天津大学《化工机械基础》课件化工机械基础3-7.pptVIP

第七节容器的开孔与附件一、容器的开孔与补强容器为什么要开孔？工艺、安装、检修的要求。开孔后，为什么要补强？削弱器壁的强度，出现不连续，形成高应力集中区。峰值应力通常较高，达到甚至超过材料屈服极限。局部应力较大，加之材质和制造缺陷等,为降低峰值应力，需要对结构开孔部位进行补强，以保证容器安全运行。开孔的形状：应力集中和开孔形状有关，圆孔的应力集中程度最低。㈠开孔补强的设计与补强结构在开孔附近区域增加补强金属，提高器壁强度，满足强度设计要求。容器开孔补强的形式分为补强圈补强整体补强1、补强圈补强开孔周围贴焊一圈钢板，即补强圈。补强圈与器壁搭接，材料相同，补强圈尺寸参照标准确定，或等面积补强。厚度超过8mm,全焊透结构，为方便焊接，外面单面补强。检验紧密性，M10螺孔通入压缩空气。结构简单，制造方便，应用广泛。但有静止气隙，传热效果差，温差与热膨胀差较大，容易引起温差应力。角焊缝焊接，容易出现裂纹。高强度钢淬硬性大，对焊接裂纹敏感，易开裂。抗疲劳性也差。因此补强圈使用范围受到限制。补强圈搭焊结构的使用范围：GB150用补强圈结构补强时，规定：①钢材的标准抗拉强度下限值Rm≤540MPa；

②补强圈厚度小于或等于1.5dn；

③壳体名义厚度dn≤38mm。2．整体补强增加整个壳体的厚度，降低开孔附近的应力。或用全焊透结构将厚壁接管或整体补强锻件与壳体焊接。1）增加壳体厚度应力集中的局部性，除非制造或结构需要，一般不把整个容器壁加厚。2）接管补强在开孔处焊上一段加厚的短管，使接管的加厚部分处于最大应力区内，以降低应力集中系数。内加强平齐接管：制造困难，影响流程外加强平齐接管：强度最差对称加强凸出接管：内侧焊接困难密集补强：强度最好但加工困难3）整体锻件补强将接管与壳体连同加强部分作成整体锻件，然后与壳体焊接。补强金属集中于开孔应力最大部分，应力集中现象得到大大缓解㈡开孔补强的计算方法等面积法和分析法。1）等面积法用于壳体和平板封头上的圆形、椭圆形或长圆形开孔（长径与短径之比不大于2）等面积补强法适用范围：（1）圆筒Di≤1500mm，开孔最大直径d≤1/2Di，且d≤520mm；圆筒Di＞1500mm时，开孔最大直径d≤1/3Di，且d≤1000mm；

（2）凸形封头或球壳的开孔最大直径d＜1/2Di。

（3）锥壳开孔最大直径d≤1/3Di，Di为开孔中心处的锥壳内直径。㈡开孔补强的计算方法等面积法和分析法。1）等面积法2）分析法根据弹性薄壳理论得到的应力分析法，用于具有径向接管的圆筒的开孔补强设计。适用范围：d≤0.9D且max[0.5,d/D]≤δet/δe≤2δet为接管的有效厚度。㈢不需补强的最大开孔直径计算壁厚考虑了焊接接头系数，钢板规格，壳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。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。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，可不另行补强：(1)设计压力小于或等于2.5MPa；(2)两相邻开孔中心的间距(对曲面间距以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍；(3)接管公称外径小于或等于89mm(4)接管最小壁厚满足表3-30的要求。(5)开孔不得位于A、B类焊接接头上。二、容器的接口管与凸缘用于装置测量、控制仪表，或连接其他设备和介质的输送管道。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、压力表或液面计等，阴螺纹或阳螺纹㈡凸缘接管长度必须很短时可用凸缘代替(又叫突出接口)三、手孔与人孔检查设备内部空间以及安装和拆卸内部构件。手孔直径150mm～250mm，标准手孔公称直径有DN150和DN250两种。手孔结构：容器上接一短管，其上盖一盲板。人孔：设备直径超过900mm，有手孔也设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形。椭圆形人孔短轴与筒身轴线平行。圆形人孔直径400mm～600mm，容器压力不高或有特殊需要时，直径可以大一些。椭圆形人孔(或称长圆形人孔)的最小尺寸为400mm×300mm。人孔：筒节、法兰、盖板和手柄。一般人孔2手柄，手孔1手柄。使用中常打开，可用快开式结构人孔。手孔（HG21514-2005～HG21527-2005）人孔（HG21528-2005～21535-2005）已有标准，设计时根据设备的公称压力，工作温度以及所用材料等按标准直接选用。人孔或手孔的标记：