第6章容器零部件

1、1第六章容器零部件第六章容器零部件教学重点：教学重点： 各零部件标准的选用。各零部件标准的选用。教学难点：教学难点： 标准法兰的选用。标准法兰的选用。2345被连接件被连接件 连接件连接件 密封元件密封元件 法兰联接法兰联接图图6-1 螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构1-螺栓螺栓 2-垫片垫片 3-法兰法兰312第一节法兰联接第一节法兰联接 一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理 1、密封组成、密封组成6泄漏途径泄漏途径 密封原理密封原理压紧面泄漏压紧面泄漏 垫片渗漏垫片渗漏 当压力介质通过密封口当压力介质通过密封口的阻力降大于密封口两的阻力降大于密封口两侧的介质压力降时，介侧的

2、介质压力降时，介质就被密封住质就被密封住3122、工作原理、工作原理图图6-1 螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构1-螺栓螺栓 2-垫片垫片 3-法兰法兰7通过垫片材料本体毛细通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏。可通过管的渗透泄漏。可通过对渗透性垫片材料添加对渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良，某些填充剂进行改良，或与不透性材料组合成或与不透性材料组合成型来避免型来避免“垫片渗漏垫片渗漏”。沿着垫片与压紧面之沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺小主要与界面间隙尺寸有关。寸有关。“压紧面泄压紧面泄漏漏”是密封失效的主是密封失效的主要途径。要途径。垫片渗漏垫片渗漏

3、压紧面泄漏压紧面泄漏泄漏泄漏8压紧面泄漏压紧面泄漏垫片渗漏垫片渗漏图图6-2 泄漏形式泄漏形式9螺栓法兰连接的整个工作过程：螺栓法兰连接的整个工作过程：图图6-2（a）尚未预紧工况、尚未预紧工况、 （b）预紧工况、预紧工况、 （c）操作工况操作工况（a）尚未预紧工况）尚未预紧工况 将上、下法兰压紧面和垫片的将上、下法兰压紧面和垫片的 接触处的微观尺寸放大，表面接触处的微观尺寸放大，表面 是凹凸不平的，这就是流体泄是凹凸不平的，这就是流体泄 漏的通道。漏的通道。（a）尚未预紧工况尚未预紧工况图图6-3 密封机理图密封机理图10（b）预紧工况（无内压）预紧工况（无内压） 拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压

4、拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。垫片产生弹性紧面作用到垫片上。垫片产生弹性或屈服变形，填满凹凸不平处，堵或屈服变形，填满凹凸不平处，堵塞泄漏通道，形成初始密封条件。塞泄漏通道，形成初始密封条件。 形成初始密封条件时垫片单位面积形成初始密封条件时垫片单位面积上所需的最小压紧力，称为上所需的最小压紧力，称为“” ” ，单位为，单位为MPaMPa。在预紧工。在预紧工况下，如垫片单位面积上所受的压况下，如垫片单位面积上所受的压紧力小于比压力紧力小于比压力y y，介质即发生泄漏。，介质即发生泄漏。引入概念引入概念1“预紧比压预紧比压y”（b）预紧工况预紧工况图图6-3 密封机理图密封机理图y

5、值仅与垫片材料、值仅与垫片材料、结构与厚度有关。结构与厚度有关。11通入介质通入介质压力上升压力上升密封比压下降密封比压下降导致导致垫片弹性压缩变形部分产生回弹，使压垫片弹性压缩变形部分产生回弹，使压紧面上的密封比压力仍能维持紧面上的密封比压力仍能维持以以保持密封性能。保持密封性能。为保证在操作状态时法兰的密封性为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加在垫片上的压应力，能而必须施加在垫片上的压应力，称为称为。操作密封比压往往用介质计算压力操作密封比压往往用介质计算压力的的m倍表示，倍表示， m称为称为“垫片系数垫片系数”。引入概念引入概念2“操作密封比压操作密封比压”（c）操作工况操作工况（

