快开门式低温压力容器的设计及制造.pdf

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1、与开发快开门式低温压力容器的设计及制造戴建红(广州广重企业集团有限公司，广东广州510252)l刖再我公司为某机械厂设计制造的快开门式低温压力容器，是按JB4732—95《钢制压力容器__分析设计标准》及附录C《疲劳分析为基准的设计》设计制造的国产化产品，结束了我国该类设备长期依赖进口的历史，填补了国内同类产品设计制造的空白。因该设备的上下封头均为快开门式，工作状态为每15分钟升降压循环一次，所承受的是疲劳载荷，存在着局部应力集中、循环应力等状况，对设计及制造提出了较为苛刻的要求。常规的设计标准，如GB15

2、0是以弹性失效准则为理论基础，导出较为简单的计算公式，对应力集中、循环应力等均不作计算，所以依照常规的设计标准不能较好地解决上述问题。而分析设计是解决上述问题的有效方法，分析设计是以弹塑性失效准则为理论基础，应用极限分析和安定性原理，允许容器材料局部屈服，采用最大剪图1容器的结构型式应力理论，以应力强度作为容器失效的依据⋯[。故采用1上封头2上锁环3简体4吊臂支架5下锁环6吊臂7下封头分析设计的方法，即按照JB4732—95《钢制压力容器一分析设计标准》，同时也参照ASME《锅炉及压力容器》第Ⅷ表1容器的技

3、术特性篇第2分篇的“压力容器另一规程”进行设计，并按此标准进行了制造。2结构特性(1)结构型式如图1所示，设备上下均为快开型式的封头，简体与封头通过锁环连接。上下锁环均连接两个液压油缸，带动锁环转动。封头上的吊臂也连接液压油缸，当锁环转动一定角度后，与吊臂连接的油缸动作，则可实现封头的开启。(2)技术特性该设备是一种低温、高压且承受疲劳载荷工况的容注：操作介质为CO：等器。其技术特性如表1所示。(3)主体材料在选材过程中，锁环材料的选取颇费周折。英国设计鉴于该设备低温、高压且承受疲劳载荷的工况，其材该设备，

4、锁环材料选用英国锻件材料BS1503—224410一料在设计条件下应具有较高的强度、良好的冲击韧性和疲LT50，属一50℃级的低温锻件，力学性能为：劳载荷下较高的许用应力幅度。为此，本设备主体材料选(r6--410～530MPa，≥220MPa，85≥20％，A≥27J用0Cr18Ni9，如表2所示。(一50℃)收稿日期：2002—09—27维普资讯http://www.cqvip.com研究与表2主体材料及其特性3．275O循环次数注：表示在所考虑的条件下，以给定的循环次数运用设计疲劳图2容器疲劳载荷的波

5、形曲线所得之应力幅值。孔处、筒体开孔处以及锁环部位存在结构不连续或应力集以上各式中：(r6表示钢材标准抗拉强度下限值，表中状况。因此，本设备的应力分析报告包括以上三个位置。示钢材标准常温屈服点，8表示钢材的伸长率，表示本设备的应力分析计算程序采用了美国ANSYS公司钢材的冲击功。的ANSYS／Mechanical5．5版应力分析软件，应力评估按照国内与此材料强度级别相当的材料有JB4727—94标准JB4732—95标准中的分析设计一般准则。这里只简要介绍的l6MnD、09Mn2VD及09MnNiD三种，但

6、l6MnD属于封头顶部开口处的内表面应力及疲劳分析过程。封头及开—40℃级低温锻件，显然不能满足一50℃级的低温要求。而口处应力分布图如图3所示。09Mn2VD及09MnNiD分别属于一50℃和一70℃级低温锻件，评估结点：顶部开口内表面点。强度级别和低温性能都满足要求，但这两种材料的使用经应力来源：薄膜应力+弯曲应力+二次应力(++验少，且材料采购困难，不利于组织生产。经过对其它材Q)。料的分析认为，选用奥氏体不锈钢0Crl8Ni9来制造锁环更如图3所示，在所考虑的点上，选取一正交坐标系，为合适，因其低温

7、性能优良，可使用至一196~C。按径向、环向与法向分别用、Y、z表示，用tr,、盯、tr,表GB150—98第4．1．7条规定奥氏体钢的使用温度高于或等示该坐标系中的正应力分量，、T立、T表示该坐标系中于一196oC时可免做冲击试验，这样低温材料可转化为常温的剪应力分量。然后分别计算在载荷作用下的各正应力分材料来制造嘲。经强度校核、应力评定和疲劳分析以及疲量与各剪应力分量，将各类应力按同种分量分别叠加，得劳试验证明，该材料完全满足设计要求。实测的力学性能到、Pb、Q共三组应力分量，再计算每组三个主应力【”。

8、为(表示钢材的弹力消失率)：对于每组三个主应力计算主应力差，取绝对值最大者作为trb~>563MPa，tr,≥290MPa，85≥60．4％，≥60．4％，该组的应力强度。由++Q算得应力强度，得=≥29oJ(—40℃)130．7MPa。式中：表示钢材的端面收缩率。根据JB4732—95标准规定：(ra,r<3S(ra,r<2S。由于0Crl8Ni9锻件易于采购，为组织生产带来便利，trz~r=130．7MPa<