壓力容器審核人員培訓(xùn)教材第四部分

1、1壓力容器壓力容器設(shè)計(jì)審批人培訓(xùn)設(shè)計(jì)審批人培訓(xùn)（四）（四）濟(jì)南石油化工設(shè)計(jì)院濟(jì)南石油化工設(shè)計(jì)院 黃黃 泓泓 電話二一二年十一月2內(nèi)容簡(jiǎn)介GB150.3-2011壓力容器壓力容器 第第3部分：設(shè)計(jì)部分：設(shè)計(jì)第第5、6章章一、封頭二、開(kāi)孔和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 3一、封頭 壓力容器常用的封頭有凸形封頭、錐形封頭、偏心錐殼、變徑段、平蓋、和緊縮口。其中凸型封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。45偏心錐殼6789101. 橢圓封頭橢圓封頭A、內(nèi)壓作用下、內(nèi)壓作用下1）應(yīng)力狀況）應(yīng)力狀況a.薄膜應(yīng)力（兩向應(yīng)力作用，緯（環(huán)）薄膜應(yīng)力（兩向應(yīng)力作

2、用，緯（環(huán)）向、經(jīng)向）向、經(jīng)向）a）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布：）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布：11經(jīng)向薄膜應(yīng)力分布情況環(huán)向薄膜應(yīng)力分布情況12經(jīng)向應(yīng)力：最大應(yīng)力在頂點(diǎn)。經(jīng)向應(yīng)力：最大應(yīng)力在頂點(diǎn)。環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn)，最大壓應(yīng)力在底環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn)，最大壓應(yīng)力在底邊。邊。b) 變形特征：變形特征：趨圓趨圓。c) 計(jì)算對(duì)象意義：計(jì)算對(duì)象意義： 拉應(yīng)力拉應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 壓應(yīng)力壓應(yīng)力穩(wěn)定控制穩(wěn)定控制b.彎曲應(yīng)力（與圓筒連接）彎曲應(yīng)力（與圓筒連接）a) 變形協(xié)調(diào)，形成邊界力。變形協(xié)調(diào)，形成邊界力。b) 產(chǎn)生二次應(yīng)力。產(chǎn)生二次應(yīng)力。131415環(huán)maxK222261261iihDbaK邊

3、緣應(yīng)力：邊緣應(yīng)力：d.d.形狀系數(shù)形狀系數(shù)K K的意義的意義K K為封頭上的最大應(yīng)力與對(duì)接圓筒中的環(huán)向薄膜為封頭上的最大應(yīng)力與對(duì)接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)力的比值，應(yīng)力的比值，K K分布曲線可回歸成公式：分布曲線可回歸成公式：不同不同a a/ /b b的的K K見(jiàn)見(jiàn)GB150.3GB150.3第第117117頁(yè)表頁(yè)表5-15-1。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K K=1=1。16邊緣應(yīng)力的特性由邊緣力和邊緣力矩引起的邊緣力具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）局限性（2）自限性172）計(jì)算公式）計(jì)算公式因因K為封頭上的最大應(yīng)力與對(duì)接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)為封頭上的最大應(yīng)力與對(duì)接圓筒中的環(huán)向薄膜應(yīng)力的比值，則封頭計(jì)算厚度為

4、對(duì)接圓筒計(jì)算厚度的力的比值，則封頭計(jì)算厚度為對(duì)接圓筒計(jì)算厚度的K倍。倍。又圓筒壁厚為等徑球殼壁厚的又圓筒壁厚為等徑球殼壁厚的2倍，故有橢圓形封頭厚度：倍，故有橢圓形封頭厚度： =K圓筒圓筒2K球殼球殼 cticcticpDKppDKp5 . 0242 近似可理解為圓筒厚度的近似可理解為圓筒厚度的K倍倍。183）焊接接頭系數(shù)）焊接接頭系數(shù)。指拼縫，指拼縫，但不包括但不包括橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭系數(shù)。系數(shù)。4）內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定：）內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定：a. a/b 2.6是是GB150.3（表（表5-15-1）限制條件限制條件，（當(dāng)，（當(dāng)a/b 2.5時(shí)，最大應(yīng)力發(fā)生在過(guò)

5、渡區(qū)外壁，且為時(shí)，最大應(yīng)力發(fā)生在過(guò)渡區(qū)外壁，且為周向壓縮應(yīng)力。）周向壓縮應(yīng)力。）即是為了限制壓縮應(yīng)力值，防即是為了限制壓縮應(yīng)力值，防止易發(fā)生的彈性失穩(wěn)。止易發(fā)生的彈性失穩(wěn)。b.防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：a/b2，即，即K1 min0.15%Dia/b 2，即，即K1 min0.30% Di 19B 外壓作用下：外壓作用下：1）封頭穩(wěn)定以薄膜應(yīng)力為對(duì)象計(jì)算：）封頭穩(wěn)定以薄膜應(yīng)力為對(duì)象計(jì)算：a.變形特征：封頭長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)，短軸縮短變形特征：封頭長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)，短軸縮短趨扁趨扁。b.計(jì)算對(duì)象計(jì)算對(duì)象 長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)使過(guò)渡區(qū)的圓周直徑增大，周長(zhǎng)長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)使過(guò)渡區(qū)的圓周直徑增大，周長(zhǎng)

