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1 第 六 章 容 器 零 部 件教 学 重 点 ： 各 零 部 件 标 准 的 选 用 。教 学 难 点 ： 标 准 法 兰 的 选 用 。 2 3 4 5被 连 接 件 连 接 件 密 封 元 件 法 兰 联 接 图 6-1 螺 栓 法 兰 连 接 结 构1-螺 栓 2-垫 片 3-法 兰3 1 2 第 一 节 法 兰 联 接 一 、 法 兰 联 接 结 构 与 密 封 原 理 1、 密 封 组 成 6泄 漏 途 径 密 封 原 理 压 紧 面 泄 漏 垫 片 渗 漏 当 压 力 介 质 通 过 密 封 口 的 阻 力 降 大 于 密封 口 两 侧 的 介 质 压 力 降 时 ， 介 质 就 被 密封 住 3 1 2 2、 工 作 原 理 图 6-1 螺 栓 法 兰 连 接 结 构1-螺 栓 2-垫 片 3-法 兰 7通 过 垫 片 材 料 本 体 毛 细 管 的 渗 透 泄 漏 。可 通 过 对 渗 透 性 垫 片 材 料 添 加 某 些 填 充剂 进 行 改 良 ， 或 与 不 透 性 材 料 组 合 成 型来 避 免 “ 垫 片 渗 漏 ” 。 沿 着 垫 片 与 压 紧 面 之 间 的 泄 漏 ， 泄 漏量 大 小 主 要 与 界 面 间 隙 尺 寸 有 关 。 “压 紧 面 泄 漏 ” 是 密 封 失 效 的 主 要 途 径。 垫 片 渗 漏 压 紧 面 泄 漏泄 漏 8压 紧 面 泄 漏垫 片 渗 漏图 6-2 泄 漏 形 式 9 螺 栓 法 兰 连 接 的 整 个 工 作 过 程 ：图 6-2（ a） 尚 未 预 紧 工 况 、 （ b） 预 紧 工 况 、 （ c） 操 作 工 况（ a） 尚 未 预 紧 工 况 将 上 、 下 法 兰 压 紧 面 和 垫片 的 接 触 处 的 微 观 尺 寸 放 大 ，表 面 是 凹 凸 不 平 的 ， 这 就 是 流体 泄 漏 的 通 道 。 （ a） 尚 未 预 紧 工 况图 6-3 密 封 机 理 图 10 （ b） 预 紧 工 况 （ 无 内 压 ） 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 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。 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 “” ， 单 位 为 MPa。 在 预 紧 工况 下 ， 如 垫 片 单 位 面 积 上 所 受 的 压紧 力 小 于 比 压 力 y， 介 质 即 发 生 泄 漏。 引 入 概 念 1“预 紧 比 压 y” （ b） 预 紧 工 况图 6-3 密 封 机 理 图y值 仅 与 垫 片 材 料 、结 构 与 厚 度 有 关 。 11 通 入 介 质压 力 上 升 密 封 比 压 下 降导 致 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 以保 持 密 封 性 能 。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 ，称 为 。操 作 密 封 比 压 往 往 用 介 质 计 算 压 力的 m倍 表 示 ， m称 为 “ 垫 片 系 数 ”。 引 入 概 念 2“操 作 密 封 比 压 ”（ c） 操 作 工 况 （ c） 操 作 工 况 图 6-3 密 封 机 理 图 12 二 、 法 兰 的 结 构 与 分 类1、 按 法 兰 接 触 面 分 图 6- 窄 面 法 兰 与 宽 面 法兰 13 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 。2、 按 法 兰 与 设 备 或 管 道 的 联 接 方 式 划 分 图 6-5 整 体 法 兰 14整 体 法 兰 15整 体 法 兰 16 松 套 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 。 图 6-6 松 套 法 兰 17松 套 法 兰 18 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 加 应 力 较 小 。 常 用 于 高 压 管 道 。 图 6-7 螺 纹 法 兰 19螺 纹 法 兰 20 圆 形 、 方 形 和 椭 圆 形3、 按 法 兰 形 状 分 图 6-8 不 同 形 状 的 法 兰 21 三 、 影 响 法 兰 密 封 的 因 素预 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 。