壓力容器設(shè)計審核人員培訓(xùn)GB15032011壓力容器設(shè)計

1、1 內(nèi)容簡介 GB150.3-2011壓力容器壓力容器 第第3部分：設(shè)計部分：設(shè)計第第5、6章章 一、封頭 二、開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng) 2 一、封頭 壓力容器常用的封頭有凸形封頭、錐 形封頭、偏心錐殼、變徑段、平蓋、和緊 縮口。其中凸型封頭包括半球形封頭、橢 圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。 3 4 偏心錐殼 5 6 7 8 9 1. 橢圓封頭橢圓封頭 A、內(nèi)壓作用下、內(nèi)壓作用下 1）應(yīng)力狀況）應(yīng)力狀況 a.薄膜應(yīng)力（兩向應(yīng)力作用，緯（環(huán)）薄膜應(yīng)力（兩向應(yīng)力作用，緯（環(huán)） 向、經(jīng)向）向、經(jīng)向） a）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布：）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布： 10 經(jīng)向薄膜應(yīng)力分布情況 環(huán)向薄膜應(yīng)力分布情況

2、 11 經(jīng)向應(yīng)力：最大應(yīng)力在頂點(diǎn)。經(jīng)向應(yīng)力：最大應(yīng)力在頂點(diǎn)。 環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn)，最大壓應(yīng)力在底環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn)，最大壓應(yīng)力在底 邊。邊。 b) 變形特征：變形特征：趨圓趨圓。 c) 計算對象意義：計算對象意義： 拉應(yīng)力拉應(yīng)力強(qiáng)度計算強(qiáng)度計算 壓應(yīng)力壓應(yīng)力穩(wěn)定控制穩(wěn)定控制 b.彎曲應(yīng)力（與圓筒連接）彎曲應(yīng)力（與圓筒連接） a) 變形協(xié)調(diào)，形成邊界力。變形協(xié)調(diào)，形成邊界力。 b) 產(chǎn)生二次應(yīng)力。產(chǎn)生二次應(yīng)力。 12 13 14 環(huán) max K 2 2 2 2 6 1 2 6 1 i i h D b a K 邊緣應(yīng)力：邊緣應(yīng)力： d.d.形狀系數(shù)形狀系數(shù)K K的意義的意義 K K

3、為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄膜為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄膜 應(yīng)力的比值，應(yīng)力的比值， K K分布曲線可回歸成公式：分布曲線可回歸成公式： 不同不同a a/ /b b的的K K見見GB150.3GB150.3第第117117頁表頁表5-15-1。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K K=1=1。 15 邊緣應(yīng)力的特性 由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣力具有以下 兩個特點(diǎn)： （1）局限性 （2）自限性 16 2）計算公式）計算公式 因因K為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)為封頭上的最大應(yīng)力與對接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng) 力的比值，則封頭計算厚度為對接圓筒計算厚度的力的比值，則封頭計算厚

4、度為對接圓筒計算厚度的K倍。倍。 又圓筒壁厚為等徑球殼壁厚的又圓筒壁厚為等徑球殼壁厚的2倍，故有橢圓形封頭厚度：倍，故有橢圓形封頭厚度： =K圓筒 圓筒2K球殼球殼 c t ic c t ic p DKp p DKp 5 . 024 2 近似可理解為圓筒厚度的近似可理解為圓筒厚度的K倍倍。 17 3）焊接接頭系數(shù)）焊接接頭系數(shù)。 指拼縫，指拼縫，但不包括但不包括橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭 系數(shù)。系數(shù)。 4）內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定：）內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定： a. a/b 2.6是是GB150.3（表（表5-15-1）限制條件限制條件，（當(dāng)，（當(dāng) a/b 2.5時，最大應(yīng)力發(fā)生在過

5、渡區(qū)外壁，且為時，最大應(yīng)力發(fā)生在過渡區(qū)外壁，且為 周向壓縮應(yīng)力。）周向壓縮應(yīng)力。）即是為了限制壓縮應(yīng)力值，防即是為了限制壓縮應(yīng)力值，防 止易發(fā)生的彈性失穩(wěn)。止易發(fā)生的彈性失穩(wěn)。 b.防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度： a/b2，即，即K1 min0.15%Di a/b 2，即，即K1 min0.30% Di 18 B 外壓作用下：外壓作用下： 1）封頭穩(wěn)定以薄膜應(yīng)力為對象計算：）封頭穩(wěn)定以薄膜應(yīng)力為對象計算： a.變形特征：封頭長軸伸長，短軸縮短變形特征：封頭長軸伸長，短軸縮短趨扁趨扁。 b.計算對象計算對象 長軸伸長使過渡區(qū)的圓周直徑增大，周長長軸伸長使過渡區(qū)的

