化学工业中应用的聚丙烯聚合釜技术设计研究涂料搅拌釜的设计

#.桨式搅拌器桨式搅拌器是结构最简单的一种搅拌器（如图4.1所示），一般叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是2、3或4片，叶片形式为平直叶式或折叶式两种。它结构简单，造价低。主要应用在：液—液系中用于防止分离，使罐的温度均一，固—液系中多用于防止固体沉降。桨式搅拌器主要用于流体的循环，在同样的排量下，折叶式比平直叶式功耗小，操作费用低，故轴流桨叶使用较多，桨式搅拌器也用于高粘度流体的搅拌，促进流体的上下交换，能获得良好的效果。（a）平直叶式（a）平直叶式（b）折叶式图4.1桨式搅拌器.涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮），如图4.2所示。它是应用较广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理黏度范围很广的流体。涡轮式搅拌器可分为开式和盘式两类。开式有平直叶、斜叶、弯叶等；盘式有圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘弯叶等。开式涡轮常用的叶片有2叶和4叶；盘式涡轮以6叶最常见。为改善流动情况，又把桨叶制成凹形或箭形。涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低黏度到中黏度流体的混合、液—液分散、液—固悬浮，以促进良好的传热、传质和化学反应。平直叶剪切作用较大，属剪切形搅拌器。弯叶是指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。（a）（a）开启式平直叶 （b） 开启折叶式（c）盘式平直叶（d） 盘式折叶.推进式搅拌器图4.推3进式搅拌器推进式搅拌器（又称船用推进器），常用于低黏度的流体中（如图4.3图4.推3进式搅拌器推进式搅拌器搅拌流体时湍流程度不高，但循环量大，容器内装挡板、搅拌轴偏心安装或搅拌器倾斜可防止湍流形成，推进式搅拌器直径较小，d/D=1/〜1/3,叶端速度一般为〜10m/s,最高可达15m/s。推进式搅拌器结构简单、制造方便，适用于黏度低，流量大的场合，利用较小的搅拌功率通过高速转动的叶片能获得较好的搅拌效果，主要用于液—液系混合，使温度均匀，在低浓度固—液系中防止淤泥沉降等。推进式搅拌器循环性能好，剪切作用不大，属于循环型搅拌器。.锚式搅拌器锚式搅拌器结构简单，它适用于黏度在100P•s以下的流体搅拌，当流体黏度在1〜100P•s时，可在锚式桨中间加一横桨叶，即为框式搅拌器，以增加容器中部的混合。锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合效果要求不太高的场合。由于框式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器大，能得到很大的表面传热系数，故常用于传热、晶析操作，也常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆等。.螺带式搅拌器如图4.4所示，螺带式搅拌器叶轮的叶片是把细长形的金属卷成螺旋状制成的，它是搅拌高粘度流体时不可或缺的一种叶轮形状。螺带宽度约为叶径的5%〜15%，通常为10%。螺带的枚数一般为2，称之为双螺带叶轮；也有用一条螺带的单螺带叶轮，有时将一枚螺带放在外侧，另一枚放在中间，并使叶轮转动时，内外两条螺带推动液体前进的方向相反。设计时使两条螺带推动液体的排量相同，这种螺带称为内外单螺带。螺带式搅拌器应用于高粘度流体，故其叶径与罐径之比应取得大，至少应等于0.9，大的可使叶轮与罐之间几乎毫无间隙。而且为了能够提高传热能力，极力减少罐壁上的附着物，还可在螺带上安装刮板。由于螺带式混合设备结构简单、混合性能好、能耗低、装料系数较大、同时所占用空间及作业面积小、操作维修

方便，而且应用很广泛。鉴于以上各种搅拌器的特点和此次设计的基本条件，本次设计选用双螺带式搅拌器作为反应釜的搅拌装置。图4.螺4带式搅拌器3.搅2拌功率的计算搅拌过程进行时需要动力，这动力也称搅拌功率，具有一定结构形状的设备中装有一定物性的液体，其中用一定形式的搅拌器以一定的转速进行搅拌时，将对液体做功并使之发生流动，这是使搅拌器连续运转所需要的功率即搅拌功率。显然，搅拌功率是搅拌器的几何参数、搅拌罐的几何参数、物料的物性参数和搅拌器的运转参数等的函数。搅拌功率准数NP是搅拌设备最基本的特征参数之一，搅拌功率可由文献⑹中P362公式8—2计算。Pe=NppN3d5影响搅拌功率P的主要因素有以下四种：搅拌器的几何尺寸和转速：如叶轮的直径d、叶宽b、叶片倾角0、转速N、单个叶片数np和叶轮离罐底宽度e等。搅拌容器的结构：如罐形、罐径D、深度H、挡板数Nb和挡板宽度Wb等。搅拌介质的特性：液体的密度P、粘度U等。重力加速度g等。上述影响因素可以用下式关联：N=-P-=K(R)r(Fr)qf(d,B,-…)

p pN3d5 e DDDd—搅拌器直径，m；Frd—搅拌器直径，m；Fr—弗劳德数，Fr=nd；K—系数；NP—功率准数；r,q—指数；M—粘度，Pa•sD—搅拌容器内径，m；h一液面深度，m；N—转速，s-1；Pe一搅拌功率，w；Re—雷诺数，Re=nd2P；一般情况弗劳德数Fr的影响较小，容器的内直径Di、挡板的宽度wb等几何参数可归结到系数K。本次设计已知搅拌反应器的筒体直径为3200mm，采用螺旋式搅拌器，直径