6、伸長(zhǎng)，在周向產(chǎn)生拉應(yīng)力，為此過(guò)渡區(qū)不存在伸長(zhǎng)，在周向產(chǎn)生拉應(yīng)力，為此過(guò)渡區(qū)不存在穩(wěn)定問(wèn)題。穩(wěn)定問(wèn)題。 封頭中心部分封頭中心部分“球面區(qū)球面區(qū)”會(huì)產(chǎn)生周向會(huì)產(chǎn)生周向和經(jīng)向的壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)問(wèn)題。和經(jīng)向的壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)問(wèn)題。20c.計(jì)算意義，按外壓球殼。計(jì)算意義，按外壓球殼。 當(dāng)量球殼：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭；當(dāng)量球殼：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭； 當(dāng)量球殼計(jì)算外半徑：當(dāng)量球殼計(jì)算外半徑：Ro=0.9Do。 Do封頭外徑。封頭外徑。212）對(duì)對(duì)接圓筒的影響。）對(duì)對(duì)接圓筒的影響。外壓圓筒計(jì)算長(zhǎng)度外壓圓筒計(jì)算長(zhǎng)度L的意義：的意義： L為兩個(gè)始終保持圓形的剛性截面之為兩個(gè)始終保持圓形的剛性截面之間的距離。橢圓

7、封頭曲面深度的間的距離。橢圓封頭曲面深度的1/3處可處可視為能保持圓形的截面，為此由兩個(gè)橢視為能保持圓形的截面，為此由兩個(gè)橢圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的外壓計(jì)算長(zhǎng)度外壓計(jì)算長(zhǎng)度L=圓筒長(zhǎng)度圓筒長(zhǎng)度+兩個(gè)橢圓封兩個(gè)橢圓封頭的直邊段長(zhǎng)度頭的直邊段長(zhǎng)度+兩倍橢圓封頭曲面深度兩倍橢圓封頭曲面深度的的1/3。222.碟形封頭碟形封頭 受力、變形特征，應(yīng)力分布，穩(wěn)定，受力、變形特征，應(yīng)力分布，穩(wěn)定，控制條件與橢圓封頭相似，只不過(guò)形狀控制條件與橢圓封頭相似，只不過(guò)形狀系數(shù)由系數(shù)由K（橢封）改為（橢封）改為M。1)組成：中間是球殼加邊緣環(huán)殼，直邊段組成：中間是球殼加邊緣

8、環(huán)殼，直邊段圓筒構(gòu)成。各處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是拼湊的圓筒構(gòu)成。各處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，是拼湊的旋轉(zhuǎn)殼體，所以應(yīng)力分布存在局部突變。旋轉(zhuǎn)殼體，所以應(yīng)力分布存在局部突變。232) 應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)： 主要是兩向應(yīng)力，即周向應(yīng)力主要是兩向應(yīng)力，即周向應(yīng)力和經(jīng)向和經(jīng)向應(yīng)力應(yīng)力，結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)存在著局部的不連續(xù)，結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)存在著局部的不連續(xù)因變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的應(yīng)力，是由薄膜應(yīng)力和因變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的應(yīng)力，是由薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力組成。彎曲應(yīng)力組成。（1）薄膜應(yīng)力分布）薄膜應(yīng)力分布 對(duì)于與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭具有相似外形對(duì)于與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭具有相似外形(相同相同直徑與高度直徑與高度)的碟形封頭，由薄膜理論可以的碟形封頭，由薄膜理論可

9、以得到內(nèi)壓作下封頭的應(yīng)力分布如圖見(jiàn)下圖得到內(nèi)壓作下封頭的應(yīng)力分布如圖見(jiàn)下圖2425 經(jīng)向應(yīng)力在封頭球面部分呈均勻分布，為拉伸薄膜應(yīng)力，至過(guò)渡區(qū)(環(huán)殼)應(yīng)力逐漸減小，到達(dá)封頭底邊時(shí)應(yīng)力降至一半，與對(duì)接圓筒的軸向應(yīng)力相等。 封頭上的周向應(yīng)力在封頭球面部分亦均勻分布，為拉伸薄膜應(yīng)力，數(shù)值與經(jīng)向應(yīng)力相等。封頭過(guò)渡區(qū)(環(huán)殼)上的周向應(yīng)力為壓縮薄膜應(yīng)力，在球殼與環(huán)殼的連接點(diǎn)處壓應(yīng)力最大，沿經(jīng)向至底邊壓應(yīng)力逐漸減小，在底邊處為最小值。 26（2）邊緣影響及邊緣應(yīng)力）邊緣影響及邊緣應(yīng)力 兩處邊界，圓筒與環(huán)殼對(duì)接的邊界兩處邊界，圓筒與環(huán)殼對(duì)接的邊界1，環(huán)殼與球殼對(duì)接的邊界，環(huán)殼與球殼對(duì)接的邊界2見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖27

