壓力容器強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分析

1、壓力容器強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分析,2,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述 第二節(jié) 壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)技術(shù),壓力容器強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分析,3,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述 一、壓力容器的失效模式 二、壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的發(fā)展,壓力容器強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分析,4,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,一、容器的失效模式容器設(shè)計(jì)的核心問題是安全。壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)的近代進(jìn)展時(shí)基本的出發(fā)點(diǎn)也是安全。容器的安全就是防止容器發(fā)生失效。容器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

2、實(shí)質(zhì)上就是防止容器發(fā)生“彈性失效”。,隨著技術(shù)的發(fā)展，遇到的容器失效有各種類型，針對(duì)不同的失效形式進(jìn)而出現(xiàn)了不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。在討論這些設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展之前有必要首先弄清容器的各種形式的失效，尤其最基本的爆破失效過(guò)程更需要弄清楚。下面就容器的韌性爆破和脆性爆破過(guò)程先作一些闡述：,,,5,(一) 容器的超壓爆破過(guò)程 1．容器的韌性爆破過(guò)程 一臺(tái)受壓容器，如果材料塑性韌性正常，設(shè)計(jì)正確，制造中未留下嚴(yán)重的缺陷，加壓直至爆破的全過(guò)程

3、一般屬于韌性爆破過(guò)程。韌性爆破的全過(guò)程可以用圖示容器液壓爆破曲線OABCD來(lái)說(shuō)明，加壓的幾個(gè)階段如下：,整體屈服壓力,爆破壓力,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,6,(一) 容器的超壓爆破過(guò)程(1)彈性變形階段 見OA，隨著進(jìn)液量(即體積膨脹量)的增加，容器的變形增大，內(nèi)壓隨之上升。這一階段的基本特征是內(nèi)壓與容器變形量成

4、正比，呈現(xiàn)出彈性行為。 A點(diǎn)表示內(nèi)壁應(yīng)力開始屈服，或表示容器的局部區(qū)域出現(xiàn)屈服，整個(gè)容器的整體彈性行為到此終止。,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,7,(一) 容器的超壓爆破過(guò)程 (2)屈服變形階段 AB段，容器從局部屈服到整體屈服的階段，以內(nèi)壁屈服到外壁也進(jìn)入屈服的階段。B點(diǎn)表示容器已進(jìn)入整體屈服狀態(tài)。如果容

5、器的鋼材具有屈服平臺(tái)，這階段包含塑性變形越過(guò)屈服平臺(tái)的階段，這是一個(gè)包含復(fù)雜過(guò)程的階段，不同的容器、不同的材料，這一階段的形狀與長(zhǎng)短不同。,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,8,(一) 容器的超壓爆破過(guò)程 (3)變形強(qiáng)化階段 BC段，材料發(fā)生塑性變形不斷強(qiáng)化，容器承載能力不斷提高。但體積膨脹使壁厚減薄，承載能力下降。兩者

6、中強(qiáng)化影響大于減薄影響，強(qiáng)化提高承載能力的行為變成主要因素。強(qiáng)化的變化率逐漸降低，到C點(diǎn)時(shí)兩種影響相等，達(dá)到總體“塑性失穩(wěn)”狀態(tài)，承載能力達(dá)到最大即將爆破，此時(shí)容器已充分膨脹。,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,9,(一) 容器的超壓爆破過(guò)程(4)爆破階段 在CD段，減薄的影響大于強(qiáng)化的影響，容器的承載能力隨著容器的大量

7、膨脹而明顯下降，壁厚迅速減薄，直至D點(diǎn)而爆裂。,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,10,(一) 容器的超壓爆破過(guò)程 C點(diǎn)的內(nèi)壓力為爆破壓力，正常韌性爆破的容器，爆破的體積膨脹量(即進(jìn)液量)在容器體積的10％以上，該值越高，容器的韌性越好，材料的塑性韌性和制造質(zhì)量都很好，該容器在設(shè)計(jì)壓力下很安全。承受的壓力，爆破壓力越

8、高，爆破壓力與設(shè)計(jì)壓力的比值越大則越安全。,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,爆破壓力,11,(一) 容器的超壓爆破過(guò)程,韌性破壞-照片,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,12,2．容器的脆性爆破過(guò)程,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,13,2．容器的脆性爆破過(guò)程 容器的脆性爆破過(guò)程如圖中OA’，(或OA”)曲線。這種爆

9、破指容器在加壓過(guò)程中沒有發(fā)生充分的塑性變形鼓脹，甚至尚未達(dá)到屈服的時(shí)候就發(fā)生爆破。爆破時(shí)容器尚在彈性變形階段至多是少量屈服變形階段。,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,14,2．容器的脆性爆破過(guò)程 脆性爆破的容器是由材料的脆性(例如低溫下的脆性)，或是由于有嚴(yán)重的焊接缺陷(例如裂紋)引起。也可能兩者同時(shí)起作用，既有嚴(yán)重缺

10、陷又遇材料變脆(如焊接熱影響區(qū)的脆化或容器長(zhǎng)期在中高溫度下服役致使材料顯著脆化)從而引起脆斷。,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,15,2．容器的脆性爆破過(guò)程 脆性爆破的容器由于體積變形量很小，其安全裕量很少，應(yīng)竭力防止。發(fā)生脆斷，容器爆裂出碎片飛出，產(chǎn)生極大的危害，帶來(lái)災(zāi)難性的后果。 容器的韌性爆破和脆性爆破是容器

