压力容器设计单元十三压力容器零部件支座和开孔
压力容器支座设计
支座号（1~7）
型号（A、AN、B、BN）
（4）裙式支座 应用：高大的立式容器， 特别是塔器。 圆筒形 圆筒形裙座—— 制造方便，经济上合理，故应用广泛。 圆锥形裙座—— 用于受力情况比较差，塔径小且很高的 塔（如DN＜1m，且H/DN＞25，或DN＞ 1m，且H/DN＞30），为防止风载或地 震载荷引起的弯矩造成塔翻倒，要配置 较多地脚螺栓及具有足够大承载面积的 基础环。
A型支座筋板和底板的材料为Q235－A· F；B型支座钢管 材料钢号为10，底板材料均为Q235－A· F。 垫板材料一般与容器封头材料相同。
标记方法 JB/T 4724，支座 X X 支座号（1~8） 支座型号（A，B）
注：1、若支座高度h、垫板厚度δ3与标准尺寸不同，则在设备图纸 零件名称或备注中注明。如：h=450， δ3 ＝14。 2、支座及垫板的材料应在设备图样的材料栏内标注，表示方法 如下：支座材料/垫板材料。
选用：1）根据容器公称直 径DN和总质量选取相应的 支座号和支座数量，2）计 算支座承受的实际载荷，使 其不大于支座允许载荷。 应用：多用于高度较小（容 器总高小于5m）的中小型立 式容器中。
材料：A型支腿角钢支柱的材料为Q235-A· F，B型支腿 支柱材料为10号钢，底板、盖板材料均为Q235A· F ，如需要可以改用其它材料，但其强度性能 不得低于Q235-A· F或10号钢的强度性能指标， 且应具有良好焊接性能。
标记示例 JB/T 4724-92，支座 B4，h=600， δ3 ＝12
材料：10，Q235-A·F/0Cr19Ni9
（3）腿式支座（支腿）
Ⅰ《压力容器设计》1-4章答案【新改】要点
过程设备设计题解1.压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。
密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。
支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。
如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa，且还应尽量选用带颈对焊法兰等。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。
如Q235-A·F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采用全焊透结构等。
3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？答：因为pV乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。
压力容器零部件设计---法兰设计
②凹凸型
优点：便于对中，垫圈 放在凹面不易挤出，密 封面窄比压大。
缺点：加工量大
适用：压力稍高
③榫槽型
优点：密封面窄，不与 介质接触，
缺点：拆卸难，垫圈不 易清理
适用：压力更高，密封 要求严
④梯形槽：
与椭圆型或八角型金 属垫圈配用。
特点：槽的锥面与垫 圈成线（或窄面）接 触密封。
法兰的类型
1）压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、 法兰与管板。
2）管法兰：管道之间连接。
思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？
思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？
答：不能。 因为： 压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的
适用：温度、压力有 波动，介质渗透性
密封面的选用原则
首先必须保证密封可靠， 然后力求加工容易，装配方便、成本低。
垫圈（垫片）
垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主 要取决于垫圈的密封性能。
垫圈材料的要求：
耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应， 不污染产品和环境， 具有良好的弹性， 有一定的机械强度和适当的柔软性， 在工作温度和压力下不易变质（硬化、老化、软化）。
法兰设计的重要概念
1、预紧密封比压：
预紧时(无内压），迫使 垫片变形与压紧面密合， 形成初始密封条件。此时 在垫片单位面积上的压紧 力。（也称最小压紧应力 MPa）
法兰设计的重要概念
2、工作密封比压：操
作时(有内压），压紧力 减小，垫片具有足够的回 弹能力，回复的变形能够 补偿螺栓和密封面的变形， 此时预紧密封比压下降到 正常工作的最小值 。 （MPa）
压力容器结构
主要受压元件
压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法 兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰； 球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36以 上的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法 兰均作为主要受压元件。
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压力容器的典型结构和特点
➢ 低、中压压力容器的筒体结构
１、圆筒形的筒体结构形式 ２、球形容器
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压力容器结构概述
压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头 （又称端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封 元件、安全附件等组成。它们统称为过程设备零 部件，这些零部件大都有标准。