10、 碟形封頭中邊界力作用示意圖2829 3）r/Ri對(duì)碟形封頭應(yīng)力的影響：對(duì)碟形封頭應(yīng)力的影響： a.當(dāng)當(dāng)r/Ri較小時(shí)較小時(shí)（0.16）邊界邊界2上的作用力對(duì)整上的作用力對(duì)整個(gè)封頭中的應(yīng)力起很大的影響。個(gè)封頭中的應(yīng)力起很大的影響。 b.當(dāng)當(dāng)r/Ri0.16時(shí)，時(shí)，M值受其影響很小，這是整值受其影響很小，這是整個(gè)封頭僅受邊界個(gè)封頭僅受邊界1（即封頭底邊）（即封頭底邊）的影響，其受力的影響，其受力情況已與橢圓封頭相近了。情況已與橢圓封頭相近了。 4）變形特征：）變形特征： 內(nèi)壓作用下有趨圓特征，存在著失穩(wěn)可能。封內(nèi)壓作用下有趨圓特征，存在著失穩(wěn)可能。封頭上周向壓縮應(yīng)力隨其頭上周向壓縮應(yīng)力隨其Ri/

11、r的增大而加劇，從而很的增大而加劇，從而很容易發(fā)生失穩(wěn)，容易發(fā)生失穩(wěn)，GB150.3（表（表5-35-3）對(duì)對(duì)Ri/r不超過(guò)不超過(guò)10，即是基于這種考慮的。即是基于這種考慮的。 外壓過(guò)渡區(qū)不存在失穩(wěn)，外壓過(guò)渡區(qū)不存在失穩(wěn)，“趨扁趨扁”；僅對(duì)球面；僅對(duì)球面部分進(jìn)行外壓計(jì)算部分進(jìn)行外壓計(jì)算。303. 球冠形封頭球冠形封頭一）內(nèi)壓作用一）內(nèi)壓作用 （1） 與筒體的連接方式與筒體的連接方式 通常是部分球殼與圓筒連接通常是部分球殼與圓筒連接（2） 邊緣問(wèn)題及應(yīng)力分布情況邊緣問(wèn)題及應(yīng)力分布情況 球冠和圓筒的連接部位受邊界力等球冠和圓筒的連接部位受邊界力等作用，在原薄膜應(yīng)力的基礎(chǔ)引起附加的徑作用，在原薄膜應(yīng)

12、力的基礎(chǔ)引起附加的徑向、周向彎曲應(yīng)力及局部薄膜應(yīng)力。根據(jù)向、周向彎曲應(yīng)力及局部薄膜應(yīng)力。根據(jù)應(yīng)力分析表明：它們的最大應(yīng)力發(fā)生在連應(yīng)力分析表明：它們的最大應(yīng)力發(fā)生在連接處邊緣，且為徑向應(yīng)力，其中彎曲應(yīng)力接處邊緣，且為徑向應(yīng)力，其中彎曲應(yīng)力占相當(dāng)?shù)谋戎?。占相?dāng)?shù)谋戎亍?31球冠封頭受力作用示意圖32（3） 厚度計(jì)算公式厚度計(jì)算公式 該式去除該式去除Q后即為內(nèi)壓圓筒厚度計(jì)算式。后即為內(nèi)壓圓筒厚度計(jì)算式。上述球冠形封頭的應(yīng)力受邊界力的影響及上述球冠形封頭的應(yīng)力受邊界力的影響及其許用應(yīng)力的調(diào)整其許用應(yīng)力的調(diào)整(放寬至放寬至3)，是通，是通過(guò)系數(shù)過(guò)系數(shù)Q來(lái)體現(xiàn)的。來(lái)體現(xiàn)的。Q應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)(

13、球球冠內(nèi)半徑冠內(nèi)半徑Ri與封頭內(nèi)直徑與封頭內(nèi)直徑Di之比之比)和壓力參和壓力參數(shù)按相應(yīng)曲線查取。（數(shù)按相應(yīng)曲線查取。（GB150.3圖圖5-5圖圖5-7） cticpDQp233（4） 圓筒加強(qiáng)段圓筒加強(qiáng)段 球冠形封頭的計(jì)算方法系由解析法應(yīng)力分析得出，分析中設(shè)定圓筒取與球冠等厚。由于該計(jì)算厚度大于內(nèi)壓圓筒計(jì)算厚度，從經(jīng)濟(jì)性考慮，圓筒通常僅設(shè)一段與球冠等厚的短節(jié)，稱為加強(qiáng)段。 加強(qiáng)段最小長(zhǎng)度根據(jù)圓筒端部局部應(yīng)力的衰減范圍確定。球冠形封頭的厚度計(jì)算中是經(jīng)向彎曲應(yīng)力起控制作用，對(duì)應(yīng)地圓筒也是軸向彎曲應(yīng)力起控制作用，故其加強(qiáng)段長(zhǎng)度按圓柱殼在均布邊界力作用下的彎曲應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度考慮，最小長(zhǎng)度取 。i5