11、爆破的兩種基本典型的形式。實(shí)際容器的失效不一定是爆破，而有更多的原因和模式，下面將討論容器的失效模式問題和容器設(shè)計(jì)應(yīng)采用的相應(yīng)的準(zhǔn)則,(A)彈性變形階段(OA段) (B)屈服階段(AB段)(C)強(qiáng)化階段(BC段) (D)爆破階段(CD段),第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,16,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (1) 過(guò)度變形 容器的總體或局部發(fā)生過(guò)度變形，包括過(guò)量的彈性變形，過(guò)量的塑性變形，塑性失穩(wěn)(

12、增量垮坍)，例如總體上大范圍鼓脹，或局部鼓脹，應(yīng)認(rèn)為容器已失效，不能保障使用安全。過(guò)度變形說(shuō)明容器在總體上或局部區(qū)域發(fā)生了塑性失效，處于十分危險(xiǎn)的狀態(tài)。例如法蘭的設(shè)計(jì)稍薄，強(qiáng)度上尚可滿足要求，但由于剛度不足產(chǎn)生永久變形，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，這是由于塑性失效的過(guò)度變形而導(dǎo)致的失效。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,17,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (2) 韌性爆破 容器發(fā)生了塑性大變形的破裂失效，相當(dāng)于圖中曲線BC

13、D階段情況下的破裂，這屬于超載下的爆破，一種可能是超壓，另一種可能是本身大面積的壁厚較薄。這是一種經(jīng)過(guò)塑性大變形的塑性失效之后再發(fā)展為爆破的失效，亦稱為“塑性失穩(wěn)”(Plastic collapse)，爆破后易引起災(zāi)難性的后果。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,18,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (3) 脆性爆破 這是一種沒有經(jīng)過(guò)充分塑性大變形的容器破裂失效。材料的脆性和嚴(yán)重的超標(biāo)缺陷均會(huì)導(dǎo)致這種破裂，或者兩

14、種原因兼有。脆性爆破時(shí)容器可能裂成碎片飛出，也可能僅沿縱向裂開一條縫；材料愈脆，特別是總體上愈脆則愈易形成碎片。如果僅是焊縫或熱影響區(qū)較脆，則易裂開一條縫。形成碎片的脆性爆破特別容易引起災(zāi)難性后果。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,19,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (4) 疲勞失效 交變載荷容易使容器的應(yīng)力集中部位材料發(fā)生疲勞損傷，萌生疲勞裂紋并擴(kuò)展導(dǎo)致疲勞失效。疲勞失效包括材料的疲勞損傷(形成宏觀裂紋)并

15、疲勞擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂等情況。容器疲勞斷裂的最終失效方式一種是發(fā)生泄漏，稱為“未爆先漏”(LBB, Leak Before Break)，另一種是爆破，可稱為“未漏先爆”。爆裂的方式取決于結(jié)構(gòu)的厚度、材料的韌性，并與缺陷的大小有關(guān)。疲勞裂紋的斷口上一般會(huì)留下肉眼可見的貝殼狀的疲勞條紋。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,,疲勞輝紋(×3000),20,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (5) 蠕變失效

16、 容器長(zhǎng)期在高溫下運(yùn)行和受載，金屬材料會(huì)隨時(shí)間不斷發(fā)生蠕變損傷，逐步出現(xiàn)明顯的鼓脹與減薄，破裂而成事故。即使載荷恒定和應(yīng)力低于屈服點(diǎn)也會(huì)發(fā)生蠕變失效，不同材料在高溫下的蠕變行為有所不同。 材料高溫下的蠕變損傷是晶界的弱化和在應(yīng)力作用下的沿晶界的滑移，晶界上形成蠕變空洞。時(shí)間愈長(zhǎng)空洞則愈多愈大，宏觀上出現(xiàn)蠕變變形。 當(dāng)空洞連成片并擴(kuò)展時(shí)即形成蠕變裂紋，最終發(fā)生蠕變斷裂的事故。 材料經(jīng)受蠕變損傷后在性能上表現(xiàn)出強(qiáng)度下降和韌性降

17、低，即蠕變脆化。 蠕變失效的宏觀表現(xiàn)是過(guò)度變形(蠕脹)，最終是由蠕變裂紋擴(kuò)展而斷裂(爆破或泄漏)。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,21,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (6) 腐蝕失效 這是與環(huán)境介質(zhì)有關(guān)的失效形式?；と萜鹘佑|的腐蝕性介質(zhì)十分復(fù)雜，腐蝕機(jī)理屬于兩大類：化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。區(qū)別在于形成腐蝕化合物過(guò)程中是否在原子間有電荷的轉(zhuǎn)移。就腐蝕失效的形態(tài)可分為如下幾種典型情況： ①全面腐蝕