DJ常取罐体内径Di的0.35~0.8,常用于n<200r/min的场合。搅拌器直径为Dj=0.7Di=0.7X3200=2240mm,搅拌轴转速为200r/min=3.3r/s,容器内液体密度为519kg/m3,粘度为0.3mPa.s。nd2nd2P1.50.3x420X3519=5.0862X104n=200r/min=3.3r/s由文献⑵中P60图3—3EKATO公司的NP—Re算图可查得Np=1按公式Pe=NPpn3d5可计算搅拌功率：Pe=1X519X0.833X2.245=15.98kw所以本次设计的搅拌功率为15.千9瓦8。搅3拌轴的校核3.3搅.拌1轴的支承一般情况下，搅拌轴依靠减速机内的一对轴承支撑。但是，由于搅拌轴往往较长而且悬伸在反应釜内进行搅拌操作，因此运转时容易发生振动，将轴扭弯，甚至完全破坏。当搅拌轴的转速达到其自振频率时会发生剧烈振动，并出现很大的弯曲，这个速度称为临界转速nc。轴在接近临界转速转动时，常因剧烈振动而破坏，因此工程上要求搅拌轴的转速应避开临界转速。通常把工作转速n低于第一临界转速的轴称为刚性轴，要求nW0.7nc；把工作转速n大于第一临界转速的轴称为柔性轴，要求nN1.3nc。轴还有第二、第三临界转速。搅拌轴一般转速较低，很少达到第二、第三临界转速。低速旋转的刚性轴，一般不会发生共振。当搅拌轴转速n三200r/min时，应进行临界转速的验算。搅拌轴的临界转速与支撑形式、支撑点距离及轴径有关，不同形式支撑轴的临界转速计算公式不同。对于常用的双职称、一端外伸单层及多层搅拌器。其临界转速nc按下式计算30■ 3EIn=—1 c兀\mL2(L+B)DD1 1式中：nc—临界转速，r/min；E—搅拌轴材料的弹性模量，Pa；I—轴的惯性矩，m4;mD一等效质量，kg，mD=mi+m2（｝）3+m3（分尸+m0A；11m0—轴外伸端的质量，kg;一系数，随外伸端长度与支承点距离的比值上而变化;Bm1、m2、m3—搅拌器质量，kg。从临界转速计算式中可以看出，增大轴径、增大一个支撑点或缩短搅拌轴的长度、降低轴的质量（如空心轴或阶梯轴），都会提高轴的刚性，即提高轴的临界转速nc。工程设计时也采用这些措施来保证搅拌轴能在安全范围内工作。机械搅拌反应器的振动、轴封性能等直接与搅拌轴的设计相关。对于大型或高径比大的机械搅拌反应器，尤其要重视搅拌轴的设计。设计搅拌轴时，应考虑四个因素：.扭转变形；.临界转速；.转距和弯矩联合作用下的强度；.轴封处允许的径向位移。考虑上述因素计算所得的轴径是指危险截面处的直径。确定轴的实际直径时，通常还得考虑腐蚀裕量，最后把直径圆整为标准轴径。对搅拌轴设定：.刚性联轴器连接的可拆轴视为整体轴；.搅拌器及轴上的其他零件的重力、惯性力、流体作用力均作用在零件轴套的中部；.轴除受转距作用外，还考虑搅拌器上流体的径向力以及搅拌轴和搅拌器在组合中心处质量偏心引起的离心力作用。3.3搅.拌2轴材料的选择搅拌轴材料的选择主要根据轴的工作条件并考虑制造工艺等因素共同来确定。轴的材料应有较高的强度和刚度，同时还要考虑材料的来源、工艺性和经济性。通常轴的常用材料是碳素钢和合金钢。锻件的内部组织比较均匀，强度较好，故重要的轴（或尺寸变化大的轴）应采用锻件，常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。有时还需要适当热处理，以提高轴的强度、刚度和耐磨性。这类钢板的强度、塑性与韧性等综合机械性好，一般经正火、调质处理，且材料来源方便，加工方便，经济性好，可用于一般要求或要求较高的轴，对于不重要或受载荷较小的轴可采用Q235—B、Q275等普通碳素钢。

搅拌轴受到扭矩和弯曲的组合作用，其中以扭转为主，所以工程上采用近的方法来确定搅拌轴的直径。综合考虑，本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。3搅.拌3轴的强度校核MT= t-W[T] (——1)maxWP式中：Tmax—轴横截面上的最大剪切应力，MPa；MT—轴所传递的扭矩，•mm;Wp—轴的抗扭截面系数，mm3[T]—材料许用剪切应力，MPa。通常45车钢取30MPa〜40Mpa。PTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"MT=9.55x106- (4—2)对于实心轴， Wp=吧 (4—3)P16将式(4—2)和(4—3)代入(4—1)中，" 1P 、得 d>365.1 (——4)一飞心]式中：d—搅拌轴直径，mm；P—搅拌轴传递的功率，kw；n—搅拌轴转速，r/min。本次设计：15.98M 9.55x106xt=-= 50-=4.6MPa<[t]=30MPa〜40MPamaxW 3.14x(150)3P 16,… …,… …'Pd=150mm>365/——3.1中］■15.98=3653： =68.05mm350x30本次设计选用45钢，经校核，搅拌轴的强度合格。搅.拌4轴的刚度校核为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在扭转中引起振动，影响正常工作，应把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角的刚度条件，即：0=M―TX100=M―TX103XGI180勺0]式中：0—轴扭转变形的扭转角，。/m；G—搅拌轴材料的剪切弹性模数，MPa,对于碳钢及合金钢为8.1x104MPa；IP—轴截面的极惯性矩，mm4,对于实心轴1P=三2[0]—许用转角，。/m。对于一般传动，如搅拌轴，取0.5°/m〜1.0°/m。由上式可导出实心轴的直径为：, 1P（4—5）（4—5）— 4Gn[B]本次设计：15.98八Mi~1800=aX103八Mi~1800=aX103X一GI 兀P 50—X103x=0.42°/m<[0]qim兀x(150)4 3.14x104x 32,P 1 15.98d=300mm>1537, -=15374： =68.5mm4Gn[0] 48.1x104x50x1经校核，搅拌轴的刚度合格。通过校核，搅拌轴的直径同时满足强度和刚度两个条件。所以本次设计搅拌轴直径选用d=300mm满足设计要求。

