一、法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理1.法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)

1-被聯(lián)接件（法蘭）；2-密封元件（墊片）；3-聯(lián)接件（螺栓、螺母）

法蘭密封失效很少是聯(lián)接件或被聯(lián)接件強(qiáng)度破壞，多因密封不好而泄漏。故法蘭聯(lián)接設(shè)計(jì)主要解決的問(wèn)題是防止介質(zhì)泄漏。流體密封的基本原理：在聯(lián)接口處增加流體流動(dòng)的阻力。當(dāng)壓力介質(zhì)通過(guò)密封口的阻力降大于密封口兩側(cè)的介質(zhì)壓力差時(shí)，介質(zhì)就被密封住了。密封口泄漏途徑：一是墊片滲漏，二是壓緊面泄漏。墊片材料本身存在著大量的毛細(xì)管，滲漏是難免的；壓緊面泄漏是密封失效的主要形式。第1頁(yè)/共52頁(yè)第一頁(yè)，共53頁(yè)。一、法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理2.法蘭密封的原理預(yù)緊密封比壓：形成初始密封條件時(shí)在墊片單位面積上受到的壓緊力。工作密封比壓：工作狀態(tài)下維持密封結(jié)構(gòu)不泄漏而作用在墊片單位面積上的殘余壓緊力。第2頁(yè)/共52頁(yè)第二頁(yè)，共53頁(yè)。二、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)㈠按法蘭接觸面分類(lèi)1.窄面法蘭：法蘭與墊片的整個(gè)接觸面積都位于螺栓孔包圍的圓周范圍內(nèi)。2.寬面法蘭：法蘭與墊片接觸面積位于法蘭螺栓中心圓的內(nèi)外兩側(cè)。第3頁(yè)/共52頁(yè)第三頁(yè)，共53頁(yè)。二、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)㈡按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類(lèi)

1.整體法蘭⑴平焊法蘭：剛性較差，受力后法蘭盤(pán)的矩形斷面發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，與法蘭相聯(lián)的筒壁隨著發(fā)生彎曲變形。

⑵對(duì)焊法蘭：提高了剛性；由于頸的根部厚度比器壁厚，降低了的彎曲應(yīng)力；法蘭與筒體對(duì)接焊縫強(qiáng)度好。

第4頁(yè)/共52頁(yè)第四頁(yè)，共53頁(yè)。二、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)㈡按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類(lèi)

2.活套法蘭

法蘭不需焊接，法蘭盤(pán)可以采用與設(shè)備或管道不同的材料制造。法蘭受力后不會(huì)對(duì)筒體或管道產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，一般只適用于壓力較低場(chǎng)合。

第5頁(yè)/共52頁(yè)第五頁(yè)，共53頁(yè)。二、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)㈡按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類(lèi)

3.螺紋法蘭法蘭與管壁通過(guò)螺紋進(jìn)行聯(lián)接。法蘭對(duì)管壁產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小，螺紋法蘭多用于高壓管道上。方形法蘭有利于把管子排列緊湊。橢圓形法蘭通常用于閥門(mén)和小直徑的高壓管上。第6頁(yè)/共52頁(yè)第六頁(yè)，共53頁(yè)。三、法蘭密封的影響因素1.螺栓預(yù)緊力影響密封的一個(gè)重要因素：預(yù)緊力必須使墊片壓緊并實(shí)現(xiàn)初始密封條件；預(yù)緊力過(guò)大會(huì)使墊片被壓壞或擠出。提高螺栓預(yù)緊力可增加墊片的密封能力。