18、(亦稱均勻腐蝕)；②局部腐蝕；③集中腐蝕(即點(diǎn)腐蝕)；④晶間腐蝕；⑤應(yīng)力腐蝕；⑥縫隙腐蝕；⑦氫腐蝕；⑧選擇性腐蝕。 腐蝕發(fā)展到總體強(qiáng)度不足(由全面腐蝕、晶間腐蝕或氫腐蝕引起)或局部強(qiáng)度不足時(shí)，可認(rèn)為已腐蝕失效。腐蝕發(fā)展輕者造成泄漏、局部塑性失穩(wěn)或總體塑性失穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致爆破。由應(yīng)力腐蝕形成宏觀裂紋，擴(kuò)展后也會(huì)導(dǎo)致泄漏或低應(yīng)力脆斷。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,22,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (7)

19、 失穩(wěn)失效 容器在外壓(包括真空)的壓應(yīng)力作用下喪失穩(wěn)定性而發(fā)生的皺折變形稱為失穩(wěn)失效。皺折可以是局部的也可以是總體的。高塔在過(guò)大的軸向壓力(風(fēng)載、地震載荷)作用下也會(huì)皺折而引起倒塌。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,23,一、容器的失效模式 1．容器常見的失效模式 (8) 泄漏失效 容器及管道可拆密封部位的密封系統(tǒng)中每一個(gè)零部件的失效都會(huì)引起泄漏失效。例如法蘭的剛性不足導(dǎo)致法蘭的過(guò)度變形而影響對(duì)墊片的壓

20、緊，緊固螺栓因設(shè)計(jì)不當(dāng)或銹蝕而過(guò)度伸長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致泄漏，墊片的密封比壓不足、墊片老化缺少反彈能力都會(huì)引起泄漏失效。系統(tǒng)中每一零部件均會(huì)導(dǎo)致泄漏失效，所以密封失效不是一個(gè)獨(dú)立的失效模式，而是綜合性的。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,24,一、容器的失效模式 2．容器的交互失效模式 (1) 腐蝕疲勞 在交變載荷和腐蝕介質(zhì)交互作用下形成裂紋并擴(kuò)展的交互失效。由于腐蝕介質(zhì)的作用而引起抗疲勞性能的降低，在交變載荷作用下首先在表面有應(yīng)

21、力集中的地方發(fā)生疲勞損傷，在連續(xù)的腐蝕環(huán)境作用下發(fā)展為裂紋，最終發(fā)生泄漏或斷裂。對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感與不敏感的材料都可能發(fā)生腐蝕疲勞，交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)均加速了這一損傷過(guò)程的進(jìn)程，使容器壽命大為降低。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,25,一、容器的失效模式 2．容器的交互失效模式 (2)蠕變疲勞 這是指高溫容器既出現(xiàn)了蠕變變形又同時(shí)承受交變載荷作用而在應(yīng)力集中的局部區(qū)域出現(xiàn)過(guò)度膨脹以至形成裂紋直至破裂。蠕變導(dǎo)致過(guò)度變形，載

22、荷的交變導(dǎo)致萌生疲勞裂紋和裂紋擴(kuò)展。因蠕變和疲勞交互作用失效的容器既有明顯宏觀變形的特點(diǎn)又有疲勞斷口光整的特點(diǎn)。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,26,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述 一、壓力容器的失效模式 二、壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的發(fā)展,壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展,27,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (1) 彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 這是為防止容器總體部位發(fā)生屈服變形，將總體部位的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力限制在材料的屈服點(diǎn)以下，保證容器的總體部位始終

23、處于彈性狀態(tài)而不會(huì)發(fā)生彈性失效。這是最傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，是現(xiàn)今容器設(shè)計(jì)首先應(yīng)遵循的準(zhǔn)則。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,28,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (2) 塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 容器某處(如厚壁筒的內(nèi)壁)彈性失效后并不意味著容器失去承載能力。將容器總體部位進(jìn)入整體屈服時(shí)的狀態(tài)或局部區(qū)域沿整個(gè)壁厚進(jìn)入全屈服狀態(tài)稱為塑性失效狀態(tài)，若材料符合理想塑性假設(shè)，載荷不需繼續(xù)增加，變形會(huì)無(wú)限制發(fā)展下去，稱此載荷為極限載荷。將極限載荷作

24、為設(shè)計(jì)依據(jù)加以限制，防止總體塑性變形，稱極限設(shè)計(jì)?！皹O限設(shè)計(jì)’’準(zhǔn)則即塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。用塑性力學(xué)方法求解結(jié)構(gòu)的極限載荷是這種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,,Treaca屈服條件或Mises屈服條件,29,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (3) 爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 非理想塑性材料在屈服后尚有增強(qiáng)的能力，對(duì)于容器(主要是厚壁的)在整體屈服后仍有繼續(xù)增強(qiáng)的承載能力，直到容器達(dá)到爆破時(shí)的載荷才為最大載荷。若以容器

25、爆破作為失效狀態(tài)，以爆破壓力作為設(shè)計(jì)的依據(jù)并加以限制，以防止發(fā)生爆破，這就是容器的爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。高壓容器中所介紹的Faupel公式就是這一準(zhǔn)則的體現(xiàn)。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,,30,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (4) 彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 如果容器的某一局部區(qū)域，一部分材料發(fā)生了屈服，而其他大部分區(qū)域仍為彈性狀態(tài)，而彈性部分又能約束著塑性區(qū)的塑性流動(dòng)變形，結(jié)構(gòu)處于這種彈塑性狀態(tài)可以認(rèn)為并不一定意味著失效。只有當(dāng)容

