压力容器的开孔与接管46
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求引言压力容器上的开孔不仅影响结构强度,还会因为接管有着各种载荷所产生的应力、温度应力,以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用,往往是造成容器破坏的根源,所要解决这些问题,就必须了解开孔补强中的规定以及要求。
1.压力容器补强结构解析与一般规定压力容器的补强结构可分为:补强圈搭焊结构和整体补强结构。
1.1补强圈搭焊结构补强当容器采用补强圈搭焊结构时,其应当符合的基本的条件为,容器壳体名义厚度不得大于38mm补强圈的材料厚度不得大于1.5 倍容器壳体的厚度尺寸;使用低合金钢的标准抗拉强度应当小于540MPa若条件许可,优先举荐使用厚壁管代替补强圈进行补强。
当容器为低温压力容器的时候,补强接管应当尽可能采用后壁管进行补强,焊接焊缝应当使用全焊透结构,且焊缝圆滑过渡;带补强板的接管与容器器壁的连接接头应当符合相当于HG/T20583中的G28 G29 G30 G33的要求。
补强板采用与器壁相同的材料,带补强板的结构不得用于容器器壁厚度大于30mm 的场合,也不适用于设计温度低于-40°的场合。
带补强圈的接管与壳体的连接,以及补强圈与壳体搭接的角焊接头壳采用GB15 0中所示结构进行,且接管端部应与容器表面齐平,端部内角应当打磨成R不小于3mm勺圆角。
?a 强圈虽然结构简单,易于加工,但是补强效果较差,补强圈与壳体之间勺间隙不可避免,同时虽然补强圈上设有排气孔,但是补强圈结构在最终勺热处理后应力缺很复杂。
1.2整体补强结构补强当具有下列条件时,应当采用整体补强或者局部整体补强。
①高强度钢(标准抗拉强度大于540MPa和铬钼钢(如15CrMoR 14Cr1MoR 12Cr2Mo1R 制造的压力容器;②补强圈勺厚度大于1.5 倍容器壁厚度;③设计压力大于或者等于4MPa的第三类容器;④容器的壳体壁厚大于或者等于38mm;⑤疲劳压力容器或者容器盛装介质为毒性的高位介质容器。
压力容器的开孔及补强
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 ra 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 ra 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。
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 ra 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 ra 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。
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
压力容器常用开孔补强方法对比分析
压力容器常用开孔补强方法的比较分析压力容器一旦发生事故,危害很大,因此压力容器的开孔补强设计显得尤为重要。
压力容器开孔补强一般有两种计算方法:一是等面积法,二是分析方法。
本文对这两种方法作以比较和分析。
<b> 在石油化工行业中,压力容器上的开孔是不可避免的,如要开进料口、出料口、人孔等。
容器开孔后,一方面由于器壁承受载荷截面被削弱,导致局部应力增加,容器承载能力减弱;另一方面,器壁开孔和接管也破坏了原有结构的连续性,在工艺操作条件下,接管处将产生较大的弯曲应力,开孔边缘会出现很高的应力集中,形成了压力容器的薄弱环节。
因此,设计上必须对开孔采取有效的补强措施,使被削弱的部分得以补偿。
开口加固的基本原理2.1.等面积法该法是以受拉伸的开孔大平板作为计算模型的,即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力,并以加固壳体的一次总平均应力作为加固原则。
当开孔较小时,开孔边缘的局部应力是以薄膜性质的应力为主的,但随着壳体开孔直径增大,开孔边缘不仅存在很大的薄膜应力,而和还产生很高的弯曲应力。
等面积法开口加固结构形成的应力集中在某一区域,当离孔边缘的距离越大,越接近薄膜应力。
它的特点是:角焊缝,具有应力突变,易产生应力集中点,受力状态不好。
2.2.分析方法这种加固方法基于壳体的极限分析,相对等面积法合理得多,但须受开孔壳体和补强接管的尺寸限制。
这种方法优点是:克服等面积法的缺点,在转角处采用圆滑过渡,减少结构形状的突变,减小应力集中程度。
将补强面积集中在应力最高点,充分利用补强面积,使补强更经济、合理。
比较分析3.1.等面积法等面积法顾名思义:壳体截面的承载强度因开口而减弱的区域,须有补强材料予以等面积补偿,其实质是壳体截面因开孔丧失的强度,即被削弱的“强度面积”A乘以壳体材料在设计温度下的许用应力[σ]<font size="2">t,即A[σ]<font size="2">t,应由补强材料予以补偿,当补强材料与壳体材料相同时,则补强面积就等于削弱的面积,故称等面积法。
浅谈压力容器开孔补强的方法.
