開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)與設(shè)備凸緣.ppt

2019/7/10,1,第十二章 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)與設(shè)備凸緣,11-1 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng),一、容器接管附近的應(yīng)力集中 （一）單向受拉平板小孔邊緣處的應(yīng)力集中現(xiàn)象 一單向受拉的矩形薄板，在中央開(kāi)有一小孔，當(dāng)在板的兩個(gè)側(cè)面作用有均勻拉力時(shí)，板的橫截面內(nèi)將產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，如果所取截面過(guò)此小孔，原來(lái)作用在小孔截面面積上的應(yīng)力向附近轉(zhuǎn)移，結(jié)果導(dǎo)致在緊靠開(kāi)孔邊緣處的應(yīng)力急劇增長(zhǎng)，即所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。,2019/7/10,2,在遠(yuǎn)離小孔的橫截面上各點(diǎn)的應(yīng)力均勻分布且=q； 如果截取的橫截面穿過(guò)空心，由于該截面被削掉了2a，便出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。,2019/7/10,3,分析：,筒體上開(kāi)橢圓孔，如何開(kāi)？,應(yīng)使其短軸與筒體的軸線(xiàn)平行，以盡量減少開(kāi)孔對(duì)縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。,因?yàn)楸”趫A筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力兩倍，,應(yīng)力集中和開(kāi)孔形狀有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低。,2019/7/10,4,（二）容器接管附近的應(yīng)力集中 研究表明：若被開(kāi)孔部位的殼體或封頭厚度為、直徑為D、開(kāi)孔孔徑d為時(shí)，那么在接管根部開(kāi)孔邊緣處的應(yīng)力集中現(xiàn)象將具有如下特點(diǎn)： （1）應(yīng)力集中的范圍是極為有限的。 （2）開(kāi)孔孔徑的相對(duì)尺寸d/D越大，應(yīng)力集中情況越嚴(yán)重，所以開(kāi)孔不宜過(guò)大。 （3）被開(kāi)孔殼體的/D越小，應(yīng)力集中情況越嚴(yán)重，如果將開(kāi)孔四周殼體厚度增厚，則可極大地改善應(yīng)力集中情況。,2019/7/10,5,補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)：在開(kāi)孔周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)（B=2d）采用焊接補(bǔ)強(qiáng)圈的方法，可以減小開(kāi)孔附近的應(yīng)力集中。 整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)：在一些補(bǔ)強(qiáng)要求高的容器上，把需要局部增厚的殼體部分全部挖掉，換上真正增厚了的殼體。 補(bǔ)強(qiáng)管補(bǔ)強(qiáng)：增大接管壁厚，即用特意加厚的接管來(lái)改善開(kāi)孔處的應(yīng)力集中。 （4）在球殼上開(kāi)孔的應(yīng)力集中系數(shù)稍低，因此在可能的條件下，開(kāi)孔在封頭優(yōu)于開(kāi)在殼體上。,2019/7/10,6,（三）應(yīng)力集中對(duì)容器安全使用的影響 壓力容器的殼體與接口管都是用塑性良好的鋼制造的，如果容器內(nèi)介質(zhì)壓力平穩(wěn)，應(yīng)力集中對(duì)容器的安全使用不會(huì)有太大影響。因?yàn)樵诰植扛邞?yīng)力下的金屬可借助出現(xiàn)少量的塑性變形使應(yīng)力的增長(zhǎng)達(dá)到材料屈服限時(shí)即告終止。 如果容器內(nèi)的壓力有較大的波動(dòng)或有周期性的變化，應(yīng)力集中將可能影響容器的安全使用。 交變應(yīng)力引起的破壞稱(chēng)為“疲勞”破壞。應(yīng)力集中是容器出現(xiàn)疲勞破壞的根源。,2019/7/10,7,二、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)與計(jì)算 （一）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 1、補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算最簡(jiǎn)單的方法是依據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則建立起來(lái)的。 等面積補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則：由于開(kāi)孔，殼體承受應(yīng)力所必須的金屬截面被削去多少，就必須在開(kāi)孔周?chē)难a(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)回同樣面積的金屬截面。