26、器某一局部彈塑性區(qū)域內(nèi)的塑性區(qū)中的應(yīng)力超過(guò)了由“安定性原理”確定的許用值時(shí)才認(rèn)為結(jié)構(gòu)喪失了“安定”而發(fā)生了彈塑性失效。安定性原理作為彈塑性失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，亦稱為安定性準(zhǔn)則。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,31,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (5) 疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 為防止容器發(fā)生疲勞失效，將容器應(yīng)力集中部位的最大交變應(yīng)力的應(yīng)力幅限制在由低周疲勞設(shè)計(jì)曲線確定的許用應(yīng)力幅之內(nèi)時(shí)才能保證在規(guī)定的循環(huán)周次內(nèi)不發(fā)生疲勞失效，這就是疲勞

27、失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這是20世紀(jì)60年代由美國(guó)發(fā)展起來(lái)的。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,32,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (6) 斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 實(shí)際難于避免裂紋，包括制造裂紋(焊接裂紋)和使用中產(chǎn)生或擴(kuò)展的裂紋(疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋)，為防止缺陷導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷，可按斷裂力學(xué)限制缺陷的尺寸或?qū)Σ牧咸岢霰仨氝_(dá)到的韌性指標(biāo)，這是防脆斷設(shè)計(jì)。防脆斷設(shè)計(jì)并不意味著允許新制造的容器可以存在裂紋，而是對(duì)容器使用若干年后的一種安全性估計(jì)

28、。新制造的容器，設(shè)計(jì)時(shí)是假定容器內(nèi)產(chǎn)生了可以檢測(cè)到的裂紋，通過(guò)斷裂力學(xué)方法對(duì)材料的韌性(主要是指斷裂韌性)提出必須保證達(dá)到的要求以使容器不會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆斷。在役容器檢測(cè)出裂紋，可用斷裂力學(xué)評(píng)價(jià)是否安全，即壓力容器的缺陷評(píng)定。這是基于斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(或稱防脆斷失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則)的方法。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,33,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (7) 蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 將高溫容器筒體的蠕變變形量(或按蠕變方程計(jì)算出的相

29、應(yīng)的應(yīng)力)限制在某一允許的范圍之內(nèi)，便可保證高溫容器在規(guī)定的使用期內(nèi)不發(fā)生蠕變失效，這就是蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,(8) 失穩(wěn)失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 外壓容器的失穩(wěn)皺折需按照穩(wěn)定性理論進(jìn)行穩(wěn)定性校核，這就是失穩(wěn)失效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。大型直立設(shè)備(如塔設(shè)備)在風(fēng)載與地震載荷下的縱向穩(wěn)定性校核也屬此類。,34,二、化工容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)展 (9) 剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的變形分析，將結(jié)構(gòu)中特定點(diǎn)的線位移及角位

30、移限制在允許的范圍內(nèi)，即保證結(jié)構(gòu)有足夠的剛度。例如大型板式塔內(nèi)大直徑塔盤很薄，就應(yīng)限制塔盤板的撓度，不致使液層厚薄不一而引起穿過(guò)塔盤氣體分布不均和降低板效率。又如法蘭設(shè)計(jì)時(shí)除應(yīng)保證強(qiáng)度外還應(yīng)采用剛度校核法以限制法蘭的偏轉(zhuǎn)變形 。,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述,35,第一節(jié) 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)概述 第二節(jié) 壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)技術(shù),壓力容器強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分析,36,第二節(jié) 壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)技術(shù),一、壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述二

31、、壓力容器強(qiáng)度校核三、壓力容器的結(jié)構(gòu)概述,37,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——設(shè)計(jì)壓力范圍,一、 常用設(shè)計(jì)規(guī)范及適用的壓力范圍GB150－1998《鋼制壓力容器》，彈性失效準(zhǔn)則，第一強(qiáng)度理論。 設(shè)計(jì)壓力P：0.1～35 MPa ； 真空度：≥0.02 MPa JB4732－95《鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，彈塑性失效準(zhǔn)則，第三強(qiáng)度理論。 設(shè)計(jì)壓力P：0.1～100 MPa； 真空度：≥0

32、.02 MPa 疲勞載荷；高溫蠕變 因?yàn)槿菀?guī)的監(jiān)察范圍是以最高工作壓力定義，而容器的分類以設(shè)計(jì)壓力分類，故假設(shè)有一個(gè)設(shè)計(jì)壓力1MPa而最大工作壓力0.08的容器，則不受《容規(guī)》監(jiān)察。GB151－1999《管殼式換熱器》 設(shè)計(jì)壓力P：0.1～35 MPa ；真空度：≥0.02 MPaGB12337－1998《鋼制球形儲(chǔ)罐》 設(shè)計(jì)壓力：P≤4MPa；公

33、稱容積：V≥50M3,38,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——設(shè)計(jì)載荷,二、 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷GB150－1998《鋼制壓力容器》：（1）內(nèi)壓、外壓或最大壓差；（2）液體靜壓力(≥5%P)； 需要時(shí)，還應(yīng)考慮以下載荷（3）容器的自重（內(nèi)件和填料），以及正常工作條件下或壓力試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝物料 的重力載荷；（4）附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺(tái)等的重力載荷；（5）風(fēng)載荷、地震力、雪載荷；（6）支座