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 。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 。预 紧 力 使 垫 片 压 紧 实 现 初 始 密 封 。1、 螺 栓 预 紧 力 22主 要 根 据 工 艺 条 件 、 密 封 口 径 以 及 准 备 采 用 的垫 片 等 进 行 （ 常 用 5种 ） 选 择 u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 ；u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 。压 紧 面 的 质 量 要 求 压 紧 面 的 型 式2、 压 紧 面 （ 密 封 面 ） 23 平 面 型 压 紧 面 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 P2.5MPa， 有 毒 、 易 燃 、 易 爆 介 质 中 不 能 使 用 。 24 凹 凸 型 压 紧 面 由 一 个 凹 面 和 一 个 凸 面 配 合 组 成 。 垫 片放 凹 面 中 。优 点 ： 便 于 对 中 ， 能 防 垫 片 挤 出 。可 用 在 P6.4MPa， DN800mm 25 榫 槽 型 压 紧 面 一 榫 一 槽 密 封 面 组 成 ， 优 点是 对 中 性 好 ， 密 封 预 紧 压 力小 ， 垫 片 不 易 挤 出 ， 不 受 介质 冲 刷 ， 用 于 易 燃 易 爆 密 封要 求 高 处 。 缺 点 是 更 换 较 困难 ， 榫 易 损 坏 。注 意 ： 应 使 固 定 在 设 备 上 的法 兰 为 槽 面 ,可 拆 下 部 分 的 法兰 为 榫 面 。 26 锥 形 压 紧 面 通 常 用 于 高 压 密 封 ， 其 缺 点 是 需 要 的 尺寸 精 度 和 表 面 粗 糙 度 要 求 高 。 须 与 透 镜垫 片 配 合 ,常 用 于 高 压 管 道 。 27 梯 形 槽 压 紧 面 槽 底 不 起 密 封 作 用 ， 是 槽 的 内 外 锥 面 与 垫片 接 触 成 梯 形 ,形 成 密 封 的 ， 与 椭 圆 或 八 角形 截 面 的 金 属 垫 圈 配 合 。 3 28 非 金 属 垫 片 金 属 垫 片 金 属 非 金 属 组 合 垫 片 一 般 要 求 软 韧 ，强 度 要 求 其 次 3、 垫 片 性 能 29 密 封 失 效 的 主要 原 因 之 一提 高 法 兰 刚 度 的 措 施 ：增 加 法 兰 厚 度 ； 减 小 螺 栓 力 作 用 的 力 臂 (即 缩 小中 心 圆 直 径 )； 增 大 法 兰 盘 外 径 。刚 度 不 足 ： 过 大 的 翘 曲 变 形4、 法 兰 刚 度 30图 6-15 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 。 操 作 条 件 指 压 力 、 温 度 及 介 质 的 物 理 化 学 性 质 对 密 封 性 能的 影 响 。 特 点 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 可能 性 ； 法 兰 、 螺 栓 和 垫 片 均 会 产 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 还会 加 速 老 化 、 变 质 ， 甚 至 烧 毁 。 原 因5、 操 作 条 件 32 四 、 法 兰 标 准 及 选 用 平 焊 法 兰 对 焊 法 兰 甲 型 压 力 容 器法 兰 乙 型 1、 压 力 容 器 法 兰 标 准 33焊 缝 形 式 ： 甲 型 为 V型 坡 口 ， 乙 型 为 U型 坡 口 ，因 此 乙 型 更 易 焊 透 ， 故 其 强 度 和 刚 度 更 高 。比 较 乙 型 法 兰 带 有 一 个 短 筒 体 ， 因 此 刚 性 较 甲 型 法 兰好 ， 可 用 于 压 力 较 高 ， 直 径 较 大 的 场 合 ； 平焊法兰 图 6-16 甲 型 平 焊 法 兰 图 6-17 乙 型 平 焊 法 兰 34 特 点 由 于 有 长 颈 ， 并 采 用 对 焊 ， 故刚 性 更 好 ， 用 于 压 力 更 高 处 . 对 焊 法 兰 图 6-18 长 颈 对 焊 法 兰 35平 焊 与 对 焊 法 兰 都 有带 衬 环 与 不 带 衬 环 两种 。 