第4章反应釜的传热装置传1热装置的类型及选择搅拌器常用的换热元件有夹套和内盘管，当夹套的换热面积能满足传热要求时，应优先选用夹套。夹套安装在容器外侧，用焊接或法兰连接，使其与容器外壁形成密封的空间，在此空间内通入加热或冷却的物料。因为夹套结构简单，基本上不需要进行检修，并且这样可以减少容器内件，便于清洗，不占用有效容积。所以综合考虑，本次设计选用夹套作为换热元件。夹套的主要形式有整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等。.整体夹套通常有圆筒形和U型两种，如图5.1（a）所示，圆筒型夹套仅在圆筒部分有夹套，传热面积小，适用于热交换量要求不大的场合；U型夹套圆筒部分和下封头都有夹套，传热面积大，是最常用的结构。.型钢夹套如图5.1（b）所示，一般用角钢与筒体焊接组成，角钢主要有两种布置方式：沿筒体外壁轴向布置和沿筒体外壁螺旋布置，型钢的刚度大，不易弯成螺旋型。圆筒型夹套u型夹套（a）圆筒型夹套u型夹套（a）整体夹套 （b）型钢夹套 （c）半圆形夹套 （d）一』图5.1夹套的类型3．半圆形夹套如图5.1（c）所示，半圆形夹套在筒体外的布置既可以是螺旋形缠绕在筒体上，也可以是沿轴向平行焊接在筒体或沿筒体圆周方向平行焊接在筒体上，半圆筒或弓形筒由带材压制而成，加工方便，当热介质流量小时宜采用弓形管，其缺点是焊缝多，焊接工作量大，筒体较薄时易造成焊接变形。．蜂窝夹套如图5.1（d）所示，它是以整体夹套为基础，采用折边或短管等加强措施，提高筒体的刚度和夹套的承受能力、减少流道面积，从而减薄筒体厚度、强化传热。各种夹套适用的温度和压力范围表见表5.2。表 夹套直径与筒体直径关系Di 500~600 700~800 2000~3000D Di+50 Di+100 Di+200表各种夹套适用的温度和压力范围夹套形式最高温度(℃) 最高压力(MPa)整体U形3500.6夹套圆筒形3001.6蜂窝短管支承式2002.5夹套折边锥体式2504.0半圆管夹套3506.4型钢夹套2002.5鉴于以上各种夹套的特点，本次设计采用整体U型夹套。并且按照过程设备材料的选用原则，此次设计的夹套材料选用Q235—B。4.传2热装置的尺寸计算4.2夹.套1直径及高度的选择夹套的内直径2一般按表5.2工程尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套和封头。本次设计由于工程实际要求取Dj=3400mm。夹套筒体高度Hj主要由传热面积确定，一般不低于料液的高度，以保证充分传热，根据装料系数n，操作容积V，夹套筒体的高度丐可由下式估算口nV—V 0.7义3400-1.173H.= h= =2300mmjV 3.141确定夹套筒体高度还应考虑两个因素：当反应釜筒体与上封头采用平面法兰连接时，夹套顶边应在法兰下150m〜200mm处，当反应釜具有悬挂支座时，应考虑避免因夹套顶部位置而影响支座的焊接。所以本次设计，根据实际情况，取夹套高度Hj=2800mm。4.2夹.套2筒体厚度的计算由于夹套只承受0.4MPa的内压，所以夹套的壁厚采用内压容器壁厚的计算方法进行计算。1..确定壁厚

,PD 2.2义3200 /八o= c-i = =4.9mme 2[o]t。一P2义170*0.85—2.2cC=C1+C2=0.6+2=2.6mmo=oe+C=4.9+2.6=7.5mmTOC\o"1-5"\h\z2验算最小壁厚0 ”mino=3+C2=5mm而on=7.5mm>omin，故最小壁厚能合格。3.校核水压试验强度 mmP=1.25P「回=1.25x0.2x113=0.25MPaTC[o卜 113P(D+5) 0.25x(3200+8—0.6—2)o=-T^~~i——e-= -= \——-=74.2MPa25 2x8-0.6-2)e0.9uo=0.9x0.85x235=179.775Mpa显然o〈0.9甲,，故水压试验强度足够。所以，此次设计夹套筒体厚度取0n=8mm。4.2.3夹套封头厚度的计算夹套封头也只承受0.4MPa的内压，所以夹套封头厚度与筒体厚度计算方法相同，夹套封头厚度也取8mm。4.2.4夹套内冷却水的用量计算Q=mq=519x12x82.184=511841.952KJM=pV=1000x3.14x0.84x2.3=6066.5kg6066.5x(556066.5x(55-40)=382189.5KJQ=CMAt=4.2x1 11Q=Q—Q=511841.952—382189.5=129652452KJ21M=Q/CAt=129652.452/3.39x42=910kg2 2 22式中：Q一反应总热量，KJQ1一夹套内循环水吸收的热量，kgQ—U型换热管吸收的热量KJ2m一丙烯质量，kgq—单位质量丙烯反应热，82.184KJ/kgM一夹套内循环水的质量，1M—冷却水质量，kg2V—夹套体积，m31V—U型换热管的体积，m32P1—水的密度，103kg/m3p—冷却水的密度，1.15X103kg/m32C—水的比热容，4.2KJ/kg℃C—冷却水的比热容，3.39KJ/kg℃2At—水进出口温度差，℃At—冷却水进出口温度差，℃本次设计夹套内循环水需用6066.5kg第5章反应釜的传动装置5.传1动方式带搅拌器的搅拌反应釜，需要电动机和传动装置来带动搅拌器传动。搅拌反应釜的传动装置常设置在反应釜的顶盖（上封头）上，一般采用立式布置。电动机经减速机将转速减至工艺要求的搅拌转速，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，从而带动搅拌器转动，电动机与减速机配套使用，减速机下设置一机座，安装在反应釜的上封头上，考虑到传动装置与轴封装置安装时要求保持一定的同心度以及装卸检修方便，常在封头上焊接一个底座，整个传动装置连同轴封装置都一起安装在底座上。5.1电.机1的选择搅拌反应釜的电动机绝大部分与减速机配套使用，只有在搅拌转速很高时，才见到电动机不经减速机而直接驱动搅拌轴。因此，电动机的选用一般与减速机的选用互相配合考虑，在很多场合下，电动机与减速机配套供应，所以可根据选定的减速机选用配套的电动机。搅拌设备选用电动机的问题主要是确定系列功率、转速以及安装型式和防爆要求等几项内容。一般异步电动机的同步转速按电动机的级数而分成几档。如3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min等。其中1500r/min的电动机价格较低，供应也较普遍，故应用的最广泛。搅拌反应釜常用的电机系列有：Y系列三相异步电动机、YB系列防爆型三相异步电动机、YF系列防腐型三相异步电动机、YXJ系列摆线针轮减速异步电动机。电动机的功率主要根据搅拌所需要的功率以及传动装置的传动效率等而定。搅拌所需的功率一般由工艺要求提出，通常已考虑到了物料搅拌功率启动时的需要，但根据化工计算所得的搅拌轴计算功率有时与实际情况出入较大，还需要参考相近物料、相近搅拌情况下所需的功率。搅拌反应釜所需电动机的功率可由PP文献［6^^、页公式（6—9）P=em计算得电动机功率为23.3kw205 y^式中：

