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.pdf

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1、第11期．J3．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215316)[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；分析法承压设备壳体开孔以后，一般需设置接管和人孑L，但孔边存在三种应力：①局部薄膜应力。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

2、的应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。③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。GBl50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

3、大的孔，超过了GBl50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。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孑L时，孔的长径与椭圆之比应不大于2，且适用范围：(1)当圆筒内径Di兰1500mm，dopSDi／2且dop<520mm，圆筒内径D。>1500mm，dop

4、径，Di为壳体的公称直径)；(3)锥形封头的最大开孔直径dop

5、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(1972一)，男，浙江人，本科，工程师。从事压力容器设计技术方面工作。一J4一■论文广场石油和化工设备2016年第19卷圈外围不连续的应力，造成了应力集中，在脚趾处开裂。此结构抗疲劳性差，比未开孔时降低了30％，因此一般常用于静压、常温下的中低压容器。1．2整锻件补强(包括用全焊透焊缝连接的厚壁管补强)整锻件补强，由于补强件和壳体、接管之间的焊接采用对接焊缝、焊接质量可保证，并使焊缝及热影响区离开最大应力的位置，补强区域集中在应力集中区，能有效地降低应力集中系数，故其疲劳性能好，常用于o。>540MPa

6、的容器开孔及低温、高温或受交变载荷的大直径容器开孔。厚壁管补强，接管的加厚部分处于最大的应力区域内，比补强圈更能有效地降低应力集中系数。这种形式结构简单，制造和检验方便，但必须保证全焊透结构。1．3整体加厚壳体补强整体加厚壳体补强结构以增加封头或筒体的厚度来降低开孔附近的应力，开孔补强计算采用等面积法来进行计算，依据经验分析，开孔后的应力集中现象有明显的局部性，所以当筒体和封头上开孔比较多时，一般采用整体加厚的办法进行补强。2圆柱壳径向开孔补强设计的分析法2．1径向开孔补强设计的分析法是基于塑性极限与安定分析得出的，通过保证一次加载时有足够的塑性承载能力和反复加载的安定要求来保证开孔安

7、全，适用范围如下：(1)适用于内压作用下单个径向圆筒；(2)接管或补强件与壳体形成一个整体结构，且采用全焊透结构；(3)圆筒上开有两个或两个以上的开孔时，相邻开孔边缘的间距不得小于2、厩(4)圆筒和接管之间的角焊缝尺寸分别不小于6。／2和6。。／2，接管内壁与圆筒内壁交线处圆角半径在6．／8和6。／2；(5)pS0．9且maxFo．5，p]S6。l／6≤2；(6)圆筒或接管应进行整体补强，应满足补强范围尺寸，或整体加厚圆筒体，补强范围内A、B类