14、. 02D34二）二） 外壓作用外壓作用 球冠封頭受外壓的厚度，應(yīng)滿足按內(nèi)壓和外壓球冠封頭受外壓的厚度，應(yīng)滿足按內(nèi)壓和外壓穩(wěn)定計(jì)算厚度，取兩者的大值。穩(wěn)定計(jì)算厚度，取兩者的大值。三）兩側(cè)受壓三）兩側(cè)受壓 當(dāng)不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同當(dāng)不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同時(shí)作用時(shí)，封頭厚度應(yīng)按兩種情況計(jì)算，取其大值。時(shí)作用時(shí)，封頭厚度應(yīng)按兩種情況計(jì)算，取其大值。 只考慮凹面受壓，計(jì)算厚度按第只考慮凹面受壓，計(jì)算厚度按第3章內(nèi)壓球殼章內(nèi)壓球殼確定，確定，Q值由圖值由圖56查??；查?。?只考慮凸面受壓，計(jì)算厚度按第只考慮凸面受壓，計(jì)算厚度按第4章外壓球殼章外壓球殼確定，確定，Q值由圖值

15、由圖57查取，此外還應(yīng)按不應(yīng)小于按查取，此外還應(yīng)按不應(yīng)小于按5.5.2確定的有效厚度。確定的有效厚度。355.5.錐形封頭錐形封頭 1） 錐形封頭分無(wú)折邊錐形封頭和折邊錐形封頭兩種。 錐殼是錐形封頭的主體。錐殼計(jì)算與其半頂角有關(guān)。半頂角小的錐殼，在壓力作用下受力與圓柱殼相類似，主要以薄膜應(yīng)力承載，且環(huán)向應(yīng)力與軸向應(yīng)力也有2倍的關(guān)系，所以計(jì)算可按當(dāng)量圓筒進(jìn)行。對(duì)半頂角較大的錐殼，壓力作用下的受力與圓平板相接近，主要以彎曲應(yīng)力承載，所以計(jì)算按圓平板進(jìn)行。 GB 150.3規(guī)定：錐殼半頂角60時(shí)按當(dāng)量圓筒計(jì)算，大于60時(shí)按圓板計(jì)算（或應(yīng)力分析）。 36 對(duì)于以薄膜應(yīng)力承載的錐殼，其壁厚按當(dāng)量圓筒計(jì)算

16、。但在錐殼與相鄰圓筒連接部位由于變形協(xié)調(diào)引起的附加應(yīng)力的作用尚需另行考慮。附加應(yīng)力的大小與錐殼半頂角大小直接相關(guān)。半頂角較小時(shí)，錐殼與圓筒連接處變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的附加應(yīng)力很小，不會(huì)影響錐殼的計(jì)算厚度。但半頂角較大時(shí)，其邊界力和由此引起的附加應(yīng)力會(huì)大大增加，為此導(dǎo)致加厚錐殼與圓筒連接部位的厚度。 37 當(dāng)錐殼半頂角更大時(shí)，因邊界力急劇增大會(huì)導(dǎo)致很大的厚度，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，宜在錐殼端部增設(shè)一過(guò)渡圓弧段(環(huán)殼)，其作用類似碟形封頭的過(guò)渡圓弧段，從而大大緩和錐殼端部的局部附加應(yīng)力，此時(shí)錐形封頭稱折邊錐形封頭，且有大端折邊與小端折邊之分。為有效緩解錐殼與圓筒間的附加應(yīng)力，對(duì)折邊的過(guò)渡段轉(zhuǎn)角半徑須有一定要求。3

17、8關(guān)于折邊結(jié)構(gòu)GB 150.3規(guī)定： 錐殼大端，當(dāng)半頂角30時(shí)，可采用無(wú)折邊結(jié)構(gòu)；當(dāng)45時(shí)，大端應(yīng)采用帶過(guò)渡段的折邊結(jié)構(gòu)。當(dāng)60時(shí)，大端和小端均應(yīng)采用帶過(guò)渡段的折邊結(jié)構(gòu)。大端折邊錐殼的過(guò)渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)直徑的10%，且3r；小端折邊錐殼的過(guò)渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)直徑的5%，且不小于該過(guò)渡段厚度的3倍。 對(duì)錐殼小端，當(dāng)錐殼半頂角45 時(shí)，可采用無(wú)折邊結(jié)構(gòu)。當(dāng)45 時(shí)，應(yīng)采用帶過(guò)渡段的折邊結(jié)構(gòu)。小端折邊錐殼的過(guò)渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于封頭小端內(nèi)直徑的5，且不小于該過(guò)渡段厚度的3倍。392）錐殼計(jì)算公式計(jì)算公式 = Dc錐殼大端內(nèi)徑；錐殼大端內(nèi)徑； DcCos當(dāng)量圓筒的內(nèi)徑。

