压力容器的设计_压力容器零部件(支座及开孔)

1、第二节 容器支座概述：概述：容器支座，支承容器重量、固定容器容器支座，支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持稳定。位置并使容器在操作中保持稳定。结构型式由容器自身的型式决定，分结构型式由容器自身的型式决定，分卧式容器支座卧式容器支座立式容器支座立式容器支座球形容器支座球形容器支座一、立式容器支座一、立式容器支座立式容器的支座主要有立式容器的支座主要有耳式支座耳式支座 支承式支座支承式支座裙式支座裙式支座中、小型直立容器常采用前二种，中、小型直立容器常采用前二种，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。高大的塔设备则广泛采用裙式支座。 耳式支座耳式支座 简称耳座，筋板和支脚板。简称耳座，筋板和支

2、脚板。 广泛用在反应釜及广泛用在反应釜及 立式换热器等直立设备上。立式换热器等直立设备上。 简单、轻便，但局部应力较大。简单、轻便，但局部应力较大。 当设备较大或器壁较薄应加垫板。当设备较大或器壁较薄应加垫板。 不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合金元素流失，也需加一个不锈钢垫板。金元素流失，也需加一个不锈钢垫板。已标准化已标准化JB/T 4725-92 耳式支座耳式支座。该标准分该标准分A型（短臂）和型（短臂）和B型（长臂）（有保温型（长臂）（有保温层或直接放在楼板上）层或直接放在楼板上）每类又分带垫板与不带垫板两种结构每类又分带垫板与不带垫板两种结构（二）耳

3、式支座选用的方法：（二）耳式支座选用的方法：（1 1）估算设备总重，算每个支座）估算设备总重，算每个支座（按（按2 2个计算）的负荷个计算）的负荷QQ值；值；（2 2）确定支座型式，从表）确定支座型式，从表4-134-13或表或表4-154-15按允许负荷按允许负荷QQ允允大于实际负荷大于实际负荷QQ，选支座。选支座。 v小型设备耳式支座，可支承在管子小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的立柱上。或型钢制的立柱上。v大型设备的支座往往搁在钢梁或混大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基础上。凝土制的基础上。 支承式支座支承式支座用钢管、角钢、用钢管、角钢、槽钢制作，或槽钢制作，或用数块钢板焊

4、用数块钢板焊成，成，型式、结构、型式、结构、尺寸及材料尺寸及材料JB/T 4724-92 JB/T 4724-92 支承式支支承式支座座。 适用范围和结构：适用范围和结构：支承式支座分支承式支座分A A型和型和B B型。型。形形式式支座支座号号适用的公称直径适用的公称直径（mm）结构特征结构特征A16DN8003000 钢板焊制，钢板焊制，带垫板带垫板B18 DN8004000钢管焊制，钢管焊制，带垫板带垫板 裙式支座裙式支座塔设备最常用裙式支座。塔设备最常用裙式支座。目前还没有标准。目前还没有标准。各部分尺寸均需通过计算或实各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。践经验确定。有关裙式支座的结构

5、及其设计有关裙式支座的结构及其设计方法详见第十七章。方法详见第十七章。 二、二、 卧卧式容器支座式容器支座种类：种类：鞍式支座鞍式支座 应用最广泛的卧式容器支座。应用最广泛的卧式容器支座。已有标准已有标准JB/T4712-92 JB/T4712-92 鞍式支座鞍式支座，根据容器公称直径和重量选用。根据容器公称直径和重量选用。 由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。在与设备连接处，有带加接而成。在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。强垫板和不带加强垫板两种结构。材质：垫板与筒体相同，其它-Q235-A.F 。（2）鞍座标准及其标记鞍座分为轻型（轻型

6、（A）和重型（重型（B）（BB）。 固定式F型； 活动式S型。标准号：JB/T4712-92 . 鞍座标记：JB/T4712-92 鞍座鞍座 型号型号公称直径公称直径-F或或S例如：DN2600的轻型鞍座标记为JB/T4712-92 鞍座A2600-FJB/T4712-92 鞍座A2600-S（3）.鞍座的位置鞍座的位置A的确定的确定：ADo/4,且不大于且不大于0.2L。最大不大于最大不大于0.25L。L封头赤道圆（切点）间的距离。A赤道圆至支座中心线间的距离。思考：在施工图上，思考：在施工图上，L,A标注在赤道圆上，可否？标注在赤道圆上，可否？鞍座包角鞍座包角120120或或150150，