6、c）操作工况操作工况 图图6-3 密封机理图密封机理图12二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类1、按法兰接触面分、按法兰接触面分图图6- 窄面法兰与宽面法兰窄面法兰与宽面法兰13整体法兰整体法兰将法兰与壳体锻或铸成一体或全焊透，典型的整体法兰有一将法兰与壳体锻或铸成一体或全焊透，典型的整体法兰有一个锥形的颈脖，故又称高（长）颈法兰。法兰受力后会使容个锥形的颈脖，故又称高（长）颈法兰。法兰受力后会使容器产生附加弯曲应力。器产生附加弯曲应力。2、按法兰与设备或管道的联接方式划分、按法兰与设备或管道的联接方式划分图图6-5 整体法兰整体法兰14整体法兰整体法兰15整体法兰整体法兰16松套法兰松套

7、法兰法兰不直接固定在壳体上或虽然固定而不能保证法兰法兰不直接固定在壳体上或虽然固定而不能保证法兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。图图6-6 松套法兰松套法兰17松套法兰松套法兰18螺纹法兰螺纹法兰 法兰和管壁通过螺纹进行连接，法兰对管壁产生的附法兰和管壁通过螺纹进行连接，法兰对管壁产生的附加应力较小。常用于高压管道。加应力较小。常用于高压管道。图图6-7 螺纹法兰螺纹法兰19螺纹法兰螺纹法兰20圆形、方形和椭圆形3、按法兰形状分、按法兰形状分图图6-8 不同形状的法兰不同形状的法兰21三、影响法兰密封的因素三、影响法兰密封的因素预紧力应均匀地作用到垫

8、片上，可采取减小螺栓直径、预紧力应均匀地作用到垫片上，可采取减小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高密封性能。增加螺栓个数等措施来提高密封性能。预紧力不宜太大，否则使垫片整体屈服丧失回弹能力，预紧力不宜太大，否则使垫片整体屈服丧失回弹能力，甚至将垫片挤出或压坏。甚至将垫片挤出或压坏。适当提高预紧力可增加垫片的密封能力，即在正常工况适当提高预紧力可增加垫片的密封能力，即在正常工况下保留较大的接触面比压力。下保留较大的接触面比压力。预紧力使垫片压紧实现初始密封。预紧力使垫片压紧实现初始密封。1、螺栓预紧力、螺栓预紧力22主要根据工艺条件、密封口径以及准备采用的主要根据工艺条件、密封口径以及准备采用的

9、垫片等进行（常用垫片等进行（常用5 5种）选择种）选择u形状和粗糙度应与垫片相匹配形状和粗糙度应与垫片相匹配;u使用金属垫片时其压紧面的质量要求比使用非金属垫片时高；使用金属垫片时其压紧面的质量要求比使用非金属垫片时高；u压紧面表面不允许有刀痕和划痕；压紧面表面不允许有刀痕和划痕；u应能均匀地压紧垫片，保证平面度和垂直度。应能均匀地压紧垫片，保证平面度和垂直度。压紧面的质量要求压紧面的质量要求 压紧面的型式压紧面的型式2、压紧面（密封面）、压紧面（密封面）23平面型压紧面平面型压紧面 优点：结构简单，加工方便。优点：结构简单，加工方便。缺点：是接触面积大，需要的预紧比压大，螺栓承载大，故缺点：

10、是接触面积大，需要的预紧比压大，螺栓承载大，故法兰等零件要求高、笨重，垫片易挤出，密封性能较差。使法兰等零件要求高、笨重，垫片易挤出，密封性能较差。使用压力用压力P2.5MPa，有毒、易燃、易爆介质中不能使用。有毒、易燃、易爆介质中不能使用。24凹凸型压紧面凹凸型压紧面 由一个凹面和一个凸由一个凹面和一个凸面配合组成。垫片放面配合组成。垫片放凹面中。凹面中。优点：便于对中，能优点：便于对中，能防垫片挤出。防垫片挤出。可用在可用在P6.4MPa，DN800mm25榫槽型压紧面榫槽型压紧面 一榫一槽密封面组成，优点一榫一槽密封面组成，优点是对中性好，密封预紧压力是对中性好，密封预紧压力小，垫片不易

11、挤出，不受介小，垫片不易挤出，不受介质冲刷，用于易燃易爆密封质冲刷，用于易燃易爆密封要求高处。缺点是更换较困要求高处。缺点是更换较困难，榫易损坏。难，榫易损坏。注意：应使固定在设备上的注意：应使固定在设备上的法兰为槽面法兰为槽面, ,可拆下部分的法可拆下部分的法兰为榫面。兰为榫面。26锥形压紧面锥形压紧面 通常用于高压密封，通常用于高压密封，其缺点是需要的尺寸其缺点是需要的尺寸精度和表面粗糙度要精度和表面粗糙度要求高。须与透镜垫片求高。须与透镜垫片配合配合, ,常用于高压管道常用于高压管道。 27梯形槽压紧面梯形槽压紧面 槽底不起密封作用，是槽底不起密封作用，是槽的内外锥面与垫片接槽的内外锥面

