压力容器壳体的开孔与补强
压力容器开孔补强设计

内径Di≤1500mm时,开孔最大直径d≤
,且d≤520mm;
内径Di>1500mm时,开孔最大直径d≤
,且d≤1000mm。
*
中心处的锥壳内直径。
b. 凸形封头或球壳上开孔最大直径d≤
。
c. 锥壳(或锥形封头)上开孔最大直径d≤
,Di为开孔
d. 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时,其孔的中心线宜垂直 于封头表面。
4.3.5 开孔和开孔补强设计
4.3.5 开孔和开孔补强设计
补强材料一般需与壳体材料相同,若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力,则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力,则所需补强面积不得减少。
要求:
孔周边会出现较大的局部应力,采用分析 设计标准中规定的方法和压力面积法等方 法进行分析计算。
表4-14 不另行补强的接管最小厚度 mm
6.0
5.0
4.0
3.5
89
76
65
57
48
45
38
32
25
接管公称外径
最小厚度
*
四、等面积补强计算
GB150对开孔最大直径的限制:
主要用于补强圈结构的补强计算。
基本原则:
使有效补强的金属面积,等于或大于开孔 所削弱的金属面积。
(1)允许开孔的范围
图4-37 (b)厚壁接管补强
高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高,一般都采用该结构,但必须保证焊缝全熔透。
应用
4.3.5 开孔和开孔补强设计
*
过程设备设计
厚壁接管补强
开孔和开孔补强设计
过程设备设计
压力容器的开孔与补强

压力容器的开孔与补强压力容器是一种用于储存和运输高压气体、液体或气体液体混合物的装置。
由于容器内部承受着巨大的压力,因此对于压力容器的结构设计和制造质量的要求非常高,尤其是它的壁厚和容积大小等参数必须经过精密计算和实验验证。
然而,即使设计和制造工艺都非常优秀,压力容器在使用过程中,也一定会出现开孔或由于压力过高而造成形变或者破裂的情况。
为了避免这种情况的发生,我们可以采用开孔和补强两种方法进行预防和解决。
开孔是一种常见的预防压力容器事故的方法。
通过在容器的垂直和水平方向上开孔,可以使容器内部受到更好的冷却和通风,从而减少容器内部压力的累积。
另一方面,开孔的位置也可根据容器内部压力变化而进行调整,使事故的风险降到最低。
此外,设定开孔的位置和数量还可以为维护和保养提供更大的便利。
例如在容器的底部开孔,可以更轻松地清除容器内部积存的物质。
尽管开孔是一种有效的预防措施,但在一些情况下,由于开孔会改变容器的整体结构,从而降低容器的承载能力。
这时,可以采用补强的方法来保证容器的安全。
补强的方法主要是在容器受力较大的地方加装加强筋或者钢板等材料来提高容器的强度和承载能力。
这种方法的优点是可以增加整个容器的稳定性和韧性,从而避免容器内部压力过高而造成的泄漏和破裂等意外事件的发生。
需要注意的是,在进行压力容器的开孔和补强的时候,我们必须严格遵守国家标准,以确保容器的质量和安全。
另外,在进行相关的维修和改装时必须由具备相关资质、资历的专业人员进行操作,这样可以有效地避免其他安全隐患的发生。
最后,压力容器在工业生产和人们的日常生活中发挥着重要的作用,但与之相关的安全问题也时刻需要引起人们的重视。
因此,在日常生活和工作中,我们应该尽可能地避免对压力容器的摩擦和碰撞,同时,也应该注意对其的定期检查和维修,以避免意外事件的发生。
第十二章压力容器的开孔补强

m
23
(三)应力集中系数的计算
3.椭圆形封头开孔的应力集中系数 椭圆形封头开孔的应力集中系数可以近似的采 用上述球壳开孔接管的曲线,只要将椭圆中心处的 曲率半径折算为球的半径即可
Ri KDi
式中K为修正系数 Di为椭圆封头的内直径 Ri为折算为球壳的当量半径
13
(一)开孔的应力集中
1.平板开小孔的应力集中
σ
σθ
σθ
r
θ σθ σ
max=3σ
σγ
σ
a
r 0
图12-1 平板开小孔时应力集中
平板开孔的最大应力在孔边 孔边沿r=a处: 0,
2
处
2
max 3
14
一、开孔应力集中及应力集中系数
(一)开孔的应力集中 1.平板开小孔的应力集中
10
第二节 开孔及补强设计
一、开孔应力集中及应力集中系数
二、开孔补强设计的要求
三、等面积补强计算
11
一、开孔应力集中及应力集中系数