浅谈压力容器开孔补强的方法浅谈压力容器开孔补强的方法2011-04-17 09:23 来源:未知浏览次数:关键字:方法,补强,开孔,压力容器,浅谈,浅谈压力容器开孔补强的方法李文英摘要:本文主要对压力容器开孔后进行补强的方法进行探讨,主要针对等面积补强;压力容器大开孔补强方法;平盖开孔补强;高压蒸汽过热器联箱开孔补强这几种方法进行了比较。
关键词:压力容器开孔补强方法随着化工行业的发展,压力容器在化工厂中越来越普遍,其安全性也越来越受到重视。
这样在压力容器设计中一些较易出现问题的地方,更引起人们的注意了,如压力容器封头上的开孔及补强是一个非常爱出问题的地方,一旦计算有误就会造成容器的破坏,甚至引起工作人员的伤害,或者造成经济上的浪费。
下面就对压力容器的开孔补强进行分析。
1.等面积补强化工容器常用的开孔补强方法是等面积补强法,其基础理论是在有效补强范围内所加补强材料的截面积必须大于或等于因为开孔而失去的截面积。
其实质在于补强壳体的平均强度,即维持容器整体的屈服强度,理论模型是无限大平板开小孔,不至于因开边缘附加弯曲应力引起大的误差,故对小直径开孔安全可靠,其计算方法如下:满足下列条件不需补强:A1+A2+A3≥A不满足这一条件则需要补强,补强金属的面积为:AO= A一(A1+A2+A3 )式中:A---壳体因开孔而削弱的截面积;AO----补强金属的面积;A1---筒体或封头上超过计算厚度S所多余的金属截面积;A2---接管上超过强度计算厚度所多余的金属截面积;A3---补强区内焊缝的截面积。
其适用范围是局部补强的材料基本上应与壳体相同,其强度不应小于壳壁材料强度的75%。
适用于筒体的最大开孔直径dI≤1000毫米,而封头的开孔最大直径是dI≤1/2DJ。
d i—开孔最大直径;DJ—封头内径。
这类计算方法只能在一般情况下应用,在特殊情况下则不适用,例如容器大开孔时补强,平盖的开孔补强以及高压蒸汽过热器的开孔补强,下面将分别讨论。
压力容器基础知识 - 开孔和补强
二、对容器开孔的限制 ◆ 当圆筒内径Di≤1500mm时,开孔最大直径d ≤Di/2, 且d ≤520mm;当圆筒内径Di>1500mm时,开孔最大直径 d ≤Di/3,且d ≤1000mm。 ◆ 凸形封头或球壳上开孔时,开孔最大直径d ≤Di/2。 ◆ 锥壳上开孔时,开孔最大直径d≤Di/3,Di为开孔中心 处锥壳内径。 ◆ 在椭圆形或碟形封头的过渡区开孔时,孔的中心线宜 垂直封头表面。
标准补强圈结构
◆ 补强圈结构的适用范围 A型适用于无疲劳、无低温及大的温度梯度的一类压力 容器,且要求设备内有较好的施焊条件。 B型适用于中压、低压及内部有腐蚀的工况,不适用于 高温、低温、大的温度梯度及承受疲劳载荷的设备。S 取管子名义壁厚的0.7倍,一般δn t=δn/2 (δn t为 接管名义厚度;δn为壳体名义厚度)。 C型适用于低温、介质有毒或有腐蚀性的操作工况,采 用全焊透结构,要求当δn≤16 mm时,δn t≥δn/2; 当δn>16 mm时,δn t≥8mm。 D型适用于壳体内不具备施焊条件或进入设备施焊不便 的场合,采用全焊透结构,要求当δn≤16 mm时,δn t≥δn/2;当δn>16 mm时,δn t≥8mm。 E型适用于储存有毒介质或腐蚀介质的容器,采用全焊 透结构,要求当δn≤16 mm时,δn t≥δn/2;当δn >16 mm时,δn t≥8mm。 F型适用于中温、低温、中压容器及盛装腐蚀介质的容 器,要求当δn≤16 mm时,δn t≥δn/2,当δn>16 mm时,δn t≥8mm,且接管公称直径DN≤150 mm.
