開孔補強與設(shè)備凸緣.ppt

2019/7/10,1,第十二章 開孔補強與設(shè)備凸緣,11-1 開孔補強,一、容器接管附近的應(yīng)力集中 （一）單向受拉平板小孔邊緣處的應(yīng)力集中現(xiàn)象 一單向受拉的矩形薄板，在中央開有一小孔，當在板的兩個側(cè)面作用有均勻拉力時，板的橫截面內(nèi)將產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，如果所取截面過此小孔，原來作用在小孔截面面積上的應(yīng)力向附近轉(zhuǎn)移，結(jié)果導致在緊靠開孔邊緣處的應(yīng)力急劇增長，即所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。,2019/7/10,2,在遠離小孔的橫截面上各點的應(yīng)力均勻分布且=q； 如果截取的橫截面穿過空心，由于該截面被削掉了2a，便出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。,2019/7/10,3,分析：,筒體上開橢圓孔，如何開？,應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。,因為薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力兩倍，,應(yīng)力集中和開孔形狀有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低。,2019/7/10,4,（二）容器接管附近的應(yīng)力集中 研究表明：若被開孔部位的殼體或封頭厚度為、直徑為D、開孔孔徑d為時，那么在接管根部開孔邊緣處的應(yīng)力集中現(xiàn)象將具有如下特點： （1）應(yīng)力集中的范圍是極為有限的。 （2）開孔孔徑的相對尺寸d/D越大，應(yīng)力集中情況越嚴重，所以開孔不宜過大。 （3）被開孔殼體的/D越小，應(yīng)力集中情況越嚴重，如果將開孔四周殼體厚度增厚，則可極大地改善應(yīng)力集中情況。,2019/7/10,5,補強圈補強：在開孔周圍一定范圍內(nèi)（B=2d）采用焊接補強圈的方法，可以減小開孔附近的應(yīng)力集中。 整體鍛件補強：在一些補強要求高的容器上，把需要局部增厚的殼體部分全部挖掉，換上真正增厚了的殼體。 補強管補強：增大接管壁厚，即用特意加厚的接管來改善開孔處的應(yīng)力集中。 （4）在球殼上開孔的應(yīng)力集中系數(shù)稍低，因此在可能的條件下，開孔在封頭優(yōu)于開在殼體上。,2019/7/10,6,（三）應(yīng)力集中對容器安全使用的影響 壓力容器的殼體與接口管都是用塑性良好的鋼制造的，如果容器內(nèi)介質(zhì)壓力平穩(wěn)，應(yīng)力集中對容器的安全使用不會有太大影響。因為在局部高應(yīng)力下的金屬可借助出現(xiàn)少量的塑性變形使應(yīng)力的增長達到材料屈服限時即告終止。 如果容器內(nèi)的壓力有較大的波動或有周期性的變化，應(yīng)力集中將可能影響容器的安全使用。 交變應(yīng)力引起的破壞稱為“疲勞”破壞。應(yīng)力集中是容器出現(xiàn)疲勞破壞的根源。,2019/7/10,7,二、補強結(jié)構(gòu)與計算 （一）補強圈補強 1、補強計算 補強計算最簡單的方法是依據(jù)等面積補強準則建立起來的。 等面積補強準則：由于開孔，殼體承受應(yīng)力所必須的金屬截面被削去多少，就必須在開孔周圍的補強范圍內(nèi)補回同樣面積的金屬截面。,2019/7/10,8,2、補強圈的應(yīng)用 補強圈補強廣泛應(yīng)用于中、低壓的壓力容器上。,在開孔周圍一定范圍內(nèi)緊靠接管貼焊一塊補強圈。,2019/7/10,9,（1）補強圈所提供的補強金屬截面過于分散，補強效率不高，載荷反復波動的容器上也不宜用。 （2）補強圈與殼體之間存在著一層靜止的氣隙，傳熱效果差，在殼體與補強圈之間容易引起熱應(yīng)力。 （3）補強圈與殼體相焊時，形成內(nèi)外兩圈封閉焊縫，增大了焊件的剛性，對焊縫冷卻進的收縮起較大的約束作用，易在焊縫處造成裂紋。 （4）使用補強圈后，在補強圈外緣與殼體的搭接填角焊縫處，易造成新的應(yīng)力集中，易開裂。,2019/7/10,10,（5）由于補強圈沒有和殼體或接管金屬真正熔合成一個整體，因而抗疲勞性能差，其疲勞壽命比未開孔時降低30%左右。 由于存在上述缺點，所以采用補強圈補強的容器必須同時具備以下三個條件： （1）殼體材料的標準抗拉強度不能超過540MPa，以避免出現(xiàn)焊接裂紋。 （2）補強圈的厚度不能超過被補強殼體名義厚度n的1.5倍。 （3）被補強殼體的名義厚度n 38mm。,2019/7/10,11,（二）補強管補強 采用厚壁管補強就是利用在補強有效區(qū)內(nèi)管壁多余的金屬截面來補足被挖去的殼壁承受應(yīng)力所必須的金屬截面。 結(jié)構(gòu)簡單，制造與檢驗都很方便，多用于低合金鋼容器或某些高壓容器。,2019/7/10,12,（三）整體鍛件補強 整體鍛件與被開孔的殼體之間以及與接管之間采用的都是受力狀態(tài)最好的對接焊接接頭，且焊縫及其熱影響區(qū)都可以設(shè)計得遠離最在應(yīng)力點位置，所以抗疲勞性能好。 缺點：鍛件供應(yīng)困難，制造煩瑣，成本較高，只用在有較高要求的壓力容器上。,2019/7/10,13,2019/7/10,14,三、容器上開孔及補強的有關(guān)規(guī)定 （1）開孔尺寸的限制,（2）在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。,2019/7/10,15,（）盡量不要在焊縫上開孔，如果避不開時，則 在以開孔中心為圓心，以1.5倍開孔直徑為半徑的 圓中所包容的焊縫，必須進行100%的探傷。 （4）殼體開孔滿足下述要求時,可以不另行補強； 設(shè)計壓力不大于2.5MPa ； 兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍； 接管公稱外徑小于或等于89mm； 不補強接管的外徑及其最小壁厚應(yīng)符合下表規(guī)定。,2019/7/10,16,允許不另行補強的接管外徑與最小壁厚/mm,2019/7/10,17,11-2 容器的接口管與凸緣,用于裝置測量、控制儀表，或連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。,一、接口管,焊接設(shè)備的接口管長度,接口管長度 h/mm,2019/7/10,18,鑄造設(shè)備接管可與筒體一并鑄出。 螺紋管主要用來接溫度計、壓力表或液面計等，,2019/7/10,19,二、凸緣,當接