6、圓周直徑增大，周長 伸長，在周向產(chǎn)生拉應(yīng)力，為此過渡區(qū)不存在伸長，在周向產(chǎn)生拉應(yīng)力，為此過渡區(qū)不存在 穩(wěn)定問題。穩(wěn)定問題。 封頭中心部分封頭中心部分“球面區(qū)球面區(qū)”會產(chǎn)生周向會產(chǎn)生周向 和經(jīng)向的壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)問題。和經(jīng)向的壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)問題。 19 c.計算意義，按外壓球殼。計算意義，按外壓球殼。 當(dāng)量球殼：對標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭；當(dāng)量球殼：對標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭； 當(dāng)量球殼計算外半徑：當(dāng)量球殼計算外半徑：Ro=0.9Do。 Do封頭外徑。封頭外徑。 20 2）對對接圓筒的影響。）對對接圓筒的影響。 外壓圓筒計算長度外壓圓筒計算長度L的意義：的意義： L為兩個始終保持圓形的剛性截面之為兩個始終

7、保持圓形的剛性截面之 間的距離。橢圓封頭曲面深度的間的距離。橢圓封頭曲面深度的1/3處可處可 視為能保持圓形的截面，為此由兩個橢視為能保持圓形的截面，為此由兩個橢 圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的 外壓計算長度外壓計算長度L=圓筒長度圓筒長度+兩個橢圓封兩個橢圓封 頭的直邊段長度頭的直邊段長度+兩倍橢圓封頭曲面深度兩倍橢圓封頭曲面深度 的的1/3。 21 2.碟形封頭碟形封頭 受力、變形特征，應(yīng)力分布，穩(wěn)定，受力、變形特征，應(yīng)力分布，穩(wěn)定， 控制條件與橢圓封頭相似，只不過形狀控制條件與橢圓封頭相似，只不過形狀 系數(shù)由系數(shù)由K（橢封）改為（橢封）改為M。 1)

8、組成：中間是球殼加邊緣環(huán)殼，直邊段組成：中間是球殼加邊緣環(huán)殼，直邊段 圓筒構(gòu)成。各處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是拼湊的圓筒構(gòu)成。各處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是拼湊的 旋轉(zhuǎn)殼體，所以應(yīng)力分布存在局部突變。旋轉(zhuǎn)殼體，所以應(yīng)力分布存在局部突變。 22 2) 應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)： 主要是兩向應(yīng)力，即周向應(yīng)力主要是兩向應(yīng)力，即周向應(yīng)力和經(jīng)向和經(jīng)向 應(yīng)力應(yīng)力，結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)存在著局部的不連續(xù)，結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)存在著局部的不連續(xù) 因變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的應(yīng)力，是由薄膜應(yīng)力和因變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的應(yīng)力，是由薄膜應(yīng)力和 彎曲應(yīng)力組成。彎曲應(yīng)力組成。 （1）薄膜應(yīng)力分布）薄膜應(yīng)力分布 對于與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭具有相似外形對于與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭具有相似外形(相同相同

9、 直徑與高度直徑與高度)的碟形封頭，由薄膜理論可以的碟形封頭，由薄膜理論可以 得到內(nèi)壓作下封頭的應(yīng)力分布如圖見下圖得到內(nèi)壓作下封頭的應(yīng)力分布如圖見下圖 23 24 經(jīng)向應(yīng)力在封頭球面部分呈均勻分布， 為拉伸薄膜應(yīng)力，至過渡區(qū)(環(huán)殼)應(yīng)力逐漸 減小，到達(dá)封頭底邊時應(yīng)力降至一半，與對 接圓筒的軸向應(yīng)力相等。 封頭上的周向應(yīng)力在封頭球面部分亦 均勻分布，為拉伸薄膜應(yīng)力，數(shù)值與經(jīng)向應(yīng) 力相等。封頭過渡區(qū)(環(huán)殼)上的周向應(yīng)力為 壓縮薄膜應(yīng)力，在球殼與環(huán)殼的連接點(diǎn)處壓 應(yīng)力最大，沿經(jīng)向至底邊壓應(yīng)力逐漸減小， 在底邊處為最小值。 25 （2）邊緣影響及邊緣應(yīng)力）邊緣影響及邊緣應(yīng)力 兩處邊界，圓筒與環(huán)殼對接的

10、邊界兩處邊界，圓筒與環(huán)殼對接的邊界 1，環(huán)殼與球殼對接的邊界，環(huán)殼與球殼對接的邊界2 見下圖見下圖 26 碟形封頭中邊界力作用示意圖 27 28 3）r/Ri對碟形封頭應(yīng)力的影響：對碟形封頭應(yīng)力的影響： a.當(dāng)當(dāng)r/Ri較小時較小時（0.16）邊界邊界2上的作用力對整上的作用力對整 個封頭中的應(yīng)力起很大的影響。個封頭中的應(yīng)力起很大的影響。 b.當(dāng)當(dāng)r/Ri0.16時，時，M值受其影響很小，這是整值受其影響很小，這是整 個封頭僅受邊界個封頭僅受邊界1（即封頭底邊）（即封頭底邊）的影響，其受力的影響，其受力 情況已與橢圓封頭相近了。情況已與橢圓封頭相近了。 4）變形特征：）變形特征： 內(nèi)壓作用下有