其典型过程设备有换热器、反应器、分离容 器、储存容器等。
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固定管板式换热器
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浮头式换热器
1－管箱 2－垫圈 3－螺栓 4－螺母 5－筒体 6－管束 7－法兰 8－右管箱 9－浮头盖 10－垫圈孔 11－鞍座
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（1）球形封头——半球形封头由球壳的一半作成。与其他形 状的封头相比，封头壳壁在压力作用下产生的应力最小， 因此它所需要的壁厚最薄，用材节省。但半球形封头深度 大、制造比较困难，尤其对加工设备条件较差的中小型设 备制造厂困难更大。而对于大直径（Di＞3m）的半球形 封头可用数块钢板在大型水压机成型后拼焊而成。半球形 封头还用于高压容器上代替平封头，以节省钢材。
（5）平盖——弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下， 平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的20～30倍。 但结构简单，制造方便。压力容器上的人孔 、手孔，或者直 径较小的高压容器，一般采用平盖。
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（5）锥形封头——锥形封头实际上 是一段锥形圆筒体。锥形封头可以与 容器的圆筒体直接焊接，称为无折边 的锥形封头；也可以用过渡圆弧部分 （俗称折边）与圆筒体焊接连接。称 带折边锥形封头。
《压力容器》第一章基本知识
第一章 基础知识
§1.1.1界定（续3） 工作压力：是指容器在正常使用过程中，所承受的最高压力载 荷。 工作压力越高，或者容器的容积越大，则容器爆炸时气体膨胀 所释放的能量也越大，事故的危害性越严重。 我国目前完全纳入《压力容器安全技术监察规程》适用范围的 压力容器应同时具备下列三个条件： ①高工作压力Pw≥0.1MPa（不含液体静压）。 ②内直径（非圆形截面指其最大尺寸）不小于0.15m，且容积 V≥0.025m3。 ③盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准 沸点的液体。
第一章 基础知识化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、 冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的重要设备。 如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳，流体 贮罐，核动力反应堆的压力壳，电厂锅炉系统中的汽包，民用液化 石油气瓶等，都是压力容器。因此，压力容器与工业生产和人民生 活有着十分密切的关系。设计好、制造好、使用好、管理好压力容 器就显得十分重要。
第一章基础知识123按工艺用途分类压力容器反应压力容器代号r换热压力容器代号e分离压力容器代号s储存压力容器代号c其中球罐代号为b贮运压力容器la表示液化气体汽车罐车lt表示液化气体铁路罐车第一章基础知识123按工艺用途分类续1反应压力容器代号r主要是用来完成介质的物理化学反应的容器
第一章 基础知识
第一章 基础知识
第二类、一类压力容器 ⒉属于下列情况之一者为第二类压力容器(代号为Ⅱ)： ⑴中压容器。 ⑵毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器。 ⑶易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压 储存容器。 ⑷低压管壳或余热锅炉。 ⑸低压搪瓷玻璃压力容器。 ⒊属于下列情况者为第一类压力容器(代号为Ⅰ)： 除列入第三类、第二类的低压容器之外的所有低压容器。
压力容器基础知识..
压力容器结构——零部件
2. 封头
（ 1 ）球形封头 —— 壁厚最薄，用材比较节省。 但封头深度大、制造比较困难。 （ 2 ）椭圆形封头 —— 椭圆形封头纵剖面的曲 线部分是半个椭圆形，直边段高度为 h ， 因此椭圆形封头是由半个椭球和一个高度 为 h 的圆筒形筒节构成。椭圆壳体周边的 周向应力为压应力，应保证不失稳。 （ 3 ）碟形封头 —— 碟形封头是由三部分组成。 第一部分是以半径为 Ri 的球面部分，第二 部分是以半径为 Di/2 的圆筒形部分，第三 部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半 径为 r,Ri 与 r 均以内表面为基准。不连续过 渡导致边缘应力。
（1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。 （2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。 （3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。
5. 人孔与手孔
压力容器结构——开孔与补强
1 为何要进行开孔补强
通常所用的压力容器，由于各种工艺和结构的要求，需要在容器上开孔和安装接 管，由于开孔去掉了部分承压金属，不但会削弱容器的器壁的强度，而且还会因 结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很 高，达到基本薄膜应力的 3 倍，甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种 外载荷、温度等影响，并且由于材质不同，制造上的一些缺陷、检验上的不便等 原因的综合作用，很多失效就会在开孔边缘处发生。主要表现不疲劳破坏和脆性 裂纹，所以必须进行开孔补强设计。 2 压力容器为何有时可允许不另行补强 压力容器允许可不另行补强是鉴于以下因素： 容器在设计制造中，由于用户要求，材料代用等原因，壳体厚度往往超过实际 强度的需要。厚度的增加使最大应力有所降低，实际上容器已被整体补强了。例 如：在选材时受钢板规格的限制，使壁厚有所增加；或在计算时因焊接系数壁厚 增加，而实际开孔不在焊缝上；还有在设计时采用封头与筒体等厚或大一点，实 际上封头已被补强了。在多数情况下，接管的壁厚多与实际需要，多余的.失效准则:容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、爆