Pe一工艺要求的搅拌功率，kw； P—电动机功率，kw；Pm—轴封摩擦损失功率，kw；n—传动系统的机械效率。（由参考文献［1］表4-8，取“司FF=0.9衣0.95<0.95=0.88）联减电电动机的安装形式有以下几种（如下图所示）：B3—卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。B5—卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。B35—卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘。V1—立式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。V15—立式，机座带底脚，端盖上有凸缘。（a）B3型（b（a）B3型（b）B5型（c）B35型（d）V1型（e）V15型图6.1电动机的安装型式本次设计选用电机Y200L1—2,额定功率30KW，2950r/min。电动机的安装。减.速2器的选用根据我国目前情况，反应釜用的立式减速机主要有：摆线针齿行星减速机、齿轮减速机、三角皮带减速机和涡轮减速机等。标准中所采用的电动机功率范围为0.〜30kw,输出轴转速为4~500r/min。如下图所示：（a）摆线针齿行星减速机（b）如下图所示：（a）摆线针齿行星减速机（b）齿轮减速机（c）两级齿轮减速机(e) 涡轮减速机(e) 涡轮减速机(d)三角皮带减速机图6.2减速器的类型通常电动机的选择原则：.出轴旋转方向单向或双向；.搅拌轴轴向力的方向，减速器是否能承受该轴向力；.传动比、功率、进出轴的转速，两轴相对位置；.防爆或非防爆；.外形尺寸要满足安装及检修要求；.工作平稳性，如震动和载荷变化情况；.使用地区、工厂制造和检修能力；.造价是否昂贵等进行综合考虑；.其他特殊要求。说明如下：.有防爆要求时，一般不能采用皮带传动，而应用闭式齿轮或涡轮传动。.传递功率较大并连续工作时，一般选择传动效率较高的齿轮传动。.若电机已定，而所配用的减速器所得到的输出轴转速与工作要求的搅拌转速不一致时，可根据需要作相应的变化。对于同样大小的功率，可允许选择所得转速比要求转速稍低一些，但不能偏高。这是由于搅拌器的转速增加而所需搅拌功率将显著提高，一般搅拌功率与搅拌转速的三次方成正比。综合以上各种要求和各减速机本身的条件，本次设计选用摆线针齿行星减速机。1传.动3比的分配因为所选电机的转速为2950r/min,而搅拌轴最后输出的转速为200r/min,所以总传动为i=2950=14.75200采用3级分配。釜用减速机的选择旺旺通过类比方法进行，计算分析所得的数据可作选型参考。选择前一般已知的条件是：搅拌机所需转速及搅拌轴的功率和工况的特殊要求等。5.传2动方式的机座反应釜立式传动装置是通过机座安装在反应釜封头的底座上的，机座上端需与减速机装配，下端则与底座装配。在机座上一般还需要有容纳联轴器、轴封装置等部件及安装操作所需的空间，有时机座中间还要安装中间轴承装置，以改善搅拌轴的支撑条件。选用时，首先考虑上述需要，然后根据所选减速机的输出轴轴径及安装定位面的结构尺寸选配合适的机座。有些减速机与机座连成整体，如三角皮带减速机；有些制造厂，机座与减速机配套供应，这样就不存在机座的设计与选用的问题的了。一般传动装置的机座，按减速机标准系列中列出有以下两种。不带支承的机座本类机座适用于反应釜传来的轴向力不大时，减速机输出联轴器形式为夹壳联轴器或刚性凸缘联轴器。带中间支承的机座本类机座适用于反应釜传来的轴向力较大时。减速机输出轴联轴器为弹性块式联轴器，使用时反应釜的搅拌轴必须在反应釜或在反应釜内填料箱中设有支承。本次设计选用不带支承的机座，材料为铸铁。5.底3座的设计底座焊接在釜体的封头上。减速机的机座和轴封装置的定位面安装均在底座上，这样可以使两者在安装时有一定的同心度，保证搅拌轴既可与减速机顺利连接，又可使搅拌轴穿过轴封装置，进而能够良好运转。视釜内物料的腐蚀情况，底座有不带衬里和衬里两种。不带衬里的底座材料可以采用Q235—B；要求带衬里的，则在与物料可能接触的表面衬一层耐腐蚀材料，通常采用不锈钢。带有耐腐蚀衬里的整体底座，车削应在焊好后进行。由于在同一装夹位置下车削D和D1,故两者定位面有一定的同心度保证。安装时，先将搅拌轴、减速机及机座与轴封装置同底座装配好，放在上封头上，位置找准试运转顺利后才将底座点焊定位于封头上，然后卸去整个轴封装置和传动装置，再将底座与封头焊牢。底座下端形状按封头曲率加工，也可做成简化底座的形式。有时轴封装置的箱体采取直接焊在封头上的方式称为衬里底座。此时底座只需安装机座，但为了保证机座与轴封装置的同心度，要求机座定位轴肩尺寸D和轴封箱体上决定搅拌轴定位的孔径D1应有一定的同心度，因此需在焊好后连封头一起安装在车床上，再车削这两个定位面。有时底座也可以不用整体式，而采用两块半月形垫铁的形式，以便于安装和维修。本次设计选用简化底座作为减速机、轴封装置与封头的连接装置。第6章反应釜的填料密封装置轴封是搅拌装置的一个重要组成部分，转轴密封的形式是有很多，最常用的有填料密封、机械密封、迷宫密封、浮动环密封等。虽然搅拌器轴封的任务是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空以及防止反应物料逸出和杂质的渗入，故不是所有转轴密封形式都能用于搅拌设备。本次设计选用的密封形式是填料密封。