7、安放稳定。，安放稳定。高度高度200200、300300、400400和和500mm500mm。宽度宽度b b根据容器公称直径查出。根据容器公称直径查出。 圈座圈座 采用圈座的情况：采用圈座的情况：对于大直径薄壁容器和真空容器，对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；因其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。多于两个支承的长容器。除常温常压下操作的容器外，至少应除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承的。有一个圈座是滑动支承的。 腿式支腿式支座座 简称支腿简称支腿连接处造成严重的局部应力，连接处造成严重的局部应力，只适用于小型设备只适用于小型设备（DN

8、DN16001600、L L5m5m）。）。腿式支座的结构型式、系列参腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准数等参见标准JB/T 4714-92 JB/T 4714-92 腿式支座腿式支座。 第三节 容器的开孔补强一. 容器开孔应力集中现象及其原因容器为什么要开孔？容器为什么要开孔？工艺、安装、检修的要求。工艺、安装、检修的要求。开孔后，为什么要补强？开孔后，为什么要补强？削弱器壁的强度，出现不连续，削弱器壁的强度，出现不连续，形成形成高应力集中区高应力集中区。峰值应力通常较高，达到甚至超峰值应力通常较高，达到甚至超过材料屈服极限。过材料屈服极限。局部应力较大，加之材质和制造局部应力较大，加之

9、材质和制造缺陷等缺陷等, ,为降低峰值应力，需要对结构开为降低峰值应力，需要对结构开孔部位进行补强，以保证容器孔部位进行补强，以保证容器安全运行。安全运行。开孔处出现应力集中，应力集中系数为： K=实际/膜其大小为多少？见平板开孔试验测试：实测结果：K3即应力集中点的实际应力大约为膜应力的3倍。开孔的形状：开孔的形状：应力集中和开孔形状有关，应力集中和开孔形状有关，圆孔的应力集中程度最低。圆孔的应力集中程度最低。二二.开孔补强原则与补强结构开孔补强原则与补强结构 (一)开孔补强的设计原则1.等面积补强原则 该方法认为在有效的补强范围内，壳体处本身承受内压所需截面积外的多余截面积A不应少于开孔所

10、减少的有效截面积 。 即 这种以通过开孔中心的纵截面上的投影面积来衡量的补强设计方法，具有使开孔后截面的平均应力不致升高的含义。在一般情况下可以满足开孔补强的需要，方法简便，我国的容器标准采用的主要是这种方法。 2.极限分析补强设计准则 由于开孔只造成壳体的局部强度削弱，如果在某一压力载荷下容器开孔处的某一区域其整个截面进入塑性状态，以至发生塑性流动，此时的载荷便为极限载荷。利用塑性力学方法对带有整体补强的开孔补强结构求解出塑性失效的极限载荷。以极限载荷为依据来进行补强结构设计，即以大量的计算可以定出补强结构的尺寸要求，使其具有相同的应力集中系数。（二）.补强形式： 1.内加强齐平接管 2.外

11、加强齐平接管 3.对称加强凸出接管 4.密集补强（1）补强圈结构补强圈结构材质厚度一般与壳体相同；补强圈要与壳体、接管很好地焊接，以同时受力。补强板上有一个M10小孔，用以检查焊缝缺陷；名曰泄漏信号孔。(三). 补强结构：若须补强的接管较多，可采取增加壳体壁厚的办法，也称为整体补强。（2）加强元件结构（3）整体补强结构(四四).等面积补强的设计方法等面积补强的设计方法1. 开孔有效补强范围及补强面积的计算开孔有效补强范围及补强面积的计算 等面积补强等面积补强补强的金属量等于或大于开孔所补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量削弱的金属量。 图上看，应该考虑的截面是强度削弱较大的截面 轴（纵）向

12、截面的面积：B=2d d=接管内径+2C (C=C1+C2)值；或实际内伸高度的较小值；或实际外伸高度的较小 dSh dShntnt21 等面积补强，纵截面上的投影面积要满足下式： A1+A2+A3AA1壳体的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）；A2接管的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）；A3焊缝金属截面积; A壳体上需要补强的截面积。（表6-20 P179）在补强区范围内，设 Ae =A1+A2+A3如果Ae A ,则无需补强；如果Ae A ，则需要补强。补强面积为 A4=A- Ae2. 2. 容器上开孔及补强的有关规定容器上开孔及补强的有关规定 筒体及封头开孔最大直径不允许超过：筒体及封头开