34、、座底圈、支耳及其他形式支撐件的反作用力；（7）連接管道和其他部件的作用力；（8）溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力；（9）包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷；（10）沖擊反力,如流體沖擊引起的反力等；（11）運(yùn)輸或吊裝時(shí)的作用力。,39,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——術(shù)語(yǔ)壓力,三、重要名詞術(shù)語(yǔ)1、壓力（除注明者外，壓力均為表壓力）（1）工作壓力Pw：在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。（2）設(shè)計(jì)壓力P：指設(shè)定的容器頂

35、部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。（3）計(jì)算壓力PC：指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。（4）試驗(yàn)壓力PT：在壓力試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。,40,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——術(shù)語(yǔ)壓力,1、壓力（除注明者外，壓力均為表壓力）（5）最大允許工作壓力[Pw]：指在設(shè)計(jì)溫度下，容器頂部所允許承受的最大表壓力。該壓力

36、是根據(jù)容器殼體的有效厚度計(jì)算所得，且取最小值。 最大允許工作壓力可作為確定保護(hù)容器的安全泄放裝置動(dòng)作壓力（安全閥開啟壓力或爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力）的依據(jù)。（6）安全閥的開啟壓力PZ：安全閥閥瓣開始離開閥座，介質(zhì)呈連續(xù)排出狀態(tài)時(shí)，在安全閥進(jìn)口測(cè)得的壓力。介于容器最大工作壓力和設(shè)計(jì)壓力之間。（7）爆破片的標(biāo)定爆破壓力Pb：爆破片銘牌上標(biāo)明的爆破壓力。1.0-1.1,41,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——設(shè)計(jì)壓力選取,42,

37、壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——術(shù)語(yǔ)溫度,2、溫度（1）溫度 金屬溫度：容器元件沿截面厚度的溫度平均值。 工作溫度：容器在正常工作情況下介質(zhì)溫度。（2）最高、最低工作溫度：容器在正常工作情況下可能出現(xiàn)介質(zhì)最高、最低溫度。（3）設(shè)計(jì)溫度：容器在正常工作情況，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。 設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件。 （4）試驗(yàn)溫度：系指壓力

38、試驗(yàn)時(shí)容器殼體的金屬溫度。,43,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——術(shù)語(yǔ)厚度,3、厚度（1）計(jì)算厚度δ：由計(jì)算壓力計(jì)算（設(shè)計(jì)壓力加靜壓力）得到，容器受壓元件為滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求，按相應(yīng)公式計(jì)算得到的不包括厚度附加量的厚度。（2）設(shè)計(jì)厚度δd：計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。（3）名義厚度δn（即圖樣標(biāo)注厚度）：設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后，向上圓整至鋼材（鋼板或鋼管）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。（4）有效厚度δe：名義厚度減去厚度附加量（腐蝕裕量與鋼材厚

39、度負(fù)偏差之和）。（5）最小實(shí)測(cè)厚度：實(shí)際測(cè)量的容器殼體厚度的最小值。厚度校核時(shí)如果局部減薄用《檢規(guī)》的G0校核，如果均勻減薄，則需要考慮腐蝕余量后校核。（6）厚度附加量：設(shè)計(jì)容器受壓元件時(shí)所必須考慮的附加厚度，包括鋼板（或鋼管）厚度負(fù)偏差C1及腐蝕裕量C2。注意：容器殼體加工成型后不包括腐蝕裕量的最小厚度δmin： 對(duì)碳素鋼、低合金鋼，不小于3mm 對(duì)

40、高合金鋼，不小于2mm,44,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述—失效準(zhǔn)則、強(qiáng)度理論,四、失效準(zhǔn)則:容器從承載到載荷的不斷加大最后破壞經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、爆破，因此容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則有三種觀點(diǎn)：（1）彈性失效——常規(guī)設(shè)計(jì)（GB150等） 彈性失效準(zhǔn)則認(rèn)為殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達(dá)到材料屈服限時(shí)該殼體即失效，將應(yīng)力限制在彈性范圍，按照強(qiáng)度理論把筒體限制在彈性變形階段。認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服時(shí)即為承載的最大極限。 材料的拉伸曲線，彈性、塑

41、性、屈服、屈服硬化階段。（2）塑性失效——分析設(shè)計(jì)（JB4732） 塑性失效準(zhǔn)則將容器的應(yīng)力限制在塑性范圍，認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致容器發(fā)生破壞，只有當(dāng)容器內(nèi)外壁面全屈服時(shí)才為承載的最大極限。 （3）爆破失效——高壓、超高壓設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)沒有設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，國(guó)外ASME Ⅲ有 爆破失效準(zhǔn)則認(rèn)為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，只有達(dá)到

42、爆破時(shí)才是容器承載的最大極限。 *****用途：設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，指標(biāo)限制，什么時(shí)候算失效，不能用。 對(duì)特定參數(shù)的容器，按照彈性準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的容器需要的壁厚最大,45,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述—失效準(zhǔn)則、強(qiáng)度理論,五、強(qiáng)度理論：第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論）——常規(guī)設(shè)計(jì)（GB150等）這個(gè)理論也叫做“最大正應(yīng)力理論”，該理論假定材料的破壞只取決于絕對(duì)值最大的正應(yīng)力，就是說(shuō)，材料不論在什么復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，只要三個(gè)主應(yīng)力中有一個(gè)達(dá)到軸向