12、与垫片接触成梯形触成梯形, ,形成密封的，形成密封的，与椭圆或八角形截面的与椭圆或八角形截面的金属垫圈配合。金属垫圈配合。3 28非金属垫片非金属垫片 金属垫片金属垫片 金属金属非金属组合垫片非金属组合垫片 一般要求软韧，一般要求软韧，强度要求其次强度要求其次 3、垫片性能、垫片性能29密封失效的主密封失效的主要原因之一要原因之一提高法兰刚度的措施：提高法兰刚度的措施：增加法兰厚度增加法兰厚度；减小螺栓力作用的力臂减小螺栓力作用的力臂( (即缩小即缩小中心圆直径中心圆直径) )；增大法兰盘外径增大法兰盘外径。刚度不足：过大的翘曲变形刚度不足：过大的翘曲变形4、法兰刚度、法兰刚度30图图6-15

13、 法兰的翘曲变形法兰的翘曲变形 31在压力、介质和温度的联合作用下，尤其是波动在压力、介质和温度的联合作用下，尤其是波动的高温下，会严重影响密封性能，甚至使密封因的高温下，会严重影响密封性能，甚至使密封因疲劳而完全失效。疲劳而完全失效。操作条件操作条件指压力、温度及介质的物理化学性质对密封性能指压力、温度及介质的物理化学性质对密封性能的影响的影响。 特特 点点高温下，介质粘度小，渗透性大，易泄漏；介质高温下，介质粘度小，渗透性大，易泄漏；介质对垫片和法兰的腐蚀作用加剧，增加了泄漏的可对垫片和法兰的腐蚀作用加剧，增加了泄漏的可能性；法兰、螺栓和垫片均会产生较大的高温蠕能性；法兰、螺栓和垫片均会产

14、生较大的高温蠕变与应力松弛，使密封失效；某些非金属垫片还变与应力松弛，使密封失效；某些非金属垫片还会加速老化、变质，甚至烧毁。会加速老化、变质，甚至烧毁。 原原 因因5、操作条件、操作条件32四、法兰标准及选用四、法兰标准及选用 平焊法兰平焊法兰 对焊法兰对焊法兰 甲型甲型 压力容器压力容器法法 兰兰乙型乙型 1、压力容器法兰标准、压力容器法兰标准33焊缝形式：甲型为焊缝形式：甲型为V型坡口，乙型为型坡口，乙型为U型坡口，型坡口，因此乙型更易焊透，故其强度和刚度更高。因此乙型更易焊透，故其强度和刚度更高。比较比较 乙型法兰带有一个短筒体，因此刚性较甲型法兰乙型法兰带有一个短筒体，因此刚性较甲型

15、法兰好，可用于压力较高，直径较大的场合；好，可用于压力较高，直径较大的场合；平平焊焊法法兰兰 图图6-16 甲型平焊法兰甲型平焊法兰图图6-17 乙型平焊法兰乙型平焊法兰34特点特点 由于有长颈，并由于有长颈，并采用对焊，故刚采用对焊，故刚性更好，用于压性更好，用于压力更高处力更高处. . 对焊法兰对焊法兰 图图6-18 长颈对焊法兰长颈对焊法兰35平焊与对焊平焊与对焊法兰都有带法兰都有带衬环与不带衬环与不带衬环两种。衬环两种。 注意问题注意问题 密封面都有密封面都有平面型、凹平面型、凹凸型、榫槽凸型、榫槽型三种。型三种。 图图6-1 带衬环的甲型平焊法兰带衬环的甲型平焊法兰36选择法兰的主要

16、参数选择法兰的主要参数公称压力（公称压力（PN）公称直径（公称直径（DN）2、如何选用压力容器法兰、如何选用压力容器法兰37公称直径公称直径 公称压力公称压力 压力容器法兰的公称直径与压力容压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系列数值器的公称直径取同一系列数值法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度以及法兰材料三个因素有关。以及法兰材料三个因素有关。公称压力公称压力是以是以16Mn在在200时的最高工作压时的最高工作压力为依据制定的，因此当法兰材料和工作温度不力为依据制定的，因此当法兰材料和工作温度不同时，最大工作压力将降低或升高。同时，

