开孔补强计算GB150-1998等面积补强法 单孔
开口补强(GB150)
接管内侧有效补强高度h2 h2=接管实际内伸高度= 筒体多余金属面积A1 接管多余金属面积A2 焊缝截面积A3 另加补强的面积A4 补强判别
A1=(B-d)(δn-δ-C)-2(δnt-Ct)(δn-C-δ)(1-fr)= A2=2h1(δnt-δt-Ct)fr+2h2(δnt-Ct-C2t)fr= A3= A4=A-(A1+A2+A3)= A4为负值，不需另加补强补强形式:
中国石化 洛阳石油化工工程公司 遵循规范：GB150 150遵循规范：GB150-1998 开口编号: 开口编号:
计 算 书
筒体开孔补强
项目号 文表号 页 码
80800D0201 70-401/C1 第 6 页共 6 页 零件编号： 零件编号： 5
开口直径： 开口直径： 1000
设计条件
计算压力PC 设计温度t 筒体内直径Di 筒体材料 筒体材料许用应力[σ] 筒体焊接接头系数φ 筒体计算厚度δ 筒体厚度负偏差C1 筒体腐蚀裕量C2
3.00
mm mm mm mm mm×mm
mm 补强圈有效宽度B'=Min(B,D)
1600.00 -5.68 -2.74 1600×-4
当[σ]补 ≥[σ] 时，δn'=δ'+C'= 当[σ]补t<[σ]t时，δn'=δ'×[σ]t/[σ]补t+C'= 外直径×名义厚度 D×δn'=
t
筒体开孔补强简图
0.950 160.0 4000.0 16MnR 162.2 0.85 13.83 0.00 3.0 mm mm mm mm mm 接管厚度负偏差C1t MPa 接管腐蚀裕量C2t mm 接管厚度附加量Ct(=C1t+C2t) mm 接管焊接接头系数φt 0.00 3.00 3.00 0.85 mm mm mm MPa MPa °C mm
开孔补强计算GB150-2011等面积补强法_单孔
接管实际外伸长度
150.00 mm 接管有效外伸长度 h1
18.87 mm
接管实际内伸长度
0.00 mm 接管有效内伸长度 h2
0.00 mm
开孔削弱所需的补强面积 A
A=dδ+2δδt(1-f)
798.8 mm2
壳体多余金属面积 A1
A1=(B-d)(S-δ-C)-2St(S-δ)(1-f)
180.2 mm2
钢板负偏差及腐蚀裕量 C
1.0 mm
接管外径 d ’
89.0 mm
接管外径 d (最大尺寸）
89.0 mm
接 接管材料
20
[σ] 接管许用应力
[σ]t
131.00 MPa
补强圈材料
—
补 131.00 MPa
补强圈许用应力 [σ]rt
131.00 MPa
接管焊接接头系数 φ1 接管厚度 St 管 接管负偏差及腐蚀裕量 C1 接管强度削弱系数 f
551 mm2
结：
补强满足要求
0.9 4.00 mm
1.0 mm 1
强 补强圈外径 d2 补强圈厚度 S1t 补强圈负偏差及腐蚀裕量
圈 C2 补强圈强度削弱系数 fr
178 mm 12 mm 1 mm 1
开孔直径 di
89.0 mm 补强区有效宽度 B
178.00 mm
壳体计算厚度 δ
8.976 mm 接管计算厚度 δt
1.422 mm
设计条件
简图
设计压力 Pc
0
1.05 MPa
设计温度 t
200 ℃
椭圆形封头长短轴之比 过渡区半径与球面半径之 比 壳体内直径Di
开孔处焊接接头系数 φ
开孔补强计算时有效补强范围的确定
- 13 -
开孔补强计算时有效补强范围的确定
李拥军1，梁立军2，周一飞3，李业勤3
（1.江林重工（常州）机械有限公司， 江苏 常州 213032 ） （2.风凯换热器制造（常州）有限公司， 江苏 常州 213100）
（3.常州化工设备有限公司， 江苏 常州 213002）
[摘 要] 针对GB150-1998《钢制压力容器》未提及的特殊情形下有效补强范围的计算，提出了适合各种情况下有效补强范 围的计算方法，并对内侧高度的计算提出了改进建议。 [关键词] 开孔补强；有效补强范围；计算
=250.8mm
（2）强度削弱系数f r，f r=
93.8 136.8
=
0.68
（3）左侧宽度B1，B1=min｛max[250.8，
153.4]，163｝=163mm
（4）右侧宽度B2，B2= min｛max[250.8， 153.4]，192｝=192mm
（5）宽度B，B= B1+ B2=163+192=355mm
+
dn
+
dnt
〕时，可用无
有效补强宽度B，B= B1+ B2
一般地，实际最大可能的左侧宽度大于max｛
md ,ad2x｛+ ddn,+d2d+ntd｝n
，实际最大可能的右侧的宽度大于 + dnt ｝；则B= max｛2d , d + 2dn + 2dnt
｝，与GB150-1998相同。说明GB150-1998仅适合
（11）接管可用于补强的面积A2
A2 = 2h1(dnt − dt − C' ) fr + 2h2 (dnt − C'−C2 ' ) fr = 2×59.3×(14-1.34-1.5-1.4)×0.68+2×18.5 ×(14-1.5-1.4-1.5)×0.68 ≈787+242=1029 mm2
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 r a 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 r a 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。
精馏塔接管计算
1
过 程 设 备 强 度 计 算 书
开孔补强计算
接 管: 计算单位 条 件 MPa ℃
SW6-98
压力容器专用计算软件 ?