18、當(dāng)量圓筒的內(nèi)徑。 上式實(shí)為內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算式。上式實(shí)為內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算式。式中焊接接頭系數(shù)式中焊接接頭系數(shù)是指承受環(huán)向薄膜應(yīng)力的接頭系數(shù)，為此應(yīng)為錐殼是指承受環(huán)向薄膜應(yīng)力的接頭系數(shù)，為此應(yīng)為錐殼縱縫接頭系數(shù)?？v縫接頭系數(shù)。 403）錐殼加強(qiáng)段 錐殼加強(qiáng)段有大端與小端之分。（1）錐殼大端加強(qiáng)段 當(dāng)錐殼半頂角較大時(shí)，因錐殼與相接圓筒間產(chǎn)生較大的邊界力并引起較大的附加應(yīng)力，使錐殼大端應(yīng)力增大，由此需要的錐殼加強(qiáng)段厚度為r:式中Q稱應(yīng)力增值系數(shù)，按GB 150.3相關(guān)曲線查取（圖5-1112）。式中焊接接頭系數(shù)是指錐殼與圓筒連接環(huán)縫的接頭系數(shù) cticrpDQp241（2）大端加強(qiáng)段長(zhǎng)度 加強(qiáng)段應(yīng)

19、有足夠的長(zhǎng)度。由于在此是錐殼軸向加強(qiáng)段應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度。由于在此是錐殼軸向彎曲應(yīng)力起控制作用，為此錐殼大端加強(qiáng)段長(zhǎng)度彎曲應(yīng)力起控制作用，為此錐殼大端加強(qiáng)段長(zhǎng)度應(yīng)以錐殼應(yīng)以錐殼(當(dāng)量圓筒當(dāng)量圓筒)局部軸向彎曲應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度局部軸向彎曲應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度考慮，其最小長(zhǎng)度應(yīng)不少于考慮，其最小長(zhǎng)度應(yīng)不少于 。與。與之相接的圓筒加強(qiáng)段最小長(zhǎng)度取圓筒局部軸向彎之相接的圓筒加強(qiáng)段最小長(zhǎng)度取圓筒局部軸向彎曲應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度，應(yīng)不少于曲應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度，應(yīng)不少于 。 其中：其中：DiL錐殼大端直邊段內(nèi)直徑錐殼大端直邊段內(nèi)直徑 2cosiLDriL2Dr42（3）錐殼小端加強(qiáng)段 在錐殼半頂角稍大時(shí)，錐殼小端與圓筒連接處往往

20、會(huì)引起較大的環(huán)向局部薄膜應(yīng)力，由此需要對(duì)錐殼小端和與之相接的圓筒同時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)，加強(qiáng)段厚度均為r： 式中Q 也為應(yīng)力增值系數(shù)，但與大端加強(qiáng)段厚度計(jì)算公式中的是不同的兩個(gè)系數(shù)，應(yīng)按GB 150.3的圖5-14查取。 式中焊接接頭系數(shù)應(yīng)計(jì)及錐殼小端與圓筒連接處所有承受環(huán)向局部薄膜應(yīng)力的諸焊縫的接頭系數(shù)，且取其小者。為此該接頭系數(shù)應(yīng)包括錐殼縱焊縫、圓筒縱焊縫和錐殼小端與圓筒連接環(huán)縫三條焊縫的接頭系數(shù)，并取較小者。 cts icrpDQp243（4）小端加強(qiáng)段長(zhǎng)度 加強(qiáng)段應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度。由于在此是錐殼加強(qiáng)段應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度。由于在此是錐殼局部環(huán)向薄膜應(yīng)力起控制作用，為此錐殼小端局部環(huán)向薄膜應(yīng)力起控制作用，

21、為此錐殼小端加強(qiáng)段長(zhǎng)度應(yīng)以錐殼加強(qiáng)段長(zhǎng)度應(yīng)以錐殼(當(dāng)量圓筒當(dāng)量圓筒)局部環(huán)向薄膜局部環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度考慮，其最小長(zhǎng)度應(yīng)不少應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度考慮，其最小長(zhǎng)度應(yīng)不少于于 。與之相接的圓筒加強(qiáng)段最。與之相接的圓筒加強(qiáng)段最小長(zhǎng)度取圓筒局部環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度，小長(zhǎng)度取圓筒局部環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度，應(yīng)不少于應(yīng)不少于 。2cosDisr2 isDr44焊接接頭系數(shù)45大端指大端指2 小端指小端指3、 4 、 5 之小者。之小者。 應(yīng)注意，錐殼加強(qiáng)段厚度應(yīng)注意，錐殼加強(qiáng)段厚度r計(jì)算中的計(jì)算中的與錐殼厚度與錐殼厚度計(jì)算中的計(jì)算中的是不同的。是不同的。465）折邊錐殼）折邊錐殼 （1）錐殼大端）錐殼大端

22、 折邊錐殼大端厚度按（折邊錐殼大端厚度按（GB150.3第第128頁(yè)頁(yè) ）式）式518（過(guò)（過(guò)渡段厚度）渡段厚度） 、519（與過(guò)渡段相連處的錐殼厚度）計(jì)算，（與過(guò)渡段相連處的錐殼厚度）計(jì)算，取其中的大值：（見(jiàn)下圖）取其中的大值：（見(jiàn)下圖）a）過(guò)渡段厚度：）過(guò)渡段厚度： （518）K系數(shù)，根據(jù)及r/DiL值，查表56 20.5ciLtcKp Dp4748 0.5ciLtccfp Dp211 cos2cosiLraDfab b）與過(guò)渡段相接處的錐殼厚度：）與過(guò)渡段相接處的錐殼厚度： 式中：f 系數(shù)， 其值查表75（519）其值查表75其值查表75其值查表5-7492）錐殼小端）錐殼小端 當(dāng)錐殼半