容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下 列影响: 1. 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。 2. 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。 3. 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引 起应力集中。 上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的 引力比壳体中的膜应力大,统称为开孔或接管 部位的应力集中。
1
第一节 总体设计问题概述
结果在开孔和接管处的局部地区,应力可能达到很大的数值 。这样高的局部应力,有时再加上接管上还受到其他外部载 荷(例如安装的附加弯短、热应力等)以及开孔结构在制造 过程中难兔产生的残余应力等,于是开孔附近往往就成为容 器的破坏源。因此必须对开孔处进行强度校核,如不能满足 强度要求,则必须进行补强。
压力容器大开孔补强计算方法实例分析

- 43 -第6期压力容器大开孔补强计算方法实例分析王嘉瑶,翟新锋(中泰创新技术研究院有限责任公司, 新疆 乌鲁木齐 830000)[摘 要] 在压力容器设计中,经常面临着大开孔补强问题。
在壳体上开孔影响其承压能力,且开孔的大小、尺寸受到诸多限制,补强方法也多种多样。
本文总结了常用的几种开孔补强计算方法,如等面积法、分析法和压力面积法,并通过对某φ2000卧式容器开φ800孔的实例进行计算和分析,有助于设计人员更好地理解和应用这几种补强方法。
[关键词] 压力容器;大开孔;等面积法;分析法;压力面积法作者简介:王嘉瑶(1998—),女,湖北人,本科学历,在中泰创新技术研究院有限责任公司从事设备设计工作。
1 前言大开孔一般被定义为超过限制值的开孔。
大开孔会削弱壁厚的强度,且孔边缘薄膜应力和弯曲应力都较大,因此最常用的等面积法在大开孔上一般不能使用。
化工装置中,常使用带水包的压力容器,利用油水密度差进行油水分离。
而水包的公称直径普遍和设备直径较为接近,即d/D 较大,这时就需要考虑大开孔补强。
本文用三种方法对一个设计压力0.42MPa ,设计温度60℃,内径φ2000,C1=0.3mm ,C2=2mm 的卧式容器筒体上开φ800孔的设计实例进行计算和简单分析比较。
图1 圆筒开孔补强等面积法与分析法适用范围图2 算例示意图2 等面积法等面积法就是用补强材料在壳体开孔附近一段距离内对开孔削弱的承载面积给予等面积补偿。
它的理论基础仅考虑了壳体中存在的拉伸薄膜应力,类似双向受拉伸开有小孔的无限大平板上孔边的应力集中,所以对小直径的开孔安全可靠。
除此之外,还具有长期的使用经- 44 -论文广场石油和化工设备2021年第24卷验,开孔较大时只要对其开孔尺寸和形状等给予一定的配套限制,也能保证安全,是一般开孔的首选算法。
此方法适用于在受压筒体或者平封头上开圆孔、长短径比小于等于2的椭圆或长圆形孔。
因为本次开孔接管垂直于筒体,所以满足这部分要求。
压力容器的开孔与补强

第13章 压力容器的开孔与补强本章重点内容及对学生的要求:(1) 回转壳体上开小孔造成的应力集中; (2) 开孔补强的原则、补强结构和补强计算; (3) 不另行补强的要求;(4) GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。
第一节 容器开孔附近的应力集中1、 相关概念(1)容器开孔应力集中(Opening and stress concentration )在压力容器或设备上开孔是化工过程操作所决定的,由于工艺或者结构的需要,容器上经常需要开孔并安装接管,例如:人孔、手孔、进料与出料口等等。
容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响:◆ 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。
◆ 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。
◆ 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。
上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大,统称为开孔或接管部位的应力集中。
(2)应力集中系数(stress concentration factor )常用应力集中系数Kt 来描述开孔接管处的力学特性。
