开孔补强的快速判断及简化计算

压力容器开孔后不仅 整体强 度受到削弱 而且还因开孔后设 置的 接管 或 人 孔 引起 的 应 力 集 中 造成开孔边缘局部 的高应力 包 括局部薄膜应力 弯 曲应力及峰 值应力 有时接管上还有其它的 外载荷 以及制造过程 中存 在的 缺陷和残余应力 开孑 L 附近往往 成为容器的破坏源 因此 在压力 容器 中必须充分考虑开孔的补强 问题 1 开孑 L 补强的方法及比较 按照G B 1 5 0 1 9 9 8 钢制压力容 器 标准规定 壳体开孔补强可采 用补强圈补强和整体补强两 种结 构形式 整体补强是指采取增加 壳体厚度或采用全焊透的结构形 式将厚壁管或整体补强锻件 与壳 体相焊的补强型式 由于采用整 体补强将增加设备造价 而补强 开孔补 强的快速判断及 简化计算 王远 利 山东旭 洋机械集团股份有 限公 司山东临沂2 7 6 0 2 3 摘要 在一定条件下 压力容器开孔等面积补强的复杂计算能够被简化 和快速判断 因此对于壳体开孔补强的详细计算是没有必要的 关键词 压力容器 开孔补强 简化计算 圈补强结构简单 材料易得 制造 容易 具有一定的补强效果 因此 应用相当广泛 补强 圈补强的计 算依据是等面积原则 即处 于有 效补强区内可起补强作用的金属 截面积应该大于或等于开孔所削 去的壳体承受压力所需 的理论截 面积 但如果按 G B 1 5 0 1 9 9 8 计算 过程较复杂 计算工作量大 因此 就涉及到补强的简便判断及快速 计算问题 2 快速判断及简化计算的推 导 按 G B 1 5 0 1 9 9 8 钢制压力容 器 承受 内压的简体或封头开孔 补强 面积 mm 要求为 A 2 6 t C 1 一 1 A B d 5e一5 一2 P t 5 e一 1 一 f r 王远利 1 9 7 9 一 现从事压 力容器及非标设备设计工作 8 l 石 油 和 化 工 设 备 2009 7 A 2 h e t一 t 厅 2 f一 3 取 1 h 0可得 A d A B 6 e一 A2 2 1 e t一6 t 4 5 6 一 般来说 A 比A 和 A 都小 也可忽略不计 A 是焊缝金属截面 积 mm 2 则是否需要补 强的判 别式可简化为 A A 将 5 和 6 代入可得 d 6 e一 2 h l a e t a t d 6 又 B 2 d 整 理得 5 P 2 5一 5 e f 一5 t 7 若 P 2 8 则 7 式成立 8 式即可作为压 力容器开孔是否需要补强的快速 判别式 按同样 的方法 可推得壳体 承受 外 压 时 开 孔 是 否 需 要补 强 的 快速判别式如下 g e 1 5 9 特别是对于按照 G B 1 5 1 1 9 9 9 管壳式换热器 确定的换热器壳 程筒体和管箱短节 的壁厚 带夹 套容器其 内筒无夹套部分及封头 上开孔 有些按刚度确定壁厚的 低压容器 8 9 式非常适用 对 开孔是否需要补强进行快速判断 既减轻了劳动强度 又加快 了设 计 速度 但需要指出的是如果 6 e 不符 合 8 9 式时 则不能肯定开孔 一 定 要 补 强 是 否 需 要 补 强 应进 一 步计算 A A A 通过 A A A A来判定 若需另行补强 假设 在有 效 补强 范 围 内增 加 A 后 可使 4 l 2 A3 A 1 0 A 较小忽略不计 A A A 按式 4 5 6 分别代入式 1 0 可 得 2 h 6 e f 一 整理 可得 d 2 fi一 一 2 k f 一 1 1 可按 1 1 式计算所需补强面 积 即为简便计算 不必计算前述 的一系列面积 按 1 1 式计算出 A 即可 若 A 为负值 则不需补 强 若 A 为正值 即为所需要的补 强面积 3 实例 有一 内压 圆筒 p 3 O MP a t l O 0c c Di 1 6 0 0 mm 8 1 8 mm 1 0 C 2 m m 壳体材料为1 6 M n R 设置材料 为 1 6 Mn 1 0 8 x 5的 内平 齐接管 h l 2 O O mm 开孔未通过焊 缝 T I 1 6 3 M P a 试 进行补强 圈设 计 方法一 按本文方法计算 6 e 8 13 一C 1 8 2 1 6 mm p Di 3 x1 6 0 0 1 48 按 8 式判断 2 2 1 4 8 6 2 9 7 2 m m 需 要 另加 补强 又 f 5 2 3 mm 三 0 9 6 2 X 1 6 3 X 1 3 则 2 一 一 2 一 1 0 3 2 5 X 2 1 4 8 6 1 6 一 2 2 3 2 4 X 3 0 9 6 l 321 77 mm 即所需面积 为 1 3 2 1 7 7 m m z 补强圈外径 D 应不大于 B 2 d 2 1 0 3 2 5 2 0 6 5 m m 参照 J B T 4 7 3 6 2 0 0 2 D 2 0 0 mm 补 强圈 内径取 d 1 0 8 1 0 1 1 8 ra m 则补强圈厚度为 土 三 1 6 1 2 一 do 2 00 1 1 8 因此 取补强 圈名义厚度 8 n 8 1 1 1 8 mm 方法二 按 G B 1 5 0 1 9 9 8 进行 计 算 由于计算过程复杂 从略 其 计算 的所需另行补强面积为 A4 1 3 63 mm 4 结语 通过上述计算实例 比较 计 算工作量 大大减少 而两者所需 补强 面积 的误 差 为 鱼 二 3 0 2 1 3 6 3 可见本文中 8 9 1 1 式 对于开孔是否需要补强的判 断以 及开孔补强 的快速计算具有一定 的裨益 圈 1