23、頂角當(dāng)錐殼半頂角45時(shí)，若采用折邊時(shí)，若采用折邊，過(guò)渡過(guò)渡段厚度按（段厚度按（510）計(jì)算，式中）計(jì)算，式中Q值由圖值由圖514查查取。取。 當(dāng)錐殼半頂角當(dāng)錐殼半頂角45時(shí)，過(guò)渡段厚度仍按時(shí)，過(guò)渡段厚度仍按式（式（510）計(jì)算，但式中）計(jì)算，但式中Q值由圖值由圖515查取。查取。 錐殼小端與筒體連接處是局部環(huán)向薄膜應(yīng)力錐殼小端與筒體連接處是局部環(huán)向薄膜應(yīng)力起控制作用，過(guò)渡段圓弧對(duì)改善此應(yīng)力并不明顯，起控制作用，過(guò)渡段圓弧對(duì)改善此應(yīng)力并不明顯，因此小端無(wú)論是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)還是帶折邊結(jié)構(gòu)，其計(jì)因此小端無(wú)論是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)還是帶折邊結(jié)構(gòu)，其計(jì)算方法相同，只是頂角不同時(shí)，算方法相同，只是頂角不同時(shí)，Q的取值有不同

24、的取值有不同的圖來(lái)確定。的圖來(lái)確定。50 與過(guò)渡段相接的錐殼和圓筒的加強(qiáng)段厚與過(guò)渡段相接的錐殼和圓筒的加強(qiáng)段厚度應(yīng)與過(guò)渡段相同。錐殼加強(qiáng)段的長(zhǎng)度度應(yīng)與過(guò)渡段相同。錐殼加強(qiáng)段的長(zhǎng)度L1應(yīng)應(yīng)不小于不小于 。圓筒加強(qiáng)段的長(zhǎng)度。圓筒加強(qiáng)段的長(zhǎng)度L應(yīng)不小于應(yīng)不小于 。（見(jiàn)下圖）。（見(jiàn)下圖） cosrDisrDis51加強(qiáng)段長(zhǎng)度加強(qiáng)段長(zhǎng)度52533）折邊錐殼的厚度）折邊錐殼的厚度 當(dāng)錐殼大端或大、小端同時(shí)具有過(guò)渡段當(dāng)錐殼大端或大、小端同時(shí)具有過(guò)渡段時(shí)，應(yīng)分別確定各部分的厚度。時(shí)，應(yīng)分別確定各部分的厚度。 若只取一種厚度組合時(shí)，應(yīng)取各部分厚若只取一種厚度組合時(shí)，應(yīng)取各部分厚度中最大值。度中最大值。 545.

25、7 偏心錐殼適用于連接具有平行軸線兩圓筒的非軸對(duì)稱偏心錐殼（見(jiàn)下圖），同時(shí)滿足以下要求：a）兩筒體軸線間距L 應(yīng)不大于兩筒體內(nèi)直徑差值的1/2b）對(duì)內(nèi)壓情況偏心錐殼與筒體間夾角大值130o，對(duì)于外壓情況160o；55受內(nèi)壓偏心錐殼厚度計(jì)算a）錐殼半頂角 取偏心錐殼與筒體間夾角1、2的大值;b）按5.6.3 要求確定偏心錐殼厚度；c）按5.6.4.1 要求確定偏心錐殼大端厚度；d）按5.6.4.2 要求確定偏心錐殼小端厚度；e）取上述b)、c)、d)的大值作為偏心錐殼的厚度。受外壓偏心錐殼厚度計(jì)算 受外壓偏心錐殼的厚度確定、與圓筒連接處的外壓加強(qiáng)設(shè)計(jì)參照5.6.6，錐殼半頂角分別取1、 2進(jìn)行設(shè)

26、計(jì)，分別滿足二者的要求并取大值作為偏心錐殼的厚度。56576. 平蓋平蓋1)應(yīng)力狀況：應(yīng)力狀況： 兩向彎曲應(yīng)力，徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。兩向彎曲應(yīng)力，徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。2)兩種極端邊界支持條件。兩種極端邊界支持條件。 a.簡(jiǎn)支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，簡(jiǎn)支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，max 在在板中心，板中心， 徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等。徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等。 b.固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對(duì)約束（等于固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對(duì)約束（等于零），零），max在板邊緣為徑向應(yīng)力。在板邊緣為徑向應(yīng)力。 c.螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按簡(jiǎn)支圓板處理，螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按簡(jiǎn)支圓板處理，max在板中心在板中心。58圖2