11、趨圓特征，存在著失穩(wěn)可能。封內(nèi)壓作用下有趨圓特征，存在著失穩(wěn)可能。封 頭上周向壓縮應(yīng)力隨其頭上周向壓縮應(yīng)力隨其Ri/r的增大而加劇，從而很的增大而加劇，從而很 容易發(fā)生失穩(wěn)，容易發(fā)生失穩(wěn)，GB150.3（表（表5-35-3）對對Ri/r不超過不超過10， 即是基于這種考慮的。即是基于這種考慮的。 外壓過渡區(qū)不存在失穩(wěn)，外壓過渡區(qū)不存在失穩(wěn)，“趨扁趨扁”；僅對球面；僅對球面 部分進(jìn)行外壓計算部分進(jìn)行外壓計算。 29 3. 球冠形封頭球冠形封頭 一）內(nèi)壓作用一）內(nèi)壓作用 （1） 與筒體的連接方式與筒體的連接方式 通常是部分球殼與圓筒連接通常是部分球殼與圓筒連接 （2） 邊緣問題及應(yīng)力分布情況邊緣問

12、題及應(yīng)力分布情況 球冠和圓筒的連接部位受邊界力等球冠和圓筒的連接部位受邊界力等 作用，在原薄膜應(yīng)力的基礎(chǔ)引起附加的徑作用，在原薄膜應(yīng)力的基礎(chǔ)引起附加的徑 向、周向彎曲應(yīng)力及局部薄膜應(yīng)力。根據(jù)向、周向彎曲應(yīng)力及局部薄膜應(yīng)力。根據(jù) 應(yīng)力分析表明：它們的最大應(yīng)力發(fā)生在連應(yīng)力分析表明：它們的最大應(yīng)力發(fā)生在連 接處邊緣，且為徑向應(yīng)力，其中彎曲應(yīng)力接處邊緣，且為徑向應(yīng)力，其中彎曲應(yīng)力 占相當(dāng)?shù)谋戎?。占相?dāng)?shù)谋戎亍?30 球冠封頭受力作用示意圖 31 （3） 厚度計算公式厚度計算公式 該式去除該式去除Q后即為內(nèi)壓圓筒厚度計算式。后即為內(nèi)壓圓筒厚度計算式。 上述球冠形封頭的應(yīng)力受邊界力的影響及上述球冠形封頭的

13、應(yīng)力受邊界力的影響及 其許用應(yīng)力的調(diào)整其許用應(yīng)力的調(diào)整(放寬至放寬至3)，是通，是通 過系數(shù)過系數(shù)Q來體現(xiàn)的。來體現(xiàn)的。Q應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)(球球 冠內(nèi)半徑冠內(nèi)半徑Ri與封頭內(nèi)直徑與封頭內(nèi)直徑Di之比之比)和壓力參和壓力參 數(shù)按相應(yīng)曲線查取。（數(shù)按相應(yīng)曲線查取。（GB150.3圖圖5-5圖圖 5-7） c t ic p DQp 2 32 （4） 圓筒加強(qiáng)段圓筒加強(qiáng)段 球冠形封頭的計算方法系由解析法應(yīng)力分析 得出，分析中設(shè)定圓筒取與球冠等厚。由于該計 算厚度大于內(nèi)壓圓筒計算厚度，從經(jīng)濟(jì)性考慮， 圓筒通常僅設(shè)一段與球冠等厚的短節(jié)，稱為加強(qiáng) 段。 加強(qiáng)段最小長度根據(jù)圓筒端部局部應(yīng)力的衰 減

14、范圍確定。球冠形封頭的厚度計算中是經(jīng)向彎 曲應(yīng)力起控制作用，對應(yīng)地圓筒也是軸向彎曲應(yīng) 力起控制作用，故其加強(qiáng)段長度按圓柱殼在均布 邊界力作用下的彎曲應(yīng)力的衰減長度考慮，最小 長度取 。 i5 . 02D 33 二）二） 外壓作用外壓作用 球冠封頭受外壓的厚度，應(yīng)滿足按內(nèi)壓和外壓球冠封頭受外壓的厚度，應(yīng)滿足按內(nèi)壓和外壓 穩(wěn)定計算厚度，取兩者的大值。穩(wěn)定計算厚度，取兩者的大值。 三）兩側(cè)受壓三）兩側(cè)受壓 當(dāng)不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同當(dāng)不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同 時作用時，封頭厚度應(yīng)按兩種情況計算，取其大值。時作用時，封頭厚度應(yīng)按兩種情況計算，取其大值。 只考慮凹面受壓，計算

15、厚度按第只考慮凹面受壓，計算厚度按第3章內(nèi)壓球殼章內(nèi)壓球殼 確定，確定，Q值由圖值由圖56查取；查取； 只考慮凸面受壓，計算厚度按第只考慮凸面受壓，計算厚度按第4章外壓球殼章外壓球殼 確定，確定，Q值由圖值由圖57查取，此外還應(yīng)按不應(yīng)小于按查取，此外還應(yīng)按不應(yīng)小于按 5.5.2確定的有效厚度。確定的有效厚度。 34 5.5.錐形封頭錐形封頭 1） 錐形封頭分無折邊錐形封頭和折邊錐形封頭 兩種。 錐殼是錐形封頭的主體。錐殼計算與其半頂角 有關(guān)。半頂角小的錐殼，在壓力作用下受力與圓 柱殼相類似，主要以薄膜應(yīng)力承載，且環(huán)向應(yīng)力 與軸向應(yīng)力也有2倍的關(guān)系，所以計算可按當(dāng)量圓 筒進(jìn)行。對半頂角較大的錐殼