压力容器零部件
新型焊接工艺的发展：如激光焊接、电子束焊接等提高了焊接质量和效率降低了制造成 本。
模块化设计：将压力容器零部件设计成模块化结构方便维修和更换提高了设备的可靠性。
压力容器零部件的市场需求和发展趋势
市场需求：随着工 业生产和能源需求 的增长压力容器零 部件的市场需求不 断扩大。
压力容器零部件的铸造工艺要求严格需遵循相关标准和规范确保生产出的零件符合安全性能要求。
锻造工艺
定义：通过加热和加压使金属 材料变形并形成所需形状的工 艺
优点：高强度、耐磨性、耐腐 蚀性
制造过程：备料、加热、锻打、 冷却、热处理等
应用范围：压力容器、化工机 械、石油机械等领域
焊接工艺
焊接的定义和原理 焊接的分类和应用 压力容器零部件制造中常用的焊接方法 焊接工艺对压力容器零部件性能的影响
和性能。
智能化监测： 通过智能化监 测技术实现对 压力容器零部 件的实时监测 和预警提高设 备的安全性和
可靠性。
新型材料应用： 新型材料的不 断涌现和应用 将为压力容器 零部件的制造 提供更多选择
和可能性。
绿色环保：随 着环保意识的 提高压力容器 零部件的设计 和制造将更加 注重环保和节 能减少对环境
的影响。
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选用原则：选用压力容器零部件时应考虑介质特性、操作条件、载荷状况等因素以确保安全可靠 地运行。
压力容器零部件的标准和规范
压力容器零部件必须符合相关国 家和行业标准确保安全性能和使 用寿命。
定期进行检测和维护确保压力容 器零部件的正常运行和使用安全。
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压力容器主要由哪几部分组成
1. 压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。
密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。
支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
2,《压力容器安全技术监察规程》的适用范围：○1最高工作压力≥0.1MPa （不含液体静压力）；○2内直径（非圆形截面指其最大尺寸）≥0.15m ，且容积≥0.025m 3；○3盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
GB150的适用范围：○10.1MPa ≤p ≤35MPa ，真空度不低于0.02MPa ；○2按钢材允许的使用温度确定（最高为700℃，最低为-196℃）；○3对介质不限；○4弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；○5以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入应力增大系数和形状系数；○6最大应力理论；○7不适用疲劳分析容器。
1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么?答：几何形状、承受载荷、边界支承、材料性质均对旋转轴对称。
1. 试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气体内压p ，壳体中面半径为R ，壳体厚度为t ）。
若壳体材料由20R （MPa MPa s b 245,400==σσ）改为16MnR（MPa MPa s b 345,510==σσ）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？解：○1求解圆柱壳中的应力 应力分量表示的微体和区域平衡方程式：δσσθφzp R R -=+21φσππφsin 220t r dr rp F k r z k=-=⎰圆筒壳体：R 1=∞，R 2=R ，p z =-p ，r k =R ，φ=π/2tpRpr tpR k 2sin 2===φδσσφθ○2壳体材料由20R 改为16MnR ，圆柱壳中的应力不变化。
压力容器的开孔与
压力容器的开孔与附件一、背景与概述在工业压力容器中，开孔和附件的作用不言而喻。
开孔通常用于设备内部的管道、法兰、阀门等设备的连接；而附件则是用于设备的控制、监测和自保护等方面。
本文将会从开孔的位置、形式和数量、附件的类型、数量和作用等方面进行分析和解释，以期帮助读者更好地理解压力容器的相关知识。
二、开孔的位置、形式和数量1. 开孔的位置开孔的位置一般是在压力容器的壳体上，通常有以下几种：•顶部中心部位：用于连接液位计、壓力計等附件，通常为六角形或圆形，并在其上设立支承架、防雨罩等保护措施。
•侧面中心或上部：用于天然气压缩机等设备的接口，通常为圆形或方形。
•下部中心：用于排放废气和废水等，通常为方形或圆形，有时会比其他位置的开孔面积更大。
•截面上的更多位置：根据使用的要求，设备中的开孔位置不仅限于上述位置，也可以根据实际情况在设备的中心线和截面内放置。
2. 开孔的形式开孔的形式可以根据其用途和位置的不同而有所不同，以下是常见的几种开孔形式：•圆形：这是最常见的开孔形式，并且有时会使用斜角钻头，以增加开孔的密度。
•方形：这种方式比较适合用于排污、废气排放等开孔，也比较适用于整个结构的连接，例如输入和输出流道等。
•长条形：这种方式常用于设备上进行热交换，如设备上的换热器等。
•不规则形：这种形式的开孔不仅独特而且非常灵活，可以根据实际情况进行设计。
3. 开孔的数量开孔数量的多少根据压力容器的类型和使用要求而定，一般至少有一种开孔形式，但一些更复杂的设备可能需要多达数百个或数千个孔，例如石化装置及电站锅炉等。