27、-30 周邊固支的圓板固支圖2-29 周邊簡(jiǎn)支的圓板簡(jiǎn)支簡(jiǎn)支59注 意 ： 最 大 應(yīng) 力 是 板 周 邊 表 面 上 的 徑 向 彎 曲 應(yīng) 力 ，與 圓 板 材 料 完 全 無(wú) 關(guān) ， 與 簡(jiǎn) 支 圓 板 相 比 ， 最 大 應(yīng)力 和 最 大 撓 度 較 小 ， 因 此 ， 要 使 圓 板 在 承 受 載 荷后 有 較 小 的 最 大 撓 度 和 最 大 應(yīng) 力 ， 應(yīng) 使 圓 板 在 固支 條 件 下 受 載 。在周邊固支圓板中在周邊固支圓板中60加筋圓形平蓋厚度加筋平蓋厚度按下式計(jì)算，且平蓋厚度值不小于6mm。式中，當(dāng)量直徑d 取d1 和d2 中較大者。61拉撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 用于以棒

28、材、管材或板材支撐（以下簡(jiǎn)稱“拉撐”）的凸型封頭、平封頭（平板）及筒體的設(shè)計(jì)。拉撐結(jié)構(gòu)包括焊接與非焊接兩種結(jié)構(gòu)。常用結(jié)構(gòu)型式如表5-13。受拉撐的板厚計(jì)算：62GB/T25198-2010 壓力容器封頭簡(jiǎn)介壓力容器封頭63強(qiáng)度削弱強(qiáng)度削弱 不連續(xù)應(yīng)力不連續(xù)應(yīng)力 局部應(yīng)力局部應(yīng)力 焊接缺陷和殘余應(yīng)力焊接缺陷和殘余應(yīng)力 開(kāi)孔接管部位的應(yīng)力集中開(kāi)孔接管部位的應(yīng)力集中67 本章規(guī)定適用于容器本體的開(kāi)孔及其補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，包括等面積法和分析法。 等面積法適用范圍：適用于壓力作用下殼體和平封頭上的圓形、橢圓形或長(zhǎng)圓形開(kāi)孔。當(dāng)在殼體上開(kāi)橢圓形或長(zhǎng)圓形孔時(shí)，孔的長(zhǎng)徑與短徑之比應(yīng)不大于2.0。 a）當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di15

29、00mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑dopDi/2，且dop520mm；當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑dopDi/3，且dop1000 mm； b）凸形封頭或球殼開(kāi)孔的最大允許直徑dopDi/2； c）錐形封頭開(kāi)孔的最大直徑dopDi/3，Di為開(kāi)孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。 注：開(kāi)孔最大直徑dop 對(duì)橢圓形或長(zhǎng)圓形開(kāi)孔指長(zhǎng)軸尺寸。68分析法適用范圍 本方法是根據(jù)彈性薄殼理論得到的應(yīng)力分析法，用于內(nèi)壓作用下具有徑向接管圓筒的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，其適用范圍如下：d d0.90.9D D 且max0.5max0.5，d d/ /D D et/et/e e2 269分析法與等面積法適用的開(kāi)孔率范圍比較70不另行

30、補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑殼體開(kāi)孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：a）設(shè)計(jì)壓力p2.5 MPa；b）兩相鄰開(kāi)孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和；對(duì)于3個(gè)或以上相鄰開(kāi)孔，任意兩孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）應(yīng)不小于該兩孔直徑之和的2.5 倍；c）接管外徑小于或等于89mm；d）接管壁厚滿足表6-1要求；表中接管壁厚的腐蝕裕量為1mm,需要加大腐蝕裕量時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加壁厚。e）開(kāi)孔不得位于A、B 類焊接接頭上。f）鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm540MPa時(shí),接管與殼體的連接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)形式。72開(kāi)孔附近的焊接接頭 容器上的開(kāi)孔宜避開(kāi)容器焊接接頭。當(dāng)

31、開(kāi)孔通過(guò)或鄰近容器焊接接頭時(shí),則應(yīng)保證在開(kāi)孔中心的2dop 范圍內(nèi)的接頭不存在有任何超標(biāo)缺陷。開(kāi)孔最大直徑的限制開(kāi)孔最大直徑的限制74應(yīng)力分析法應(yīng)力分析法76壓力面積法（HG/T20582-2011）鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定 第7章 大開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 7.1.1本章所述的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法為壓力面積法，適用于法向圓形開(kāi)孔內(nèi)徑與殼體內(nèi)徑之比diDi超過(guò)GB150 壓力容器中的范圍，但必須符合本標(biāo)準(zhǔn)第7.1.3條的范圍要求，并且還必須滿足本標(biāo)準(zhǔn)第7.1.4條中對(duì)結(jié)構(gòu)、制造及使用場(chǎng)合的要求。 7.1.2本章適用于殼體承受內(nèi)壓的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)，也可用于殼體承受外壓的情況，承受外壓時(shí)，可將外壓作為內(nèi)壓，按承受內(nèi)

32、壓的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 7.1.3開(kāi)孔直徑及厚度的限制。77 1、 沒(méi)有或不考慮接管補(bǔ)強(qiáng)而只采用殼體增厚補(bǔ)強(qiáng)的情況(如本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.1l和圖7.4.12)，開(kāi)孔直徑d與圓筒殼體內(nèi)徑或球形殼體內(nèi)徑Di之比必須滿足以下條件：dDi0.5。 2、 采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的情況，不論是否有接管(如本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.1-3、圖7.4.14和圖7.4.110)，開(kāi)孔直徑d與殼體內(nèi)徑Di之比均須滿足以下條件： dDiO.5。 補(bǔ)強(qiáng)圈的補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)避免用于殼體平均壁溫大于250或沿殼壁有較大溫度梯度的場(chǎng)合，如確有必要超出上述溫度要求，則不僅補(bǔ)強(qiáng)圈應(yīng)與殼體有相同的材料質(zhì)量，并應(yīng)采取措施避免熱應(yīng)力集中。 78 3、 凸

