注册化工工程师

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2011注册化工工程师考试化工设计基础教材汇总

压力容器开孔与接管

容器壳体开孔时的应力集中

一、基本概念

1、应力集中现象

由于开孔接管后，壳体的结构连续性破坏，此处在操作压力作用下，会产生比不开孔接管时基本应力大数倍的应力，这种现象叫应力集中现象。

2、应力集中系数(K)

指开孔边缘的最大应力值与壳体上不开孔时的最大应力之比。 K=σ实际/σ

式中：

σ——基本应力 对球壳：σ=PR/2δ 对筒体：σ=PR/δ

σ实际——开孔或接管处的实际最大应力。

开孔补强设计

一、开孔补强设计的原则

1、目的：使孔边的应力峰值降低到某一允许值，并提高器壁的强度。

2、内容

①选用合适的补强结构型式

②选用合适的补强原则(方法)确定有效的补强范围及面积。

3、补强设计原则

①等面积补强法

②极限补强法

二、补强结构

有三种结构：

①贴板补强(最常见)：贴板上有一M10的透气孔，用以检查贴板与壳体焊缝的紧密性。应用于中低压容器的开孔补强。

应用条件：

a、钢板的标准抗拉强度下限值 σb ≤ 540MPa

b、补强圈 δn' ≤ 1.5δn

c、壳体 δn ≤ 38mm

②接管补强

③整体补强(效果最好)：应用于高压和超高压容器。

三、等面积补强计算方法

1、等面积补强法：补强金属的截面积等于或大于开孔时所挖去的壳体截面积。

2、计算步骤

等面积补强的设计原则：A1+A2+A3+A4 ≥ A

式中：

A——开孔接管时挖去的金属截面积。

A1——接管承受内压或外压设计所需厚度之外的多余金属厚度。

A2——壳体承受内压或外压设计所需厚度之外的多余金属厚度。

A3——补强区内焊缝截面积。

若 A1+A2+A3+A4 ≥ A 则开孔不需加补强圈

若 A1+A2+A3+A4 < A 则开孔需加补强圈

需加补强面积 A4 ≥ A -(A1+A2+A3)

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