填料密封是搅拌器最早采用的一种转轴密封结构，因其结构简单且易于制造，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、并允许定期维护的设备，在低压和低转速的场合，仍然是一种适宜的密封结构，而且在搅拌设备上曾得到广泛应用。为了便于使用，一般将填料密封做成一个整体。这种填料箱有以下几个特点：.在填料箱的压盖上设置衬套，可提高装配精度，使轴有良好对中，填料压紧时受力均匀，保证填料密封在良好条件下进行工作。.成型环状填料因盘状填料装配时尺寸公差很难保证，填料压紧后不能完全保证每圈都与轴均匀良好接触，受力状态不好，易造成填料密封失效而泄漏。采用具有一定公差的成型环状填料，密封效果可大为改善。填料一般在裁剪、压制成填料环后使用。为了适应搅拌设备在各种不同情况下操作的转轴密封的需要，密封填料所用的材料种类是很多的。确定选用何种材料的主要依据是搅拌设备的搅拌轴转速、操作温度、操作压力以及物料的化学性质。机械的作用，如轴的偏转或周向跳动对填料材料的选择也有一定的影响。总的说来，用于制造密封填料的材料必须满足以下的要求：.应有足够的塑性，在填料函压盖的压缩下能适应初和填料函的形状而变形。.应耐设备内介质及润滑剂的浸泡和腐蚀，且不含有被介质和润滑剂所浴胀及削弱的其他物质。.应有足够的弹性以吸收在设计上不能避免的轴的环动。.在填料函压盖压得过紧的情况下具有运转自如，不产生破坏性摩擦和热的性能。.不会咬住或腐蚀轴。.磨损缓慢，很少需要调整和更换。通常用来制造密封填料的材料有纤维、金属利润滑剂等。填料箱的种类很多，按箱体材料有铸铁的、碳钢的和不锈钢的，按结构分有带衬套的、带油环的、带冷却水套的。碳钢制的带有油环的填料箱是一种典型的填料箱，它将箱体及油环改用不锈钢的填料箱一起被纳入了搅拌传动装置系统组合之中，标准号分别是HG21537.7—92和HG21537.8—92。碳钢箱体用20钢。不锈钢的箱体可用304、321、316等。填料箱有PN0.6和PN1.6两个压力等级（压力等级不同的填料箱体高度H不同）。下面介绍几种搅拌轴填科箱的结构：1．带衬套的铸铁填料箱这种填料箱主要用于要求起轴承支承作用的情况，因此在填料箱下部装有滑动轴承衬。由于轴承衬在运转时需加油润滑，故对于设备内物料不允许被污染的场合，须在填料箱下面设置储油杯2．常压填料箱这类填料箱的使用压力在0.7MPa以下，使用温度则不超过30℃。箱体的材料为碳钢，并直接焊于设备顶盖上。3．双层填料箱双层填料箱的结构由于在压盖上增加一个填料箱，因而得名。下层填科除了用螺栓外还加压缩弹簧压紧，这样当下层填料有所磨损时，弹簧就能起自动调节作用。但弹簧的总压缩力必须大于填料所需的压紧力，否则不仅不起自动调节的作用，也不能保证填料的密封。这类填料箱可使用的最高操作压力为25MPa，操作温度为280℃以下。4．适用于衬不锈钢或不锈钢设备的填料箱这种填料箱适用于衬不锈钢或全不锈钢设备，图中示出该填料箱用于两种不同设备时，填料箱与凸台连接的结构情况。由于本次设计的容器内压力为0.2MPa，设计温度为100℃，所以选择常压填料箱来作为反应釜的密封装置。

第7章反应釜的其他附件设1备的支座支座是用来支承容器及设备重量，并使其固定在某一位置的压力容器附件。在某些场合还受到风载荷、地震载荷等载荷的作用。压力容器支座的结构形式很多，根据容器自身的安装形式，支座可以分为两大类：立式容器支座和卧式容器支座。一．立式容器支座立式容器有耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座等四种支座。中、小型直立容器常采用前三种支座，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。1．耳式支座又称悬挂式支座，如图8.1（a）所示，它由筋板和支脚组成，广泛用于反应釜及立式换热器等直立设备上。优点是简单、轻便，但器壁会产生较大的局部应力。因此，当容器较大或器壁较薄时，应在支座与器壁之间加一垫板，垫板的材料最好和筒体材料相同。（a）耳式支座 （b）支承式支座图8．1支座的类型2．支承式支座如图8.1（b）所示，对于高度不大、安装位置距基础面较近且具有凸形封头的立式容器，可采用支承式支座，它是在容器封头底部焊上数根支柱，直接支承在基础地面上，如图所示。支承式支座的主要优点是简单方便，但它对容器封头会产生较大的局部应力，因此当容器较大或壳体较薄时，必须在支座和封头之间加垫板，以改善壳体局部受力情况。3．腿式支座简称支腿，多用于高度较小的中小型立式容器中，它与支承式支座的最大区别在于：腿式支座是支承在容器的圆柱体部分，而支承式支座是支承在容器的底封头上。腿式支座具有结构简单、轻巧、安装方便等优点，并在容器下面有较大的操作维修空间。但当容器上的管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接时，不宜选用腿式支座。4．裙式支座对于比较高大的立式容器，特别是塔器，应采用裙式支座。裙座形式根据受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两类。圆筒形裙座制造方便，经济上合理，故应用广泛。但对于受力情况比较差，塔径小且很高的塔，为防止风载荷或地震载荷引起的弯矩造成塔翻倒，则需要配置较多的地脚螺栓即具有足够大承载面积的基础环。此时，圆筒形裙座的结构尺寸往往满足不了这么多地脚螺栓的合理布置，因而只能采用圆锥形裙座。由于腿式支座是立式容器中应用较为广泛的一种，尤其是高度较大的设备。并且使用这种设备有利于增强轴向刚性及改善壳体由支座集中载荷所产生的局部应力状态。所以根据设计条件，本次设计选用腿式支座。一台设备一般配置有2〜4个支座。必要时也可以适当增加，但在安装时不容易保证各支座在同一平面上，也就不保证各耳座受力均匀。本次设计选用4个耳式支座。并且在容器和支座之间加垫板。支座的材料选用0Cr18Ni9。腿式支座的作用是承受容器的重量。若容器安装在室外或者侧面挂有重物，则在支座计算中要相应计入风载荷和偏心载荷所造成的外力距M。