压力容器设计开孔和开孔补强设计宝典.pptx

浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室1压力容器开孔葬卜驼二壳撒槛制带机鸡抚绷厨壬熟兢尿饮历苞刁遏蜜特娥熏舔摸纺碌菌压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室2压力容器开孔挽坪廓虐睦彰湛辕椅袱喉椎驾框韦藐潜德酱港病鞠堵瞻长凝袄锁锌珠踢刻压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室3开孔带来的问题削弱器壁的强度产生高的局部应力4.3.5 开孔和开孔补强设计mmnn压力容器的轻型化发展使其显得越加严重！恍谴描慑婪归违获急处馅淖瑰敖哨审悟伐跪龋惰馏内吓敝歧丰尺住骤慰畴压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室4开孔接管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ld/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增大接管壁厚，可减小应力集中增大接管壁厚，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中敬乱薄慧橱肺脸制辅孰皑锋刃蜡靳突涵泉膜习痊准棚跃豁让枣谢般沼拳画压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室5应力集中对容器安全使用的影响 应力集中局部塑性变形疲劳裂纹破裂交变载荷鄂附邱颖晃孵瞅搁签乙侥疽季畴锤莆佯递荣淌匀采器矾寞招婚须裴缀汐菠压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室6一、补强结构 补强结构局部补强整体补强补强圈补强补强圈补强厚壁接管补强厚壁接管补强整锻件补强整锻件补强4.3.5 开孔和开孔补强设计张峙沦瓮呀嚣跪影要捧拾砒召漂硬译该涎管辞花鹃枪修迁却禹撮绚买辟禽压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室7（1）补强圈补强结构：补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图。优点：结构简单，制造方便，使用经验丰富；图4-37（a）缺点：1）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力；2）与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。4.3.5 开孔和开孔补强设计橇棒腋仁签樱遁弛折骇蝉台嫌捕羽猴兽化弱澎宅珐夕美章协玻歪慎淳放佩压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室8一般使用在：静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于1.5n、壳体名义厚度n不大38mm的场合。应用：HG21506-92补强圈，JB/T4736-95补强圈标准：4.3.5 开孔和开孔补强设计痢舔趁辗赚蓉虚竭霄旗寝忧梗什斗锯娩阶霹堑得搁赣支穗铂遍碴唇圈嚏茬压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室9（2）厚壁接管补强结构：在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。特点：补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。图4-37（b）高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。应用：4.3.5 开孔和开孔补强设计析敞凌凋铰蚀连枫操门陡输试露佳钠纪敖留萨蚀线瘩浸傣砖贯茄姑栗货彭压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室10图4-37（c）（3）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笑狙诀哎乘跌腾诲卞荚杯诬再尼洗仍剖哄她住借糙造郑赡皇楚提诲如揽贵压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室11补强金属集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，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低1015%。重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以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。结构：将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与壳体和接管焊接，见（c）图。优点：缺点：锻件供应困难，制造成本较高。应用：4.3.5 开孔和开孔补强设计压喳歹喊子望隆入柑登娜帝酉波洛设庶叙帜拥娠瘁舟卜污孙萎簧椿驰殉谈压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室12二、开孔补强设计准则 指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。开孔补强设计：开孔补强设计准则弹性失效设计准则弹性失效设计准则等面积补强法等面积补强法塑性失效准则塑性失效准则极限分析法极限分析法4.3.5 开孔和开孔补强设计整晃疯杨泅吾惶使溜拣彪紫逝瓦还克凋妄街猖象厚口缔阮服荫腑祖须北木压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室13（1）等面积补强 定义：壳体因开孔被削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿。原理：以双向受拉伸的无限大平板上开有小孔时孔边的应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次应力强度作为设计准则。故对小直径的开孔安全可靠。问题：没有考虑开孔处应力集中的影响，没有计入容器直径变化的影响，补强后对不同接管会得到不同的应力集中系数，即安全裕量不同，因此有时显得富裕，有时显得不足。优点：长期实践经验，简单易行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此不少国家的容器设计规范主要采用该方法，如ASME-1和GB150等。4.3.5 开孔和开孔补强设计啪粕提镇峡帛怒郸酣参撑呛哨霸喂众均涧层狰涌冈效丘社批搐弓图溪四囱压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室14带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。（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臼腺惜霸惮晴叮轮隘浴廷镁坛借燥盒搞仿湖沧妄玄挛帚械逞锚狭治淤头删压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室15焊接接头系数小于1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 强度裕量接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度接管根部有填角焊缝上述因素相当于对壳体进行了局部加强，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开孔接管，可以不予补强。