压力容器开孔补强中分析法、等面积法及压力面积法的对照

（ １ ） 当 圆 筒 内径 Ｄ． １ ５ ０ ０ ｍｍ， ｄ ｏ ｐ ＜Ｄ． ＿ ／ ２ 且 ｄ ｏ ｐ ＜ ５ ２ ０ ｍｍ， 圆 筒 内径Ｄ ＞１ ５ ０ ０ ｍｍ，ｄ ｏ ｐ ＜ ＿ Ｄｉ ／ ３ 且
ｄ （ ． 。 ＜１ ＿ ０ ０ ０ ｍｍ；
（ ２ ） 凸形 封 头或 球 壳 的开孔 的 最大 直径 ｄ 。 Ｄ． ／ ２ （ ｄ ｏ 。 为 开孔 直径 ，Ｄ ． 为壳体 的 公称 直径 ）；
比 较 大 。 由 于 补 强 圈 并 未 和 壳 体 、 接 管 形 成 整 体 ，之 间存 在 着 一 层 静 止 的 间 隙 ，传 热 效 果 差 ， 容 易 引起 温 差应 力 ，补 强 圈 和壳 体 相 焊 时 ，此 处
ｌ 等面 积法
该 方 法 是 基 于 采 用 无 限 大 平 板 开 小 孔 的 原 理 为 基 础 的 ，仅 考 虑 容器 壳体 的一 次 拉 伸 薄 膜 应 力 ， 以 补 强 壳 体 的 一 次 总 体 平 均 应 力 为 补 强 准 则 。适 用 于 压 力 作 用 下 壳体 和 平 封 头 的 圆形 、椭 圆形 或 长 圆 形 开 孔 ， 当在 壳 体 开 椭 圆形 或 长 圆形
承 压 设 备 壳 体 开 孔 以后 ，一 般 需 设 置 接 管 和 人 孔 ，但 孔 边 存 在 三 种 应 力 ：① 局部 薄 膜 应 力 。
孑 Ｌ 时 ，孔 的长 径 与椭 圆 之 比应 不大 于２ ，且 适用 范 围：
壳 体 开 孔 后 ，开 孔 边缘 附近 应 力分 布 很 不 均 匀 ， 在 离 开 边 缘 较 远 处 应 力 几乎 没 有 变 化 ，增 大 的应
压力容器设计技术 方面工作。 Nhomakorabea ４ 一 ■ 论文广场
一
石 ２ Ｏ 油 １ ６ 和 年 化 第 工 １ ９ 设 卷 备
别 为等 效应力 校核 和补 强结 构尺 寸校核 。
３压 力面积 法补 强 压 力 面 积 法 是 联 邦 德 国压 力 容器 和 蒸 汽 锅 炉 技 术 规 程 中采用 的开 孔 补 强 方 法 ，适 用 于 开 孔 率 不 大于 ０ ． ８ 的结 构情 况 。 在我 国压 力 面 积法 还 不 能 作 为压 力 容器 设 计 开 孔 补 强 的合 法 依 据 ， 当开 孔 超过 Ｇ Ｂ１ ５ ０ 规 定的要 求时 ，只 能作为 参考 使用 。 ４压力面 积 法和等 面积 法的 相同点 压 力面 积 法 和 等 面积 法 都 是 基 于 静 力 平 衡 ，
补 强 圈补强 是使 用 最为 广泛 的 结构 形式 ， 具 有 结 构 简 单 、制 造 方 便 、原 材 料 易解 决 （ 一 般 取 与被 补 强壳 体 同材 质 、 同厚 度 ），虽 然 有 一 定 的补 强 效 果 ，但 和 其 他 补 强 结 构相 比 ，补 强 区过 于 分散 ，补 强 效 率 不 高 ，补 强 后 的应 力 集 中 系 数
的 刚 性 变 大 ，对 角 焊缝 的冷 却 收 缩 起较 大 的约 束 作 用 ，容 易 在焊 缝 处产 生 裂 纹 ，虽 然 降低 了接 管
处 的 峰 值应 力 ，但 外 形 尺 寸 的 突 变 ， 引起 了补 强
作者简介 ：张峰 （ １ ９ ７ ２ 一），男，浙江人，本科，工程师。从事
第１ ］ 期
一 ３一
压力容 器 开孔补强 中分析法 、等面积 法及
压力面积法 的对 照
张峰
（ 昆 山 台佳 机 电有 限公 司 ， 江 苏 昆 山 ２ １ ５ ３１ ６ ）
［ 摘 要］ 压力容 器设计 中，开孔补强是经常遇到 的问题 ，设 计人 员大都采用等面积法计算 ，遇到 大开孔超过等面积法规 定 要 求 时，采用压 力面积 法和分析 法计算 。本文通过 分析 比较 ， 阐述 了压力 面积 法 、分析 法 、等 面积法的 补强原理及其 差 异 ，注意这三种 方法不适用有 疲劳强度 计算的开孔补强计算。 ［ 关键词］ 开孔 补强；等 面积 法；压 力面积 法；分析 法
（ ３ ） 锥形 封 头 的最 大开 孔 直 径ｄ 。 。 Ｄｉ ／ ３ ，Ｄｉ 为 开 孔 处 中心锥 壳 内直径 。 要 求 满 足 开 孔 上 述 条 件 时 才 能 使 用 等 面 积 法 ，包 括 补 强 圈补 强 、整 体锻 件 补 强 、整 体 加 厚
壳体补 强 。 Ｉ ． １ 补 强 圈补强
力 则 集 中在 开 孔 边 缘 ， 由此 在 开 孔 边 缘 引起 较 大 的 局 部 薄 膜 应 力 。② 弯 曲 内力 。相 贯 的两 壳 体 在 压 力 载 荷 作 用 下 ， 各 自产 生 的径 向膨 胀 不 一 致 ， 为 使 两 部 件 在连 接 点变 形 协 调 ，必 然 产 生 一 组 自 平 衡 边 界 内力 ，这 些 边 界 内力 将 在 壳 体 的 开 孔 边 缘 和 接 管 的 端 部 引起 局 部 的弯 曲应 力 。⑧ 峰 值 应 力 。 在 壳 体 开孔 边 缘 与 接 管 的 连 接 处 还 会 产 生 一 种 由 于应 力集 中现 象 造 成 的 分 布 范 围 很 小 、 而 数 值 可 能较 高 的沿 壁 厚 非 线 性 分 布 的 应 力 ， 在 该 应 力 峰值 中超 过 一 次 应 力 和 二 次 应 力 的增 量 部 分就 是 峰值 应力 。 因 此 ， 设 计 压 力 容 器 的 开 孔 ， 补 强 计 算 是 最 经 常碰 到 的 问题 之 一 。ＧＢ１ ５ ０ 范 围 内 ，等 面 积 法 是 设计 人 员普 遍 采 用 的 计 算 方 法 ，但 是在 某 些 设 备 中 由于 工 艺 的要 求 ， 可 能 要 开较 大 的孔 ，超 过 了ＧＢ１ ５ ０ 规 定 范 围 的要 求 ， 工 程 上称 大开 孔 。 大 开 孔 存 在 上 述 三 大 应 力 ， 目前 针 对 大开 孔 的计 算 ，工程上 采用 压力 面积 法 。