當(dāng)密封所需要的預(yù)緊力一定時(shí)，采取減小螺栓直徑，增加螺栓個(gè)數(shù)的辦法對(duì)密封是有利的。第7頁(yè)/共52頁(yè)第七頁(yè)，共53頁(yè)。三、法蘭密封的影響因素2.壓緊面(密封面)⑴平面型壓緊面（a、b）壓緊面表面為光滑平面，或有數(shù)條三角形斷面溝槽。優(yōu)點(diǎn)：壓緊面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。缺點(diǎn)：壓緊面墊片接觸面積較大，預(yù)緊時(shí)，墊片容易往兩邊擠，不易壓緊，密封性能較差。當(dāng)介質(zhì)有毒或易燃易爆時(shí)，不得采用。第8頁(yè)/共52頁(yè)第八頁(yè)，共53頁(yè)。三、法蘭密封的影響因素2.壓緊面(密封面)⑵凹凸型壓緊面（c）壓緊面是由一個(gè)凸面和一個(gè)凹面相配合組成，在凹面上放置墊片。優(yōu)點(diǎn)是便于對(duì)中，能防止墊片被擠出，故適用于壓力較高的場(chǎng)合。⑶榫槽型壓緊面（d）壓緊面由一個(gè)榫和一個(gè)槽組成，墊片置于槽中，不會(huì)被擠流動(dòng)。墊片可以較窄，壓緊墊片所需的螺栓力較小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與制造比較復(fù)雜，更換擠在槽中的墊片困難，榫面部分容易損壞。適于易燃、易爆、有毒的介質(zhì)以及較高壓力的場(chǎng)合。

第9頁(yè)/共52頁(yè)第九頁(yè)，共53頁(yè)。三、法蘭密封的影響因素2.壓緊面(密封面)⑷錐形壓緊面（左圖）錐形壓緊面是和球面金屬墊片（稱(chēng)透鏡墊片）配合而成錐角200。通常用于高壓管件密封。缺點(diǎn)是需要的尺寸精度和表面光潔度高，直徑大時(shí)加工困難。⑸梯形槽壓緊面（右圖）利用槽的內(nèi)外錐面與墊片接觸而形成密封的，槽底不起密封作用。壓緊面一般與槽的中心線(xiàn)呈230，與橢圓形或八角形截面的金屬墊圈配合。密封可靠，加工比透鏡墊容易。用于高壓容器和高壓管道。第10頁(yè)/共52頁(yè)第十頁(yè)，共53頁(yè)。三、法蘭密封的影響因素3.墊片性能密封的必要條件：適當(dāng)?shù)膲|片變形和回彈能力。墊片的變形和回彈能力與墊片的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)。

墊片材料：良好的變形性能和回彈能力；一定的機(jī)械強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)娜彳浶?；工作溫度下不易變質(zhì)硬化或軟化。非金屬墊片材料：石棉板、橡膠板、石棉—膠板及合成樹(shù)脂。金屬－非金屬混合制墊片：金屬包墊片及纏繞墊片等。金屬墊片材料：不要求強(qiáng)度高，而是要求軟韌。常用的是軟鋁、銅、鐵(軟鋼)、蒙耐爾合金鋼和18－8不銹鋼等。第11頁(yè)/共52頁(yè)第十一頁(yè)，共53頁(yè)。三、法蘭密封的影響因素4.法蘭剛度法蘭剛度不足而產(chǎn)生過(guò)大的翹曲變形往往是導(dǎo)致密封失效的原因。提高法蘭剛度的措施：增加法蘭的厚度、減小螺栓力作用的力臂(即縮小螺栓中心圓直徑)和增大法蘭盤(pán)外徑；對(duì)于帶長(zhǎng)頸的整體和活套法蘭，增大長(zhǎng)頸部分的尺寸，將能顯著提高法蘭抗彎變形能力。

第12頁(yè)/共52頁(yè)第十二頁(yè)，共53頁(yè)。三、法蘭密封的影響因素5.操作條件操作條件即壓力、溫度和介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)。溫度對(duì)密封性能的影響：①高溫介質(zhì)粘度小，滲透性大，容易泄漏；②介質(zhì)在高溫下對(duì)墊片和法蘭的溶解與腐蝕作用將加劇，增加了產(chǎn)生泄漏的因素；③在高溫下，法蘭、螺栓、墊片可能發(fā)生蠕變，致使壓緊面松弛，密封比壓下降；④非金屬墊片在高溫下將加速老化或變質(zhì)，甚至被燒毀；⑤在高溫作用下，由于密封組合件各部分的溫度不同，發(fā)生熱膨脹不均勻，增加了泄漏的可能；如果當(dāng)溫度和壓力聯(lián)合作用時(shí)，又有反復(fù)的激烈變化，則密封墊片會(huì)發(fā)生“疲勞”，使密封完全失效。第13頁(yè)/共52頁(yè)第十三頁(yè)，共53頁(yè)。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用1.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)⑴平焊法蘭