33、形封頭上的開(kāi)孔情況，須滿足以下條件。 1)對(duì)于球形殼體和凸形封頭有接管補(bǔ)強(qiáng)時(shí)(如本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.18)，其接管內(nèi)徑di與球殼或筒體外徑Do之比：doD。0.6。 2)對(duì)于球形殼體和凸形封頭采用凸緣環(huán)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)(如本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.1-5和圖7.4.1-6)，其凸緣環(huán)的內(nèi)徑di與球殼或筒體外徑 D。之比：doD。0.6。79 4、 圓筒殼體上采用接管補(bǔ)強(qiáng)的開(kāi)孔(如本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.17和圖7.4.1-9)，其開(kāi)孔處孔的內(nèi)徑d與殼體內(nèi)徑Di之比：diDi1.0。 5、 厚度的限制。 1)用于計(jì)算時(shí)，接管有效厚度與殼體有效厚度之比(b-C)(s-C)應(yīng)不超過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.11l中查出的值；如果超過(guò)，超出部

34、分不應(yīng)計(jì)入補(bǔ)強(qiáng)。 2)用于制造時(shí)，即實(shí)際采用厚度時(shí)，接管有效厚度與殼體有效厚度之比(b-C)(s-C)應(yīng)不超過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)圖7.4.112中查出的值，這一限制是為了避免疲勞或蠕變產(chǎn)生的問(wèn)題。80714結(jié)構(gòu)、制造及使用場(chǎng)合的限制。 1 接管與殼體應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)，接管與殼體連接內(nèi)外壁應(yīng)避免尖角過(guò)渡，而采用r圓角過(guò)渡。 2 接管、殼體、補(bǔ)強(qiáng)件的材料其常溫屈強(qiáng)比應(yīng)滿足ReLRm0.68。應(yīng)避免采用標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度下限值Rm540MPa的材料，如要采用，須在設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)等方面作特殊考慮。3 接管、殼體、補(bǔ)強(qiáng)件之間的焊接接頭應(yīng)無(wú)損檢測(cè)合格。4 補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)應(yīng)避免殼體焊接接頭，如無(wú)法避免，焊接接頭應(yīng)100無(wú)損檢測(cè)合

35、格。5 此補(bǔ)強(qiáng)方法不宜用于介質(zhì)對(duì)應(yīng)力敏感的場(chǎng)合。6 大開(kāi)孔應(yīng)避免用于可產(chǎn)生蠕變或有脈動(dòng)載荷的場(chǎng)合。82 在我國(guó)，壓力面積法尚不能作為合法的設(shè)計(jì)依據(jù)，當(dāng)殼體開(kāi)孔超出GB150.3規(guī)定時(shí)，該法只能參考使用。有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效補(bǔ)強(qiáng)范圍ntC1+2C2CtetBdi+2Ch1h2Cen（一）開(kāi)孔削弱的面積（一）開(kāi)孔削弱的面積)1 (2retopfdAtttrf其中：)1 (2 5 . 0retopfdApopdA5 .0對(duì)安放式接管對(duì)安放式接管 f fr r=1.0=1.0（二）補(bǔ)強(qiáng)金屬面積（二）補(bǔ)強(qiáng)金屬面積殼體殼體)1)(2)(1reeteopfdBA接管接管retrtetfChfhA)(2)(22212焊縫焊縫203212hA單條焊縫：補(bǔ)強(qiáng)圈面積補(bǔ)強(qiáng)圈面積)(3214AAAAA補(bǔ)強(qiáng)圈厚度補(bǔ)強(qiáng)圈厚度T橢圓形封頭橢圓形封頭當(dāng)開(kāi)孔位于以封頭中心為中心當(dāng)開(kāi)孔位于以封頭中心為中心80%封頭內(nèi)直徑封頭內(nèi)直徑的范圍內(nèi)時(shí)的范圍內(nèi)時(shí):cticpDpK5 . 0 21在此范圍以外開(kāi)孔時(shí)，在此范圍以外開(kāi)孔時(shí)，按橢圓封頭壁厚式計(jì)算。按橢圓封頭壁厚式計(jì)算。蝶形封頭蝶形封頭當(dāng)開(kāi)孔位于封頭球面部分內(nèi)時(shí)當(dāng)開(kāi)孔位于封頭球面部分內(nèi)時(shí):) 1M(5 . 0 2即cticpRp在此范圍以外開(kāi)孔時(shí)，在此范圍以外開(kāi)孔時(shí)，按碟形封頭壁厚式計(jì)算。按碟形封頭壁厚式計(jì)算。的確定的確定a.圓筒：按圓筒：按b.球殼：