16、，壓力作用下的受 力與圓平板相接近，主要以彎曲應(yīng)力承載，所以 計算按圓平板進(jìn)行。 GB 150.3規(guī)定：錐殼半頂角60時按圓筒 計算，大于60時按圓板計算（或應(yīng)力分析）。 35 對于以薄膜應(yīng)力承載的錐殼，其壁厚按當(dāng)量圓 筒計算。但在錐殼與相鄰圓筒連接部位由于變形協(xié) 調(diào)引起的附加應(yīng)力的作用尚需另行考慮。附加應(yīng)力 的大小與錐殼半頂角大小直接相關(guān)。半頂角較小時， 錐殼與圓筒連接處變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的附加應(yīng)力很小， 不會影響錐殼的計算厚度。但半頂角較大時，其邊 界力和由此引起的附加應(yīng)力會大大增加，為此導(dǎo)致 加厚錐殼與圓筒連接部位的厚度。 36 當(dāng)錐殼半頂角更大時，因邊界力急劇增大 會導(dǎo)致很大的厚度，從經(jīng)濟(jì)性

17、出發(fā)，宜在錐殼 端部增設(shè)一過渡圓弧段(環(huán)殼)，其作用類似碟 形封頭的過渡圓弧段，從而大大緩和錐殼端部 的局部附加應(yīng)力，此時錐形封頭稱折邊錐形封 頭，且有大端折邊與小端折邊之分。為有效緩 解錐殼與圓筒間的附加應(yīng)力，對折邊的過渡段 轉(zhuǎn)角半徑須有一定要求。 37 關(guān)于折邊結(jié)構(gòu)GB 150.3規(guī)定： 錐殼大端，當(dāng)半頂角30時，可采用無折邊 結(jié)構(gòu)；當(dāng) 45時，大端應(yīng)采用帶過渡段的折邊 結(jié)構(gòu)。當(dāng) 60時，大端和小端均應(yīng)采用帶過渡 段的折邊結(jié)構(gòu)。大端折邊錐殼的過渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng) 不小于封頭大端內(nèi)直徑的10%，且3r；小端折邊 錐殼的過渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)直徑的 5%，且不小于該過渡段厚度的3倍。

18、 對錐殼小端，當(dāng)錐殼半頂角 45 時，可采用 無折邊結(jié)構(gòu)。當(dāng) 45 時，應(yīng)采用帶過渡段的折 邊結(jié)構(gòu)。小端折邊錐殼的過渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于 封頭小端內(nèi)直徑的5，且不小于該過渡段厚度的3 倍。 38 2）錐殼計算公式計算公式 = Dc錐殼大端內(nèi)徑；錐殼大端內(nèi)徑； DcCos當(dāng)量圓筒的內(nèi)徑。當(dāng)量圓筒的內(nèi)徑。 上式實(shí)為內(nèi)壓圓筒的厚度計算式。上式實(shí)為內(nèi)壓圓筒的厚度計算式。 式中焊接接頭系數(shù)式中焊接接頭系數(shù)是指承受環(huán)向薄膜應(yīng)力的接頭系數(shù)，為此應(yīng)為錐殼是指承受環(huán)向薄膜應(yīng)力的接頭系數(shù)，為此應(yīng)為錐殼 縱縫接頭系數(shù)。縱縫接頭系數(shù)。 39 3）錐殼加強(qiáng)段 錐殼加強(qiáng)段有大端與小端之分。 （1）錐殼大端加強(qiáng)段 當(dāng)錐殼

19、半頂角較大時，因錐殼與相接圓筒間產(chǎn)生較 大的邊界力并引起較大的附加應(yīng)力，使錐殼大端應(yīng)力增 大，由此需要的錐殼加強(qiáng)段厚度為r: 式中Q稱應(yīng)力增值系數(shù)，按GB 150.3相關(guān)曲線查取（圖5-1112）。 式中焊接接頭系數(shù)是指錐殼與圓筒連接環(huán)縫的接頭系數(shù) c t ic r p DQp 2 40 （2）大端加強(qiáng)段長度 加強(qiáng)段應(yīng)有足夠的長度。由于在此是錐殼軸向加強(qiáng)段應(yīng)有足夠的長度。由于在此是錐殼軸向 彎曲應(yīng)力起控制作用，為此錐殼大端加強(qiáng)段長度彎曲應(yīng)力起控制作用，為此錐殼大端加強(qiáng)段長度 應(yīng)以錐殼應(yīng)以錐殼(當(dāng)量圓筒當(dāng)量圓筒)局部軸向彎曲應(yīng)力的衰減長度局部軸向彎曲應(yīng)力的衰減長度 考慮，其最小長度應(yīng)不少于考慮，