17、最大工作压力将降低或升高。383、压力容器法兰的标记、压力容器法兰的标记标准号标准号公称直径，公称直径，mm密封面型式代号密封面型式代号法兰类型代号法兰类型代号公称压力，公称压力，MPa标记示例：标记示例：公称压力公称压力1.6MPa，公称直径，公称直径800mm的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰中的榫面法兰。的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰中的榫面法兰。法兰法兰CT 8001.6 JB/T4702200239问题问题公称压力为公称压力为0.6MPa的法兰的含义是什么？的法兰的含义是什么？管法兰部分自学管法兰部分自学40鞍座第二节第二节 容器支座容器支座41支腿424344支座支座耳式支座耳式支座支承式

18、支座支承式支座腿式支座腿式支座裙式支座裙式支座立式支座立式支座鞍座鞍座圈座圈座支腿支腿卧式支座卧式支座45一一、卧式容器支座、卧式容器支座鞍座、圈座及支腿鞍座、圈座及支腿圈座：用于大直径薄壁容器和圈座：用于大直径薄壁容器和 真空容器，增加局部刚度。真空容器，增加局部刚度。支腿：重量较轻的小型容器。支腿：重量较轻的小型容器。 常见的大型卧式储罐、常见的大型卧式储罐、换热器等多采用换热器等多采用鞍座。鞍座。是应用最为广泛的是应用最为广泛的一种卧式容器支座。一种卧式容器支座。46封头封头筒体筒体 支座支座（鞍座）（鞍座）4748495051（一（一）双鞍式支座双鞍式支座 最大剪力：最大剪力： 鞍座处

19、鞍座处最大弯矩：最大弯矩： 筒体中心处筒体中心处危险截面出现在危险截面出现在两支座中心处和两支座中心处和鞍座处鞍座处1.受力受力52剪力剪力弯矩弯矩53 力学模型的简化力学模型的简化简化为长度简化为长度L，受均布载荷受均布载荷q作用的外伸简支梁作用的外伸简支梁54均布载荷均布载荷）LHLFHLQq341 (23455A、跨距中点处跨距中点处 a、弯矩弯矩LALhLhRFLMiim43412142221b、应力应力最大合成应力发生在截面最高点或最低点最大合成应力发生在截面最高点或最低点 ememRMpRWM211112最高点最高点ememRMpRWM211122最低点最低点56B、支座截面支座截

20、面 a、弯矩、弯矩b b、应力应力 最大合成应力发生在截面最高点或最低点。最大合成应力发生在截面最高点或最低点。 在截面最高点在截面最高点ememRKMpRWM21221232在截面最低点在截面最低点 ememRKMpRWM22221242筒体有加强圈或由封头加强筒体有加强圈或由封头加强ARm/2时时，轴向应力，轴向应力在横截面的最高点；在横截面的最高点；当筒体不被加强时，鞍座处筒当筒体不被加强时，鞍座处筒体转移到了靠近水平中心线处。体转移到了靠近水平中心线处。 LhALhRLAFLMiim3412/112225758A0.2L且尽可能使且尽可能使A0.5Ri 1）为减少支座处筒体最大弯矩，使

21、其应力）为减少支座处筒体最大弯矩，使其应力分布合适，使支座跨距中心与支座最大弯矩分布合适，使支座跨距中心与支座最大弯矩相等，推导出相等，推导出A=0.207L2) 试验证明，当试验证明，当A0.5Ri时，封头对筒体才时，封头对筒体才有加强作用，因此支座的最佳位置应在满有加强作用，因此支座的最佳位置应在满足足A0.2L的条件下，尽量使的条件下，尽量使A0.5Ri2.鞍座的最佳位置鞍座的最佳位置593）当当A0.5Ri或筒体无加强措施而刚性不足时，或筒体无加强措施而刚性不足时，在周向弯矩的作用下，鞍座处筒体上将产生在周向弯矩的作用下，鞍座处筒体上将产生“扁塌扁塌”现象：现象： 鞍座上筒体发生变鞍座