计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔 简 图
A1, pc 设计温度 壳体型式 壳体材料 名称及类型 壳体内直径 Di
1.31 100 圆形筒体 16MnR(热轧) 板材 2800 13 2
t
壳体开孔处焊接接头系数φ 壳体开孔处名义厚度δ 壳体厚度负偏差 C1 壳体腐蚀裕量 C2 壳体材料许用应力[σ ] 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 Q 接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力[σ ] 开 壳体计算厚度δ 补强圈强度削弱系数 开孔直径 d 接管有效外伸长度 h1 开孔削弱所需的补强面积A 接管多余金属面积 A2 A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4 frr
t
孔
补 mm mm mm mm mm
2 2
计
接管材料强度削弱系数 补强区有效宽度 B 接管有效内伸长度 h2 壳体多余金属面积 A1 补强区内的焊缝面积 A3 A-(A1+A2+A3)
mm2
结论: 根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。
全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站
t
085
mm mm mm mm MPa
n
80 0 1 0
mm mm mm mm mm MPa 接管材料 名称及类型 补强圈材料名称 补强圈外径 补强圈厚度
16Mn(热轧) 管材 Q235-B 225 5
mm mm mm MPa 算 mm fr mm mm mm2 mm2 mm2
压力容器等面积法补强面积计算范围的探讨
nt 接管名义厚度;
C 腐蚀余量。
参考文献
1 GB 150 1998 钢制压力容器. 1998: 74~ 78 2 王志 文. 化 工容 器 及 设 备. 北 京: 化 学 工业 出 版 社,
1990: 103~ 105 3 刁玉玮, 王立业. 化工设备机械基础. 大连: 大连理 工
大学出版社, 1989: 190~ 195 ( 本文编辑 朱必兰)
主题词 压力容器 补强面积 计算
等面积补强法是压力容器常规设计中开孔补强 设计的主要方法之一, 由于该方法对开小孔计算安 全可靠而被广泛采用。目前大学化工机械专业也主 要介绍这种补强法, 但不同的资料介绍的补强面积 计算法 及补强范 围的确 定方法 不同[ 1~ 3] 。笔者 就 GB 150 1998 钢制压力容器!及现行大学教材中的 补强面积计算及补强范围试谈自己的看法。
人孔计算
mm
接管计算厚度δt
0.243
mm
补强圈强度削弱系数frr
0
接管材料强度削弱系数fr
1
开孔直径d
624.2
mm
补强区有效宽度B
1248
mm
接管有效外伸长度h1
61.2
mm
接管有效内伸长度h2
0
mm
开孔削弱所需的补强面积A
1443
mm2
壳体多余金属面积A1
1490
mm2
接管多余金属面积A2
325.2
354.3
补强区内的焊缝面积A3(mm2)
36
36
补强圈面积A4(mm2)
0
0
A1+A2+A3+A4(mm2)
5490
3299
计算截面的校核结果
合格
合格
结论:补强满足要求。
开孔补强计算
计算单位
全国化工设备设计技术中心站
接管:M2,φ630×6
计算方法: GB150-1998等面积补强法,单孔
设计条件
mm2
补强区内的焊缝面积A3
36
mm2
A1+A2+A3=1852mm2，大于A，不需另加补强。
补强圈面积A4
mm2
A-(A1+A2+A3)
mm2
结论:补强满足要求,不需另加补强。
0
mm
接管材料
Q235-B
接管焊接接头系数
1
名称及类型
板材
接管腐蚀裕量
2.5
mm
补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至
封头轴线的距离
mm
补强圈外径
蜂窝夹套开孔补强计算GB150-1998等面积补强法 单孔
补强圈面积 A4 结论：