有地震的地区还要考虑由地震载荷引起的力矩。当容器装满介质时，支座中最大应力在背风侧，因为静载荷与风载荷引起的附加载荷是相加的，因此在背风侧支座中的应力是支座设计时的控制应力。单个支座的最大总压缩载荷Q可按下式计算。mg+G,4(Ph+GS)Q=-0 e+ e~e-Nkn nD当容器是空的时候，最大拉应力在向风侧，因为在这种情况下，引起拉应力的载荷为由风载荷引起的支座上附加载荷减去静载荷。因此，单个支座最大拉伸载荷Q'为：mmg+G 4(Ph+GS)Q-— e+ e-e—kn nD式中：D—支座安装尺寸，mm；g—重力加速度，取g=9.8m/s2；G—偏心载荷，N；eh—水平作用点至底板高度，mm；k—不均匀系数，安装3个支座时，取k=1；安装3个以上时，取k=0.83；m0—设备总重量(包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量)，kg；m’一设备空重，kg；n—支座数量；Se—偏心距，mm。P—水平力，取PW和(Pe+0.25PW)的大值，N。mg+G 4(Ph+GS)Q- e+ eekn nD_1110义9.8+0 4(1.8*1000+0)= 1*3 3*2800=3626.86N经校核，支座能够满足设计要求，所以本次设计选用4个支座。7.联2轴器的选用联轴器的作用是将两个独立设备的轴牢固地连在一起，以进行传递运动和功力。联轴器除了将两轴连在一起回转外，为确保传动质量，要求被连接的轴要安装在同一轴心即同心，另一方面要求传动中的一方工作如有振动、冲击，尽量不要传给另一方。联轴器随联接的不同要求有各种不同的结构，基本上分为刚性联轴器和弹性联轴器两类。下面将搅拌设备常用的几种联轴器简介如下：1．立式夹壳联轴器立式夹壳联轴器是由两个半圆筒形的夹壳组成，并用一组螺栓锁紧，锁紧后，轴与夹壳接触，靠摩擦力传动扭矩。为了联接可靠，常加平键。夹壳中间的悬吊环由两个半环组成，用来固定轴的轴向位置。优点是结构简单、拆装方便，拆装时轴不需做轴向移动。缺点是只适用于低转速，并且不适用于有冲击的情况。2．纵向可拆联轴器适用于减速器出轴与搅拌轴的刚性连接，装拆方便。3．刚性联轴器其结构是由两个带凸凹圆盘组成，，圆盘称为半联轴器。半联轴器与轴是通过键进行周向固定，通过锁紧螺母达到轴向固定。结构简单，制造方便，但无减震性，不能消除因两轴不同心所引起的不良后果。4.LT型链条联轴器链条联轴器适用高温、潮湿或多尘条件。在较低转速、清洁条件下或整个设备有防护罩时，不允许带罩壳。允许正反方向旋转，两个半联轴器都可做主动或从动用。综上所述，本次设计选用立式夹壳联轴器。7.法3兰的选用及校核一.法兰类型的选择在石油、化工设备和管道中，由于生产工艺的要求，或者为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的连接结构。常见的可拆卸结构有法兰连接、螺纹连接和承插式连接。采用可拆连接之后，确保接口密封的可靠性是保证化工装置正常运行的必要条件。由于法兰连接有较好的强度和紧密性，使用的尺寸范围宽，在设备和管路上都能应用，所以应用最广泛。但法兰连接时，不能很快地装配与拆卸，制造成本较高。设备法兰与管法兰均已制定出标准。在很大的公称直径和公称压力范围内，法兰规格尺寸都可以从标准中查到，只有少量超出标准范围的法兰，才需进行设计计算。法兰连接结构是一个组合件，是由一对法兰、若干螺栓、螺母和垫片组成。(a)管子法兰连接整体结构装配图 (b)设备法兰的剖面图图8.2法兰结构图石油、化工常用的法兰标准有两类：一类是压力容器法兰标准；二类是管法兰标准。1.压力容器法兰压力容器法兰分为平焊法兰与长径对焊法兰平焊法兰平焊法兰分甲型与乙型两种。甲型与乙型相比，区别在于乙型法兰带有一个壁厚不小于16mm的圆筒形短节，从而使乙型平焊法兰的刚性较甲型好。甲型平焊法兰有公称压力为0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa及1.6MPa四个等级，并在较小直径范围内使用，最高工作温度为300℃。乙型平焊法兰用于PN0.25MPa-1.6MPa压力等级中较大直径范围，并与甲型平焊法兰相衔接。长颈对焊法兰长颈对焊法兰由于具有厚度较大的颈，使法兰盘进一步增大了刚性，故用于更高的压力范围（PN0.6MPa〜6.4MPa）和直径范围（DN300〜2000mm）范围内。乙型平焊法兰中直径小于DN3000mm的规格均已包括在长颈对焊法兰的规格范围之内。这两种法兰的联接尺寸和法兰厚度完全一样，所以，DN2000mm以下的乙型平焊法兰，可以用轧制的长颈对焊法兰代替，以降低法兰的生产成本。使用法兰标准确定法兰尺寸时，必须知道法兰的公称直径与公称压力。压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一尺寸系列值。例如DN2800mm压力容器，应当配用DN2800mm的压力容器法兰。管法兰由于容器筒体公称直径和管子公称直径所代表的具体尺寸不同。所以，同样公称直径的容器法兰与管法兰的尺寸并不相间，二者不能相互代用。管法兰的形式除平焊法兰、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。管法兰标准的查选方法、步骤与压力容器法兰相同。本次设备设计中设备法兰选用长颈对焊法兰，材料涉Cr18Ni9Ti。二.法兰的校核法兰尺寸如下：D=2130mm，D1=2090mm，D2=2055mm，D3=2041mm，D4=2038mm，6=60mm,d=23mm。对应螺栓规格:M30,数量60,对接筒体最小厚度为8mm,选用材料为16MnR。P=0.2MPa<6.4MPa,操作温度适宜，故此法兰可按照活套法兰进行简化设计。.法兰密封面的选择讨论法兰结构，首先是密封面形式。容器法兰密封面形式共有三种：（1）平面型密封面平面法兰密封面是一个突出的光滑平面，这种密封面结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，垫圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。