注 意 问 题 密 封 面 都 有 平 面 型 、凹 凸 型 、 榫 槽 型 三 种。 图 6-1 带 衬 环 的 甲 型 平 焊 法 兰 36选 择 法 兰 的 主 要 参 数 公 称 压 力 （ PN）公 称 直 径 （ DN） 2、 如 何 选 用 压 力 容 器 法 兰 37 公 称 直 径 公 称 压 力 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 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 。公 称 压 力 是 以 16Mn在 200 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 同 时 ， 最 大 工 作 压 力 将 降 低 或 升 高 。 38 3、压力容器法兰的标记标 准 号公 称 直 径 ， mm密 封 面 型 式 代 号法 兰 类 型 代 号公 称 压 力 ， MPa 标 记 示 例 ：公 称 压 力 ， 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 。法 兰 CT 8001.6 JB/T47022002 39 问题公 称 压 力 为 MPa的 法 兰 的 含 义 是 什 么 ？管 法 兰 部 分 自 学 40鞍 座 第 二 节 容 器 支 座 41支 腿 42 43 44支 座 耳 式 支 座支 承 式 支 座腿 式 支 座裙 式 支 座立 式 支 座 鞍 座圈 座支 腿卧 式 支 座 45 一 、 卧 式 容 器 支 座 鞍 座 、 圈 座 及 支 腿 圈 座 ： 用 于 大 直 径 薄 壁 容 器 和 真 空 容 器 ， 增 加 局 部 刚 度 。支 腿 ： 重 量 较 轻 的 小 型 容 器 。 常 见 的 大 型 卧 式 储 罐 、换 热 器 等 多 采 用 鞍 座 。是 应 用 最 为 广 泛 的一 种 卧 式 容 器 支 座 。 46封 头 筒 体 支 座（ 鞍 座 ） 47 48 49 50 51 （ 一 ） 双 鞍 式 支 座 最 大 剪 力 ： 鞍 座 处最 大 弯 矩 ： 筒 体 中 心 处 危 险 截 面 出 现 在 两 支 座 中 心 处和 鞍 座 处 52 剪 力弯 矩 53 力 学 模 型 的 简 化简 化 为 长 度 L， 受 均 布 载 荷 q作 用 的 外 伸 简 支 梁 54 均 布 载 荷 ）LHL FHL Qq 341( 234 55 A、 跨 距 中 点 处 a、 弯 矩 LALh LhRFLM i im 4341214 2221b、 应 力最 大 合 成 应 力 发 生 在 截 面 最 高 点 或 最 低 点 emem RMpRWM 21111 2 最 高 点 emem RMpRWM 21112 2 最 低 点 56 B、 支 座 截 面 a、 弯 矩b、 应 力 最 大 合 成 应 力 发 生 在 截 面 最 高 点 或 最 低 点 。 在 截 面 最 高 点 emem RK MpRWM 21 22123 2 在 截 面 最 低 点 emem RK MpRWM 22 22124 2 筒体有加强圈或由封头加强ARm/2时，轴向应力在横截面的最高点；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。 Lh ALhRLAFLM i im 341 2/11 222 57 58 且 尽 可 能 使 i 1） 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 相 等 ， 推 导 出2) 试 验 证 明 ， 当 i时 ， 封 头 对 筒 体 才 有 加 强 作 用 ， 因 此 支 座 的 最 佳 位 置 应 在满 足 的 条 件 下 ， 尽 量 使 i 59 3） 当 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 “ 扁 塌 ” 现 象 ： 鞍 座 上 筒 体 发 生 变 形 ， 犹 如 “ 扁 塌” 。 鞍 座 处 筒 体 不 起 承 载 作 用 ， 成为 无 效 区 （ 图 ） 。 60 结 构 61 标 准 A 轻 型 ， 都 是 120 包 角 ， 都 有 垫 板B 重 型 ， 有 120 和 150 两 种 包 角 ， 有 带 垫板 的 ， 也 有 不 带 垫 板 的 。 