20、其最小長度應(yīng)不少于 。與。與 之相接的圓筒加強(qiáng)段最小長度取圓筒局部軸向彎之相接的圓筒加強(qiáng)段最小長度取圓筒局部軸向彎 曲應(yīng)力的衰減長度，應(yīng)不少于曲應(yīng)力的衰減長度，應(yīng)不少于 。 cos5 . 02rDi rD i5 . 02 41 （3）錐殼小端加強(qiáng)段 在錐殼半頂角稍大時，錐殼小端與圓筒連接處往往會引 起較大的環(huán)向局部薄膜應(yīng)力，由此需要對錐殼小端和與之相 接的圓筒同時進(jìn)行加強(qiáng)，加強(qiáng)段厚度均為r： 式中Q 也為應(yīng)力增值系數(shù)，但與大端加強(qiáng)段厚度計算公 式中的是不同的兩個系數(shù)，應(yīng)按GB 150.3的圖5-14查取。 式中焊接接頭系數(shù)應(yīng)計及錐殼小端與圓筒連接處所有承 受環(huán)向局部薄膜應(yīng)力的諸焊縫的接頭系數(shù)，

21、且取其小者。為 此該接頭系數(shù)應(yīng)包括錐殼縱焊縫、圓筒縱焊縫和錐殼小端與 圓筒連接環(huán)縫三條焊縫的接頭系數(shù)，并取較小者。 c t s i c r p DQp 2 42 （4）小端加強(qiáng)段長度 加強(qiáng)段應(yīng)有足夠的長度。由于在此是錐殼加強(qiáng)段應(yīng)有足夠的長度。由于在此是錐殼 局部環(huán)向薄膜應(yīng)力起控制作用，為此錐殼小端局部環(huán)向薄膜應(yīng)力起控制作用，為此錐殼小端 加強(qiáng)段長度應(yīng)以錐殼加強(qiáng)段長度應(yīng)以錐殼(當(dāng)量圓筒當(dāng)量圓筒)局部環(huán)向薄膜局部環(huán)向薄膜 應(yīng)力的衰減長度考慮，其最小長度應(yīng)不少應(yīng)力的衰減長度考慮，其最小長度應(yīng)不少 于于 。與之相接的圓筒加強(qiáng)段最。與之相接的圓筒加強(qiáng)段最 小長度取圓筒局部環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長度，小長度取

22、圓筒局部環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長度， 應(yīng)不少于應(yīng)不少于 。 cosrDis rDis 43 焊接接頭 系數(shù) 44 大端指大端指2 小端指小端指3、 4 、 5 之小者。之小者。 應(yīng)注意，錐殼加強(qiáng)段厚度應(yīng)注意，錐殼加強(qiáng)段厚度r計算中的計算中的 與錐殼厚度與錐殼厚度計算中的計算中的是不同的。是不同的。 45 5）折邊錐殼）折邊錐殼 （1）錐殼大端）錐殼大端 折邊錐殼大端厚度按（折邊錐殼大端厚度按（GB150.3第第128頁頁 ）式）式518（過（過 渡段厚度）渡段厚度） 、519（與過渡段相連處的錐殼厚度）計算，（與過渡段相連處的錐殼厚度）計算， 取其中的大值：（見下圖）取其中的大值：（見下圖） a）

23、過渡段厚度：）過渡段厚度： （518） K系數(shù)，根據(jù)及r/Di值，查表56 c t ic p DKp 5 . 02 46 47 c t ic p Dfp 5 . 0 a a D r f i cos2 cos1 2 1 b b）與過渡段相接處的錐殼厚度：）與過渡段相接處的錐殼厚度： 式中：f 系數(shù)， 其值查表75 （519） 其值查表75其值查表75 其值查表5-7 48 2）錐殼小端）錐殼小端 當(dāng)錐殼半頂角當(dāng)錐殼半頂角45時，若采用折邊時，若采用折邊，過渡過渡 段厚度按（段厚度按（510）計算，式中）計算，式中Q值由圖值由圖514查查 取。取。 當(dāng)錐殼半頂角當(dāng)錐殼半頂角45時，過渡段厚度仍按時

24、，過渡段厚度仍按 式（式（510）計算，但式中）計算，但式中Q值由圖值由圖515查取。查取。 錐殼小端與筒體連接處是局部環(huán)向薄膜應(yīng)力錐殼小端與筒體連接處是局部環(huán)向薄膜應(yīng)力 起控制作用，過渡段圓弧對改善此應(yīng)力并不明顯，起控制作用，過渡段圓弧對改善此應(yīng)力并不明顯， 因此小端無論是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)還是帶折邊結(jié)構(gòu)，其計因此小端無論是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)還是帶折邊結(jié)構(gòu)，其計 算方法相同，只是頂角不同時，算方法相同，只是頂角不同時，Q的取值有不同的取值有不同 的圖來確定。的圖來確定。 49 與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強(qiáng)段厚與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強(qiáng)段厚 度應(yīng)與過渡段相同。錐殼加強(qiáng)段的長度度應(yīng)與過渡段相同。錐殼加強(qiáng)段的長