（2）凹凸面型密封面它是有一个凸面和一个凹面所组成的，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面额外侧有挡台，垫圈不会挤出来。（3）榫槽面型密封面密封面是由一个榫和一个槽所组成，垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式或金属包垫圈，垫圈宽度在〜范围内，容易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃、易爆、有毒介质。本次设计选用平面密封作为法兰密封面。.垫片的选择(1)垫片的材料及型式选择及校核在设备中，法兰压紧面即使再光洁，依微观而论仍然存在凹凸不平之处，在无垫片的压紧面之间只要存在百分之几微米的间隙，在压力作用下，介质照样会从中漏出，为阻塞介质流通，需在压紧面之间放置一些半塑性材料制成的垫片，组装时在螺栓压紧力下垫片就会产生部分的屈服变形填充到压紧面之间的微小凹陷处。垫片除受压紧力外，还受介质内圆柱面上沿轴对称分布力的作用，产生使垫片严压紧面吹出的趋势，绝大多数情况下吹出并不是一个控制因素，因此材料相同一般选取偏厚，即m,y值较低者对密封或减小法兰、螺栓有效尺寸为利。设备垫片的标准主要有：JB4704非金属软垫片，JB4705缠绕垫片，JB4706金属包垫片一般情况下，非金属软垫片是用于甲型平焊法兰，乙型平焊法兰，长颈对焊法兰。缠绕垫片适用于乙型平焊法兰，长颈对焊法兰。金属包垫片适用于乙型平焊法兰和长颈对焊法兰。综合考虑，本次设计垫片的材料选用石棉橡胶片。参照JB4704《非金属软垫片》标准，取垫片厚度，垫片外径Dno=2044mm,内径Dni=2004mm,8g=3mm。2)垫片宽度垫片实际厚度：N=(DNO—Dni)/2=(204-2004)/2=20mm垫片基本密封厚度b 10b0=N/2=20/2=10mm垫片有效密封宽度bb=0.8bb~=0.8V10=2.53mm0(3)垫片压紧力作用中心圆直径D「GDG=垫片接触面外径-2b=2044-2x2.53=2039mm螺栓设计螺栓载荷预紧时： Wa=nDGby=3.14x2039x2.53x11=178180.4618N

操作时：兀D2P--，操作时：Wp=-4^+2nDGbmp3.14x20392x0.5 +2x3.14x2039x2.53x2x0.5=1644631.913N式中：W—螺栓的最小预紧载荷，N；aWp一操作工况下的螺栓载荷，N；DG—垫片的平均直径，mm。螺栓材料及许用应力选择螺栓的材料为Q235-B,[o]b=113MPa,[o]t=113MPa。其中：[o]b一常温下螺栓的许用应力，MPa；同」设计温度下螺栓的许用应力，MPa。（3）螺栓的面积：预紧时：操作时：WA=——o-a预紧时：操作时：WA=——o-a[o]bWp茴178180.46181131644631.913113=1576.8mm2=14554.26mm2需要的螺栓面积Am是取上述两者中最大值，则：Am=Ap=14554.26mm2式中：A—预紧状态下需要的最小螺栓总截面积，mm2；aAp一操作状态下需要的最小螺栓总截面积，mm2；（4）螺栓的配置取螺栓个数M30，螺栓根径d1=18mm，螺栓个数n=60，则螺栓总截面积为:, n兀d2Ab=〒60, n兀d2Ab=〒 =15260.4mm2由于Ab>Am,可见螺栓强度足够。式中：d1—螺栓根径，mm；n—螺栓个数；Ab—实际使用的螺栓总截面积mm2。4.法兰设计（1）法兰材料及许用应力法兰材料选用16MnR,许用应力为：[o'=170MPa,[o]t=170MPa。ff其中：[o]f一常温下法兰的许用应力，MPa;[a]t—设计温度下法兰的许用应力，MPa。f(2)法兰力矩由前面法兰尺寸可知：Db=D1=2090mm,一兀一一 Pi=—D2P=0.785x20002x0.5=1570000N4i—P,=_(D2-D2)P=0.785x(20392-20002)x0.5=61827N24GiP3=2nDGbmP=2x3.14x2039x2.53x2x0.5=32396.45N1D-D2090-2039y1=—b u= =45mmTOC\o"1-5"\h\z1 2 212=45+25.5=35.25mm

121D—D2090—20391=—b g= =25.5mm3 2 2操作时法兰力矩：MP=P111+P212+P313=1570000x45+61827x35.25+32396.45x35.25=73971376.61N-mm预紧时法兰力矩：A+AW=———b[o]2b14554.26+1526°.4x113=842264.145NMa=W13=842264.145x35.25=29689811.11N-mm则法兰设计力矩：取MP=73971376.61N-mm与M「29689811.11N-mm中最大值，则取M=Ma=73971376.61N-mm。式中：P1—内压作用在内径截面上的轴相力，N；P2—内压作用在法兰端面上的轴相力，N；P3—垫片支反力，N；Db一螺栓中心圆直径，mm；MP一操作时法兰力矩，N.mm；W—预紧状态螺栓的设计载荷，N；M—预紧时法兰力矩，N・mm；aM—法兰设计力矩，N・mm。（3）形状系数法兰外径： D0=2130mm则系数： K=^0=2130=1.065D2000i根据K查得：Y=8.1式中Y—形状系数（4）法兰厚度YM，8.1x7397137661 一八■ =41.9170x2000mm所选法兰标准法兰厚度5=60mm,则t<6,所以法兰厚度合格。（5）按活套法兰计算应力对于不带锥颈的活套法兰，其环相应力：YM8.1x73971376.61U= = T 12D 602x20001轴向应力％=0,径向力or=0。(6)剪应力T:=83.21MPa按下式计算：WT=At式中At二剪切面积，mm2；At=nDil=3.14x2000x2=12560mm2取l=2mm。