公 称 直 径 ， mmJB/T4712-92 鞍座 固 定 鞍 座 F， 滑 动 鞍 座 S标 记 示 例 ： 公 称 直 径 为 2600mm的 轻 型 （ A） 鞍 座 ， 标 记 为 JB/T471292 鞍 座A2600-F JB/T471292 鞍 座A2600-S 型 号 （ A,B ,B ,B ,B ,B） 62 （ 二 ） 圈 式 支 座 可 能 造 成 严 重 挠 曲 的 薄 壁 容 器 ； 多 于 两 个 支 承 的 长 容 器 。（ 三 ） 支 腿 只 适 用 于 小 型 容 器 。 63 二 、 立 式 容 器 支 座 优 点 ： 简 单 轻 便 ； 缺 点 ： 对 器 壁 产 生 较 大 局 部 应力 。 结 构 ： 由 筋 板 和 支 脚 板 组 成 ， 广 泛 用 于 中 、 小 型立 式 设 备 (高 径 比 不 大 于 5， 总 高 度 不 大 于 10m)（ 一 ） 耳 式 支 座 （ 悬 挂 式 支 座 ） 64 标 准 ： JB/T4725 耳 式 支 座 ，它 将 耳 式 支 座 分 为 A型 （ 短 臂 ） 和 B型 （ 长 臂 ） 两 类 ， 每 类 又 有 带 垫 板和 不 带 垫 板 两 种 。 B型 耳 式 支 座 有 较大 的 安 装 尺 寸 ， 当 容 器 外 面 包 有 保温 层 ， 或 者 将 容 器 直 接 放 置 在 楼 板上 时 ， 宜 选 用 B型 。 65 标 记 方 法 型 号 （ A,AN,B,BN）JB/T4725-92,耳 座 支 座 号 （ 18）标 记 示 例 ：A型 ， 不 带 垫 板 ， 3号 耳 式 支 座 ， 支 座 材 料 为 Q235-AF， 标 记 为 JB/T472592,耳 座 AN3 材 料 ： Q235-AF 66 （ 二 ） 支 承 式 支 座结 构 ： 在 容 器 封 头 底 部焊 上 数 根 支 柱 ， 直 接 支承 在 基 础 地 面 上 。特 点 ： 简 单 方 便 ， 但 它对 容 器 封 头 会 产 生 较 大的 局 部 应 力 ， 因 此 当 容器 较 大 或 壳 体 较 薄 时 ，必 须 在 支 座 和 封 头 间 加垫 板 ， 以 改 善 壳 体 局 部受 力 情 况 。 67 用 于 高 度 不 大 、 安 装 位 置 距 基 础 面 较 近 且具 有 凸 形 封 头 的 立 式 容 器 。标 准 ： JB/T4724 支 承 式 支 座 分 为 A型 和 B型 ， A型 支 座 由 钢 板 焊 制 而 成 ； B型 支座 采 用 钢 管 作 支 柱 。 68 （ 三 ） 腿 式 支 座 （ 支 腿 ）结 构 简 单 、 轻 巧、 安 装 方 便 ， 在 容 器 下面 有 较 大 的 操 作 维 修 空间 。 图 6-31 腿 式 支 座JB/T4713 腿 式 支 座A型 ： 角 钢 支 柱B型 ： 钢 管 支 柱 69 70 问 题 ： 腿 式 支 座 与 支 承 式 支 座 的 区 别 ？腿 式 支 座 是 支 承 在 容 器 的 圆 柱 体 部 分 支 承 式 支 座 是 支 承在 容 器 的 底 封 头 上 71 （ 四 ） 裙 式 支 座应 用 ： 高 大 的 立 式 容 器 ， 特 别 是 塔 器 。 形 式 ： 圆 筒 形 裙 座 和 圆 锥形 裙 座 。 721塔 体 ; 2保 温 支 承 圈 ; 3无 保 温 时 排 气 孔 ;4裙 座 筒 体 ; 5人 孔 ; 6螺 栓 座 ; 7基 础 环; 8有 保 温 时 排 气 孔 ; 9引 出 管 通 道 ; 10排 液孔 图 6-32 裙 式 支 座 73 (1)座 体 它 的 上 端 与 塔 体 底 封 头 焊接 在 一 起 ， 下 端 焊 在 基 础 环 上。 座 体 承 受 塔 体 的 全 部 载 荷 ，并 把 载 荷 传 到 基 础 环 上 去 。 74 (2)基 础 环 基 础 环 是 块 环 形 垫 板， 它 把 由 座 体 传 下 来 的 载荷 ， 再 均 匀 地 传 到 基 础 上去 。 75 (3)螺 拴 座 由 座 板 和 筋 板 组 成 ， 供 安装 地 脚 螺 栓 用 ， 以 便 地 脚 螺 栓把 塔 设 备 固 定 在 基 础 上 76 (4)管 孔 在 裙 座 上 有 检 修 用 的 人 孔、 引 出 管 孔 , 排 气 管 孔 等 77 78 第 三 节 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 ， 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 （ 150200mm） ， 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 。 