25、度L1應(yīng)應(yīng) 不小于不小于 。圓筒加強(qiáng)段的長度。圓筒加強(qiáng)段的長度L 應(yīng)不小于應(yīng)不小于 。（見下圖）。（見下圖） 在任何情況下，加強(qiáng)段的厚度不得小于在任何情況下，加強(qiáng)段的厚度不得小于 與其連接處的錐殼厚度。與其連接處的錐殼厚度。 cosrDis rDis 50 加強(qiáng)段長度 加強(qiáng)段長度 51 52 3）折邊錐殼的厚度）折邊錐殼的厚度 當(dāng)錐殼大端或大、小端同時具有過渡段當(dāng)錐殼大端或大、小端同時具有過渡段 時，應(yīng)分別確定各部分的厚度。時，應(yīng)分別確定各部分的厚度。 若只取一種厚度組合時，應(yīng)取各部分厚若只取一種厚度組合時，應(yīng)取各部分厚 度中最大值。度中最大值。 53 5.7 偏心錐殼 適用于連接具有平行軸線

26、兩圓筒的非軸對稱偏心錐殼 （見下圖），同時滿足以下要求： a）兩筒體軸線間距L 應(yīng)不大于兩筒體內(nèi)直徑差值的1/2 b）對內(nèi)壓情況偏心錐殼與筒體間夾角大值 130o，對于外壓情況160o； 54 受內(nèi)壓偏心錐殼厚度計算 a）錐殼半頂角 取偏心錐殼與筒體間夾角1、 2的大值; b）按5.6.3 要求確定偏心錐殼厚度； c）按5.6.4.1 要求確定偏心錐殼大端厚度； d）按5.6.4.2 要求確定偏心錐殼小端厚度； e）取上述b)、c)、d)的大值作為偏心錐殼的厚度。 受外壓偏心錐殼厚度計算 受外壓偏心錐殼的厚度確定、與圓筒連接處的外壓 加強(qiáng)設(shè)計參照5.6.6，錐殼半頂角分別取1、 2 進(jìn)行設(shè)計，

27、分別滿足二者的要求并取大值作為偏心錐 殼的厚度。 55 56 6. 平蓋平蓋 1)應(yīng)力狀況：應(yīng)力狀況： 兩向彎曲應(yīng)力，徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。兩向彎曲應(yīng)力，徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。 2)兩種極端邊界支持條件。兩種極端邊界支持條件。 a.簡支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，簡支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，max 在在 板中心，板中心， 徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等。徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等。 b.固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對約束（等于固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對約束（等于 零），零），max在板邊緣為徑向應(yīng)力。在板邊緣為徑向應(yīng)力。 c.螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按簡支圓板處理，螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按簡支圓板處理，max 在板中心在板

28、中心。 57 圖2-30 周邊固支的圓板 固支 圖2-29 周邊簡支的圓板 簡支簡支 58 注 意 ： 最 大 應(yīng) 力 是 板 周 邊 表 面 上 的 徑 向 彎 曲 應(yīng) 力 ， 與 圓 板 材 料 完 全 無 關(guān) ， 與 簡 支 圓 板 相 比 ， 最 大 應(yīng) 力 和 最 大 撓 度 較 小 ， 因 此 ， 要 使 圓 板 在 承 受 載 荷 后 有 較 小 的 最 大 撓 度 和 最 大 應(yīng) 力 ， 應(yīng) 使 圓 板 在 固 支 條 件 下 受 載 。 在周邊固支圓板中在周邊固支圓板中 59 加筋圓形平蓋厚度 加筋平蓋厚度按下式計算，且平蓋厚度值不小于6mm。 式中，當(dāng)量直徑d 取d1 和d

29、2 中較大者。 60 拉撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法 用于以棒材、管材或板材支撐（以下簡稱“拉撐”）的凸 型封頭、平封頭（平板）及筒體的設(shè)計。拉撐結(jié)構(gòu)包括焊接與 非焊接兩種結(jié)構(gòu)。常用結(jié)構(gòu)型式如表5-13。 受拉撐的板厚計算： 61 GB/T25198-2010 壓力容器封頭簡介 壓力容器封頭 62 63 強(qiáng)度削弱強(qiáng)度削弱 不連續(xù)應(yīng)力不連續(xù)應(yīng)力 局部應(yīng)力局部應(yīng)力 焊接缺陷和殘余應(yīng)力焊接缺陷和殘余應(yīng)力 開孔接管部位的應(yīng)力集中開孔接管部位的應(yīng)力集中 64 65 66 本章規(guī)定適用于容器本體的開孔及其補(bǔ)強(qiáng)計算，包括等 面積法和分析法。 等面積法適用范圍：適用于壓力作用下殼體和平封頭上 的圓形、橢圓形或長圓形開孔。

30、當(dāng)在殼體上開橢圓形或長圓 形孔時，孔的長徑與短徑之比應(yīng)不大于2.0。 a）當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di1500mm時，開孔最大直徑dopDi/2， 且dop520mm；當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di1500mm時，開孔最大直徑 dopDi/3，且dop1000 mm； b）凸形封頭或球殼開孔的最大允許直徑dopDi/2； c）錐形封頭開孔的最大直徑dopDi/3，Di為開孔中心處 的錐殼內(nèi)直徑。 注：開孔最大直徑dop 對橢圓形或長圓形開孔指長軸尺寸。 67 分析法適用范圍 本方法是根據(jù)彈性薄殼理論得到的應(yīng)力分 析法，用于內(nèi)壓作用下具有徑向接管圓筒的開 孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計，其適用范圍如下： d d0.90.9D D 且max0.5