◆ 标准补强圈的选用
若需采用补强圈补强 ,可采用以下程序来选择标准补 强圈:
● 确定补强圈的尺寸; ● 由设备的工艺参数决定补强圈的结构; ● 补强圈材料取与被补强壳体材料相同。
压力容器开孔及补强设计
平板开椭圆孔的应力集中
1、几点结论
•在球壳上开圆孔的应力集中系数( )小于开
椭圆孔的应力集中系数(
)
•在圆柱壳上开圆孔时的应力集中系数(
)
•若要开设椭圆孔,则应使椭圆孔的长轴与壳体
轴线垂直此时(
)
压力容器开孔及补强设计
内压壳体开孔的应力集中
•由于开孔后多焊有不同厚度的接管,应力集中系 数比较复杂,采用理论计算和实验测定相结合的 办法。
•当 越大,即开孔直径越大时应力集中系数越高。 相反,减小孔径,增大壳壁厚度均可降低应力集 中系数。 •内伸式接管的应力集中系数较低,尤其是内伸接 管壁厚较厚时能有效地降低应力集中。
压力容器开孔及补强设计
内压壳体开孔的应力集中
过小或过大时上述曲 线均会有较大的误差
球壳带平齐式接管的应力集中系数
壳壁过厚,即 过 小时,应力沿壁厚分 布的不均匀性增大, 应力集中系数将明显 比图示值减小
(mm)
检查孔最少数 量
检查孔最小尺寸(mm)
人孔
手孔
备注
300-500 500-1000
>1000
手孔2个
人孔1个或手孔 2个(当容器无法
开人孔时)
人孔1个或手孔 2个(当容器无法
开人孔时)
Ф400或长 圆孔
400×250, 380×280
Ф400或长 圆孔
400×250, 380×280
Ф75或长 圆孔
•(2)两相邻开孔中心的距离(对曲面间距以弧长计算)应 不小于两孔直径之和的两倍;
•(3)接管公称外径小于或等于89mm;
•(4)接管最小壁厚满足下表3-9的要求。
接管公称 外径
25 32 38 45 48 57 65 76
压力容器题库--安全使用管理和法律法规及问答
三、安全使用与安全操作1.以下选项中,( D )不是压力容器的使用情况记录资料。
A. 定期检验、定期自行检查的记录B. 日常使用状况记录C. 特种设备运行故障和事故记录D. 设备的制造记录2.特种设备使用单位应当对在用特种设备的(安全附件)、安全保护装置、测量调控装置及有关附属仪器仪表进行定期检验、检修,并作出记录。
3.压力容器使用单位申请办理使用登记,应当(逐台)填写《压力容器登记卡》一式2份,并同时提交压力容器及其安全阀、爆破片和紧急切断阀等安全附件的有关文件,交于登记机关。
4.压力容器安全状况等级发生变化时,使用单位应当在变化后( 30天)内持有关文件向登记机关申请变更登记。
5.压力容器拟停用( 1年)以上的,应封存容器。
6.压力容器应当在封存后( 30天)内向登记机关申请报停,并将使用登记证交回登记机关保存。
压力容器应经过(定期检验),申请启用,领取使用登记证后才可重新启用。
8.使用压力容器单位的(技术负责人),必须对压力容器的安全技术管理负责。
9.使用单位必须贯彻压力容器有关的法规,编制本单位压力容器的安全管理规章制度及(安全操作规程)。
10.使用单位必须建立《压力容器技术档案》,(每年)应将压力容器数量和变动情况的统计报表报送主管部门和当地安全监察部门。
11.每台压力容器都应有(专职)的操作人员。
12.压力容器专职操作人员应经过技术考试合格,取得相应的(特种设备作业人员证),方可上岗操作。
13.压力容器操作人员应按照(安全操作规程)的规定,正确操作使用压力容器。
14.以下选项中,( A )不是压力容器操作人员应认真填写的记录。
A. 加班时间记录B. 操作记录C. 运行记录D. 生产工艺记录15.压力容器及其装置在进料前要(关闭)所有的放空阀门。
16.压力容器使用压力的控制要点主要是控制其不超过(最高工作压力)。
17.高温下使用的压力容器,主要控制其(最高工作温度)。
18.低温下使用的压力容器,主要控制其(最低工作温度)。
《压力容器安全技术监察规程》
《压力容器安全技术监察规程》质技监局锅发[1999]154号表3-1 液化气体压力容器的设计压力2、固定式液化石油气储罐的设计压力应按不低于50℃时混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定,设计单位应在图样上注明限定的组分和对应的压力。
若无实际组分数据或不做组分分析,其设计压力则应不低于表3-2规定的压力。
表3-2 混合液化石油气压力容器的设计压力第35条设计储存容器,当壳体的金属温度受大气环境气温条件所阻碍时,其最低设计温度可按该地区气象资料,取历年来月平均最低气温的最低值。
月平均最低气温是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数。