,2019/7/10,8,2、補(bǔ)強(qiáng)圈的應(yīng)用 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)廣泛應(yīng)用于中、低壓的壓力容器上。,在開(kāi)孔周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)緊靠接管貼焊一塊補(bǔ)強(qiáng)圈。,2019/7/10,9,（1）補(bǔ)強(qiáng)圈所提供的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面過(guò)于分散，補(bǔ)強(qiáng)效率不高，載荷反復(fù)波動(dòng)的容器上也不宜用。 （2）補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體之間存在著一層靜止的氣隙，傳熱效果差，在殼體與補(bǔ)強(qiáng)圈之間容易引起熱應(yīng)力。 （3）補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體相焊時(shí)，形成內(nèi)外兩圈封閉焊縫，增大了焊件的剛性，對(duì)焊縫冷卻進(jìn)的收縮起較大的約束作用，易在焊縫處造成裂紋。 （4）使用補(bǔ)強(qiáng)圈后，在補(bǔ)強(qiáng)圈外緣與殼體的搭接填角焊縫處，易造成新的應(yīng)力集中，易開(kāi)裂。,2019/7/10,10,（5）由于補(bǔ)強(qiáng)圈沒(méi)有和殼體或接管金屬真正熔合成一個(gè)整體，因而抗疲勞性能差，其疲勞壽命比未開(kāi)孔時(shí)降低30%左右。 由于存在上述缺點(diǎn)，所以采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的容器必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件： （1）殼體材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度不能超過(guò)540MPa，以避免出現(xiàn)焊接裂紋。 （2）補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度不能超過(guò)被補(bǔ)強(qiáng)殼體名義厚度n的1.5倍。 （3）被補(bǔ)強(qiáng)殼體的名義厚度n 38mm。,2019/7/10,11,（二）補(bǔ)強(qiáng)管補(bǔ)強(qiáng) 采用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)就是利用在補(bǔ)強(qiáng)有效區(qū)內(nèi)管壁多余的金屬截面來(lái)補(bǔ)足被挖去的殼壁承受應(yīng)力所必須的金屬截面。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與檢驗(yàn)都很方便，多用于低合金鋼容器或某些高壓容器。,2019/7/10,12,（三）整體鍛件補(bǔ)強(qiáng) 整體鍛件與被開(kāi)孔的殼體之間以及與接管之間采用的都是受力狀態(tài)最好的對(duì)接焊接接頭，且焊縫及其熱影響區(qū)都可以設(shè)計(jì)得遠(yuǎn)離最在應(yīng)力點(diǎn)位置，所以抗疲勞性能好。 缺點(diǎn)：鍛件供應(yīng)困難，制造煩瑣，成本較高，只用在有較高要求的壓力容器上。,2019/7/10,13,2019/7/10,14,三、容器上開(kāi)孔及補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)規(guī)定 （1）開(kāi)孔尺寸的限制,（2）在橢圓形或碟形封頭過(guò)渡部分開(kāi)孔時(shí)，其孔的中心線(xiàn)宜垂直于封頭表面。,2019/7/10,15,（）盡量不要在焊縫上開(kāi)孔，如果避不開(kāi)時(shí)，則 在以開(kāi)孔中心為圓心，以1.5倍開(kāi)孔直徑為半徑的 圓中所包容的焊縫，必須進(jìn)行100%的探傷。 （4）殼體開(kāi)孔滿(mǎn)足下述要求時(shí),可以不另行補(bǔ)強(qiáng)； 設(shè)計(jì)壓力不大于2.5MPa ； 兩相鄰開(kāi)孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍； 接管公稱(chēng)外徑小于或等于89mm； 不補(bǔ)強(qiáng)接管的外徑及其最小壁厚應(yīng)符合下表規(guī)定。,2019/7/10,16,允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管外徑與最小壁厚/mm,2019/7/10,17,11-2 容器的接口管與凸緣,用于裝置測(cè)量、控制儀表，或連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。,一、接口管,焊接設(shè)備的接口管長(zhǎng)度,接口管長(zhǎng)度 h/mm,2019/7/10,18,鑄造設(shè)備接管可與筒體一并鑄出。 螺紋管主要用來(lái)接溫度計(jì)、壓力表或液面計(jì)等，,2019/7/10,19,二、凸緣,當(dāng)接