三、附件的类型、数量和作用1. 附件的类型附件的类型也因为其目的和使用不同而存在差异，以下是一些常见的附件类型：•法兰：是一个连接设备内部和外部通道的附件，通常呈圆形，这种附件通常与管道和阀门配合使用。
•阀门：是用于控制压力、流量和方向的附件，包括截止阀、调节阀和安全阀等。
•管道连接件：用于连接不同大小的管道，包括三通、四通、弯头等。
压力容器的开孔与接管
第十二章 压力容器开孔与接管一. 重点1. 壳体开孔的压力特点2. 开孔接管的应力集中系数的定义3. 开孔补强的目的4. 开孔补强的结构及方法5. 等面积补强的原则6. 等面积补强计算面积有哪些? 二. 壳体上开孔的原因 三. 壳体上开孔后产生的问题1. 开孔后,造成壳壁不连续,在孔边缘产生应力集中2. 接管后,壳体与管的结构不连续,产生的附加弯应力3. 壳体接管的拐角处,由于r 引起的局部应力.结果:使孔附近的应力比薄膜应力大5-6倍,产生疲劳破坏和脆裂12.1 容器壳体开孔时的应力分析一.平板开小圆孔的应力分析 分析条件: 板长,宽>>孔径2a 载荷q//作用于板上1. 单向拉伸时的应力分析(1) 孔区附近的应力解 (12-1)式 利用弹性力学理论解知(2) 孔边缘处的应力特点: ①r=a 时 孔边缘处的应力⎪⎩⎪⎨⎧-===)2cos 21(00θστσθθq r r②r=a 时 孔边缘处的周向应力分布特点:qq q q 320=±=-==θθσπθσπθ方向的时，垂直于当方向的时，平行于、当③r>a 时θσ随r 的增大而迅速减小.由(12-1)式可知. 2. 双向拉伸时的应力分析: 二.薄球壳开小孔的应力分析1.分析对象:在开孔区域的壳近似板较小较大球半径≈⎪⎩⎪⎨⎧==qq q DR 21δ 2.孔区附近的应力解利用q q q ==21代入(12-4)可知(12-5),即112222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θθτσσr r r a q r a q 3. 孔边缘处的应力特点:①当r=a 时,孔边缘应力⎪⎩⎪⎨⎧====max 200σστσθθq r r②孔边缘应力θσ=孔区域薄膜应力q 的2倍. 四. 圆筒壳开小孔1.分析对象: k 较大, D /δ较小, )2(221φθσσ== q q2.应力解: 利用212q q =代入(12-4)可知(12-6)3.孔边缘处的应力特点: (1)当r=a 时⎪⎩⎪⎨⎧-===)2cos 23(02θστσθθq r r (2)θσ在孔边缘r=a 处的分布规律:⎪⎩⎪⎨⎧==±====2max 2min 20q q σσπθσσπθθθ时，当时，、当说明:max θσ比孔口区域筒壳中θσ大2.5倍.(θσ212112==q q ) 五. 平板开椭圆孔的应力分析 1.单方向受拉伸时的应力分析(1)长轴平行于受拉方向时:①孔口处r=a 时的应力解(12-8)由于其应力表达式较复杂,仅给出最重要的孔口应力表达式,即⎩⎨⎧-===)812(0θθστσr r②特点:孔口处的θσ分布规律:)21(201max1min ab q q +==±=-===θθθθσσπθσσπθ时，在短轴的两端当时，在长轴两端、当(2)长轴a 垂直于受拉方向时 ①孔口处的应力解(12-9) ②孔口处的θσ分布规律2min 2max 2)21(0q b aq -==±=+===σσπθσσπθθθ时，在短轴两端：当时，在长轴两端：、当:2.双向受拉伸时的应力分析 122q q =(1)孔口处的应力解:由(12-8)与 (12-9)叠加即知(12-10) (2)孔口边缘处的θσ分布规律(特点)由(12-10)可知: 在长轴的两端 212max )25.0()21(q b aq b a q +=-+==σσθ 在短轴的两端 21min)21(q abq -+==σσθ说明:开椭圆孔时,最大应力在孔边缘πθ、0=处(在长轴两端)§12.2 开孔接管处应力集中系数的计算一.开孔接管时的应力集中1.壳体上开孔与平板开小孔有以下差别:(1)开孔不是小孔. 如:人手孔 .故开小孔的假设不成立其理论不能运用.(2) 容器壳体是曲面,与平板不同. 因为在开孔处由于曲面的影响,壳体存在弯曲应力 (3)容器开孔接管后,接管对开孔边缘有约束作用.而平板开小孔理论,没有考虑接管约束问题,所以对 开孔接管问题,必须寻求新的分析方法. 2.接管区的应力分析(1)利用”力法”可求出该区域的应力分布情况和应力值 “力法”:根据平衡,几何和物理方程(2)根据理论计算和实际结果,查接管区的应力分布图12-7 二开孔接管处的应力集中系数计算1. 应力集中系数K 的概念: (1)作用: 求接管处的最大应力峰值max σ(2)定义: 壳体基本薄膜应力设备实际最大应力=K如:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===n ini pD K pD K K δσδσσσθ44max max max筒壳：球壳：2. K 的确定方法(1)应力指数法 ①K 的大小: 查表12-1 ②:适用条件 P 235 (1)-(4) 注:径向接管:接管轴线与壳体半径同一方向 非径向接管:轴线与壳体半径不同方向(2)应力集中系数曲线: ①曲线形成: 由理论与实践综合绘出 ②适用条件: 不能用指数法时采用 ③曲线种类: 图12-12 球壳 平齐 图12-13 球壳 内入 图12-14 圆壳 平齐④曲线适用条件:⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤150304.001.0n R R r δ当n R δ<30时,表明壳体很厚,则K 取的比曲线值小 当n Rδ>150时,壳体很薄,则K 取的比曲线值大些.因为开孔造成弯曲应力效应大. 3. 应力集中系数曲线的推广应用 (1) 可用于补强壳体 注意:利用曲线查K 时,将nntδδ改用n t n δδ'nt δ为接管厚度, t n 'δ为加强后的厚度将开孔系数ρ中的n δ改用'n δ 查'n δ下的K 值 (2) 椭圆封头上开孔的K. 不同点:当量半径R=K 1R i其中:R 是封头的当量半径; K 1是修正系数,与a/b 有关,查表12-2, R i 是封头内半径.