月平均最低气温的最低值,是气象局实测的10年逐月平均最低气温资料中的最小值。
全国月平均最低气温低于等于零下20℃和零下10℃的地区见附件二。
第36条盛装液化气体的压力容器设计储存量,应符合下列规定:1、介质为液化气体(含液化石油气)的固定式压力容器设计储存量,应按照下式运算:W=фVρt式中W--储存量,t;ф--装量系数,一样取0.9,对容器容积经实际测定者,可取大于0.9,但不得大于0.95;V --压力容器的容积,m3;ρt--设计温度下的饱和液体密度,t/m3。
2、介质为液化气体的移动式压力容器罐体承诺最大充装量应按照下式运算:W=фvVW- -罐体承诺最大充装量,t;фv--单位容积充装量,按介质在50°C时罐体内留有8%气相空间及该温度下的介质密度确定,t/m3V--罐体实际容积,m3。
移动式压力容器罐体常见介质的设计压力、腐蚀裕量、单位容积充装量按表3-3选取。
第37条设计盛装液化石油气的储存容器,应参照行业标准HG2 0592~20635的规定,选取压力等级高于设计压力的管法兰、垫片和紧固件。
使用法兰连接的第一个法尘密封面,应采纳高颈对焊法兰、金属缠绕垫片(带外环)和高强度螺栓组合。
表3-3 常见介质的设计压力、腐蚀裕量、单位容积充装量第38条移动式压力容器上一样不得安装用于充装的设施,液化气体罐车内严禁装设充装泵。
电焊技师试卷2
一、判断题(共130题,每题0.25分,满分32.5)。
1:1:2:61. 异径弯头的作用是改变管路的方向和连接两段公称直径不相同的管子。
2. 焊接结构不可以在同一个零件上,根据不同要求采用不同的材料或分段制造来简化工艺。
3. 焊速过慢会使焊缝变宽.余高增加。
4. 焊接性可分为冶金焊接性和使用焊接性。
5. 钢的退火过程没有组织变化。
6. 20g中的“g”表示按国家标准制造。
7. 使用偏心焊条进行焊接时,电弧会偏向药皮较薄的一边。
8. CO2气体保护焊接中厚板时,通常采用V形坡口,以多层焊道完成。
9. 特殊性能钢含合金元素较高。
10. 焊缝辅助符号“v”表示焊缝表面凹陷。
11. 焊条药皮的保护作用不包括气保护。
12. 热丝钨极氩弧焊的熔敷速度一般为通常所用的冷丝的2倍。
13. 焊接耐热钢和耐候钢。
可以不考虑焊缝金属与母材化学成分一致或相似。
14. 化学性爆炸只需存在可燃物质就可发生。
15. “WS-300”是一种手工交流钨极氩弧焊机。
16. 超声波探伤是利用超声波在不同介质的界面上能发生反射来检验工件内部质量的一种方法。
17. 焊缝中裂纹的显露与射线方向无关。
18. 钎焊时,由于采用了钎剂,所以工件表面无论有多少油污都不必去除。
19. 依法成立的合同,自成立后30日内生效。
20. 低温下由缺陷引起的应力集中将增加结构低温脆性破坏倾向。
21. 对于低碳及超低碳马氏体不锈钢,焊接裂纹敏感性大,在通常的焊接条件下需要采取预热或后热。
22. 焊接低合金高强钢时,应尽量选择高强度的焊接材料。
23. 对于电路中的任一节点,流经节点的电流代数和恒为零。
24. 阶梯剖的标注与旋转剖的标注要求不相同。
25. 焊接缺陷对质量的影响。
主要是对结构负载强度和耐腐蚀性能的影响。
26. 对于板厚在30mm以上的16Mh钢采用CO2气体保护焊时,其预热温度为1O0~150℃27. 在零件图上标注表面粗糙度符号时,要求做到“仔细”和“认真”。
使用SW6―2011计算压力容器开孔补强的几个问题-2019年文档
使用SW6―2011计算压力容器开孔补强的几个问题-2019年文档使用SW6―2011计算压力容器开孔补强的几个问题0 引言为满足工艺或结构需要,在压力容器设计中开孔是必不可少的。
容器开孔接管后会引起开孔或接管部位的应力集中,再加上接管上会有各种外载荷所产生的应力及热应力,以及容器材料和制造缺陷等各种因素的综合作用,使得开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位。
虽然标准和规范对设计和计算都作了较为详细的规定,但在使用SW6-2011过程设备强度计算软件计算开孔补强时需要注意对标准规范中有关定义的理解和把握,灵活运用软件,必要时对有关数据进行调整,才能得到正确的结论,保证设备的安全可靠性。
1 补强方法及适用范围1.1 计算时应注意的问题在使用SW6-2011计算开孔补强之前要先判断接管的直径和壁厚是否满足GB150.3-2011中6.1.3不另行补强的最大开孔直径[1]的要求,满足要求的可以不进行计算,没有进行判断直接输入数据的,生成计算书会显示满足不另行补强的最大开孔直径的要求,不予进行计算。