若未开孔时的名义应力为σ,开孔后按弹性方法计算出的最大应力为σmax ,则弹性应力集中系数为:σσmax=t K (1) 压力容器设计中对于开孔问题研究的两大方向是: ✧ 研究开孔应力集中程度,估算K t 值;✧ 在强度上如何使因开孔受到的削弱得到合理的补强。
2、平板开小孔的应力集中Fig. 1 Variation in stress in a plate containing a circular hole and subjected to uniform tension设有一个尺寸很大的巨型薄平板,开有一个圆孔,其小圆孔的应力集中问题可以利用弹性力学的方法进行求解。
承受单向拉伸应力开小圆孔的应力集中如图1所示,只要板宽在孔径的5倍以上,孔附近的应力分量为:⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a r a ra r r (2) 平板开孔的最大应力在孔边 2πθ±=处, 孔边沿a r =处:σσστπθθθ3,0max 2===±=r应力集中系数:0.3max==σσt K 3、薄壁球壳开小圆孔的应力集中如图2所示,球壳受双向均匀拉伸应力作用时,孔边附近任意点的受力为:Fig. 2 Variation in stress in a sphere shell containing a circular hole孔边处r=a ,σσ2max = , 应力集中系数0.2max==σσt K 4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示,薄壁柱壳两向薄膜应力δσ21pD =,δσ42pD =,如果开有小圆孔,则孔边附近任意点的受力为:⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσσθθ2sin 32142cos 3141432cos 34122312422214212242222122r a r a r a r a r a r a ra r r (3)Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求

详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求引言压力容器上的开孔不仅影响结构强度,还会因为接管有着各种载荷所产生的应力、温度应力,以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用,往往是造成容器破坏的根源,所要解决这些问题,就必须了解开孔补强中的规定以及要求。
1.压力容器补强结构解析与一般规定压力容器的补强结构可分为:补强圈搭焊结构和整体补强结构。
1.1补强圈搭焊结构补强当容器采用补强圈搭焊结构时,其应当符合的基本的条件为,容器壳体名义厚度不得大于38mm补强圈的材料厚度不得大于1.5 倍容器壳体的厚度尺寸;使用低合金钢的标准抗拉强度应当小于540MPa若条件许可,优先举荐使用厚壁管代替补强圈进行补强。
当容器为低温压力容器的时候,补强接管应当尽可能采用后壁管进行补强,焊接焊缝应当使用全焊透结构,且焊缝圆滑过渡;带补强板的接管与容器器壁的连接接头应当符合相当于HG/T20583中的G28 G29 G30 G33的要求。
补强板采用与器壁相同的材料,带补强板的结构不得用于容器器壁厚度大于30mm 的场合,也不适用于设计温度低于-40°的场合。
带补强圈的接管与壳体的连接,以及补强圈与壳体搭接的角焊接头壳采用GB15 0中所示结构进行,且接管端部应与容器表面齐平,端部内角应当打磨成R不小于3mm勺圆角。
?a 强圈虽然结构简单,易于加工,但是补强效果较差,补强圈与壳体之间勺间隙不可避免,同时虽然补强圈上设有排气孔,但是补强圈结构在最终勺热处理后应力缺很复杂。
1.2整体补强结构补强当具有下列条件时,应当采用整体补强或者局部整体补强。
①高强度钢(标准抗拉强度大于540MPa和铬钼钢(如15CrMoR 14Cr1MoR 12Cr2Mo1R 制造的压力容器;②补强圈勺厚度大于1.5 倍容器壁厚度;③设计压力大于或者等于4MPa的第三类容器;④容器的壳体壁厚大于或者等于38mm;⑤疲劳压力容器或者容器盛装介质为毒性的高位介质容器。
压力容器设计开孔补强精品文档4页

开孔补强4.5.5.5等面积补强的分析与计算■等面积补强----壳体承受应力所必需的金属截面,因开孔被削去多少,就必须在开孔周围的补强范围内补回同样截面的金属面积。
有效补强的金属面积大于或等于开孔削弱的金属面积A 、判断是否可以不补强和不作进一步补强计算(1)强度裕量(开孔后仍有的)●容器实际壁厚大于计算壁厚(δδφe )●接管厚度大于计算厚度(t et δδφ)●接管根部有填角焊缝 ●所开孔不在焊缝处,但壁厚计算的中径公式仍考虑了焊缝系数,计算壁厚有裕量。