§12.3 开孔补强设计一.开孔补强的概念1.开孔补强的目的:降低开孔接管处的应力峰值.因为容器的强度条件[]φσσ⋅≤tmax ,所以应力峰值降低,设计时[]tσ降低,n δ降低.[]ctic p D p -=φσδ22.开孔补强设计的定义:为降低应力集中系数,而作的计算与结构设计 二.补强结构(补强元件类型)1.加强管补强 (1)结构 图12-15.(d),(f) 即在开孔处焊接一段加厚的接管 (2)特点:环焊缝少.易探伤,结构简单 (3)适用范围:低合金钢,高压设备2.整体锻件补强: (1)结构:图12-15 (g),(h),(i) (2)特点: 优: 对焊,易探伤 抗疲劳性能好 缺: 成本高,加工难 (3)适用范围:高压 重要设备 (3)加强圈的补强: ①结构: 图12-15. (a),(b),(c) ②特点: 优:简单,易加工,使用经验丰富 缺:抗疲劳性能差,热应力大,K 大. ③适用范围: P 241 ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤385.1540un s MPa σδσσ补三:壳体开孔的有关规定1. 允许不补强时开的最大孔直径 P 242.(1)-(4) ① P c ≤2.5MPa②开孔中心距A>=两孔直径和的2倍. )(221φφ+≥A ③接管外径d 0<=89mm④接管最小壁厚min σ满足表内要求.2. 壳体上允许开的最大孔直径d max , P 242.(1)-(3)(1) 圆筒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤≤≤≤≤m m D d D m m D d D i i i i 10003150052021500max max且时，且时， (2) 凸形封头与球壳的2max iD d ≤(3) 锥壳或锥形封头的3max i Dd ≤(D i 为开孔中心处的锥壳内径)注:椭圆,碟形过度段部分开孔时,孔中心线垂直于封头表面. 四.等面积补强计算方法1.各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类)]因为补强的目的是降低开孔接管处的应力值,对这个应力值限制在什么范围内,就出现了各种补强准则.(1) 等面积补强准则 (2) 极限分析法 (3) 安定性理论(4) 其它方法: 实验屈服法实验应力法等 2常用的开孔补强准则-----等面积补强准则 3等面积补强的原则在补强区(在邻近开孔处附近处)所加补强材料的截面积A 0应与开孔而失去的截面积A 相等.即A 0=A其含义:在于补强壳壁的平均强度,用开孔等面积的外加金属来补强被削弱的壳壁强度. 4.等面积补强计算方法. P 243 (1)判断是否要补强计算满足不另行补强的最大开孔直径的条件者,不补强 (2)计算开孔失去的面积A. （3）确定补强区的有效范围 有效宽度ntn d B dB δδ222++== 取大值有效高度h 外伸长度dh nt δ=1内伸长度ntd h δ=2 取小值 （4）计算有效补强面积0A43210A A A A A +++=1A ——壳体承受内压或外压所需设计厚度之外的的多余金属面积 )1)()((2)(1r e nt e f c d B A ------=δδδδδ）（2A ——接管承受内压或外压所需的设计厚度d δ之外的多余金属面积 r nt r d nt f c c h f c h A )(2)(22212--+--=δδδ其中 )(d e δδ 计算设计厚度c 厚度附加量 21c c c +=r f 强度削弱系数3A ——补强区焊缝面积2)21(3⨯⨯=高底A4A ——补强区内另加的补强面积（加强圈面积）（5）判断 当A A A A A ≥++=3210时， 不用补强。
压力容器的设计—压力容器零部件
·板卷筒体，与相联接筒体的公称直径相 同； ·无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公 称直径相同。
50
公称压力
公称压力——是以16Mn在200℃时的最高工作压力为依据 制定的，因此当法兰材料和工作温度不同时，最大工作压
力将降低或升高。
法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度以及法 兰材料三个因素有关。
公称压力 PN 法兰材质
Q235-A
0.6
16MnR
15MnVR
最大允许工作压力 (MPa)
-20~200℃ 300℃ 350℃
0.4
0.33 0.30
0.6
0.51 0.49
0.65
0.63 0.651
3、压力容器法兰的标记
52
压力容器法兰设计步骤：
（1）确定DN; （2）根据法兰材质、工作温度和最高工作压力，确
有一个圈座是滑动支承的。
77
㈢ 腿式支
座
简称支腿
连接处造成严重的局部应力， 只适用于小型设备
难，榫易损坏。
注意：应使固定在设备上的 法兰为槽面,可拆下部分的法
兰为榫面。
榫槽型压紧面
29
锥形压紧面
通常用于高压密封，其缺 点是需要的尺寸精度和表 面粗糙度要求高。须与透 镜垫片配合,常用于高压管
道。
锥形压紧面
30
梯形槽压紧面
槽底不起密封作用，是槽的 内外锥面与垫片接触成梯形, 形成密封的，与椭圆或八角
凝土制的基础上。
66
㈡ 支承式支座
用钢管、角钢、 槽钢制作，或 用数块钢板焊 成，
型式、结构、 尺寸及材料 JB/T 4724-92 《支承式支 座》。
压力容器设计基础
态时，材料进入塑性流动而失效 工程上广泛应用
13
❖ 歪曲应变能理论——第四强度理论
考虑了三个主应力对材料强度的共同影响
压力容器失效准则及设计理论基础
GB150压力容器常规设计
❖ 基于第一强度理论，弹性失效，不允许进入塑性变形 ❖ 结构部件的应力状态计算
薄膜无力矩理论：将整体部件视为厚度方向应力相同的薄膜，只能承 受拉、压应力，不能承受弯曲应力
压力容器的概念
正确使用法规、标准、规范
❖ 法规与标准、规范的关系 ❖ 正确使用标准规范（摘自ASME前言）
压力容器的建造包括选材、设计、制造、检验、试验等一系列工作内容 标准规范包括了对压力容器建造工作的如下三方面的基本内容：强制性要