有 椭 圆 形 、 长 圆 形 、 圆 形 （ 常 用 ） 一 、 设 备 开 孔 的 装 置 2.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 的数 值 ， 这 种 局 部 的 应 力 增 长 现 象 ， 叫 做 应 力 集 中 。 在 应力 集 中 区 域 的 最 大 应 力 值 ， 称 为 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 的 拐 角 处 因 不 等 截 面 过 渡 引 起 应 力 集 中 。 二 、 开 孔 应 力 集 中 现 象 及 原 因1、 开 孔 应 力 集 中 现 象 2、 产 生 原 因 80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 。 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 家的 容 器 设 计 规 范 主 要 采 用 该 方 法 ， 如 ASME -1和 GB150等 。 （ 一 ） 补 强 设 计 原 则 三 、 开 孔 补 强 设 计 原 则 、 形 式 与 结 构1、 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 2 s 定 义 而 s=1.5， 所 以 0.3max 2、 塑 性 失 效 补 强 原 则 82 （ 二 ） 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S ro ri (d) 密 集 补 强S r4 补 强只 加 强 接 管补 强 S 1 补 强 R补 强S S1rS1S R S1rS1 r 补 强 r 3S1 补 强S RSr S1Srr (a) 内 加 强 平 齐 接 管S rR 补 强S1 r i S 补 强(b) 外 加 强 平 齐 接 管同 时 加 强 壳 体 与 接 管r S1Sr 补 强S S1rR S1补 强S S1rS1 R r S 补 强r rRSr ro S1 1、 内 加 强 平 齐 接 管 将 补 强 金 属 加 在 接 管 或 壳 体 的 内 侧 (a)内 加 强 平 齐 接 管 83 2、 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S ro ri (d) 密 集 补 强S r4 补 强只 加 强 接 管补 强 S 1 补 强 R补 强S S1rS1S R S1rS1 r 补 强 r 3S1补 强S R Sr S1Srr (a) 内 加 强 平 齐 接 管S rR 补 强 S1 ri S 补 强(b) 外 加 强 平 齐 接 管同 时 加 强 壳 体 与 接 管r S1Sr 补 强S S1rR S1补 强S S1rS1 R r S 补 强r rRSr ro S1 将 补 强 的 金 属 加 在 接 管 或 壳 体 的 外 侧 (b)外 加 强 平 齐 接 管 84 3、 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S ro ri (d) 密 集 补 强S r4 补 强只 加 强 接 管补 强 S 1补 强R补 强S S1r S1S R S1rS1 r 补 强 r 3S1补 强S RSr S1Srr (a) 内 加 强 平 齐 接 管S rR 补 强S1 r i S 补 强(b) 外 加 强 平 齐 接 管同 时 加 强 壳 体 与 接 管r S 1Sr补 强S S1rR S1 补 强S S1rS1 R r S 补 强r rRSr ro S1采 用 凸 出 (插 入 )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S ro ri (d) 密 集 补 强S r4 补 强只 加 强 接 管补 强 S 1补 强R补 强S S1r S1S RS1rS1 r 补 强 r 3S1补 强S RSr S1Srr(a) 内 加 强 平 齐 接 管S rR 补 强S1 r i S 补 强(b) 外 加 强 平 齐 接 管同 时 加 强 壳 体 与 接 管r S 1Sr补 强S S1rR S1 补 强S S1rS1R r S 补 强r rRSrroS1只 加 强 接 管 只 加 强 壳 体 同 时 加 强 壳 体 与 接 管 (c)对 称 加 强 凸 出 接 管 85 4、 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S