22、上筒体发生变形，犹如形，犹如“扁塌扁塌”。鞍座处筒体不起承鞍座处筒体不起承载作用，成为无效载作用，成为无效区（图）。区（图）。60结构结构3.鞍座的结构与标鞍座的结构与标准准61 标准标准A 轻型，都是轻型，都是120包角，都有垫板包角，都有垫板B 重型，有重型，有120和和150两种包角，有带垫板两种包角，有带垫板的，也有不带垫板的。的，也有不带垫板的。公称直径，公称直径，mmJB/T4712-92 鞍座鞍座固定鞍座固定鞍座F，滑动鞍座，滑动鞍座S标记示例：标记示例：公称直径为公称直径为2600mm的轻型（的轻型（A）鞍座，标记为）鞍座，标记为 JB/T471292 鞍座鞍座A2600-F

23、JB/T471292 鞍座鞍座A2600-S型号（型号（A,B,B,B,B,B）62（二（二）圈式支座圈式支座 可能造成严重挠曲的薄壁容器；多于两个支承的可能造成严重挠曲的薄壁容器；多于两个支承的长容器。长容器。（三（三）支腿支腿 只适用于小型容器。只适用于小型容器。 63二、立式容器支座二、立式容器支座 优点：优点：简单轻便；缺点：对简单轻便；缺点：对器壁产生较大局部应力。器壁产生较大局部应力。 结构：结构：由筋板和支脚板组成，由筋板和支脚板组成，广泛用于中、小型立式设备广泛用于中、小型立式设备(高径比不大于高径比不大于5，总高度不，总高度不大于大于10m)（一一）耳式支座）耳式支座 （悬挂

24、式支座）（悬挂式支座）64标准：标准： JB/T4725JB/T4725耳式支座耳式支座，它将耳式支座分为它将耳式支座分为A A型（短臂）和型（短臂）和B B型型（长臂）两类，每（长臂）两类，每类又有带垫板和不类又有带垫板和不带垫板两种。带垫板两种。B B型耳型耳式支座有较大的安式支座有较大的安装尺寸，当容器外装尺寸，当容器外面包有保温层，或面包有保温层，或者将容器直接放置者将容器直接放置在楼板上时，宜选在楼板上时，宜选用用B B型。型。 65 标记方法标记方法型号（型号（A,AN,B,BN）JB/T4725-92,耳座耳座支座号（支座号（18）标记示例：标记示例：A型，不带垫板，型，不带垫板

25、，3号耳式支座，支座材料为号耳式支座，支座材料为Q235-AF，标记为，标记为 JB/T472592,耳座耳座AN3 材料：材料：Q235-AF66（二二）支承式支座）支承式支座结构：结构：在容器封头底部在容器封头底部焊上数根支柱，直接支焊上数根支柱，直接支承在基础地面上。承在基础地面上。特点：特点：简单方便，但它简单方便，但它对容器封头会产生较大对容器封头会产生较大的局部应力，因此当容的局部应力，因此当容器较大或壳体较薄时，器较大或壳体较薄时，必须在支座和封头间加必须在支座和封头间加垫板，以改善壳体局部垫板，以改善壳体局部受力情况。受力情况。67用于高度不大、安装位用于高度不大、安装位置距基

26、础面较近且具有置距基础面较近且具有凸形封头的立式容器。凸形封头的立式容器。标准：标准： JB/T4724支承式支座支承式支座分为分为A A型和型和B B型，型，A A型支座由型支座由钢板焊制而成；钢板焊制而成；B B型支座采型支座采用钢管作支柱。用钢管作支柱。68（三三）腿式支座（支腿）腿式支座（支腿）结构简单、轻巧、结构简单、轻巧、安装方便，在容器下面安装方便，在容器下面有较大的操作维修空间。有较大的操作维修空间。图图6-31 腿式支座腿式支座JB/T4713腿式支座腿式支座A型：角钢支柱型：角钢支柱B型：钢管支柱型：钢管支柱6970问题：腿式支座与支承式支座的区别？问题：腿式支座与支承式支

