压力容器设计 开孔和开孔补强设计ppt课件

1、4. 压力容器设计压力容器设计压力容器开孔压力容器开孔开孔带来的问题开孔带来的问题减弱器壁的强度减弱器壁的强度产生高的部分应力产生高的部分应力4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计mmnn压力容器的轻型化压力容器的轻型化开展使其显得越加开展使其显得越加严重！严重！开孔接纳根部应力集中的特点l 应力集中的范围是很有限的应力集中的范围是很有限的l d/D越大，应力集中越严重越大，应力集中越严重l /D越小，应力集中越严重越小，应力集中越严重l 增大接纳壁厚，可减小应力集中增大接纳壁厚，可减小应力集中l 球壳上开孔的应力集中小于柱壳上开孔的应力集中球壳上开孔的应力集中小于柱壳上开孔的应力集

2、中应力集中对容器平安运用的影响 应力集中应力集中部分部分塑性塑性变形变形疲劳裂纹疲劳裂纹破裂破裂交变交变载荷载荷一、补强构造一、补强构造 补强构造补强构造部分补强部分补强整体补强整体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4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计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，运用阅历丰富；图4-37 a缺陷：缺陷：1与壳体金属之间不能完全与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以贴合，传热效果

3、差，在中温以上运用时，存在较大热膨胀差，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在补强部分区域产生较大的热应力；应力；2与壳体采用搭接衔接，难与壳体采用搭接衔接，难以与壳体构成整体，抗疲劳性以与壳体构成整体，抗疲劳性能差。能差。4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计普通运用在：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1.5n、 壳体名义厚度壳体名义厚度n不大不大38mm的场所。的场所。运用：运用：HG21506-92，JB/T4736-95规范：规范：4.

4、3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计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。图4-37 b运用：运用：4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计图4-37 c3整锻件补强整锻件补强 整体锻件4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计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

5、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，并使焊缝及其热影应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区分开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降响区分开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低低1015%。重要压力容器，如核容器、资料屈服点在重要压力容器，如核容器、资料屈服点在500MPa以以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔容器等。直径开孔容器等。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。优点：

6、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：4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计二、开孔补强设计准那么二、开孔补强设计准那么 指采取适当添加壳体或接纳厚度的方法将应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。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：开孔补强设计准那么开孔补强设计准那么弹性失效设计准那么弹性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4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计1等面积补强等面积补强 4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔

7、补强设计带有某种补强构造的接纳与壳体发生塑性失效时的极带有某种补强构造的接纳与壳体发生塑性失效时的极限压力和无接纳时的壳体极限压力根本一样。限压力和无接纳时的壳体极限压力根本一样。2极限分析补强极限分析补强 定义：定义：4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计焊接接头系数小于焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上等等但开孔位置不在焊缝上等等三、允许不另行补强的最大开孔直径三、允许不另行补强的最大开孔直径 强度裕量强度裕量接纳和壳体实践厚度大于强度需求的厚度接纳和壳体实践厚度大于强度需求的厚度接纳根部有填角焊缝接纳根部有填角焊缝上述要素相当于对壳体进展了部分加强，降低了薄膜应力从上述要素

8、相当于对壳体进展了部分加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接纳，可以不予补强。开孔接纳，可以不予补强。4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计四、等面积补强计算四、等面积补强计算GB150对开孔范围的要求：对开孔范围的要求：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开孔部位开孔部位允许开孔孔径允许开孔孔径筒体筒体Di1500mm：d Di/2，且不大于520mm；Di1500mm： d Di/3，且不大于1000mm凸形封头凸形封头d Di/2平板形封头平板形封头d Di/2锥形