求，特殊禁用规定，非强制性指南 标准规范不可能涉及容器建造的所有方面、细节，对于那些没有提及的内
（ 园筒周向应力）
可近似理解为，椭圆封头壁厚是园筒壁厚的K倍。
a/b越大，越扁平，长轴收缩多，变形越大，应力也大。 K与Di/2hi关系查表 7.1
2、受压元件——封头
3）稳定性
在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准控 制最小厚度来保证。（GB150 表7-1 下部说明）
在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能，用 图表法进行校核计算。
2、受压元件——园筒和球壳
2.1园筒和球壳
园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出：
H
4Di2Pc Di
DiPc
4
t
P 2cD · lilP 2cDi t
1
Pc Di
4 t
2
Pc Di
2 t
中径（Di+δ）替代Di
压力容器设计 开孔和开孔补强设计
A 2 2h1 (et t )f r 2h 2 (et C2 )f r（4-83）
③A3—有效补强区内焊缝金属的截面积。
④A4—有效补强区内另外再增加的补强元件的金属截面积。
浙江
B=2d B=d+2δn+2δnt
（4-79）
式中 B—补强有效宽度，mm； δn—壳体开孔处的名义厚度，mm； δnt—接管名义厚度，mm。
浙江大学承压设备研究室20
4.3.5 开孔和开孔补强设计
内外侧有效高度： 按式（4-80）和式（4-81）计算，分别取式中较小值
外侧高度
h1 dnt
h1=接管实际外伸高度
大开孔补强：
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。
浙江大学承压设备研究室25
4.3.5 开孔和开孔补强设计
五、接管方位
开孔所需最小补强面积主要由dδ确定，当在内压椭圆形封头 或内压碟形封头上开孔时，则应区分不同的开孔位置取不同 的计算厚度。
椭圆形封头： 开孔位于以椭圆形封头中心为中心80%封头内 直径的范围内： 中心部位可视为当量半径Ri=K1Di的球壳，
优点：
补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低 应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影 响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降 低10～15%。
缺点： 锻件供应困难，制造成本较高。
应用：
重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以
上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大
非径向接管： 尽可能采用径向接管。
原因： 圆筒或封头上须开椭圆形孔，应力集中系数增大， 抗疲劳失效的能力降低。
压力容器支座和检查孔
4.3.6 支座及检查孔4.3.6.1支座■定义：用来支承容器及设备重量，并使容器固定在某一位置的附件。
■支座形式：立式支座：耳式、支承式、支腿、裙座卧式支座：鞍座、圈座、支腿式A、立式容器支座（1）耳式支座（悬挂式支座）■结构：垫板+筋板+支脚板垫板最好采用。
容器较大，壁厚较薄时必须用，以减小局部应力。
一般与容器采用相同的材料。
■优缺点：简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。
■应用：反应釜、立式换热器等直立设备中用。
■设计选型标准：JB/T4725-92《耳式支座》型式：按筋板宽度不同分为A 、B 型两种。
A 型（短臂）： 带垫板（A ）不带垫板（AN ）B 型（长臂）： 带垫板（B ）不带垫板（BN ）容器外表面有保温层和需悬挂在楼板上时，宜用B 型。
使用范围：D N ≤900mm ，δe ＞3mm ，1-垫板； 2-筋板； 3-支脚板高度/直径≤5，总高≤10m。
选型步骤：①设定支座数量和型号；②计算各支座载荷Q，并校核Q≤[Q]；（载荷Q包括：风载、地震载荷、偏心载荷、重量等，JB/T4725-92中给出了每个支座实际承受载荷Q、M的具体的计算公式、支座尺寸、允许载荷[Q]和许用外力矩[M]。
）③校核Q作用于器壁的外力距M，M≤[M]。
如不能满足，则选大一号支座或增加支座数量，重新校核。
（2）支承式支座■定义：在容器封头底部直接焊上数根支柱，直接支承在基础地面上。
■优缺点：简单、方便，但对容器封头会产生较大局部应力。
■应用：容器高度不大（总高不大于10米，高度/直径≤5），安装位置距地面较近时用。
■结构型式：③校核Q是否大于封头允许的垂直载荷[F]。
如Q＞[F]，则增加支座数量，重新校核。
（3）腿式支座----支腿■定义：支柱与容器筒体外壁焊接，筒体与支腿间可带垫板，也可不带垫板。
■优缺点：结构简单，较轻，安装方便，底部空间大，便于维修。
但刚性较差，支腿高度要控制好，不能超过许用值。
压力容器的设计支座课件-PPT文档资料
第三章 压力容器的整体设计问题
耳座数量
一台设备一般配置2－4个支 座。必要时也可适当增加，但在
安装时不容易保证各支座在同一
平面上，也就不能保证各耳座受 力均匀。对于大型薄壁容器或支 座上载荷较大时，可将各支座的 底板连成一体组成圈座，既改善
圈座
了容器局部受载过大，又可避免
各耳座受力不均。
第三章 压力容器的整体设计问题
第三章 压力容器的整 体设计问题
第三章 压力容器的整体设计问题
第三节 支座
耳式支座 立式支座 支座 卧式支座 支承式支座 腿式支座
裙式支座
鞍式支座 圈式支座 支腿支座
第三章 压力容器的整体设计问题
1. 立式容器支座
（1）耳式支座 （悬挂式支座）
第三章 压力容器的整体设计问题