(2)GB150-1998对不另行补强的规定同时满足下列条件时,开孔后可不另行补强:②相邻两孔中心的距离()2d d +≥B、等面积补强计算(1)所需最小补强面积接管有效面积:接管转化为壳体的当量面积:ΔA-----弥补[][]tttσσ≤而需增加的面积;或接管有效承载面积的折减量。
■圆柱壳■外压柱壳或球壳■平盖注:上述平盖和外压容器的公式来由参见丁伯民《压力容器设计----原理及应用》对平盖和外压容器,决定壳体厚度或承载能力的是弯曲应力,开孔削弱的是抗弯截面模量(而不是壁厚截面积)。
为保证开空前后的抗弯截面模量相等(w=w 0),要求k=A/A 0=1/(2+S/S 0),为保守起见,取k=0.5。
s —补强圈厚度,s 0----平盖厚度;A----补强面积,A 0----开孔削弱面积。
(2)补强范围■有效宽度B■接管外侧高度h 1■接管内侧高度h 2{}接管实际内伸高度,min 2nt d h δ=1(3)补强范围内富裕的可作补强的金属面积A e■A 1----壳体有效厚度减去计算厚度之后的多余面积■接管有效厚度减去计算厚度之后的多余面积()()r et r t et f C h f h A 221222-+-=δδδ■A 3----有效补强区内焊缝金属的截面积(4)有效补强区内另外再增加的补强元件的金属截面积A 4若A A e >,则开孔后无需补强。
开孔与开孔补强解读

A 0.5dop p
开孔率(开孔直径与平盖直径之比)大于0.5的 平盖,受力与法兰相近,故其开孔补强按法兰或反 向法兰计算。
有效补强范围:
两个方向的补强范围 (1)沿壳体经线方向的补强范围: B 2dop 是依据受均匀拉伸作用的开小孔大平板,孔 边局部应力集中的衰减范围确定的。 (2)沿接管轴线方向的补强范围:h d op nt 是依据圆柱壳在端部均布载荷作用时,柱壳 中局部环向薄膜应力的衰减范围确定的。
2.2分析法适用的范围
2.3不另行补强的最大开孔直径
3.,属于拉伸强度补偿。为保障内压壳体开 孔局部截面的拉伸强度,从补偿角度讲:壳 体由于开孔丧失的拉伸承载截面积应在孔边 有效补强范围内等面积地进行补偿,俗称等 面积补强。
等面积补强法对开孔边缘的二次应力的 安定性问题是通过限制开孔形状、长短径之 比和开孔范围(开孔率)间接加以考虑的, 使孔边的局部应力得到一定的控制。 等面积补强法对开孔边缘的峰值应力问 题未加考虑,为此不适用于疲劳容器的开孔 补强。
2. GB150.3-2011中开孔补强的计算包括等面 积法和分析法。 2.1适用范围:
3.2单个开孔补强的等面积法适用范围:
3.3补强的结构形式 1)补强圈补强
接管壁厚选用,特别是小接管的壁厚选 用常出现不合理的现象。 对于要求接管与壳体的焊接接头采用全 焊透的结构时,接管壁厚应取≥1/2壳体壁厚 或取接管壁厚≥6mm两者的较小值。 对于坡口熔敷金属量大的焊接接头,当 壳体壁厚大于16mm时接管壁厚应大于8mm; 当壳体壁厚较大(壁厚≥ 20mm)时,接管与 壳体的连接焊缝宜采用双面坡口。 对于低温压力容器,与壳体相焊的接管 壁厚应不小于5mm,其中DN≤50的短接管宜 采用锻造的厚壁管或异径管。
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压力容器的开孔与补强本章重点内容及对学生的要求:(1) 回转壳体上开小孔造成的应力集中; (2) 开孔补强的原则、补强结构和补强计算; (3) 不另行补强的要求;(4) GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。
第一节 容器开孔附近的应力集中1、 相关概念(1)容器开孔应力集中(Opening and stress concentration )在压力容器或设备上开孔是化工过程操作所决定的,由于工艺或者结构的需要,容器上经常需要开孔并安装接管,例如:人孔、手孔、进料与出料口等等。
容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响:◆ 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。
◆ 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。
◆ 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。
上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大,统称为开孔或接管部位的应力集中。