13、孔最大直径不允许超过： （1 1） 圆筒圆筒D Di i1500mm1500mm，开孔最大直径，开孔最大直径d d1/21/2D Di i，且，且d d520mm520mm；圆筒；圆筒D Di i1500mm1500mm时，开孔最大直径时，开孔最大直径d d1/31/3D Di i，且且d d1000mm1000mm； （2 2） 凸形封头或球壳的开孔最大直径凸形封头或球壳的开孔最大直径d d1/21/2D Di i。 （3 3） 锥壳开孔最大直径锥壳开孔最大直径d d1/31/3D Di i，D Di i为开孔中心处的锥壳内直径。为开孔中心处的锥壳内直径。3. 3. 不需补强的最大开孔直径不

14、需补强的最大开孔直径计算壁厚考虑了焊缝系数，钢板规格，壳计算壁厚考虑了焊缝系数，钢板规格，壳体壁厚超过实际强度，最大应力值降低，体壁厚超过实际强度，最大应力值降低，相当于容器已被整体加强。相当于容器已被整体加强。且容器开孔总有接管相连，其接管多于实且容器开孔总有接管相连，其接管多于实际需要的壁厚也起补强作用。际需要的壁厚也起补强作用。容器材料有一定塑性储备，允许承受不是容器材料有一定塑性储备，允许承受不是十分过大的局部应力，所以当孔径不超十分过大的局部应力，所以当孔径不超过一定数值时，可不进行补强。过一定数值时，可不进行补强。 壳体开孔满足全部条件，可不另行补壳体开孔满足全部条件，可不另行补强

15、：强：(1) (1) 设计压力小于或等于设计压力小于或等于2.5MPa2.5MPa；(2) (2) 两相邻开孔中心的间距两相邻开孔中心的间距( (对曲面间距对曲面间距以弧长计算以弧长计算) )应不小于两孔直径之和的应不小于两孔直径之和的两倍；两倍； (3) (3) 壳体名义壁厚大于壳体名义壁厚大于12mm12mm，接管公称，接管公称外径小于或等于外径小于或等于80mm80mm；壳体名义壁厚；壳体名义壁厚小于或等于小于或等于12mm 12mm ，接管公称外径小于，接管公称外径小于或等于或等于50mm50mm(4) (4) 接管最小壁厚满足表接管最小壁厚满足表4-194-19的要求。的要求。 第四

16、节第四节 容器附件容器附件一、接口管一、接口管用于装置测量、控制仪表，或连接其他用于装置测量、控制仪表，或连接其他设备和介质的输送管道。设备和介质的输送管道。焊接设备的接口管长度焊接设备的接口管长度铸造设备接管可与筒体一并铸出。铸造设备接管可与筒体一并铸出。螺纹管主要用来接温度计、压力螺纹管主要用来接温度计、压力表或液面计等，阴螺纹或阳螺纹表或液面计等，阴螺纹或阳螺纹 凸缘凸缘接管长度必须接管长度必须很短时可用很短时可用凸缘代替凸缘代替( (又又叫突出接口叫突出接口) )凸缘本身有加强作用，不需另外补强。凸缘本身有加强作用，不需另外补强。当螺柱折断在螺栓孔中，取出较困难。当螺柱折断在螺栓孔中，

17、取出较困难。凸缘与管道法兰配用，联接尺寸应根据所凸缘与管道法兰配用，联接尺寸应根据所选用的管法兰来确定。选用的管法兰来确定。三、手孔与人孔三、手孔与人孔检查设备内部空间以及安装和拆检查设备内部空间以及安装和拆卸内部构件。卸内部构件。 手孔直径手孔直径150mm150mm250mm250mm，标准，标准手孔公称直径有手孔公称直径有DNDN150150和和DNDN250250两种。两种。手孔结构：容器上接一短管，其手孔结构：容器上接一短管，其上盖一盲板。上盖一盲板。人孔：人孔：设备直径超过设备直径超过900mm900mm，有手孔也设，有手孔也设人孔。人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形。人孔的形状有圆形

18、和椭圆形。椭圆形人孔短轴与筒身轴线平行。椭圆形人孔短轴与筒身轴线平行。圆形人孔直径圆形人孔直径400mm400mm600mm600mm，容，容器压力不高或有特殊需要时，直径器压力不高或有特殊需要时，直径可以大一些。可以大一些。椭圆形人孔椭圆形人孔( (或称长圆形人孔或称长圆形人孔) )的最小的最小尺寸为尺寸为400mm400mm300mm300mm。人孔：筒节、法兰、盖板和手柄。人孔：筒节、法兰、盖板和手柄。使用中常打开，可用快开式结构人使用中常打开，可用快开式结构人孔。孔。水平吊盖人孔手孔（手孔（HG21515HG2151521527-9521527-95）和人孔（和人孔（HG21528HG2152821535-21535-9595）已有标准，）已有标准，设计时根据设备的公称压