1. 立式容器支座 （1）耳式支座 （悬挂式支座） 结构：由筋板和支脚板组成，广 泛用于反应釜及立式换热器等直 立设备上。 特点：简单、轻便，但对器壁会 产生较大的局部应力。因此，当 容器较大或器壁较薄时，应在支 座与器壁间加一垫板，垫板的材 料最好与筒体材料相同。 筋板和底板材料为Q235－A· F 标准： JB/T4725 《耳式支座》， 它将耳式支座分为A 型（短臂）和B型 （长臂）两类，每 类又有带垫板和不 带垫板两种，不带 垫板的分别以AN和 BN表示。B型耳式 支座有较大的安装 尺寸，当容器外面 包有保温层，或者 将容器直接放置在 楼板上时，宜选用B 型。
第三章 压力容器的整体设计问题
标记方法 JB/T 4724-92，支座 X X 支座号（1~8） 支座型号（A，B）
注：1、若支座高度h、垫板厚度δ3与标准尺寸不同，则在设备图纸 零件名称或备注中注明。如：h=450， δ3 ＝14。 2、支座及垫板的材料应在设备图样的材料栏内标注，表示方法 如下：支座材料/垫板材料。
压力容器设计单元十三压力容器零部件支座和开孔
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
水平吊盖人孔
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
手孔（HG21515～21527-95） 和人孔（HG21528～2153595）已有标准，
设计时根据设备的公称压力， 工作温度以及所用材料等按 标准直接选用。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
四、视镜与液面计
㈠ 视镜 观察内部，也可用作物料液面
指示镜。 分为不带颈视镜和带颈视镜。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
不带颈视镜——凸缘构成，结 构简单，不易结料，有比较宽 阔的视察范围。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
当视镜需要斜装或设备直径较 小时，则需采用带颈视镜。
A4=A- Ae
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
2. 容器上开孔及补强的有关规定
筒体及封头开孔最大直径不允许超过：
（1） 圆筒Di≤1500mm，开孔最大直径 d1且5≤0d0≤1/m21D0m0i，时0m且，md开≤；孔5最20大m直m；径圆d≤筒1/D3i＞Di， （2） 凸形封头或球壳的开孔最大直径d ＜1/2Di。 （3） 锥壳开孔最大直径d≤1/3Di，Di
等面积补强，纵截面上的投影面积要满足下式：
A1+A2+A3≥A A1—壳体的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）； A2—接管的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）； A3—焊缝金属截面积; A—壳体上需要补强压力的容器截部设件计面支单座元积十和开三。孔压力（容器表零 6-20 P179）
在补强区范围内， 设 Ae =A1+A2+A3 如果Ae ≥A ,则无需补强； 如果Ae ＜A ，则需要补强。 补强面积为
压力容器零部件的设计2开孔补强
ND
2020/2/23
2020/2/23
2020/2/23
2020/2/23
1、开孔最大直径的限制
2020/2/23
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有效补强范围
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开孔和开孔补强设计
2020/2/23
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开孔接管部位的应力集中
★器壁强度削弱
★不连续应力
★局部应力
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★焊接缺陷和残余应力
2020/2/23
2020/2/23
容器大开孔与小开孔
❖ 容器孔边应力集中的理论分析是以无限大平板上开 小圆孔为基础的，壳体曲率变化不计，因此，孔边 应力均为拉（压）应力。
❖ 大开孔时，除有拉（压）应力外，还有很大的弯曲 应力，其应力范围超出了开小孔时的局部范围，在 较大范围内破坏了壳体的薄膜应力状态。因此小开 孔理论不适用。
2020/2/23
应力集中系数K
❖应力集中系数K：开孔处的最大应力值（应力峰
值）与未开孔时的最大薄膜应力之比。即
K max
❖影响应力集中系数K的因素： ❖ 1)容器的形状和应力状态。圆筒和球壳上开同样
•
非径向接管有斜向接管和切向接管之分，则在壳
体上开孔为椭园形和卵圆形。要注意使其开孔长轴与圆
筒轴线垂直时有较小的应力集中系数。
•
开孔计算直径d的取法:由于圆筒计算厚度是根据
周向薄膜应力计算的，因此开孔截面应以承受周向薄膜
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压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
㈠ 耳式支座
• 简称耳座，筋板和支脚板。 广泛用在反应釜及 立式换热器等直立设备上。 简单、轻便，但局部应力较大。 当设备较大或器壁较薄应加垫板。 不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合 金元素流失，也需加一个不锈钢垫板。
（2）确定支座型式，从表4-13或表
4-15按允许负荷Q允大于实际负荷Q，
选支座。
❖小型设备耳式支座，可支承在管子 或型钢制的立柱上。
❖大型设备的支座往往搁在钢梁或混 凝土制的基础上。 压力容器设计单元十三压力容器零
部件支座和开孔
㈡ 支承式支座
用钢管、角钢、 槽钢制作，或 用数块钢板焊 成，
型式、结构、 尺寸及材料 JB/T 4724-92 《支承式支 座》。
开孔的形状： 应力集中和开孔形状有关， 圆孔的应力集中程度最低。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
二.开孔补强原则与补强结构
(一)开孔补强的设计原则 1.等面积补强原则