27、座的区别？腿式支座是支承在腿式支座是支承在容器的圆柱体部分容器的圆柱体部分支承式支座是支承支承式支座是支承在容器的底封头上在容器的底封头上71（四四）裙式支座）裙式支座应用：应用：高大的立式容器，高大的立式容器， 特别是塔器。特别是塔器。形式：形式：圆筒形裙座和圆锥圆筒形裙座和圆锥形裙座。形裙座。721塔体塔体; 2保温支承圈保温支承圈; 3无保温时排气孔无保温时排气孔;4裙座筒体裙座筒体; 5人孔人孔 ; 6螺栓座螺栓座; 7基础环基础环; 8有保温时排气孔有保温时排气孔; 9引出管通道引出管通道; 10排液孔排液孔图图6-32 裙式支座裙式支座73(1)(1)座体座体 它的上端与它的上端与

28、塔体底封头焊接塔体底封头焊接在一起，下端焊在一起，下端焊在基础环上。座在基础环上。座体承受塔体的全体承受塔体的全部载荷，并把载部载荷，并把载荷传到基础环上荷传到基础环上去。去。74(2)(2)基础环基础环 基础环是基础环是块环形垫板，块环形垫板，它把由座体传它把由座体传下来的载荷，下来的载荷，再均匀地传到再均匀地传到基础上去。基础上去。75(3)(3)螺拴座螺拴座 由座板和筋由座板和筋板组成，供安装板组成，供安装地脚螺栓用，以地脚螺栓用，以便地脚螺栓把塔便地脚螺栓把塔设备固定在基础设备固定在基础上上76(4)(4)管孔管孔 在裙座上有在裙座上有检修用的人孔、检修用的人孔、引出管孔引出管孔, ,

29、 排气排气管孔等管孔等7778第三节第三节 容器的开孔补强容器的开孔补强 设备与管道的联接，设备上测量、控制仪表的安装，设备与管道的联接，设备上测量、控制仪表的安装，都需要开孔，也是接管的接口。都需要开孔，也是接管的接口。在 设 备 上 焊 好 接 管 后 ， 需 要 考 虑 它 的 长 度在 设 备 上 焊 好 接 管 后 ， 需 要 考 虑 它 的 长 度（150200mm），），便于安装、拆卸等。便于安装、拆卸等。属于一个部件，由公称压力、公称直径确定形状。属于一个部件，由公称压力、公称直径确定形状。有椭圆形、长圆形、圆形（常用）有椭圆形、长圆形、圆形（常用）一、设备开孔的装置一、设备开

30、孔的装置 1.设备的管口设备的管口2.人孔、手孔人孔、手孔79容器开孔后在孔边附件的局部地区，应力会达到很大的容器开孔后在孔边附件的局部地区，应力会达到很大的数值，这种局部的应力增长现象，叫做数值，这种局部的应力增长现象，叫做应力集中应力集中。在应。在应力集中区域的最大应力值，称为力集中区域的最大应力值，称为应力峰值应力峰值。 开孔削弱了器壁材料，破坏了原有应力分布并引起应开孔削弱了器壁材料，破坏了原有应力分布并引起应力集中；力集中； 壳体与接管连接处形成结构不连续应力；壳体与接管连接处形成结构不连续应力； 壳体与接管的拐角处因不等截面过渡引起应力集中。壳体与接管的拐角处因不等截面过渡引起应力

31、集中。 二、开孔应力集中现象及原因二、开孔应力集中现象及原因1、开孔应力集中现象、开孔应力集中现象 2、产生原因、产生原因 80局部补强的金属截面积必须等于或大局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔所减去的壳体截面积，其含义在于补于开孔所减去的壳体截面积，其含义在于补足壳壁的平均强度，即用与开孔等截面的外足壳壁的平均强度，即用与开孔等截面的外加金属来补偿被削弱的壳壁强度。加金属来补偿被削弱的壳壁强度。 长期实践经验，简单易行，在一般压力长期实践经验，简单易行，在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此不少国家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，如的容器设计规范

32、主要采用该方法，如ASME -1和和GB150等。等。（一（一）补强设计原则补强设计原则 三、开孔补强设计原则三、开孔补强设计原则 、形式与结构、形式与结构1、等面积补强、等面积补强81指开孔容器在接管处达到全域塑性时的极限压力应等于指开孔容器在接管处达到全域塑性时的极限压力应等于无孔壳体的屈服压力；无孔壳体的屈服压力；同时，按弹性计算的最大应力应不超过同时，按弹性计算的最大应力应不超过2 2s s 定义定义而s=1.5，所以 0 . 3max 2、塑性失效补强原则、塑性失效补强原则82（二（二）补强形式补强形式 图6-30 补强的几种形式(C) 凸出接管对称加强只加强壳体Srori(d) 密