r o r i ( d ) 密 集 补 强S r 4 补 强只 加 强 接 管补 强 S 1补 强 R补 强S S 1 r S 1 S R S 1rS 1 r 补 强 r 3S 1补 强S RS r S 1 S rr ( a) 内 加 强 平 齐 接 管S rR 补 强S 1 r i S 补 强( b) 外 加 强 平 齐 接 管同 时 加 强 壳 体 与 接 管r S 1S r补 强S S 1 rR S 1 补 强S S 1 r S 1 R r S 补 强r rRS r r o S 1(d)密 集 补 强 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 较从 强 度 角 度 看密 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 从 制 造 角 度 看 87 （ 三 ） 补 强 结 构 补 强 结 构 补 强 圈 补 强 结 构补 强 元 件 补 强 结 构 整 体 补 强 结 构指 补 强 金 属 采 用 什 么 结 构 方 式 与 被 补 强 的 壳 体 或 接 管 连 成一 体 88 结 构 补 强 圈 贴 焊 在 壳 体 与 接 管 连 接 处 ， 见 图 6-33.优 点 结 构 简 单 ， 制 造 方 便 ， 使 用 经 验 丰 富 图 6-33 补 强 圈 补 强缺 点 1） 与 壳 体 金 属 之 间 不 能 完 全贴 合 ， 传 热 效 果 差 ， 在 中 温 以上 使 用 时 ， 存 在 较 大 热 膨 胀 差， 在 补 强 局 部 区 域 产 生 较 大 的热 应 力 ；2） 难 以 与 壳 体 形 成 整 体 ， 抗疲 劳 性 能 差 。 1、 补 强 圈 补 强 结 构 89补 强 圈 补 强 90补 强 圈 补 强 91补 强 圈 补 强 92补 强 圈 93 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a.材 料 的 标 准 抗 拉 强 度 低 于 540MPab.补 强 圈 厚 度 小 于 或 等 于 nc.壳 体 名 义 厚 度 n不 大 于 38mm适 用 范 围 HG21506-92 补 强 圈 ， JB/T4736-95 补强 圈 标 准 94 注 意为 了 检 验 焊 缝 的 紧 密 性 ， 补 强 板 上 开 有 一 个 M10的 小 螺 纹孔 ， 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 . 95 结 构 在 开 孔 处 焊 上 一 段 厚 壁 接 管 ， 见 图 6-34。特 点 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 图 6-34 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 ） 96厚 壁 接 管 补 强 97厚 壁 接 管 补 强 98图 6-35 整 锻 件 补 强 整 体 锻 件 3、 整 体 补 强 结 构 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 。 99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 降低 10 15%。优 点缺 点 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 服 点 在 500MPa以上 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 。应 用 101 （ 四 ） 允 许 不 另 行 补 强 的 条 件 GB150规 定 ：在 设 计 压 力 MPa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 2倍 ， 接 管 公 称外 径 89mm时 ， 只 要 接 管 最 小 厚 度 满 足 表 6-19要 求 ， 就可 不 另 行 补 强 。表 6-1 不 另 行 补 强 的 接 管 最 小 厚 度 mm 6.05.04.03.5 897665574845383225接 管 公称 外 径最 小厚 度 102GB150对 开 孔 最 大 直 径 的 限 制 基 本 原 则 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 。（ 一 ） 允 许 开 孔 的 范 围a. 