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不应少于开孔 所减少的有效截面积 。 即
鞍座包角120°或150°，安放稳定。 高度200、300、400和500mm。
宽度b根据容器公称直径查出。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
㈡ 圈座
采用圈座的情况： ✓对于大直径薄壁容器和真空容器，
因其自身重量可能造成严重挠曲； ✓多于两个支承的长容器。 除常温常压下操作的容器外，至少应
为降低峰值应力，需要对结构开 孔部位进行补强，以保证容器 安全运行。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
开孔处出现应力集中，应力集中系数为：
K=σ实际/σ膜
其大小为多少？见平板开孔试验测试：
实测结果：K≈3 即应力集中点的实际 应力大约为膜应力的 3倍。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
（3）.鞍座的位置——A的确定： A≤Do/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。
L——封头赤道圆（切点）间的距离。 A——赤道圆至支座中心线间的距离。 思考：在施工图压上力容，器设L计,A单元标十三注压力在容器赤零 道圆上，可否？
部件支座和开孔
践经验确定。 有关裙式支座的结构及其设计
方法详见第十七章。
压力容器设计单元十三压力容器零 部件支座和开孔
二、 卧式容器支座
种类：
——鞍座 ——圈座
——支腿
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鞍式支座
应用最广泛的卧式容器支座。 已有标准JB/T4712-92 《鞍式支座》，
根据容器公称直径和重量选用。 由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊
有一个圈座是滑动支承的。
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㈢ 腿式支
座
简称支腿
连接处造成严重的局部应力， 只适用于小型设备
（DN≤1600、L≤5m）。
腿式支座的结构型式、系列参 数等参见标准JB/T 4714-92 《腿式支座》。
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第三节 容器的开孔补强
第二节 容器支座
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概述：
容器支座，支承容器重量、固定容器 位置并使容器在操作中保持稳定。
结构型式由容器自身的型式决定，分 卧式容器支座 立式容器支座 球形容器支座
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一、立式容器支座
立式容器的支座主要有 耳式支座 支承式支座 裙式支座
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适用范围和结构：
支承式支座分A型和B型。
形 支座 适用的公称直径 式 号 （mm）
结构特征
A
1～6
DN800～3000
钢板焊制， 带垫板
B
1～8
DN800～4000
钢管焊制， 带垫板
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㈢ 裙式支座
塔设备最常用裙式支座。 目前还没有标准。 各部分尺寸均需通过计算或实
接而成。在与设备连接处，有带加 强垫板和不带加强垫板两种结构。
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1.双鞍式支座的结构及其标准 （1）结构
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材质：垫板—与筒体相同，其它---Q235-A.F 。
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（2）鞍座标准及其标记
这种以通过开孔中心的纵截面上的投影面积来 衡量的补强设计方法，具有使开孔后截面的平均应 力不致升高的含义。在一般情况下可以满足开孔补 强的需要，方法简便，我国的容器标准采用的主要 是这种方法。
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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
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一. 容器开孔应力集中现象及其原因
容器为什么要开孔？ 工艺、安装、检修的要求。 开孔后，为什么要补强？ 削弱器壁的强度，出现不连续，
形成高应力集中区。
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峰值应力通常较高，达到甚至超 过材料屈服极限。
局部应力较大，加之材质和制造 缺陷等,
鞍座分为轻型（A）和重型（B）（BⅠ~BⅤ）。 固定式——F型； 活动式——S型。
标准号：JB/T4712-92 . 鞍座标记：
JB/T4712-92 鞍座 [型号][公称直径]-[F或S] 例如：DN2600的轻型鞍座标记为 JB/T4712-92 鞍座A2600-F JB/T4712-92 鞍座A2600-S
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已标准化JB/T 4725-92 《耳式支座》。 该标准分A型（短臂）和B型（长臂）（有保温
层或直接放在楼板上） 每类又分带垫板与不带垫板两种结构
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（二）耳式支座选用的方法：
（1）估算设备总重，算每个支座
（按2个计算）的负荷Q值；