平焊法蘭分成甲型平焊法蘭（JB／T4701-2000）與乙型平焊法蘭（JB／T4702-2000），區(qū)別是乙型法蘭有一個(gè)壁厚不小于16mm的圓筒形短節(jié)，其剛性比甲型平焊法蘭好。甲型的焊縫開(kāi)V型坡口，乙型的焊縫開(kāi)U型坡口。⑵對(duì)焊法蘭（JB／T4703－2000）將乙型平焊法蘭中的短節(jié)，換成一個(gè)根部加厚的“頸”，使法蘭的整體強(qiáng)度和剛度更大。

第14頁(yè)/共52頁(yè)第十四頁(yè)，共53頁(yè)。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用2.壓力容器法蘭的尺寸⑴法蘭尺寸的基本參數(shù)①法蘭的公稱(chēng)直徑DN。指的是與法蘭相配筒體或封頭的公稱(chēng)直徑。②法蘭公稱(chēng)壓力PN。在規(guī)定設(shè)計(jì)條件下，確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)采用的設(shè)計(jì)壓力。分0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和6.4MPa7個(gè)等級(jí)。第15頁(yè)/共52頁(yè)第十五頁(yè)，共53頁(yè)。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用2.壓力容器法蘭的尺寸⑵確定法蘭尺寸的計(jì)算基礎(chǔ)及選用法蘭系列表中的法蘭尺寸：規(guī)定設(shè)計(jì)溫度是200℃、規(guī)定法蘭材料是16MnR或16Mn鍛件，根據(jù)不同型式的法蘭，規(guī)定了墊片的形式、材質(zhì)、尺寸和螺柱材料的基礎(chǔ)上，按照不同的容器直徑和設(shè)計(jì)壓力，通過(guò)多種方案的比較計(jì)算和尺寸圓整得到的。從法蘭尺寸系列表來(lái)觀察，法蘭的尺寸是由法蘭的公稱(chēng)壓力和公稱(chēng)直徑唯一確定的。在選用法蘭時(shí)，只需知道法蘭的公稱(chēng)壓力和公稱(chēng)直徑即可，不管實(shí)際使用的法蘭材料是不是16MnR，也不用管法蘭的使用溫度是不是200℃，只要法蘭的公稱(chēng)壓力和公稱(chēng)直徑一定，法蘭的類(lèi)型一定，法蘭的尺寸就是一定的。第16頁(yè)/共52頁(yè)第十六頁(yè)，共53頁(yè)。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用3.壓力容器法蘭的最大允許工作壓力法蘭標(biāo)準(zhǔn)中又附有兩張標(biāo)明法蘭最大允許工作壓力的表（見(jiàn)教材P453～455）容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)中的法蘭尺寸是根據(jù)特定條件確定的，可是在法蘭尺寸系列表中法蘭尺寸又是由PN與DN唯一確定的。如果實(shí)際生產(chǎn)中使用的法蘭都是由16MnR制造的，操作溫度又都是200℃，那么在法蘭尺寸系列表中按某一公稱(chēng)壓力查得的法蘭，它的允許最大工作壓力將等于該法蘭的設(shè)計(jì)壓力。如果使用的材料比16MnR差，或使用的溫度又比200℃高，那么該法蘭的允許最大工作壓力就應(yīng)低于它的設(shè)計(jì)壓力；如果采用的法蘭材料強(qiáng)度高于16MnR，或使用的溫度低于200℃，那么該法蘭的允許最大工作壓力就應(yīng)高于它的設(shè)計(jì)壓力。即法蘭的最大允許工作壓力是高于還是低于其公稱(chēng)壓力，完全取決于選用的法蘭材料與法蘭的工作溫度。第17頁(yè)/共52頁(yè)第十七頁(yè)，共53頁(yè)。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用4.壓力容器法蘭的選用步驟要為一臺(tái)內(nèi)徑為Di，設(shè)計(jì)壓力為p，設(shè)計(jì)溫度為t的容器筒體或封頭選配法蘭時(shí)，可以按下列步驟進(jìn)行：⑴根據(jù)容器的Di（DN）和設(shè)計(jì)壓力為p，參照教材P250表13-1確定法蘭的結(jié)構(gòu)類(lèi)型；⑵根據(jù)選定的法蘭類(lèi)型和容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度以及法蘭材料，用附表II－6、7（見(jiàn)教材P453～455）中確定法蘭的公稱(chēng)壓力。有時(shí)要將所確定的公稱(chēng)壓力和公稱(chēng)直徑用表13－1復(fù)核一下該P(yáng)N與DN是否在所選定的法蘭類(lèi)型包容的范圍之內(nèi)。⑶根據(jù)所確定的PN與DN從相應(yīng)的尺寸表中選定法蘭各部分的尺寸。第18頁(yè)/共52頁(yè)第十八頁(yè)，共53頁(yè)。【法蘭選用舉例】為一臺(tái)精餾塔塔節(jié)選配法蘭。該塔內(nèi)徑Di＝1000mm，δn=4mm，操作溫度280℃，設(shè)計(jì)壓力p=0.2MPa，法蘭材料可用20R，也可用16MnR，試分別確定使用這兩種材料時(shí)法蘭的類(lèi)型和尺寸。第19頁(yè)/共52頁(yè)第十九頁(yè)，共53頁(yè)。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用5.容器法蘭的標(biāo)記法蘭類(lèi)型代號(hào)：法蘭（無(wú)襯環(huán)）、法蘭C（帶襯環(huán)）密封面形狀代號(hào)：平面－P、凹面－A、凸面－T、榫面－S、槽面－C