-74.32 mm2
[σ] 接管焊接接头系数 φ1 接管厚度 St 管 接管负偏差及腐蚀裕量 C1 接管强度削弱系数 f 开孔直径 di 壳体计算厚度 δ 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 开孔削弱所需的补强面积 A 壳体多余金属面积 A1 接管多余金属面积 A2 角焊缝金属面积 A3 A1+A2+A3 补强校核 A＜A1+A2+A3
过程设备设计计算
孔补强计算 接管:N10,N11（φ57×3.5） 设计条件 计算压力 Pc 设计温度 t 壳体形式 壳 椭圆形封头长短轴之比 蜂窝 — 0 0.35 MPa 148 ℃ 计算单位 上海日泰医药设备工程有限公司 计算方法：GB150-1998 等面积补强法 单孔 简图
过渡区半径与球面半径之比 _
壳体内直径Di 开孔处焊接接头系数 φ 壳体材料 [σ] 壳体许用应力 [σ]t 体 开孔处名义厚度 S 钢板负偏差及腐蚀裕量 C 接管外径 d ’ 接管外径 d (最大尺寸） 接 接管材料 [σ] 接管许用应力
t
1130 mm 1.00 S30408 135.00 MPa 134.00 MPa 3.00 mm 0.5 mm 57.0 mm 57.0 mm S30408 135.00 MPa 补
t
补强圈材料 补强圈许用应力 [σ]r 补强圈外径 d2 强 补强圈厚度 S1t
补强圈负偏差及腐蚀裕量 C2
— — MPa 0 mm 0 mm 0 mm 1 100.00 mm 0.08 mm 14.12 mm 0.00 mm 66.7 mm2 66.5 mm2 68.4 mm2 6.13 mm2 141.01 mm2
126.00 MPa 1.0 3.50 mm 1.0 mm 圈 1 50.0 mm 1.17 mm 80.00 mm 0.00 mm
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
接管焊接接头系数 φ 接管厚度 St
管 接管负偏差及腐蚀裕量 C1 接管强度削弱系数 f 开孔直径 di 壳体计算厚度 δ 接管实际外伸长度 接管实际内伸长度 开孔削弱所需的补强面积 A 壳体多余金属面积 A1 接管多余金属面积 A2 角焊缝金属面积 A3 A1+A2+A3 补强校核 结论： A＜A1+A2+A3 补强圈面积 A4
1
上海日泰医药设备工程有限公司 计算方法：GB150-1998 等面积补强法 单孔
壳体内直径Di 开孔处焊接接头系数 φ 壳体材料 壳体许用应力
体 开孔处名义厚度 S 钢板负偏差及腐蚀裕量 C 接管外径 d ’ 接管外径 d (最大尺寸） 接 接管材料 接管许用0 9.00 mm 0.0 mm 1 14.0 mm 3.37 mm 40.00 mm 15.00 mm
补强圈强度削弱系数 fr
补强区有效宽度 B 接管计算厚度 δ
t
接管有效外伸长度 h1 接管有效内伸长度 h2
A=dδ +2δ δ t(1-f) A1=(B-d)(S-δ -C)-2St(S-δ )(1-f) A2=2h1(St-C1-δ t)f+2h2(St-C1)f A3=St2/2 A1+A2+A3 满足,可不加补强圈 0.00 mm2 补强满足要求 A-(A1+A2+A3)
过程设备设计计算
孔补强计算 接管:N9（φ 28×9） 设计条件 设计压力 Pc 设计温度 t 壳体形式 壳 椭圆形封头长短轴之比
过渡区半径与球面半径之比
计算单位 简图 0 0.40 MPa 120 ℃ 封头 — 0.1 2000 mm 1.00 S31603 [σ ] [σ ]t 120.00 MPa 118.80 MPa 10.00 mm 1.0 mm 28.0 mm 32.0 mm S31603 [σ ] [σ ]t
(566) mm2
补 强 圈
补强圈材料 补强圈许用应力 [σ ]rt 补强圈外径 d2 补强圈厚度 S1t
补强圈负偏差及腐蚀裕量 C2
— — MPa 0 mm 0 mm 0 mm 1 28.00 mm 0.05 mm 15.87 mm 15.00 mm 107.8 mm2 78.8 mm2 554.0 mm2 40.50 mm2 673.35 mm2