43、拉伸或壓縮中破壞應(yīng)力的數(shù)值時(shí)，材料就要發(fā)生破壞。適合脆性材料。適合常規(guī)設(shè)計(jì)。 對(duì)容器來(lái)說(shuō)，σ1為環(huán)向， σ2為軸向， σ3對(duì)薄壁的為0。第二強(qiáng)度理論（最大變形理論）這個(gè)理論也稱為“最大線應(yīng)變理論”，它認(rèn)為材料的破壞取決于最大線應(yīng)變，即最大相對(duì)伸長(zhǎng)或縮短。適合脆性材料。目前應(yīng)用較少。 第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論）——分析設(shè)計(jì)（JB4732）此即“最大剪應(yīng)力理論”。該理論認(rèn)為，無(wú)論材料在什么應(yīng)力狀態(tài)下，只要最大剪應(yīng)力達(dá)到在軸向拉伸

44、中破壞時(shí)的數(shù)值，材料就發(fā)生破壞。目前應(yīng)用較多。 第四強(qiáng)度理論（剪切變形能理論） 該理論也稱作“形狀改變比能理論”認(rèn)為材料的破壞取決于變形比能，把材料的破壞歸結(jié)為應(yīng)力與變形的綜合。 *****用途：將復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行等效簡(jiǎn)化，以便建立強(qiáng)度條件關(guān)系式。,46,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——計(jì)算公式筒體,六、計(jì)算公式1. 內(nèi)壓圓筒體計(jì)算公式2. 內(nèi)壓球殼計(jì)算公式注意：1、公式中各參數(shù)的含義、單位制、確定原則及注意事項(xiàng)。

45、 2、δd=δ+C2 （設(shè)計(jì)厚度＝計(jì)算厚度＋腐蝕裕量） δn=δ+C2+C1+△(圓整)（名義厚度＝ ） δe=δ+△ （有效厚度＝）,47,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——計(jì)算公式筒體,,48,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),應(yīng)力求解,,,圓周平衡：,靜定,圖2-2,軸向平衡：,,,,,,=,,,=,,,49,無(wú)力矩理論,拉普拉斯方程。,50,區(qū)域平衡方程,,●無(wú)力矩理論的兩個(gè)基本方程,微元

46、平衡方程區(qū)域平衡方程,從而得到各種回轉(zhuǎn)薄殼的薄膜應(yīng)力,51,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——計(jì)算公式封頭,,52,壓力容器強(qiáng)度計(jì)算概述——計(jì)算公式封頭,,53,壓力容器強(qiáng)度校核——校核公式,一、校核公式1. 內(nèi)壓圓筒體——按壁厚校核 ≤δ測(cè)2. 內(nèi)壓圓筒體——按壓力校核 ≥ P,54,壓力容器強(qiáng)度校核——校核參數(shù)選?。?）,二、校核

47、參數(shù)的選?。?）原則：腐蝕裕量=腐蝕速率（mm/年）×至下一個(gè)檢驗(yàn)周期的年數(shù) 實(shí)際：用減薄量估算（2）壓力Pc：①取容器實(shí)際最高工作壓力； ②裝有安全泄放裝置取:安全閥開啟壓力或爆破片爆破壓力； ③盛裝液化氣體容器取原設(shè)計(jì)壓力?！⒁鉁囟取⒔M分 當(dāng)容器的液柱靜壓力≥5%Pc,要計(jì)入液柱靜壓力（球形儲(chǔ)罐均要計(jì)入液柱靜壓力）。（3）溫度：溫度主要用來(lái)確定材

48、料許用應(yīng)力，強(qiáng)度校核溫度一般取實(shí)際最高壁溫，當(dāng)無(wú)準(zhǔn)確壁溫值時(shí)，取容器的實(shí)際最高工作溫度（熱介質(zhì)的最高工作溫度），低溫壓力容器，取常溫（20℃）值。（4）許用應(yīng)力，GB150屈服1.6，抗拉3.0安全系數(shù)。如16MnR抗拉510MPa/3.0=170(許用應(yīng)力）（見GB150），對(duì)屈服345/1.6＝216，故按照保守，取170許用應(yīng)力。 從理論上來(lái)說(shuō)，耐壓取1.25的系數(shù)，而實(shí)際屈服安全系數(shù)1.6，故不會(huì)塑性變形，但是仍然需要校

49、核水壓薄膜應(yīng)力，主要是1.25后邊有個(gè)溫度因子。 ①壓力容器的材料牌號(hào)明確的，直接按相應(yīng)材料牌號(hào)選取許用應(yīng)力，當(dāng)材料牌號(hào)不明確，可按壓力容器同類材料的最低標(biāo)準(zhǔn)值選取，如不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，則進(jìn)行材料化驗(yàn)、硬度測(cè)定確定強(qiáng)度等級(jí)，選取許用應(yīng)力值。 ②選取許用應(yīng)力值時(shí)取最高工作溫度或壁溫下的許用應(yīng)力； ③液化氣儲(chǔ)罐，取設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力； ④低溫容器取20℃下的許用應(yīng)力。,55,壓力容器強(qiáng)度校核——校核參數(shù)選

