(d) 所示 。
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
4 . 补强结构
　　补强结构是指补强金属采用什么结构型式与被补强的壳体或接管连成一体 。 主要有以下几种 。
　　(1) 补强圈补强结构
　　以补强圈作为补强金属部分焊接在壳体与接管连接处 , 如图 6-34(a) 所示 。
　　补强圈的材料一般与器壁的材料相同 , 其厚度一般也与器壁厚度相同 。 补强圈与被补强的器壁之间要很好地贴合与焊接 , 使其与器壁能同时受力 , 否则起不到补强作用 。 为了检验焊缝的紧密性 , 补强圈上开有一个 M10 的小螺纹孔 , 如图 6-35 所示 。 从这里通入压缩空气 , 并在补强圈与器壁的连接焊缝外涂抹肥皂水 。 焊缝有缺陷 , 就会在该处吹起肥皂泡 。
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
几种补强结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
几种补强结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
　　在这种搭板焊接结构中 , 补强金属板与壳体或接管金属之间存在着一层静气隙 , 传热效果差 , 致使二者温差与热膨胀差较大 , 因而在补强的局部地区往往会产生较大的热应力 。 此外 , 这种结构由于补强圈和壳体或接管金属没有形成一个整体 , 因而抗疲劳能力差 。 由于上述缺点 , 补强圈补强结构只适用于一般中 、 低压容器 。
　　采用补强圈补强结构时 , 应遵循下列规定 :
　　① 钢材的标准抗拉强度下限值Rm ≤540 MPa;
　　② 补强圈厚度 ≤ 1 . 5δn ( δn 为壳体开孔处的名义厚度 ,mm);
　　③ 壳体名义厚度 δn ≤38 mm。
　　如果实际情况超出上述范围, 则应采用加强元件补强结构或整体补强结构。 若条件许可, 目前推荐以厚壁接管代替补强圈进行补强 , 其 δnt /δn 宜为 0.5~2。
　　补强圈补强已有标准可供选用 。
6.3.2 开孔补强设计原则 、 形式与结构
　　(2) 加强元件补强结构
　　这种补强结构是根据接管或壳体开孔附近需要加强部分的需要 , 制作成加强元件 , 然后再与接管和壳体焊在一起 。 如图 6-34(b)、(c)、(d)、(e) 所示 。
　　(3) 整体补强结构
　　整体补强结构是增加壳体的厚度 , 或用全焊透的结构型式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊 。 如图 6-34(f) 所示为用于凸出接管的 “ 插入式补强接管环 ”, 如图 6-34(g) 所示为用于平齐接管的 “ 普通补强接管环 ”。
6.3.3 等面积补强设计方法
6.3.3 等面积补强设计方法
1 . 容器壳体开孔补强的要求
　　内压圆筒和封头及外压容器开孔时 , 通过孔中心 , 且垂直于壳体表面的截面上所需的最小补强面积按表 6 - 20 要求进行计算 。
6.3.3 等面积补强设计方法
6.3.3 等面积补强设计方法
2 . 开孔有效补强范围及补强面积的计算
6.3.3 等面积补强设计方法
图 6 - 36 有效补强范围示意图
6.3.3 等面积补强设计方法
图 6 - 36 有效补强范围示意图
6.3.3 等面积补强设计方法
6.3.3 等面积补强设计方法
6.3.3 等面积补强设计方法
3 . 开孔补强设计步骤
6.3.3 等面积补强设计方法
4 . 其他结构的补强设计
6.3.4 例 题
6.3.4 例 题
6.3.4 例 题

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