圆 筒 上 开 孔 的 限 制 ：内 径 Di1500mm时 ， 开 孔 最 大 直 径 d iD21 ， 且 d520mm；内 径 Di 1500mm时 ， 开 孔 最 大 直 径 d iD31 ， 且 d1000mm。 四 、 等 面 积 补 强 的 设 计 方 法 103 b. 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 d iD31 ， Di为 开 孔中 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 于 封 头 表 面 。 104 承 受 内 压 )f1(2dA ret （ 6-14）式 中 A开 孔 削 弱 所 需 要 的 补 强 面 积 ， mm2； d开 孔 直 径 圆 形 孔 ： d=di+2C di接 管 内 直径（ 二 ） 所 需 最 小 补 强 面 积 A (即 开 孔 削 弱 的 截 面 积A ) 壳 体 开 孔 处 的 计 算 厚 度 ， mm； et接 管 有 效 厚 度 ， et =nt-C， mm； fr强 度 削 弱 系 数 ， 等 于 设 计 温 度 下 接 管 材 料 与 壳 体 材 料 许 用 应 力 之 比 ， 当 该 值 大 于 时 ， 取 fr。 105)f1(2d5.0A ret （ 6-17）b、 外 压 圆 筒 或 球 壳 ： 106图 6-36 有 效 补 强 范 围 示 意 图 （ a） 在 一 定 范 围 内能 起 补 强 作 用， 除 了 此 范 围， 则 起 不 到 补强 作 用 。有 效 补 强 区 ：矩 形 WXYZ，见 图 6-36。（ 三 ） 开 孔 有 效 补 强 范 围 及 补 强 面 积 的 计 算 107 有 效 宽 度 B： 取 二 者 中 较 大 值B=2dB=d+2n+2nt式 中 B补 强 有 效 宽 度 ， mm； n壳 体 开 孔 处 的 名 义 厚 度 ， mm； nt接 管 名 义 厚 度 ， mm。 108 内 外 侧 有 效 高 度 ： 取 式 中 较 小 值外 侧 高 度 nt1 dh h1=接 管 实 际 外 伸 高 度 nt2 dh h2=接 管 实 际 内 伸 高 度 内 侧 高 度 109 （ 6-22） （ 6-23） 在 有 效 补 强 区 的 矩 形 WXYZ范 围 内 ,可 作 为 有 效 补 强 的金 属 截 面 积 Ae A1 A2 A3(四 )补 强 范 围 内 补 强 金 属 面 积 Ae A1壳 体 有 效 厚 度 减 去 计 算 厚 度 之 外 的 多 余 面 积 。)1)(2)(1 reete fdBA r2et2rtet12 f)C(h2f)(h2A A2接 管 有 效 厚 度 减 去 计 算 厚 度 之 外 的 多 余 面 积 。 A3有 效 补 强 区 内 焊 缝 金 属 的 截 面 积 。 110 Ae=A1+A2+A3A则 开 孔 后 不 需 要 另 行 补 强 。 Ae = A1+ A2+ A3 A则 开 孔 需 要 另 外 补 强 ， 所 增 加 的 补 强 金 属 截 面 积 A4 应 满 足 A4 =A-Ae (6-24) 111 开 孔 补 强 设 计 步 骤 根 据 强 度 设 计 公 式 和 工 艺 要 求 ， 计 算 壳 体 (或 封 头)与 接 管 承 受 内 压 (或 外 压 )时 所 需 要 的 计 算 壁 厚 和 t ,以 及确 定 壁 厚 附 加 量 C和 C2， 同 时 确 定 开 孔 内 直 径 d; 利 用 中 确 定 的 d ,C,C2以 及 设 计 所 确 定 的 壳 体 (或 封 头 )和 接 管 的 名 义 壁 厚 n和 nt ， 利 用 (6-18)式 (6-20)式 计 算 补 强 有 效 宽 度 和 高 度 B, h1,h2; 利 用 (6-14)式 或 (6-17)式 计 算 A， 按 (6-22)式和 (6-23)式 计 算 A 1和 A2， 并 根 据 补 强 区 内 焊 缝 的 尺 寸 确定 A3； 计 算 Ae=A1+A2+A3 ， 比 较 Ae与 A， 若 Ae A，则 不 需 另 加 补 强 ； 若 Ae A， 则 需 另 加 补 强 而 积 ； 按 (6-24)式 计 算 有 效 补 强 范 围 内 另 加 补 强 的 面积 A4。 112n nt t nt n 113 nt e et t 114 作业一 、 课 堂 作 业第 二 大 题 第 三 大 题二 、 课 外 作 业第 四 大 题 A组 10， B组 7
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