50、取（2）,二、校核參數(shù)的選?。?）直徑：內(nèi)直徑按實(shí)測(cè)最大值選取。（6）焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)根據(jù)焊接接頭的實(shí)際結(jié)構(gòu)形式和無(wú)損檢測(cè)比例，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取。 對(duì)焊接接頭形式不清，又無(wú)出廠資料可取φ=0.6，不能滿足強(qiáng)度條件時(shí)，可采用X射線或超聲波探傷，確認(rèn)焊接接頭實(shí)際結(jié)構(gòu)形式和焊接接頭內(nèi)在質(zhì)量后確定焊接接頭系數(shù)。如進(jìn)行局部抽查合格按局部探傷選焊接接頭系數(shù)，如進(jìn)行100％探傷合格，可按100％探傷選取焊

51、接接頭系數(shù)。對(duì)遠(yuǎn)離焊接接頭母材的局部腐蝕，用最小實(shí)測(cè)壁厚驗(yàn)算母材應(yīng)力水平時(shí)，焊接接頭系數(shù)可取1。三、例題——必須會(huì)進(jìn)行強(qiáng)度校核,56,壓力容器強(qiáng)度校核——壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核,,57,（3）夾套容器對(duì)于帶夾套的容器，應(yīng)在圖樣上分別注明內(nèi)筒和夾套的試驗(yàn)壓力。當(dāng)內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力為正值時(shí)，按內(nèi)壓確定試驗(yàn)壓力。當(dāng)內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力為負(fù)值時(shí)，按外壓進(jìn)行液壓試驗(yàn)。在內(nèi)筒液壓試驗(yàn)合格后，再焊接夾套。并對(duì)夾套進(jìn)行壓力試驗(yàn)，在確定了試驗(yàn)壓力后，必須校核內(nèi)筒在該試

52、驗(yàn)外壓力作用下的穩(wěn)定性。如果不能滿足穩(wěn)定要求，則應(yīng)規(guī)定在作夾套的液壓試驗(yàn)時(shí)，必須同時(shí)在內(nèi)筒保持一定壓力，以使整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程（包括升壓、保壓和卸壓）中的任一時(shí)間內(nèi)，夾套和內(nèi)筒的壓力差不超過(guò)設(shè)計(jì)壓差。圖樣上應(yīng)注明這一要求，以及試驗(yàn)壓力和允許壓差。（4）對(duì)立式容器臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)為立置時(shí)的試驗(yàn)壓力加液柱靜壓力。,壓力容器強(qiáng)度校核——壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核,58,壓力容器強(qiáng)度校核——壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核,,59,壓力容器強(qiáng)度校核——壓力試驗(yàn)

53、應(yīng)力校核,,60,壓力容器結(jié)構(gòu)概述,壓力容器一般是由筒體（又稱殼體）、封頭（又稱端蓋）、法蘭、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等組成。它們統(tǒng)稱為過(guò)程設(shè)備零部件，這些零部件大都有標(biāo)準(zhǔn)。其典型過(guò)程設(shè)備有換熱器、反應(yīng)器、分離容器、儲(chǔ)存容器等。 壓力容器的結(jié)構(gòu)形狀主要有圓筒形、球形、組合形。圓筒形容器是由圓柱形筒體和各種成型封頭（半球形、橢圓形、碟形、錐形）所組成。球形容器由數(shù)塊球瓣板拼焊成。承壓能力很好，但由于安置內(nèi)件不便

54、和制造稍難，故一般用作貯罐。壓力容器的筒體、封頭（端蓋）、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、膨脹節(jié)、開孔補(bǔ)強(qiáng)圈、設(shè)備法蘭；球罐的球殼板；換熱器的管板和換熱管；M36以上的主螺栓及公稱直徑大于250mm的接管和管法蘭均作為主要受壓元件。人造水晶釜約140MPa，根據(jù)受力，徑向力為0卷板（120mm以下）- 包扎；鍛焊（340mm）－整體鍛造－纏繞（1000MPa),纏繞的缺點(diǎn)在于軸向力不能約束，只能約束周向力。,61,壓力容器結(jié)構(gòu)概述——零部

55、件,1. 筒體 圓柱形筒體是壓力容器主要形式，制造容易、安裝內(nèi)件方便、而且承壓能力較好，因此應(yīng)用最廣。圓筒形容器又可以分為立式容器和臥式容器。 由于容器的筒體不但存在與容器封頭、法蘭相配的問題，而且臥式容器的支座標(biāo)準(zhǔn)也是按照容器的公稱直徑系列制定的，所以不但管子有公稱直徑，筒體也制定了公稱直徑系列。 對(duì)于用鋼板卷焊的筒體，用筒體的內(nèi)徑作為它的公稱直徑，其系列尺寸有300、400、500、600…等，如

56、果筒體是用無(wú)縫鋼管制作的，用鋼管的外徑作為筒體的公稱直徑。 夾套容器一般都是一主一輔，輔為主達(dá)到某種工況,62,壓力容器結(jié)構(gòu)概述——零部件,2. 封頭（1）球形封頭——壁厚最薄，用材比較節(jié)省。但封頭深度大、制造比較困難。（2）橢圓形封頭——橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個(gè)橢圓形，直邊段高度為h，因此橢圓形封頭是由半個(gè)橢球和一個(gè)高度為h的圓筒形筒節(jié)構(gòu)成。橢圓殼體周邊的周向應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)保證不失穩(wěn)。（3）碟形封頭——碟形封頭是由三