【法蘭標(biāo)記舉例】公稱(chēng)壓力1.6MPa，公稱(chēng)直徑800mm的襯環(huán)榫槽密封面乙型平焊法蘭中的榫面法蘭。標(biāo)記為：法蘭C－S800－1.6JB4702－2000。第20頁(yè)/共52頁(yè)第二十頁(yè)，共53頁(yè)。6.管法蘭標(biāo)準(zhǔn)⑴國(guó)內(nèi)配管系列英制管：以英寸表示公稱(chēng)直徑，國(guó)際上通用，各國(guó)的英制管外徑尺寸略有差異，但大致相同。公制管：以mm表示，我國(guó)除石油化工行業(yè)之外的其它行業(yè)廣泛采用。區(qū)別：鋼管外徑在DN≤150mm時(shí)，公制管外徑小于英制管；DN≥300mm時(shí)公制管外徑稍大于英制管。⑵國(guó)內(nèi)管法蘭標(biāo)準(zhǔn)英制管在國(guó)際上分為歐洲體系和美洲體系。同一體系內(nèi)部各國(guó)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)之間可以互相配用，但體系之間不能互相配用，主要是公稱(chēng)壓力等級(jí)不同。我國(guó)法蘭標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9112～9135（歐洲體系和美洲體系），機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB／T74～90，化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG20592～20635－97。我國(guó)《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》－99版，規(guī)定管法蘭優(yōu)先選用HG20592～20635標(biāo)準(zhǔn)的法蘭。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用第21頁(yè)/共52頁(yè)第二十一頁(yè)，共53頁(yè)。第二節(jié)容器支座一、臥式容器支座二、立式容器支座第22頁(yè)/共52頁(yè)第二十二頁(yè)，共53頁(yè)。鞍座：臥式容器、大型臥式貯槽、熱交換器等多采用鞍座；圈式支座：大直徑薄壁容器和真空操作的容器，支承數(shù)多于兩個(gè)時(shí)，采用比采用鞍式支座受力情況更好；支腿支承：小直徑的容器。一、臥式容器支座［注意］設(shè)備受熱會(huì)伸長(zhǎng)，為防止設(shè)備器壁中產(chǎn)生熱應(yīng)力。在操作時(shí)要加熱的設(shè)備，總是將一個(gè)支座做成固定式的，另一個(gè)做成活動(dòng)式的。使設(shè)備與支座間可以有相對(duì)的位移。第23頁(yè)/共52頁(yè)第二十三頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器一、臥式容器支座⑴臥式容器的力學(xué)分析：①壓力－內(nèi)壓或外壓（真空）；②儲(chǔ)罐重量－圓筒、封頭及其附件等的重量；③物料重量－正常操作時(shí)為物料重量，而在水壓試驗(yàn)時(shí)為充水重量；④其他載荷－雪載荷、風(fēng)載荷、地震載荷等。雙鞍座臥式容器的力學(xué)模型：長(zhǎng)度為L(zhǎng)、受均布載荷q作用的外伸簡(jiǎn)支梁。第24頁(yè)/共52頁(yè)第二十四頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑵雙鞍座筒體的軸向應(yīng)力①支座反力計(jì)算一、臥式容器支座L－筒體長(zhǎng)度（兩封頭切線(xiàn)之間的距離），mm；hi－封頭內(nèi)壁曲面高度，平封頭hi=0mm；q－單位長(zhǎng)度的重量載荷，N／mm?！咀ⅰ客剐畏忸^折算為直徑等于容器直徑，長(zhǎng)度為2/3hi的圓筒。第25頁(yè)/共52頁(yè)第二十五頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑵雙鞍座筒體的軸向應(yīng)力②筒體內(nèi)力分析封頭載荷的簡(jiǎn)化：(a)封頭與物料的重量為，作用在封頭的重心上；封頭重心至封頭切線(xiàn)的距離為（以半球形封頭為例）。利用力的平移定理，此載荷在粱端點(diǎn)等效為力和力偶；(b)封頭充滿(mǎn)液體時(shí)，液體靜壓力對(duì)封頭作用一水平向外推力。因?yàn)橐后w壓力沿筒體高度按線(xiàn)性規(guī)律分布，頂部靜壓為零，底部靜壓為，所以水平推力向下偏離容器軸線(xiàn)。液體靜壓力作用在封頭上的合力矩可簡(jiǎn)化為：。