9、封头锥形封头d Di/3注：此处的Di是指开孔中心处锥体内直径1 1对开孔直径的限制对开孔直径的限制2 2在椭圆封头或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心在椭圆封头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3 3尽量不在焊缝上开孔，假设避不开必需在焊缝上开孔尽量不在焊缝上开孔，假设避不开必需在焊缝上开孔时，那么在开孔中心为圆心，以时，那么在开孔中心为圆心，以1.51.5倍开孔直径为半径的倍开孔直径为半径的圆中所包容的焊缝，必需进展圆中所包容的焊缝，必需进展100%100%的探伤。的探伤。3d100%探伤探伤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。有

10、效补强区：矩形WXYZ，见图4-38。图4-383有效补强范围有效补强范围4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计有效宽度B：按式4-79计算，取二者中较大值B=2dB=d+2n+2nt4-79式中 B补强有效宽度，mm； n壳体开孔处的名义厚度，mm； nt接纳名义厚度，mm。4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计内外侧有效高度：内外侧有效高度：按式4-80和式4-81计算，分别取式中较小值外侧高度外侧高度 4-80nt1dhh1=接纳实践外伸高度4-81nt2dh h2=接纳实践内伸高度 内侧高度内侧高度4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计4-82 4-83

11、有效补强区WXYZ范围内，可作为有效补强的金属面积有以下几部分：(4)补强范围内补强金属面积补强范围内补强金属面积AeA1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。)f1)(2)(dB(Areete1 r2et2rtet12f )C(h2f )(h2A A2接纳有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。接纳有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。A4有效补强区内另外再添加的补强元件的金属截面积。有效补强区内另外再添加的补强元件的金属截面积。A3有效补强区内焊缝金属的截面积。有效补强区内焊缝金属的截面积。4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计4.3.5 开孔

12、和开孔补强设计开孔和开孔补强设计 式中 Ae有效补强范围内另加的补强面积，mm2； 也可以说是强度裕量 e壳体开孔处的有效厚度，mm； t接纳计算厚度，mm。假设 Ae=A1+A2+A3A那么开孔后不需求另行补强。假设 Ae=A1+A2+A3A那么开孔需求另外补强，所添加的补强金属截面积A4应满足 A4A-Ae (4-84)4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计 补强资料普通需与壳体资料一样，假设补强资料许用应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，那么补强面积按壳体资料与力小于壳体资料许用应力，那么补强面积按壳体资料与补强资料许用应力之比而添加。假设

13、补强资料许用应力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壳体资料许用应力，那么所需补强面积不得减少。大于壳体资料许用应力，那么所需补强面积不得减少。要求：要求：孔周边会出现较大的部分应力，采用分析孔周边会出现较大的部分应力，采用分析设计规范中规定的方法和压力面积法等方设计规范中规定的方法和压力面积法等方法进展分析计算。法进展分析计算。大开孔补强：大开孔补强： 第第78页至第页至第81页页多个开孔补强：多个开孔补强：4.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计开孔所需最小补强面积主要由开孔所需最小补强面积主要由d确定，当在内压椭圆形封头确定，当在内压椭圆形封头或内压碟形封头上开孔

14、时，那么应区分不同的开孔位置取不或内压碟形封头上开孔时，那么应区分不同的开孔位置取不同的计算厚度。同的计算厚度。五、接纳方位 椭圆形封头：椭圆形封头：开孔位于以椭圆形封头中心为中心开孔位于以椭圆形封头中心为中心80%封头内封头内直径的范围内：直径的范围内：中心部位可视为当量半径中心部位可视为当量半径Ri=K1Di的球壳，的球壳，cti1cp5 . 0 2DKp4-85式中，式中，K1为椭圆形长短轴比值决议的系数，由表为椭圆形长短轴比值决议的系数，由表4-5查得。查得。规范椭圆封头：K10.94.3.5 开孔和开孔补强设计开孔和开孔补强设计 cticp5 . 0 2DKp在在80%以外开孔：以外开孔：按椭圆形封头的厚度计算式按椭圆形封头的厚度计算式4-45计算，计算，开孔位于封头球面部分内：开孔位于封头球面部分内：取式取式4-49中的碟形封头外形系数中的碟形封头外形系数M=1， 碟形封头：碟形封头：