57、部分組成。第一部分是以半徑為Ri的球面部分，第二部分是以半徑為Di/2的圓筒形部分，第三部分是連接這兩部分的過(guò)渡區(qū)，其曲率半徑為r,Ri與r均以內(nèi)表面為基準(zhǔn)。不連續(xù)過(guò)渡導(dǎo)致邊緣應(yīng)力。,,,,,63,壓力容器結(jié)構(gòu)概述——零部件,（4）球冠形封頭——球冠形封頭可用作端封頭，也可以用作容器中兩獨(dú)立受壓室的中間封頭，由于封頭為一球面且無(wú)過(guò)渡區(qū)，在連接邊緣有較大邊緣應(yīng)力，要求封頭與筒體聯(lián)接處的T形接頭采用全焊透結(jié)構(gòu)。（5）錐形封頭——錐形封頭有

58、無(wú)折邊錐形封頭和折邊錐形封頭。（6）平蓋——彎曲應(yīng)力較大，在等厚度、同直徑條件下，平板內(nèi)產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)力是圓筒壁薄膜應(yīng)力的20～30倍。但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。,,,,,64,壓力容器結(jié)構(gòu)概述——零部件,3. 支座 支座是用來(lái)支承容器重量和用來(lái)固定容器的位置。支座一般分為立式容器支座、臥式容器支座。 立式容器支座分為耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。臥式容器多使用鞍式支座。 4. 法蘭

59、 法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠和足夠的強(qiáng)度。缺點(diǎn)是不能快速拆卸、制造 成本較高。 法蘭分類主要有以下方法：（1）按其被連接的部件分為壓力容器法蘭和管法蘭。（2）按法蘭接觸面的寬窄可分為窄面法蘭和寬面法蘭。（3）按整體性程度分為整體法蘭、松式法蘭和任意式法蘭。5. 人孔與手孔,,,,65,壓力容器結(jié)構(gòu)概述——開孔與補(bǔ)強(qiáng),1 為何要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng) 通常所用的壓力容器，由于各種工藝和結(jié)構(gòu)的要

60、求，需要在容器上開孔和安裝接管，由于開孔去掉了部分承壓金屬，不但會(huì)削弱容器的器壁的強(qiáng)度，而且還會(huì)因結(jié)構(gòu)連續(xù)性受到破壞在開孔附近造成較高的局部應(yīng)力集中。這個(gè)局部應(yīng)力峰值很高，達(dá)到基本薄膜應(yīng)力的3倍，甚至5-6倍。再加上開孔接管處有時(shí)還會(huì)受到各種外載荷、溫度等影響，并且由于材質(zhì)不同，制造上的一些缺陷、檢驗(yàn)上的不便等原因的綜合作用，很多失效就會(huì)在開孔邊緣處發(fā)生。主要表現(xiàn)疲勞破壞和脆性裂紋，所以必須進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。2 壓力容器為何有時(shí)可

61、允許不另行補(bǔ)強(qiáng) 壓力容器允許可不另行補(bǔ)強(qiáng)是鑒于以下因素： 容器在設(shè)計(jì)制造中，由于用戶要求，材料代用等原因，殼體厚度往往超過(guò)實(shí)際強(qiáng)度的需要。厚度的增加使最大應(yīng)力有所降低，實(shí)際上容器已被整體補(bǔ)強(qiáng)了。例如：在選材時(shí)受鋼板規(guī)格的限制，使壁厚有所增加；或在計(jì)算時(shí)因焊接系數(shù)壁厚增加，而實(shí)際開孔不在焊縫上。在多數(shù)情況下，接管的壁厚多與實(shí)際需要，多余的金屬起到了補(bǔ)強(qiáng)的作用。,,,,66,壓力容器結(jié)構(gòu)概述——開孔與補(bǔ)強(qiáng),3

62、 開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)所謂開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，就是指采取適當(dāng)增加殼體或接管壁厚的方法以降低應(yīng)力集中系數(shù)。其所涉及的有補(bǔ)強(qiáng)形式、開孔處內(nèi)外圓角的大小以及補(bǔ)強(qiáng)金屬量等。(1) 加強(qiáng)圈是最常見的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，貼焊在殼體與接管連接處，如圖a、b、c。該補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但加強(qiáng)圈與金屬間存在一層靜止的氣隙，傳熱效果差。當(dāng)兩者存在溫差時(shí)熱膨脹差也較大，因而在局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。另外，加強(qiáng)圈較難與殼體形成整體，因而抗疲勞性能較差。這種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)一般用于

63、靜壓、常溫及中、低壓容器。(2) 接管補(bǔ)強(qiáng)，即在殼壁與接管之間焊上一段厚壁加強(qiáng)管，如圖d、e、f。它的特點(diǎn)是能使所有用來(lái)補(bǔ)強(qiáng)的金屬材料都直接處在最大應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，因而能有效地降低開孔周圍的應(yīng)力集中程度。低合金高強(qiáng)度鋼制的壓力容器與一般低碳鋼相比有較高的缺口敏感性，采用接管補(bǔ)強(qiáng)為好。(3) 整鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)如圖g、h、I，此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開孔應(yīng)力最大的部位，補(bǔ)強(qiáng)后的應(yīng)力集中系數(shù)小。由于焊接接頭為對(duì)接焊，且焊接接頭及熱影響區(qū)可以