壓力容器設計 開孔及補強設計

埏埴以為器，當其無，有器之用。第二節(jié)開孔及補強設計第三章壓力容器的整體設計問題開孔帶來的問題破壞了原有的應力分布并引起應力集中接管處形成結構不連續(xù)應力殼體與接管連接的小圓角處的應力集中彈性應力集中系數(shù).一、開孔應力集中及應力集中系數(shù)（一）開孔應力集中最大應力在孔邊，是應力集中最嚴重的地方?？走厬杏芯植啃?，衰減較快。（二）開孔并帶有接管時的應力集中（三）應力集中系數(shù)的計算.第三章壓力容器的整體設計問題二、開孔補強設計的要求（一）允許不另行補強的最大開孔直徑不另行補強的接管最小厚度mmGB150規(guī)定：.（二）最大開孔的限制GB150對開孔最大直徑的限制：a.圓筒上開孔的限制：內(nèi)徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤，且d≤520mm；內(nèi)徑Di＞1500mm時，開孔最大直徑d≤，且d≤1000mm。b.凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d≤。第三章壓力容器的整體設計問題.c.錐殼（或錐形封頭）上開孔最大直徑d≤，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。d.在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。GB150對開孔最大直徑的限制：.（三）補強結構局部補強補強圈補強厚壁接管補強整鍛件補強第三章壓力容器的整體設計問題整體補強增加筒體和封頭的壁厚1.高強度鋼（σb＞540MPa）和鉻鉬鋼制造的容器；2.補強圈的厚度超過被補強件壁厚的1.5倍或超過tmax（碳鋼tmax＝32mm；16MnRtmax＝30mm）；3.設計壓力大于等于4MPa；4.設計溫度大于350℃；5.容器殼體壁厚大于等于38mm；6.極度、高度危害介質(zhì)的壓力容器；7.疲勞壓力容器。.（a）缺點：2）與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，抗疲勞性能差。1．補強圈補強結構：補強圈貼焊在殼體與接管連接處，見（a）圖。優(yōu)點：結構簡單，制造方便，使用經(jīng)驗豐富；1）與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，存在較大熱膨脹差，在補強局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應力；第三章壓力容器的整體設計問題.中低壓容器應用最多的補強結構，一般使用在靜載、常溫、中低壓、材料的標準抗拉強度低于540MPa、補強圈厚度小于或等于1.5tn、殼體名義厚度tn不大38mm的場合。應用：HG21506-92《補強圈》，JB/T4736-2002《補強圈》標準：.2．厚壁接管補強結構：在開孔處焊上一段厚壁接管，見（b）圖。特點：補強處于最大應力區(qū)域，能更有效地降低應力集中系數(shù)。接管補強結構簡單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢驗，補強效果較好。（b）高強度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結構，但必須保證焊縫全熔透。應用：第三章壓力容器的整體設計問題全焊透.（c）3．整鍛件補強結構：將接管和部分殼體連同補強部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接，見（c）圖。補強金屬集中于開孔應力最大部位，能最有效地降低應力集中系數(shù)；可采用對接焊縫，易探傷，質(zhì)量易保證，抗疲勞性能好，疲勞壽命只降低10～15%。重要壓力容器，如核容器、材料屈服點在500MPa以上的容器開孔及受低溫、高溫、疲勞載荷容器的大直徑開孔容器等。優(yōu)點：缺點：鍛件供應困難，制造成本較高。應用：第三章壓力容器的整體設計問題..（四）補強圈和焊接的基本要求（a）外補強－平齊（b）內(nèi)補強－平齊（c）外補強－內(nèi)伸（d）內(nèi)外補強－內(nèi)伸圖3－11補強圈補強的基本形式

大多數(shù)中低壓化工容器采用補強圈補強，最常用的是外補強的平齊接管式，只有在僅靠單向補強不足以達到補強要求時才采用內(nèi)外雙面補強結構。第三章壓力容器的整體設計問題.（四）補強圈和焊接的基本要求第三章壓力容器的整體設計問題M10的螺紋孔

補強圈與接管及與殼體的焊接是填角焊及搭焊，視容器操作條件及設計要求決定是否全焊透。焊縫的成形應圓滑過渡或打磨至圓滑過渡。檢查孔.（五）開孔補強的設計準則指采取適當增加殼體或接管厚度的方法將應力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值。開孔補強設計：開孔補強設計準則彈性失效設計準則—等面積補強法塑性失效準則—極限分析法第三章壓力容器的整體設計問題.等面積補強計算主要用于補強圈結構的補強計算?；驹瓌t：使有效補強的金屬面積，等于或大于開孔所削弱的金屬面積。有效補強范圍：在一定范圍內(nèi)能起補強作用，除了此范圍，則起不到補強作用。有效補強區(qū)：見P109圖3-12，矩形WXYZ。第三章壓力容器的整體設計問題.補強區(qū)寬度B=2dB=d+2Tn+2tn兩者中取大值補強區(qū)外側(cè)高度h1=接管實際外伸長度兩者中取小值補強區(qū)內(nèi)側(cè)高度h2=接管實際內(nèi)伸長度兩者中取小值第三章壓力容器的整體設計問題.

補強材料一般需與殼體材料相同，若補強材料許用應力小于殼體材料許用應力，則補強面積應按殼體材料與補強材料許用應力之比而增加。若補強材料許用應力大于殼體材料許用應力，則所需補強面積不得減少。注意：第三章壓力容器的整體設計問題.本節(jié)重點允許