压力容器设计_开孔及补强设计ppt课件

1、埏埴以为器，当埏埴以为器，当其无，有器之用。其无，有器之用。 第二节第二节 开孔及补强设计开孔及补强设计第三章 压力容器的整体设计问题开孔带来的问题开孔带来的问题破坏了原有的应力分布并引破坏了原有的应力分布并引起应力集中起应力集中接纳处构成构造不延续应力接纳处构成构造不延续应力壳体与接纳衔接的小圆角处壳体与接纳衔接的小圆角处的应力集中的应力集中弹性应力集中系数弹性应力集中系数maxtK.一、开孔应力集中及应力集中系数一、开孔应力集中及应力集中系数一开孔应力集中一开孔应力集中 最大应力在孔边，是应力集中最严重的地方。最大应力在孔边，是应力集中最严重的地方。孔边应力集中有部分性，衰减较快。孔边应力

2、集中有部分性，衰减较快。二开孔并带有接纳时的应力集中二开孔并带有接纳时的应力集中 三应力集中系数的计算三应力集中系数的计算 mmmmmrRrRTR T.第三章 压力容器的整体设计问题二、开孔补强设计的要求二、开孔补强设计的要求一允许不另行补强的最大开孔直径一允许不另行补强的最大开孔直径 不另行补强的接纳最小厚度 mmGB150规定：规定：.二最大开孔的限制二最大开孔的限制 GB150对开孔最大直径的限制：对开孔最大直径的限制：a. 圆筒上开孔的限制：圆筒上开孔的限制：内径Di1500mm时，开孔最大直径d ，且d520mm；iD21内径Di1500mm时，开孔最大直径d ，且d1000mm。

3、iD31b. 凸形封头或球壳上开孔最大直径凸形封头或球壳上开孔最大直径d iD21。 第三章 压力容器的整体设计问题.c. 锥壳或锥形封头上开孔最大直径锥壳或锥形封头上开孔最大直径d ，Di为开孔中心处的锥壳内直径。为开孔中心处的锥壳内直径。iD31d. 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头外表。线宜垂直于封头外表。GB150对开孔最大直径的限制：.三补强构造三补强构造部分补强部分补强补强圈补强补强圈补强厚壁接纳补强厚壁接纳补强整锻件补强整锻件补强第三章 压力容器的整体设计问题整体补强整体补强添加筒体和封头的壁厚添加筒体和封头的

4、壁厚1.高强度钢b540MPa和铬钼钢制造的容器；2.补强圈的厚度超越被补强件壁厚的1.5倍或超越tmax碳钢tmax32mm；16MnR tmax30mm；3.设计压力大于等于4MPa；4.设计温度大于350；5.容器壳体壁厚大于等于38mm；6.极度、高度危害介质的压力容器；7.疲劳压力容器。.a缺陷：缺陷：2与壳体采用搭接衔接，与壳体采用搭接衔接，难以与壳体构成整体，抗疲难以与壳体构成整体，抗疲劳性能差。劳性能差。1补强圈补强补强圈补强构造：构造：补强圈贴焊在壳体与接纳衔接处，见补强圈贴焊在壳体与接纳衔接处，见a图。图。优点：优点： 构造简单，制造方便，运用阅历丰富；构造简单，制造方便，

5、运用阅历丰富；1与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上运用时，存在较大热膨胀差，在补强在中温以上运用时，存在较大热膨胀差，在补强部分区域产生较大的热应力；部分区域产生较大的热应力；第三章 压力容器的整体设计问题.中低压容器运用最多的补强构造，普通运用在中低压容器运用最多的补强构造，普通运用在静载、常温、中低压、静载、常温、中低压、资料的规范抗拉强度低于资料的规范抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于补强圈厚度小于或等于1.5tn、壳体名义厚度壳体名义厚度tn不大不大38mm的场所。的场所。运用：运用：HG21506-92，JB/T47