还需要注意的是单个孔开孔补强计算合格,然而该孔的有效补强区B=2d范围内还有其他开孔,形成孔桥的,则应按孔桥处理。
在计算两相邻开孔中心的间距或者任意两孔中心的间距时对曲面间距应按弧长计算,按照弦长或中心线垂直距离计算是不正确的。
1.2 补强计算方法及适用范围的理解SW6-2011补强计算方法给出四种:等面积补强法、另一补强方法、分析方法和压力面积法。
计算软件中的等面积补强法是指单个开孔的等面积法,联合补强法是指多个开孔的等面积法。
等面积法是开孔补强计算方法中最广泛应用的计算方法,该法是以补偿开孔局部截面的一次拉伸强度作为补强准则的,是以无限大平板上开有小圆孔时孔边的应力集中作为理论基础的,即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力,对开孔边缘的二次应力的安定性问题是通过限制开孔形状,长短径之比和开孔范围(开孔率)间接考虑的[2],使用该法应考虑开孔是否满足GB150.3-2011中6.1.1的规定。
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。
压力容器圆筒大开孔补强计算方法
压力容器圆筒大开孔补强计算方法发布时间:2021-01-11T03:40:42.338Z 来源:《中国科技人才》2021年第1期作者:袁甜[导读] 由于受到工艺技术操作的影响,压力容器圆筒施工中,极易产生壳体大开孔问题。
压力容器壳体大开孔,主要是由于开孔接管位置应力复杂,导致承压能力下降。
中石油华东设计院有限公司北京分公司摘要:由于受到工艺技术操作的影响,压力容器圆筒施工中,极易产生壳体大开孔问题。
压力容器壳体大开孔,主要是由于开孔接管位置应力复杂,导致承压能力下降。
受到开孔接管结构内压作用,将会影响壳体和接管链接位置结构几何,此时会导致相关区域高应力集中,从而引发较多安全问题。
为了避免出现上述问题,此次研究主要探讨分析压力容器圆筒大开孔补强计算方法,希望能够对相关人员起到参考性价值。
关键词:压力容器;圆筒大开孔;补强计算现阶段,由于多数工程复杂,并且特殊性工艺,部分压力容器需要开孔接管,使原容器应力状态发生变化。
针对柱壳容器,在开孔之后,接管弹性约束会阻碍孔口椭圆化,造成容器主管开孔周边为薄膜应力状态,干扰环向力和轴向力,从而产生扭矩力和弯矩力。
接管轴向力可以应用到容器孔上,此时容器开孔孔边会受到横向剪力影响,容器孔口边缘还会影响接管管壁周边变形,从而遭受反作用力。
所以必须按照应用标准,分析开孔补强处理工艺。
1、常见圆筒开孔补强计算方法1.1等面积法对于等面积法来说,属于美国、日本和中国标准应用的计算方法。
处理原则在于对开孔局面截面拉伸强度进行补偿。
补强处理只是针对静强度问题,只需要计算开孔边缘拉伸强度补强,没有注重开孔边缘弯曲应力、峰值应力。
圆筒大开孔之后,孔口边缘会产生弯曲应力。
圆筒大开孔后,孔口边缘会产生较大弯曲应力,因此无法计算大开孔补强。
1.2压力面积法在应用压力面积法时,可以在有效补强范围内,计算由于内压作用产生荷载和受压元件的抗拉载荷力。
补强计算只是针对开孔部位拉伸强度,计算形式不同。
【精品】管、开孔及其补强结构
1.接管•接管是压力容器与介质输送管道或仪表、安全附件管道等进行连接的附件•常用的接管有三种型式,即螺纹短管、法兰短管与平法兰。
螺纹短管式接管是一段带有内螺纹或外螺纹的短管。
短管插入并焊接在容器的器壁上。
短管螺纹用来与外部管件连接。
这种型式的接管一般用于连接直径较小的管道,如接装测量仪表等。
法兰短管式接管一端焊有管法兰,一端插入并焊接在容器的器壁上。
法兰用以与外部管件连接。
这种型式的接管在容器外面的一段短管要求有一定的长度,以便短管与外部管件连接时能够顺利地穿进螺栓和上紧螺帽,这段短管的长度一般不小于100毫米.当容器外面有保温层时,或接管靠近容器本体法兰安装时,短管的长度要求更长一些。
法兰短管式多用于直径稍大的接管。
平法兰接管是法兰短管式接管除掉了短管的一种特殊型式。
它实际上就是直接焊在容器开孔处的一个管法兰。
不过它的螺孔与一般管法兰的孔不同,是一种带有内螺纹的不穿透孔.这种接管与容器的连接有贴合式和插入式两种型式,贴合式接管有一面加工成圆柱状(或球状),使与容器的外壁贴合,并焊接在容器开孔的外壁上,因而容器的孔可以开得小一些,但圆柱形的法兰面加工比较困难。
插入式法兰接管两面都是平面,它插入到容器壁内表面并进行两面焊接.插入式接管加工比较简单,但不适宜用于容器内装有大直径部件(如塔板)的容器上.平法兰式接管的优点是它既可以作接口管与外部管件连接,乂可以作补强圈,对器璧的开孔起补强作用,容器开孔不需另外再补强,缺点是装在法兰螺孔内的螺栓容易被碰撞而折断,而且一旦折断后要取出来则相当困难。
