压力容器上水平接管的应力分析

１ 压 力 容 器 水 平 接 管 应 力 分 析
６ ， 法 兰 的 形 式 是 ＷＮ １ ０ ０ （ Ｂ） 一 １ ６ Ｒ Ｆ， 集 中 载 荷 也 就 是 法 兰
在 不 考 虑 附加 载 荷 （ 如设备接管外接管道 ， 设 备 内外
的质 量是 ４ ． ５ Ｋ ｇ 一４ ５ Ｎ， 外伸 ５ ０ ０ ａ ｒ ｍ。
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现 代 制 造技 术 与 装备
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压力 容 器上 水平 接 管 的应力 分析
王 成 也 孙 成 波 徐红旗 ｚ
（ １ ． 山东 旭 洋 机械 集 团 股份 有 限公 司 ， 临沂 ２ ７ ６ ０ ２ ３ ； ２ ． 临沂 市科 学 技 术合 作 与 应用 研 究院 ， 临沂 ２ ７ ６ ０ ０ ０）
一
般 工 程 上许 用 弯 曲应 力 近 似许 用 拉 应 力 即许 用 应
力。
抗 弯截 面模 量 ： Ｗｚ ＝ 叮 ｒ （ Ｄ ４ － ｄ ） ／ ３ ２ Ｄ ＝ ×（ １ ０ ８ ４ － ９ ６ ） ／ ３ ２×
１ ０ ８ ＝ ４． ６ ４ ６×１ ０ ｍ
最 大 弯 曲 应 力 ： 盯一＝ Ｍ １ ａ ｘ ， ｗｚ ＝ ２ ２ ． ５ ／ ２ ． ５ ０ ９ ×１ ０ Ｎ ／ ｍ
（ １ ） 可 以把 接 管 ， 法兰结构看成悬 臂梁 ： 法 兰 是 集 中 载荷 ， 可 画 出剪力 图和 弯矩 图 ， 如 图 ２所 示 。
Ｘ
从 表 ｌ中 可 以 看 出 直 径 越 大 ， 最 大 弯 曲 应 力 越 小 ， 都
远远 小 于许 用 弯 曲应力 。 从 设 备本 体 考虑 不需 加 支撑 ， 但 考 虑 到外 管道 载 荷 作
忽 略法 兰 的集 中载 荷 ， 受均布载荷 Ｐ ， Ｐ ＝接管 的重 量 ， 可 以
画出剪 力 和弯 矩 图 ， 见图３ 。
图 ２ 剪 力和 弯 曲图
剪 力方 程 ： Ｑ ＝ ｐ Ｘ（ ｏ＜ｘ＜Ｌ ）
剪 力方 程 ： Ｑ ＝ ｐ （ ０＜ｘ＜Ｌ）
弯 矩方 程 ： Ｍ＝ 一 １ ／ ２ ｑ Ｘ （ ０ ≤ｘ＜Ｌ） 从 剪力 图和 弯矩 图 以及 剪力 方 程 和弯 矩 方程 看 ， 剪 力
ｓ ｅ ｖｉ ｒ ｃ ｅ ａ ｒｅ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｈｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ
用 可 以加 支 撑 。 结论 ： 也 就 是 容 器 上 水 平 开 孔 直 径 越 大 的 不 需 考 虑 支
撑， 如 低温 容 器 加支 撑 附 加 载荷 过 多 反 而 不好 ， 低 温 容 器
结 构越 简单 越 好 。
（ ２ ）因 为容 器上 的接 管 不能 不考 虑 其本 身 垂直 载 荷 ，
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现 代 制 造技 术 与 装 备
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Ｓｔ ｕｄｙ ａｎ ｄ Ｄｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｉ ｏｎ ｏｎ ｔ ｈｅ Ｐｒ ｏ ｂｌ ｅ ｍ ｏｆ Ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｉ ｃ
ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ，ａ ｎｄ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｌ ｔ ｙ ａ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｏｐ ｉ ｎ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎｄ ｓ ｕ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ＣＮＣ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏｌ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ — ｓ ｌｅ ａ
Ｍ 一 ＝一 ＰＩ ＝ 一４５ × ０． ５ ＝一２ ２． ５Ｎｍ ．
压 力 载荷 时 ， 只 考虑 设 备本 体 ， 温差 应 力 ） 。压 力容 器上 水
平 接 管示 意 结构 如 图 １所 示 。
从 以上两 图可 以看 出 ， 危 险 截 面 出现 在 Ｂ点处 ， 也 就 是说 接管 与 容器 焊 接处 是危 险 处 。 强 度 校核 ： 已知 ２ ０ ＃， 许 用 应力 （ 在 常 温下 １ ５ ２ ＭＰ ａ ） 。
抗弯模量 Ｉ ｌ ｌ 最大弯曲应力 ＭＰ ａ 法 兰重 量 Ｋ ｇ
４． ６ ４ ６× １ ０ １ ． ２ １ ６ ９× １ ０ ４． ２ ８ ７× １ ０ ７． ５ ６ ０ ９× １ ０ ４ ０． ４ ８ ４ ３ ０． ３ ０ ８１ ６ ０． １ ９ ２ ４ ４ ０． １ ４ ５ ４ ９ ４． ５ ｋ ｇ ７． ５ ｋ ｇ １ ６． ５ ｋ ｇ ２ ２ ｋ ｇ
是 一 条直 线 ， 弯 矩是 抛 物线 。
弯 矩方 程 ： Ｍ＝ 一 Ｐ Ｘ（ ０ ≤Ｘ＜Ｌ） 从 剪 力 图 中看 ， 在 Ｌ长 的任 意截 面 上剪 力 都一 样 。从
弯 矩 图 中看 ， 最 大 弯 矩 出现 在 Ｂ点 。假 设接 管 是 ｄ ） １ ０ ８×
从 剪 力 图 和弯 矩 图危 险 截 面 出现 在 Ｂ（ 下转 第 ７ ６页 ）
摘 要 ： 本 文探 讨 了不 同直径 接 管 法 兰在 容 器上 ， 危 险点 出现 的位 置 和 应 力 大 小 ， 有 利 于 设计 者把 握 支撑
的位 置和 数 量 ， 避 免 出现 应 力 集 中 断 裂 事 故 的 发 生 。 关键词： 应 力 分 析 抗 弯 截 面 模 量 最 大 弯 矩
：
０． ４８ ห้องสมุดไป่ตู้３ Ｍ Ｎ／ ｍ ＜ １ ５２ Ｍ Ｐａ 。
下 列公 称 直径 下 、 ｌ ６公 斤带 颈 对 焊法 兰 ， 外伸 ５ ０ ０ ｍｍ 需 用 弯 曲应力 见 表 １ 。
表 １
图 １ 压 力容 器 上下 水 平 接 管结 构示 意 图
接管 ｍ ｍ
小１ ０ ８×６ 击１ ５ ９ Ｘ ７ 击２ ７ ３×８ 击３ ２ ５× ｌ ０