(2)应力集中系数(stress concentration factor )常用应力集中系数Kt 来描述开孔接管处的力学特性。
若未开孔时的名义应力为σ,开孔后按弹性方法计算出的最大应力为σmax ,则弹性应力集中系数为:σσmax=t K (1) 压力容器设计中对于开孔问题研究的两大方向是: ✧ 研究开孔应力集中程度,估算K t 值;✧ 在强度上如何使因开孔受到的削弱得到合理的补强。
2、平板开小孔的应力集中Fig. 1 Variation in stress in a plate containing a circular hole and subjected to uniform tension设有一个尺寸很大的巨型薄平板,开有一个圆孔,其小圆孔的应力集中问题可以利用弹性力学的方法进行求解。
承受单向拉伸应力开小圆孔的应力集中如图1所示,只要板宽在孔径的5倍以上,孔附近的应力分量为:⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a r a ra r r (2) 平板开孔的最大应力在孔边 2πθ±=处, 孔边沿a r =处:σσστπθθθ3,0max 2===±=r应力集中系数:0.3max==σσt K 3、薄壁球壳开小圆孔的应力集中如图2所示,球壳受双向均匀拉伸应力作用时,孔边附近任意点的受力为:Fig. 2 Variation in stress in a sphere shell containing a circular hole孔边处r=a ,σσ2max = , 应力集中系数0.2max==σσt K 4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示,薄壁柱壳两向薄膜应力δσ21pD =,δσ42pD =,如果开有小圆孔,则孔边附近任意点的受力为:⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσσθθ2sin 32142cos 3141432cos 34122312422214212242222122r a r a r a r a r a r a ra r r (3)Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
但是在孔边=2πθ±处θσ最大,孔边处径向截面处的应力集中系数K t =2.5。
而在另一个截面,即轴向截面的孔边r=a,π处的最大应力1=0.5θσσ,此处应力系数K t =0.5,比径向截面的应力集中系数小得多。
其他情况,例如开椭圆孔以及排孔等情况详见国标规定。
针对开孔部位的壳体或者封头壁厚为δ,直径为D ,开孔的孔径为d 时,在接管根部开孔边缘处的应力集中现象呈现如下的特点:最大应力在孔边,是应力集中最严重的地方; 应力集中具有局部性,其范围也是极为有限的;应力集中的情况和开孔的孔径与直径的相对尺寸d/D 成正比,开孔不宜过大; 应力集中和D /δ成反比;所以增大开孔四周壳体的壁厚,则可以极大改善应力集中的情况,因此在开孔周围一定的范围内,采用焊接补强圈的方法。
球壳上开孔的应力集中系数稍低于通体上开孔的应力集中系数;因此在可能的情况下,在封头上开孔,优于在壳体上开孔。
5、应力集中对容器安全的影响接管和壳体均为具有良好塑性的材料制成,如果容器内介质压力平稳,对容器的安全使用不会有太大的影响;如果容器内有较大的压力波动,则应力集中区的金属在交变的高应力作用下会出现反复的塑性变形,导致材料硬化,并产生疲劳破坏。
应力集中是产生疲劳破坏的根源。
6、开孔并带有接管时的应力集中系数以上讨论的是仅在壳体上开孔,但是在实际中通常是还在开孔处有接管,开孔处因为接管与壳体在内压作用下发生变形协调而导致不连续应力出现。
例如球壳与圆管的连接如下图所示。
因此接管对开孔边缘处的应力集中影响也需要考虑。
Fig. 4 Deformation and internal forces in the opening of sphere shell应力集中系数曲线:为了便于设计、对不同直径的和不同厚度的壳,带有不同直径与接管,按理论计算得到的应力集中系数绘制成一组组曲线。
应力集中系数曲线图绘制根据: ●壳体的直径,壳体厚度; ●接管的直径,接管厚度;●接管形式的平齐接管,插入接管,的不同而绘制。
第二节 容器的开孔补强开孔部分的应力集中将引起壳体局部的强度削弱,若开孔很小并有接管,且接管又能使强度的削弱得以补偿,则不需另行补强。
若开孔较大,就要采取适当的补强措施。
一般容器只要通过补强将应力集中系数降低到一定的范围即可。