2。
开孔。
为了便于检查、清理容器的内部,装卸、修理工艺内件及满足工艺的需要,一般压力容器都开设有手孔和人孔.手孔的大小要使人的手能自山通过,并考虑手上还可能握有装拆工具和供安装的零件。
一般手孔的直径不小于150亳米。
对于内径1000mm的容器,如不能利用其它可拆除装置进行内部检验和清洗时,应开设人孔,人孔的大小应能使人能够钻入。
开孔补强-专业文档!
目录1前言及概念错误!未定义书签。
开孔补强的适应范围和方法 ..................................... 错误!未定义书签。
满足开孔条件时,可采用的三种补强方法........... 错误!未定义书签。
开孔补强的目的............................................................ 错误!未定义书签。
补强结构(补强元件类型) ............................................ 错误!未定义书签。
加强管补强.................................................................. 错误!未定义书签。
整体锻件补强............................................................. 错误!未定义书签。
加强圈的补强............................................................. 错误!未定义书签。
壳体开孔的有关规定................................................... 错误!未定义书签。
允许不补强时开的最大孔直径.............................. 错误!未定义书签。
壳体上允许开的最大孔直径d max .......................... 错误!未定义书签。
等面积补强计算方法................................................... 错误!未定义书签。
各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类) .错误!未定义书签。
等面积补强的原则.................................................... 错误!未定义书签。
浅谈常规压力容器的开孔补强设计
浅谈常规压力容器的开孔补强设计摘要:在压力容器上开孔,将会使压力容器的承压能力降低,在其设计工艺条件下会产生危险,因此压力容器开孔后需进行补强,本文介绍了压力容易开孔补强的两种方法和应注意的问题,并针对实例进行了计算演示。
关键词:压力容器补强开孔随着化工行业的发展,压力容器在化工厂中越来越普遍,其安全性也越来越受到重视。
开孔补强设计是压力容器设计中必不可少的一部分,标准和规范中虽然对设计和计算都作了较为详细的规定,但安全、经济、合理的设计仍是摆在我们面前的一个课题。
一旦计算有误就会造成容器的破坏,甚至引起工作人员的伤害,或者造成经济上的浪费。
按照GB150-1998《钢制压力容器》规定,在压力容器的设计过程中,应采用适当的开孔补强设计。
下面就对压力容器的开孔补强进行分析。
一、开孔补强方法的选择1.压力面积法压力面积是西德AD规范中采用的开孔补强方法,其开孔率可达0.8,较等面积法为大。
当开孔率超出等面积法适用范围时,常采用该法进行补强:压力面积法的意义如下。
式中,AP-为补强有效范围内的压力作用面积;Aσ-为补强有效范围内的壳体、接管、补强金属的截面积;P-设计压力;[σ]-材料许用应力公式(1)是以在壳体有效补强区域中的压力载荷与壳体的承载能力相平衡为基础的,即压力在壳体受压面积上形成的载荷与有效补强范围中的壳体、接管、补强材料的面积所具有的承载能力相平衡。
由式(1)的变形得出式(1a):式中左端项即压力在壳体受压面积上形成的载荷。
式中右端项为材料所具有的承载能力材料的承载能力,应大于压力引起的载荷,所以使用不等号相联接。
右端项中是由于采用“中径”公式的缘故。
2.等面积补强法等面积法是以拉伸的开孔大平板为计算模型的。
但随着壳体开孔直径增大,开孔边缘不仅存在很大的薄膜应力,而且还产生很高的弯曲应力,故该方法不能相适应。
补强计算时,在有效补强范围内的所有多余面积(即有效厚度提供的面积扣除壳体或接管本身强度所需的面积)均可作为补强面积。