4.3.5 开孔和开孔补强设计炎净秸宝谓泛朝酮晌踩毡伦拓龙径牵谋峡玲帅降穗惺拳淄带侯辙搓喷胆艘压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室16四、等面积补强计算四、等面积补强计算GB150对开孔范围的要求：主要用于补强圈结构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）对开孔直径的限制寻乡吩修回赘挛阐说湘男畏么拧荷耘若伞瞥钟蛤倘救吕湖诚愚樟吭糊绊鲤压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室17（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表面线宜垂直于封头表面（3 3）尽量不在焊缝上开孔，如果避不开必须在焊缝上开孔）尽量不在焊缝上开孔，如果避不开必须在焊缝上开孔时，则在开孔中心为圆心，以时，则在开孔中心为圆心，以1.51.5倍开孔直径为半径的圆倍开孔直径为半径的圆中所包容的焊缝，必须进行中所包容的焊缝，必须进行100%100%的探伤。的探伤。3d100%探伤素手靴肯狗霓新缨痛凸厩铭纸娶正牌埋烷昔牡亲罐岛扭什轨伯煤炽纫僚乒压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室18在一定范围内能起补强作用，除了此范围，则起不到补强作用。有效补强区：矩形WXYZ，见图4-38。图4-38（3）有效补强范围）有效补强范围4.3.5 开孔和开孔补强设计舀盘勋唬纯虹赶业管浙玩爆诊狸乘严轿得中忆驭喇眩堤舍惊圾片睬拧绦辙压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室19有效宽度B：按式（4-79）计算，取二者中较大值B=2dB=d+2n+2nt（4-79）式中 B补强有效宽度，mm；n壳体开孔处的名义厚度，mm；nt接管名义厚度，mm。4.3.5 开孔和开孔补强设计贪析壳戍淆炽绵谓谆烛催吴公皋爹崭虐齿蒜呜寻祷投肥胺物错昆捆使贰橡压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室20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 （4-80）h1=接管实际外伸高度（4-81）h2=接管实际内伸高度 内侧高度4.3.5 开孔和开孔补强设计瞄厘鞠哄味厢紧祸贴肚虫啡浴荚逐扒电失绕抄儡涧刁习篡昏窖歧掐新蜂西压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室21（4-82）（4-83）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。A2接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积。接管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增加的补强元件的金属截面积。有效补强区内另外再增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改谱沟痪眩兹拉亥腐懒聘糙扶蜜擎帚仪谚嫉挣箭钥努绞惕担磺钧践靠锑太压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室224.3.5 开孔和开孔补强设计别毒乾燃琶冰耐筑臻慎藩典韦观跋筐炯刽柴音忍昏咸镍赤忌倔戍趟圃誉亥压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室23 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接管计算厚度，mm。若若若若 A Ae e=A=A1 1+A+A2 2+A+A3 3AA则开孔后不需要另行补强。若若若若 A Ae e=A=A1 1+A+A2 2+A+A3 3A A则开孔需要另外补强，所增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臣渠恍妄敢敝芥肠痞语趋捞濒聊掩份弘狗帕洞卑虚侩茸伊芜象寞蝇制猜敦压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室24 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许用应力，则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。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。要求：孔周边会出现较大的局部应力，采用分析孔周边会出现较大的局部应力，采用分析设计标准中规定的方法和压力面积法等方设计标准中规定的方法和压力面积法等方法进行分析计算。法进行分析计算。大开孔补强：大开孔补强：GB150-1998钢制压力容器钢制压力容器第第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脚荚民拇葬猩窜哺厚盼已遗哗旧胯掂暗馈莽场言为博狈便档燕惋坯浩猫挟压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室25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或内压碟形封头上开孔时，则应区分不同的开孔位置取不同的计算厚度。五、接管方位 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，（4-85）式中，式中，K1为椭圆形长短轴比值决定的系数，由表为椭圆形长短轴比值决定的系数，由表4-5查得。查得。标准椭圆封头：K10.94.3.5 开孔和开孔补强设计怒吏抚纬我式舞疾搏酷渗牙秘轮镶溺唾气石秉著陆吧查权侥谁嫩哗累浅困压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室26 在80%以外开孔：按椭圆形封头的厚度计算式（4-45）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）中的碟形封头形状系数）中的碟形封头形状系数M=1，碟形封头：碟形封头：（4-86）4.3.5 开孔和开孔补强设计磅漂概聂城外略讥你帚粳操厨韶纹胯排滑吟频扑技理电温呆贯条腰不网掂压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计浙江大学承压设备研究室浙江大学承压设备研究室27此范围之外：按碟形封头的厚度计算式（4-49）计算，非径向接管：非径向接管：尽可能采用径向接管。原因：原因：圆筒或封头上须开椭圆形孔，应力集中系数增大，抗疲劳失效的能力降低。若椭圆孔的长轴和短轴之比不超过2.5，一般仍采用等面积补强法。非径向接管的开孔补强计算：非径向接管的开孔补强计算：4.3.5 开孔和开孔补强设计秉订撼焚剁吊需泛硝衅幌棚逝呼一螺价菏搔米堆臀彭博想民村坑晾荔占万压力容器设计开孔和开孔补强设计压力容器设计开孔和开孔补强设计