33、集补强Sr4补强只加强接管补强S1补强R补强S SS1rS1rS1S1SRS1rS1r补强r3S1补强S SR RSrS1S1Srr(a) 内加强平齐接管SrR补强S1riS补强(b) 外加强平齐接管同时加强壳体与接管r rS1Sr补强SS1rRS1补强SS1rS1RrS补强rrRSrroS11、内加强平齐接管、内加强平齐接管 将补强金属加在接管或壳体的内侧将补强金属加在接管或壳体的内侧(a)(a)内加强平齐接管内加强平齐接管 832、外加强平齐接管、外加强平齐接管 图 6-30 补 强 的 几 种 形 式(C) 凸 出 接 管 对 称 加 强只 加 强 壳 体Srori(d) 密 集 补 强

34、Sr4补 强只 加 强 接 管补 强S1补 强R补 强S SS1rS1rS1S1SRS1rS1r补 强r3S1补 强S SR RSrS1S1Srr(a) 内 加 强 平 齐 接 管SrR补 强S1riS补 强(b) 外 加 强 平 齐 接 管同 时 加 强 壳 体 与 接 管r rS1Sr补 强SS1rRS1补 强SS1rS1RrS补 强rrRSrroS1将补强的金属加在接管或壳体的外侧将补强的金属加在接管或壳体的外侧(b)(b)外加强平齐接管外加强平齐接管 84 3、对称加强凸出接管、对称加强凸出接管 图6-30 补强的几种形式(C) 凸出接管对称加强只加强壳体Srori(d) 密集补强Sr

35、4补强只加强接管补强S1补强R补强S SS1rS1rS1S1SRS1rS1r补强r3S1补强S SR RSrS1S1Srr(a) 内加强平齐接管SrR补强S1riS补强(b) 外加强平齐接管同时加强壳体与接管r rS1Sr补强SS1rRS1补强SS1rS1RrS补强rrRSrroS1采用凸出采用凸出(插入插入)接管，接管的内伸与外伸部分实行对称加强接管，接管的内伸与外伸部分实行对称加强图6-30 补强的几种形式(C) 凸出接管对称加强只加强壳体Srori(d) 密集补强Sr4补强只加强接管补强S1补强R补强S SS1rS1rS1S1SRS1rS1r补强r3S1补强S SR RSrS1S1Srr

36、(a) 内加强平齐接管SrR补强S1riS补强(b) 外加强平齐接管同时加强壳体与接管r rS1Sr补强SS1rRS1补强SS1rS1RrS补强rrRSrroS1只加强接管只加强壳体同时加强壳体与接管 (c)(c)对称加强凸出接管对称加强凸出接管 854、密集补强、密集补强 图6-30 补强的几种形式(C) 凸出接管对称加强只加强壳体Srori(d) 密集补强Sr4补强只加强接管补强S1补强R补强S SS1rS1rS1S1SRS1rS1r补强r3S1补强S SR RSrS1S1Srr(a) 内加强平齐接管SrR补强S1riS补强(b) 外加强平齐接管同时加强壳体与接管r rS1Sr补强SS1r

37、RS1补强SS1rS1RrS补强rrRSrroS1(d)(d)密集补强密集补强 将补强金属集中地加在接管与壳体的连接处将补强金属集中地加在接管与壳体的连接处86四种补强形式的比较四种补强形式的比较从强度角度看从强度角度看密集补强最好，对称凸出接管次之，内加密集补强最好，对称凸出接管次之，内加强平齐接管第三，外加强平齐接管效果最差强平齐接管第三，外加强平齐接管效果最差从制造角度看从制造角度看87（三）补强结构（三）补强结构补强结构补强结构补强圈补强结构补强圈补强结构补强元件补强结构补强元件补强结构整体补强结构整体补强结构指补强金属采用什么结构方式与指补强金属采用什么结构方式与被补强的壳体或接管连

38、成一体被补强的壳体或接管连成一体 88结构结构补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见图补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见图6-33.优点优点结构简单，制造方便，使用经验丰富结构简单，制造方便，使用经验丰富图图6-33 补强圈补强补强圈补强缺点缺点1）与壳体金属之间不能完全）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，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在补强局部区域产生较大的热应力；应力；2）难以与壳体形成整体，抗）难以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。疲劳性能差。1、补强圈补强结构、补强圈补强结构89补强圈补强补强圈补强90补强