压力容器的开孔与补强
压力容器的开孔与补强本章重点内容及对学生的要求:回转壳体上开小孔造成的应力集中;开孔补强的原则、补强结构和补强运算;不另行补强的要求;GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。
第一节 容器开孔邻近的应力集中1、 有关概念(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阻碍: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,开孔后按弹性方法运算出的最大应力为σmax ,则弹性应力集中系数为: σσmax =t K (1) 压力容器设计中关于开孔咨询题研究的两大方向是:研究开孔应力集中程度,估算Kt 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 su bjected to uniform tension设有一个尺寸专门大的巨型薄平板,开有一个圆孔,其小圆孔的应力集中咨询题能够利用弹性力学的方法进行求解。
承担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,孔邻近的应力重量为: ⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a ra 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,球壳受双向平均拉伸应力作用时,孔边邻近任意点的受力为: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,则孔边邻近任意点的受力为: ⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=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 h ole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求
详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求作者:顾建美来源:《中国科技博览》2018年第31期[摘要]压力容器为一种具有承载压力的密闭设备,因为其特殊工艺,不可避免的需要在容器上进行开孔,设备上开孔必定会对设备的整体强度进行削弱,并且还会对开孔的边缘产生一定的应力集中。
所以进行开孔补强成为了压力容器设计的一个重要手段,补强有哪些规定以及限制,本文将着重进行解析。
[关键词]压力容器;开孔补强;等面积法;限制因素中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)31-0275-01引言压力容器上的开孔不仅影响结构强度,还会因为接管有着各种载荷所产生的应力、温度应力,以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用,往往是造成容器破坏的根源,所要解决这些问题,就必须了解开孔补强中的规定以及要求。
1.压力容器补强结构解析与一般规定压力容器的补强结构可分为:补强圈搭焊结构和整体补强结构。
1.1 补强圈搭焊结构补强当容器采用补强圈搭焊结构时,其应当符合的基本的条件为,容器壳体名义厚度不得大于38mm;补强圈的材料厚度不得大于1.5倍容器壳体的厚度尺寸;使用低合金钢的标准抗拉强度应当小于540MPa。
若条件许可,优先举荐使用厚壁管代替补强圈进行补强。
当容器为低温压力容器的时候,补强接管应当尽可能采用后壁管进行补强,焊接焊缝应当使用全焊透结构,且焊缝圆滑过渡;带补强板的接管与容器器壁的连接接头应当符合相当于HG/T20583中的G28、G29、G30、G33的要求。
补强板采用与器壁相同的材料,带补强板的结构不得用于容器器壁厚度大于30mm的场合,也不适用于设计温度低于-40°的场合。
带补强圈的接管与壳体的连接,以及补强圈与壳体搭接的角焊接头壳采用GB150中所示结构进行,且接管端部应与容器表面齐平,端部内角应当打磨成R不小于3mm的圆角。
补强圈虽然结构简单,易于加工,但是补强效果较差,补强圈与壳体之间的间隙不可避免,同时虽然补强圈上设有排气孔,但是补强圈结构在最终的热处理后应力缺很复杂。
- 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)。
将开孔系数
(2) 椭圆封头上开孔的 K.