按“疲劳设计”的容器必须严格限制开孔接管部位的最大应力。
经过补强后的接管区可以使应力集中系数降低,但不能消除应力集中。
1、开孔补强的基本原则当在容器开孔后,由于各种强度富余量的存在,开孔并非都要补强。
而在孔周围不需要进行补强的规定,称为开孔补强设计的基本原则。
(1)允许不补强开孔的原因●应力集中的局部性原因,根据应力集中的局部性特征,开孔附近的峰值应力,不会产生壳体的整体屈服;●当应力集中系数小于时,开孔附近除疲劳断裂外,不产生一般的强度破坏;●容器有效壁厚,是在计算壁厚值加上壁厚附加量,按商品钢板系列的圆整值。
一般大于强度值的要求,从整体上得到了加强。
●在壁厚计算公式中,焊缝系数一般小于1, 在规定中,明确指出,开孔不允许在焊缝影响区内,则认为开孔区的强度承载能力高于焊缝区。
(2)允许不另行补强的最大开孔直径 a.不另行补强的最大孔径为 δm m D d 14.0≤b.当两孔中心之间的间距大与两孔直径之和的两倍时,则每一孔均可视为单个开孔。
2、开孔补强形式(1)内加强平齐接管: 将补强金属加在接管或壳体的内侧。
(2(4)密集补强形式:补强金属集中在接管与壳体的连接处 (c)凸出接管对称加强以上四类补强形式,从补强的效果,即补强所附加金属起到的实际作用,实践证明了密集补强效果最好。
对称凸出接管列第二,外加强最差。
3、补强结构(1)贴板补强结构贴板补强结构是在开孔周围贴焊一个补强圈,补强圈的材料和厚度一般与壳体相同。
(a )需要保证补强圈与壳体全面贴合; (b)需要保证焊缝的全焊透结构;(c) 在补强圈上开有M10的通孔,以充气检验其焊透性; (d )常用场合:中低压容器。
ab (2)接管补强结构:即在开孔处焊接一段加厚的接管,加厚接管处于最大应力区,故能有效的降低应力集中系数。
(a )优点:结构简单,焊缝小,容易对焊缝质量进行检验 (b)缺点:焊缝处在最大应力区内;(c)当用于重要设备时,应保证焊缝的全焊透性。
焊缝磨平,进行无损探伤。
(d )常用场合:低合金钢容器或某些高压容器。
(3)整锻件补强结构: 将接管于壳体连同加强部分做成一整体锻件。
(a )优点:补强金属集中于开孔应力最大部位,应力集中系数最小。
焊缝及热影响区离开最大应力点位置,抗疲劳性能优越。
(b)缺点:锻件供应困难,制造烦琐,成本较高。
(c )常用场合:只用于重要的设备,如高压容器,核容器等。
接管补强4、开孔补强的设计准则(1)等面积补强准则该方法认为在有效的补强范围内,壳体处本身承受内压所需截面积外的多余截面积A不少于开孔所减少的有效截面积A0。
等面积补强法是世界各国延用已久的一种经验设计方法。
◆开孔削弱的截面积,指沿壳体纵向截面上的开孔投影面积。
式中:d为开孔直径或接管内径加上壁后附加量C后的直径。
T为壳体按内压或外压计算所需的计算厚度。
Fr为材料强度削弱系数,即设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比,fr<1.0◆有效补强范围:等面积补强法认为在右图中的WXYZ的矩形范围内补强是有效的。
◆补强区内补强金属面积A(a)容器壳体设计厚度之外的多余金属截面积:A1筒体或封头,承受内压或外压所需的厚度和壁厚附加量之外剩余的金属面积。
A1=(B-d)[(S-C)-So],C—壁厚附加量式中Tn,tn分别为壳体及接管的名义厚度T为容器壳体的计算厚度C为接管的壁厚附加量fr为材料的强度削弱系数(b)接管所需计算厚度之外的多余金属截面积:A2 接管承受内压或外压所需厚度和壁厚附加量两者之外多余的金属面积。
A2=2h1(St-Sto-C)+2h2(St-C1-C2)式中:t-为接管按内压或外压计算所需的计算厚度;C2-为接管的腐蚀附加量。
(c)在有效补强区内焊缝金属的截面积。
(d)在有效补强区内另加的补强元件的截面积。
若A1+A2+A3≥A,开孔不需要补强A1+A2+A3 <A,开孔需要补强则A4≥A-(A1+A2+A3)A4—补强金属截面积。
(2)极限分析补强设计准则由于开孔只造成壳体的局部强度削弱,如果在某一压力载荷下容器开孔处的某一区域其整个截面进入塑性状态,以至发生塑性流动,此时的载荷便为极限载荷。
利用塑性力学方法对带有整体补强的开孔补强结构求解出塑性失效的极限载荷。
以极限载荷为依据来进行补强结构设计,即以大量的计算可以定出补强结构的尺寸要求,使其具有相同的应力集中系数。
(3)开孔补强的其他问题以上是壳体上单个开孔的等面积补强方法,工程上有时还会碰到并联开孔的情况,如果各相邻孔之间的空心距离小于两孔平均直径的两倍,则这些相邻孔可以不再以单孔计算,而应作并联孔处理。
另外还有开排孔、平板盖开孔的情况,其补强设计方法可按照压力容器标准中第六章的相应规定进行。