压力容器零部件设计---3开孔补强

1、三、开孔和开孔补强设计器壁器壁强度削弱：强度削弱：开孔造成局部应力集中和强度削弱； 不连续应力：不连续应力：壳体与接管形成结构曲率不连续，产生较大的附加弯曲应力； 局部应力：局部应力：壳体与接管拐角处不等截面过渡，引起很高的局部附加应力。 焊接缺陷和残余应力焊接缺陷和残余应力 峰值应力峰值应力开孔接管部位的应力集中开孔接管部位的应力集中容器大开孔与小开孔容器大开孔与小开孔v容器孔边应力集中的理论分析是容器孔边应力集中的理论分析是以无限大平板上以无限大平板上开开小圆孔为基础小圆孔为基础的，壳体曲率变化不计，因此，孔边的，壳体曲率变化不计，因此，孔边应力均为拉（压）应力。应力均为拉（压）应力。v大

2、开孔大开孔时，除有拉（压）应力外，还有很大的弯曲时，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。较大范围内破坏了壳体的薄膜应力状态。应力集中的特点应力集中的特点 所考虑失效模式所考虑失效模式:开孔在压开孔在压力作用下，局部高应力引起力作用下，局部高应力引起的开裂。的开裂。 开孔接管补强的目的：开孔接管补强的目的： 使孔边的应力峰值降低到允许值。避免该处高应力避免该处高应力水平引起开裂。水平引起开裂。 相关标准：HG/T21630 HGJ527-90 补强管 适用范围 两标准都规定了

3、适用范围为当量压力Pd6.4MPa，共分A、B、C、D、E五种。其中D、E型是削边过渡的，但其削边角度是45度，而不是常规的1:3削边处理。用厚壁管代替补强圈，用厚壁管代替补强圈，nt/n宜控制在宜控制在0.52.0。压力面积法压力面积法 6.1.3不另行补强的最大开孔直径：（表不另行补强的最大开孔直径：（表6-1）：）： a)p2.5MPa; b)两孔中心距不小于两孔直径之和，三个以上开两孔中心距不小于两孔直径之和，三个以上开孔，任意两孔间距不小于孔，任意两孔间距不小于2.5倍直径之和。倍直径之和。 c）do 89mm d) 接管直径满足表接管直径满足表5-1要求，腐蚀裕量未要求，腐蚀裕量未

4、1mm，大于大于1时适当增加壁厚时适当增加壁厚 e）开孔不得在）开孔不得在A、B类焊缝上类焊缝上 f）Rm540MPa时，接管与壳体应为全焊透结时，接管与壳体应为全焊透结构。构。1、适用范围、适用范围河南省压力容器技术协作网：河南省压力容器技术协作网： 平盖开孔补强计算方法平盖开孔补强计算方法: a) a) 开孔直径开孔直径0.5Do0.5Do（DoDo取平盖直径），可用等面积法计算；取平盖直径），可用等面积法计算； b b）平盖上多个开孔，增加平盖厚度。计算削弱系数）平盖上多个开孔，增加平盖厚度。计算削弱系数ccDbD 按按6.4.3规定该方法适用于平盖危险截面上各开孔宽度和规定该方法适用于

5、平盖危险截面上各开孔宽度和Dc/2, 1.5两孔径之和两孔中心距两孔径之和两孔中心距2倍两孔径之和；倍两孔径之和； 按表按表5-95-9或或5-105-10查查K K后确定后确定K1K1值：值：3030301.KKKK 当当K1/v0.5时时,则以则以K1/v和和K较大值代入式（较大值代入式（5-33）（5-35）中的中的K计算平盖厚渡，当计算平盖厚渡，当K1/v0.5时，应采用其他计算方法。时，应采用其他计算方法。 非径向接管有斜向接管和切向接管之分，则在壳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体上开孔为椭园形和卵圆形。要注意使其开孔长轴与圆

6、筒轴线垂直时有较小的应力集中系数。圆筒轴线垂直时有较小的应力集中系数。 开孔计算直径开孔计算直径d的取法（见下图）的取法（见下图）:由于圆筒计算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应力的截面考虑，即是与圆筒轴线平行承受周向薄膜应力的截面考虑，即是与圆筒轴线平行的纵向截面。开孔计算直径的纵向截面。开孔计算直径d为孔沿纵截面方向的直径。为孔沿纵截面方向的直径。圆筒径向接管开孔补强的分析法圆筒径向接管开孔补强的分析法适用范围适用范围1)内压单个径向开孔，多孔时，边缘间距内压单个径向开孔，多孔时，边缘间距 ；2)ReL/R

7、m0.8；3)全熔透结构，保证结构的整体性；全熔透结构，保证结构的整体性；4)对圆筒和接管进行整体补强，应满足补强范围尺寸（自接管、对圆筒和接管进行整体补强，应满足补强范围尺寸（自接管、圆筒交线至补强区边缘的距离：对于圆筒圆筒交线至补强区边缘的距离：对于圆筒 ,对于接对于接管管 ；或整体加厚圆筒体；或整体加厚圆筒体；补强范围内的补强范围内的AB类焊接接头不得有任何超标缺陷，必要时应对类焊接接头不得有任何超标缺陷，必要时应对此提出无损检测要求；此提出无损检测要求；5)圆筒与接管角焊缝焊角尺寸应分别和圆筒与接管角焊缝焊角尺寸应分别和n/2,nt/2接管内壁接管内壁与圆筒内壁交线处圆角半径在与圆筒内壁交线处圆角半径在n/8和和 n/2 之间之间6)本设计方法适用：本设计方法适用：0.9 ; MAX 0.5,et/e2niD2b)分析法的基本原理分析法的基本原理1）解析法得到的应力分布，与有限元法得到）解析法得到的应力分布，与有限元法得到的结果吻合；的结果吻合；2）按应力分析法对应力进行划分，确定一次）按应力分析法对应力进行划分，确定一次和一次加二次应力；和一次加二次应力；3）按强度条件限制：）按强度条件限制： 等效薄膜应力等效薄膜应力 S2.2t 等效总应力等效总应力 S 2.6tC）分析计算步骤：）分析计算步骤：1）等效应力校核：）等效应力校核：a） ,b）由）由，和和et