中的
n
改用
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
④曲线适用条件: 30
n
图 12-13 球壳 内入
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
利用弹性力学理论解知
(2)
孔边缘处的应力特点: ①r=a 时
2. 双向拉伸时的应力分析:
大
2.5
r=a
0 0
2q max
处的分布规律:
倍.( q2
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,系电,力根保通据护过生高管产中线工资敷艺料设高试技中卷术资配0料不置试仅技卷可术要以是求解指,决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高高与中中带资资负料料荷试试下卷卷高问总中题体资,配料而置试且时卷可,调保需控障要试各在验类最;管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下,安与要全过加,度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高;试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中,核资或对料者定试对值卷某,弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试,.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置,弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误,试高要方中求案资技,料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高,术料课中并中3试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术,管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高,案中为;资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资,管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装,工置合作调理并试利且技用进术管行,线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确:指灵在导活分。。线对对盒于于处调差,试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷,术调应问试采题技用,术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔,变开需压处要器理在组;事在同前发一掌生线握内槽图部内纸故,资障强料时电、,回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资,料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而,与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检,卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。
非径向接管:轴线与壳体半径不同方向
(2)定义: K 设备实际最大应力 壳体基本薄膜应力
pDi 4 n
pDi 4 n
(2)应力集中系数曲线: ①曲线形成: 由理论与实践综合绘出
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 nt n 改用 nt n nt 为接管厚度, nt 为加强后的厚度
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)
(1)当
(2)
r=a
时
rr
0 0
q2 (3 2 cos 2 )
在孔边缘
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
②特点:孔口处的 分布规律:
1 2 q1
当
当
1 2
0、时, min q2
2
)
r
时,
r 0 (12 8)
max
q2
2
(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 分布规律
2.双向受拉伸时的应力分析
3
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,系电,力根保通据护过生高管产中线工资敷艺料设高试技中卷术资配0料不置试仅技卷可术要以是求解指,决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高高与中中带资资负料料荷试试下卷卷高问总中题体资,配料而置试且时卷可,调保需控障要试各在验类最;管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下,安与要全过加,度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高;试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中,核资或对料者定试对值卷某,弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试,.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置,弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误,试高要方中求案资技,料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高,术料课中并中3试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术,管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高,案中为;资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资,管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装,工置合作调理并试利且技用进术管行,线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确:指灵在导活分。。线对对盒于于处调差,试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷,术调应问试采题技用,术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔,变开需压处要器理在组;事在同前发一掌生线握内槽图部内纸故,资障强料时电、,回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资,料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而,与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检,卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。
二.薄球壳开小孔的应力分析
(12-1)式
孔边缘处的应力 rr
②r=a 时 孔边缘处的周向应力分布特点:
0 0
q(1 2 cos 2 )
当 0、时,平行于q方向的 q
当
2
时,垂直于q方向的
③r>a 时 随 r 的增大而迅速减小.由(12-1)式可知.
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
当
当
当 0、时,在长轴两端 min q1
当
2
0、时,在长轴两端:
2
时,在短轴的两端
时,在短轴两端:
(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 分布规律(特点)
由(12-10)可知: 在长轴的两端
2.应力解:
3.孔边缘处的应力特点:
a2 r2
a2 r2
r=a
时,孔边缘应力 rr
②孔边缘应力 =孔区域薄膜应力 q 的 2 倍.
/ D 较小, q1 2q2 ( 2 )
利用 q1 2q2 代入(12-4)可知(12-6)
说明: max 比孔口区域筒壳中
在短轴的两端
说明:开椭圆孔时,最大应力在孔边缘 0、 处(在长轴两端)
q2 2q1
max
min
max
min
q2 (1
q2
q2 (1
q1 (1
§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
3q
1
1.分析对象: q1D较q2小 q
2.孔区附近的应力解
3.
球半径R较大
在开孔区域的壳近似板
利用 q1 q2 q 代入(12-4)可知(12-5),即
r
r 0ຫໍສະໝຸດ q1 q1
孔边缘处的应力特点:①当
四. 圆筒壳开小孔 1.分析对象: k 较大,
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,系电,力根保通据护过生高管产中线工资敷艺料设高试技中卷术资配0料不置试仅技卷可术要以是求解指,决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高高与中中带资资负料料荷试试下卷卷高问总中题体资,配料而置试且时卷可,调保需控障要试各在验类最;管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下,安与要全过加,度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高;试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中,核资或对料者定试对值卷某,弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试,.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置,弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误,试高要方中求案资技,料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高,术料课中并中3试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术,管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高,案中为;资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资,管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装,工置合作调理并试利且技用进术管行,线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确:指灵在导活分。。线对对盒于于处调差,试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷,术调应问试采题技用,术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔,变开需压处要器理在组;事在同前发一掌生线握内槽图部内纸故,资障强料时电、,回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资,料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而,与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检,卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。