操作状态下：W1644631.913T=一= A12560t=130.94MPa（7）法兰校核预紧时：t=67.06MPa〈0.8[o]f=136MPa操作时：t=130.94Mpa 〈0.8[o]t=136MPaf同时：0r=83.21Mpa〈[o]t=170MPaTf综上所述，可知所选法兰合格。7.容4器的开孔开孔补强设计是在开孔附近区域增加补强金属，使之达到提高器壁强度、满足强度设计要求的目的。容器开孔补强形式概括起来分为整体补强和局部补强。一.整体补强整体补强是指增加整个壳体的厚度来降低开孔附近的应力。由于开孔应力集中的局部性，在远离开孔区的应力之余正常值一样，故除非制造或结构上的需要，一般并不需把整个容器壁加厚，在实际中多采用局部补强。部补强局部补强形式有：补强圈补强、接管补强、整锻件补强等。.补强圈补强补强圈补强是指在壳体开孔周围贴焊一圈钢板，即补强圈。一般补强圈与器壁采用搭接结构，材料与器壁相同，尺寸可由计算得到。补强圈结构简单，易于制造，应用广泛。但补强圈与壳体之间存在着一层静止的气隙，传热效果差，致使二者温差与热膨胀差较大，容易引起温差应力。.接管补强在开孔处焊上一段特意加厚的短管，使接管的加厚部分恰处于最大应力区内，以降低应力集中稀疏。接管补强的方式有：内加强平齐接管、外加强平齐接管、对称加强凸出接管、密集补强。实验研究表明，从强度角度看，密集补强最好，外加强平齐补强接管效果最差。从制造角度来说，密集补强需将接管根部和壳体连接处做成一整体结构，制造加工困难；对称加强凸出接管连接处的内侧焊接困难，且容易和开孔直径约小越困难；对于内加强平齐接管来说，除加工制造困难外，还会给工艺流程带来困难。.整锻件补强这种结构是将接管与壳体连同加强部分做成整锻件，然后与壳体焊在一起。其优点是补强金属集中于开孔应力最大部分，应力集中现象得到大大缓和。允许开孔的范围.当采用局部补强时，通体及封头开孔的最大直径不允许超过以下数值：圆筒内径DiS1500mm时，开孔最大直径dSl/2Di,且dS520mm内径Di>1500mm时，开孔最大直径dSl/3Di,且dSlOOOmm。.凸形封头或球形封头的开孔最大直径d>1/2Di。.锥壳（或锥形封头）的开孔最大直径dSl/3Di。不需补强的最大开孔直径容器上的开孔并不都需要补强。这是因为在计算壁厚时考虑了焊接接头系数而使壁厚有所增加。又因为钢板有一定规格，壳体的壁厚往往超过实际强度的需要，厚度增加，是最大应力值降低，相当于容器已被整体加强。而且容器上的开孔总有接管相连，其接管多于实际需要的壁厚也起补强作用。同时由于容器材料具有一定的塑性储备，允许承受不十分过大的局部应力。所以当孔径不超过一定数值时，可不进行补强。GB150规定，当设计压力小于或等于2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔径之和的两倍，且节管公称外径小于或等于89mm时，只要接管最小厚度满足表4—14要求，就可不另行补强。由于符合允许开孔补强范围（1）所以d=400mm。所需最小补强面积A。对受内压容器的圆筒，所需要的补强面积A为A=d5+288et（1-fr）式中：A—开孔削弱所需要的补强面积，mm2；d—开孔直径，圆形孔等于接管内直径加2倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸，mm；8一壳体开孔处的计算厚度，mm；8et—接管有效厚度，8et=8nt－C，mm；fr—强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，当该值大于1.0时，fr取1.0。在壳体上开孔的最大应力在孔边，并随离孔边距离的增加而减少。如果在离孔边一定距离的补强范围内，加上补强材料，可有效降低应力水平。有效宽度B文献[1]P175页按4—79计算：B=2dB=d+28n+28nt取二者较大值。式中：B—补强有效厚度，mm；8—壳体开孔处的名义厚度，mm；n8nt一接管名义厚度，mm。内外侧有效厚度按文献[1]P175页4-80计算，分别取式中较小值。h=3dBnth1=接管实际外伸高度内侧高度按文献[1]P175页4-81计算，取较小值。h2=d^~nth『接管实际内伸高度在有效补强区范围内，可作为有效补强金属面积有以下几种：A1—壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。A1=（B-d）（Se-S）-26et（?分）（1-fr）A2—接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。A2=2h1（Set-St）fr+2h2（Set-C2）frA3一有效补强区内焊缝金属的截面积。A4一有效补强区内另外再增加的补强远见的金属界面计。式中：S—壳体开孔处的有效厚度，mm；eSt—接管计算厚度，mm。若Ae=A1+A2+A3^a式中：A一有效补强范围内另加的补强面积，mm2。e则开孔后不另行补强。若Ae=A1+A2+A3VA则开孔后需要另外补强，所增加的补强金属A4截面积应满足A4-A-Ae补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料需用应力，则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。接管方位，根据等补强面积设计准则，开孔所需要最小补强面积主要由6确定，这里的6为按壳体开孔处的最大应力计算而得到的计算厚度。对于内压圆筒上的开孔，6为按周向应力计算而得的计算厚度。当在内压椭圆形封头或内压碟形封头上开孔时，则应区分不同的开孔位置取得不同的计算厚度。这是由于常规设计中，内压椭圆形封头和内压碟形封头的计算厚度都是由转角过渡区的最大应力确定的，而中心部位的应力则比转角过渡区的应力要小，因而所需的计算厚度也较小。为此，对于椭圆形封头，当开孔位于椭圆形封头中心为中心80%封头内直径的范围内时，由于中心部位可视为当量半径Ri=Ki+Di的壳体，计算厚度6可按下式计算tPKDS- c1i2[o]，巾一0.5pc式中K1位椭圆形长短轴比值决定