31、max0.5，d d/ /D D et/et/e e2 2 68 分析法與等面積法適用的開孔率范圍比較 69 不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑 殼體開孔滿足下述全部要求時，可不另行補(bǔ)強(qiáng)： a）設(shè)計壓力p2.5 MPa； b）兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小 于兩孔直徑之和；對于3個或以上相鄰開孔，任意兩孔中心的 間距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小于該兩孔直徑之和的 2.5 倍； c）接管外徑小于或等于89mm； d）接管壁厚滿足表6-1要求；表中接管壁厚的腐蝕裕量為1mm, 需要加大腐蝕裕量時，應(yīng)相應(yīng)增加壁厚。 e）開孔不得位于A、B 類焊接接頭上。 f）鋼材

32、的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm540MPa時,接管與殼體的連 接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)形式。 70 開孔附近的焊接接頭 容器上的開孔宜避開容器焊接接頭。 當(dāng)開孔通過或鄰近容器焊接接頭時,則 應(yīng)保證在開孔中心的2dop 范圍內(nèi)的接 頭不存在有任何超標(biāo)缺陷。 71 開孔最大直徑的限制開孔最大直徑的限制 72 應(yīng)力分析法應(yīng)力分析法 73 74 壓力面積法（HG/T20582-2011） 鋼制化工容器強(qiáng)度計算規(guī)定 第7章 大開孔的補(bǔ)強(qiáng)計算 7.1.1本章所述的開孔補(bǔ)強(qiáng)計算方法為壓力面積法，適用于 法向圓形開孔內(nèi)徑與殼體內(nèi)徑之比diDi超過GB150 壓力容 器中的范圍，但必須符合本標(biāo)準(zhǔn)第7.1.3條的范圍要求，

33、并 且還必須滿足本標(biāo)準(zhǔn)第7.1.4條中對結(jié)構(gòu)、制造及使用場合的 要求。 7.1.2本章適用于殼體承受內(nèi)壓的開孔補(bǔ)強(qiáng)，也可用于殼 體承受外壓的情況，承受外壓時，可將外壓作為內(nèi)壓，按承受 內(nèi)壓的開孔補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計算。 7.1.3開孔直徑及厚度的限制。 75 1 沒有或不考慮接管補(bǔ)強(qiáng)而只采用殼體增厚補(bǔ)強(qiáng)的情況(如本 標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.1l和圖7.4.12)，開孔直徑d與圓筒殼體內(nèi)徑或 球形殼體內(nèi)徑Di之比必須滿足以下條件：dDi0.5。 2 采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的情況，不論是否有接管(如本標(biāo)準(zhǔn)圖 7.4.1-3、圖7.4.14和圖7.4.110)，開孔直徑d與殼體內(nèi)徑 Di之比均須滿足以下條件：dDiO.

34、5。 補(bǔ)強(qiáng)圈的補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)避免用于殼體平均壁溫大于250或沿殼 壁有較大溫度梯度的場合，如確有必要超出上述溫度要求，則 不僅補(bǔ)強(qiáng)圈應(yīng)與殼體有相同的材料質(zhì)量，并應(yīng)采取措施避免熱 應(yīng)力集中。 3 凸形封頭上的開孔情況，須滿足以下條件。 1)對于球形殼體和凸形封頭有接管補(bǔ)強(qiáng)時(如本標(biāo)準(zhǔn)圖 7.4.18)，其接管內(nèi)徑di與球殼或筒體外徑Do之比：doD。 0.6。 2)對于球形殼體和凸形封頭采用凸緣環(huán)補(bǔ)強(qiáng)時(如本標(biāo)準(zhǔn)圖 7.4.1-5和圖7.4.1-6)，其凸緣環(huán)的內(nèi)徑di與球殼或筒體外徑 D。之比：doD。0.6。 76 4 圓筒殼體上采用接管補(bǔ)強(qiáng)的開孔(如本標(biāo)準(zhǔn)圖 7.4.17和圖7.4.1-9)，其開

35、孔處孔的內(nèi)徑d與殼體內(nèi) 徑Di之比：diDi1.0。 5 厚度的限制。 1)用于計算時，接管有效厚度與殼體有效厚度之比 (b-C)(s-C)應(yīng)不超過本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.11l中查出 的值；如果超過，超出部分不應(yīng)計入補(bǔ)強(qiáng)。 2)用于制造時，即實(shí)際采用厚度時，接管有效厚度 與殼體有效厚度之比(b-C)(s-C)應(yīng)不超過本標(biāo) 準(zhǔn)圖7.4.112中查出的值，這一限制是為了避免疲勞 或蠕變產(chǎn)生的問題。 77 714結(jié)構(gòu)、制造及使用場合的限制。 1 接管與殼體應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)，接管與殼體連接內(nèi) 外壁應(yīng)避免尖角過渡，而采用r圓角過渡。 2 接管、殼體、補(bǔ)強(qiáng)件的材料其常溫屈強(qiáng)比應(yīng)滿足ReL Rm0.68。應(yīng)避免采