39、圈补强补强圈补强91补强圈补强补强圈补强92补强圈补强圈93中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在静载、常温、中低压容器中静载、常温、中低压容器中a.材料的标准抗拉强度低于材料的标准抗拉强度低于540MPab.补强圈厚度小于或等于补强圈厚度小于或等于1.5nc.壳体名义厚度壳体名义厚度n不大于不大于38mm适用范围适用范围HG21506-92补强圈补强圈，JB/T4736-95补强圈补强圈标准标准94注意注意为了检验焊缝的紧密性，补强板上开有一个为了检验焊缝的紧密性，补强板上开有一个M10的小螺纹孔，的小螺纹孔，从这里通人压缩空气，并在补强圈与器壁的连

40、接焊缝外涂抹从这里通人压缩空气，并在补强圈与器壁的连接焊缝外涂抹肥皂水，如果焊缝有缺陷就会在该处吹起肥皂泡肥皂水，如果焊缝有缺陷就会在该处吹起肥皂泡.95结构结构在开孔处焊上一段厚壁接管，见图在开孔处焊上一段厚壁接管，见图6-34。特点特点结构简单，焊缝少，补强效果好，高强度低结构简单，焊缝少，补强效果好，高强度低合金钢制压力容器一般都采用该结构合金钢制压力容器一般都采用该结构图图6-34 厚壁接管补强厚壁接管补强2、加强元件补强（又称接管补强或厚壁管补强、加强元件补强（又称接管补强或厚壁管补强 ）96厚壁接管补强厚壁接管补强97厚壁接管补强厚壁接管补强98图图6-35 整锻件补强整锻件补强

41、整体锻件整体锻件3、整体补强结构、整体补强结构将接管与部分壳体边同加强部分作为整将接管与部分壳体边同加强部分作为整体锻件，然后与壳体焊接在一起。体锻件，然后与壳体焊接在一起。 99整锻件补强整锻件补强100补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低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，疲劳寿命只降响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低低1015%。优点优点缺点缺点锻件供应困难，制造成本较高。锻件供应困难，制造成本较高。重要压力容器，如核容器、材料屈

42、服点在重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直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。径开孔容器等。应用应用101（四（四）允许不另行补强的条件允许不另行补强的条件 GB150规定：规定：在设计压力在设计压力2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的2倍，倍，接管接管公称外径公称外径89mm时，只要接管最小厚度满足表时，只要接管最小厚度满足表6-19要求，就要求，就可不另行补强。可不另行补强。表表

43、6-1 不另行补强的接管最小厚度不另行补强的接管最小厚度 mm6.05.04.03.5897665574845383225接管公接管公称外径称外径最小最小厚度厚度102GB150对开孔最大直径的限制对开孔最大直径的限制基本原则基本原则使有效补强的金属面积，等于或大于开孔使有效补强的金属面积，等于或大于开孔所削弱的金属面积。所削弱的金属面积。（一一）允许开孔的范围）允许开孔的范围a. 圆筒上开孔的限制：圆筒上开孔的限制：内径内径Di1500mm时，开孔最大直径时，开孔最大直径d iD21，且，且d520mm；内径内径Di1500mm时，开孔最大直径时，开孔最大直径d iD31，且，且d1000m

44、m。 四、等面积补强的设计方法四、等面积补强的设计方法 103b. 凸形封头或球壳上开孔最大直径凸形封头或球壳上开孔最大直径d iD21。 c. 锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径d iD31，Di为开孔为开孔中心处的锥壳内直径。中心处的锥壳内直径。d. 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直在椭圆形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。于封头表面。104承受内压承受内压)f1 (2dAret（6-14）式中式中 A开孔削弱所需要的补强面积，开孔削弱所需要的补强面积，mm2； d开孔直径开孔直径 圆形孔：圆形孔：d=di+2C di接管内直径接管内直径（二二）所需最小补强面积）所需最小补强面积A (即开孔削弱的截面积即开孔削弱的截面积A ) 壳体开孔处的计算厚度，壳体开孔处的计算厚度，mm； et接管有效厚度，接管有效厚度，et =nt-C，mm；