6、36-2002规范：规范：.2厚壁接纳补强厚壁接纳补强构造：构造：在开孔处焊上一段厚壁接纳，见在开孔处焊上一段厚壁接纳，见b图。图。特点：特点：补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中系数。接纳补强构造简单，焊缝少，焊接质量容易系数。接纳补强构造简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。检验，补强效果较好。b高强度低合金钢制压力高强度低合金钢制压力容器由于资料缺口敏感容器由于资料缺口敏感性较高，普通都采用该性较高，普通都采用该构造，但必需保证焊缝构造，但必需保证焊缝全熔透。全熔透。运用：运用：第三章 压力容器的整体设计问题全焊透全焊透.c3整

7、锻件补强整锻件补强 构造：构造： 将接纳和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与将接纳和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体和接纳焊接，见壳体和接纳焊接，见c图。图。补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低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，易探伤，质量易保应力集中系数；可采用对接焊缝，易探伤，质量易保证，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低证，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低1015%。重要压力容器，如核容器、资料屈重要压力容器，如核容器、资料屈服点在服点在500MPa以上的容器开孔及以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大受低温、高温、疲劳载荷

8、容器的大直径开孔容器等。直径开孔容器等。优点：优点：缺陷：缺陷： 锻件供应困难，制造本钱较高。锻件供应困难，制造本钱较高。运用：运用：第三章 压力容器的整体设计问题.四补强圈和焊接的根本要求四补强圈和焊接的根本要求a外补强平齐b内补强平齐c外补强内伸 d内外补强内伸图311 补强圈补强的根本方式 大多数中低压化工容器采用补强圈补强，最常用的是大多数中低压化工容器采用补强圈补强，最常用的是外补强的平齐接纳式，只需在仅靠单向补强缺乏以到达外补强的平齐接纳式，只需在仅靠单向补强缺乏以到达补强要求时才采用内外双面补强构造。补强要求时才采用内外双面补强构造。第三章 压力容器的整体设计问题.四补强圈和焊接

9、的根本要求四补强圈和焊接的根本要求第三章 压力容器的整体设计问题M10的螺纹孔 补强圈与接纳及与壳体的焊接是填角焊及搭焊，视补强圈与接纳及与壳体的焊接是填角焊及搭焊，视容器操作条件及设计要求决议能否全焊透。焊缝的成形容器操作条件及设计要求决议能否全焊透。焊缝的成形应圆滑过渡或打磨至圆滑过渡。应圆滑过渡或打磨至圆滑过渡。检查孔检查孔.五开孔补强的设计准那五开孔补强的设计准那么么指采取适当添加壳体或接纳厚度的方法将指采取适当添加壳体或接纳厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。应力集中系数减小到某一允许数值。开孔补强设计：开孔补强设计：开孔补强设计准那开孔补强设计准那么么弹性失效设计准那么弹性

10、失效设计准那么等面积补强法等面积补强法塑性失效准那么塑性失效准那么极限分析法极限分析法第三章 压力容器的整体设计问题.等面积补强计算等面积补强计算主要用于补强圈构造的补强计算。主要用于补强圈构造的补强计算。根本原那么：根本原那么：使有效补强的金属面积，等于或大于开孔使有效补强的金属面积，等于或大于开孔所减弱的金属面积。所减弱的金属面积。有效补强范围：有效补强范围：在一定范围内能起补强作用，除了此范在一定范围内能起补强作用，除了此范围，那么起不到补强作用。围，那么起不到补强作用。有效补强区：有效补强区： 见见P109图图3-12，矩形，矩形WXYZ。第三章 压力容器的整体设计问题.补强区宽度B=

11、2dB=d+2Tn+2tn两者中取大值补强区外侧高度h1=接纳实践外伸长度两者中取小值ndth 1补强区内侧高度h2=接纳实践内伸长度两者中取小值ndth 2第三章 压力容器的整体设计问题. 补强资料普通需与壳体资料一样，假设补补强资料普通需与壳体资料一样，假设补强资料许用应力小于壳体资料许用应力，那强资料许用应力小于壳体资料许用应力，那么补强面积应按壳体资料与补强资料许用应么补强面积应按壳体资料与补强资料许用应力之比而添加。假设补强资料许用应力大于力之比而添加。假设补强资料许用应力大于壳体资料许用应力，那么所需补强面积不得壳体资料许用应力，那么所需补强面积不得减少。减少。留意：留意：第三章 压力容器的整体设计问题.本节重点允许不另行补强的开孔情况；允许不另行补强的开孔情况；各种补强构造的特点；各