36、用標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度下限值Rm540MPa 的材料，如要采用，須在設(shè)計和檢驗(yàn)等方面作特殊考慮。 3 接管、殼體、補(bǔ)強(qiáng)件之間的焊接接頭應(yīng)無損檢測合格。 4 補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)應(yīng)避免殼體焊接接頭，如無法避免，焊接接頭 應(yīng)100無損檢測合格。 5 此補(bǔ)強(qiáng)方法不宜用于介質(zhì)對應(yīng)力敏感的場合。 6 大開孔應(yīng)避免用于可產(chǎn)生蠕變或有脈動載荷的場合。 78 79 在我國，壓力面積法尚不能作為 合法的設(shè)計依據(jù)，當(dāng)殼體開孔超出 GB150.3規(guī)定時，該法只能參考使用。 80 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 81 nt C1+2C2 Ct et B di+2C h1 h2 C e n 82 （一）開孔削弱的面積（一）開孔削弱的面積

37、)1 (2 retop fdA t t t r f 其中： )1 (2 5 . 0 retop fdA pop dA5 .0 對安放式接管對安放式接管 f fr r=1.0=1.0 83 （二）補(bǔ)強(qiáng)金屬面積（二）補(bǔ)強(qiáng)金屬面積 殼體殼體)1)(2)( 1reeteop fdBA 接管接管 retrtet fChfhA)(2)(2 2212 焊縫焊縫 2 03 2 1 2hA單條焊縫： 補(bǔ)強(qiáng)圈面積補(bǔ)強(qiáng)圈面積 )( 3214 AAAAA 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度補(bǔ)強(qiáng)圈厚度T 84 橢圓形封頭橢圓形封頭 當(dāng)開孔位于以封頭中心為中心當(dāng)開孔位于以封頭中心為中心80%封頭內(nèi)直徑封頭內(nèi)直徑 的范圍內(nèi)時的范圍內(nèi)時: c t

38、ic p DpK 5 . 0 2 1 在此范圍以外開孔時，在此范圍以外開孔時，按橢圓封頭壁厚式計算。按橢圓封頭壁厚式計算。 蝶形封頭蝶形封頭 當(dāng)開孔位于封頭球面部分內(nèi)時當(dāng)開孔位于封頭球面部分內(nèi)時:) 1M( 5 . 0 2 即 c t ic p Rp 在此范圍以外開孔時，在此范圍以外開孔時，按碟形封頭壁厚式計算。按碟形封頭壁厚式計算。 85 86 87 的確定的確定 a.圓筒：按圓筒：按 b.球殼：按球殼：按 c.橢圓封頭：過渡區(qū)橢圓封頭：過渡區(qū)取封頭計算厚度，球面區(qū)，取封頭計算厚度，球面區(qū)，取球取球 面當(dāng)量球殼計算厚度。面當(dāng)量球殼計算厚度。 標(biāo)準(zhǔn)橢封當(dāng)量球殼半徑標(biāo)準(zhǔn)橢封當(dāng)量球殼半徑Ri=0.

39、9Di d.碟形封頭：碟形封頭： 周邊周邊r部位開孔，部位開孔，取封頭計算厚度取封頭計算厚度 中心中心R部位開孔，部位開孔，取球殼計算厚度。取球殼計算厚度。 88 e.e.錐形封頭錐形封頭 取開孔中心處計算直徑取開孔中心處計算直徑2 2R R的計算厚度。的計算厚度。 89 外壓容器的補(bǔ)強(qiáng)外壓容器的補(bǔ)強(qiáng) 外壓殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積外壓殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積A A為下式：為下式： A A0.5dop+2et(1-fr)0.5dop+2et(1-fr) 式中式中: : 為殼體外壓計算的有效厚度為殼體外壓計算的有效厚度, ,其余計算其余計算 同內(nèi)壓。同內(nèi)壓。 本式表明所需補(bǔ)強(qiáng)材料的面積等于殼體因開本式表明

40、所需補(bǔ)強(qiáng)材料的面積等于殼體因開 孔喪失的用來承受外壓穩(wěn)定所需材料的一半孔喪失的用來承受外壓穩(wěn)定所需材料的一半; ; 對橢圓封頭等不再對過渡區(qū)和球面進(jìn)行區(qū)分。對橢圓封頭等不再對過渡區(qū)和球面進(jìn)行區(qū)分。 90 平蓋開孔補(bǔ)強(qiáng)平蓋開孔補(bǔ)強(qiáng) 平蓋不論承受內(nèi)壓還是外壓平蓋不論承受內(nèi)壓還是外壓,板中始終是板中始終是 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力,只有彎曲強(qiáng)度問題只有彎曲強(qiáng)度問題,不存在失穩(wěn)問不存在失穩(wěn)問 題題,故其計算厚度方法兩者是一致的故其計算厚度方法兩者是一致的,開孔補(bǔ)開孔補(bǔ) 強(qiáng)計算方法也是一樣的強(qiáng)計算方法也是一樣的; 開孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積開孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積: A=0.5dopp p-平蓋的計算厚度平蓋的計算厚度 當(dāng)開孔率大于當(dāng)開孔率大于0.5時時:受力與法蘭接近受力與法蘭接近,故故