一、臥式容器支座第26頁(yè)/共52頁(yè)第二十六頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑵雙鞍座筒體的軸向應(yīng)力②筒體內(nèi)力分析跨中截面上的彎矩為

：支座處截面上的彎矩：一、臥式容器支座第27頁(yè)/共52頁(yè)第二十七頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑵雙鞍座筒體的軸向應(yīng)力③筒體的軸向應(yīng)力計(jì)算在跨中橫截面1-1上，由介質(zhì)壓力及彎矩所引起的軸向應(yīng)力之和：一、臥式容器支座橫截面的最高點(diǎn)橫截面的最低點(diǎn)在支座處橫截面2－2上，由壓力及彎矩所引起的軸向應(yīng)力之和：有效截面的最高點(diǎn)有效截面的最低點(diǎn)K1，K2－系數(shù)，取決于筒體是否加強(qiáng)及鞍座包角的大小。第28頁(yè)/共52頁(yè)第二十八頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑵雙鞍座筒體的軸向應(yīng)力③筒體的軸向應(yīng)力計(jì)算一、臥式容器支座在支座處橫截面2－2上，由壓力及彎矩所引起的軸向應(yīng)力之和：

第29頁(yè)/共52頁(yè)第二十九頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑶雙鞍式支座的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)橫向直立筋板、軸向直立筋板和底板焊接而成。與設(shè)備筒體連接處，有帶加強(qiáng)墊板和不帶加強(qiáng)墊板的兩種結(jié)構(gòu)。

一、臥式容器支座

第30頁(yè)/共52頁(yè)第三十頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑶雙鞍式支座的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)底板上螺栓孔形狀的不同，每種型式的鞍座又分為F型（固定支座）和S型（活動(dòng)支座），F(xiàn)型和S型底板的各部分尺寸，除地腳螺柱孔外，其余均相同。鞍座標(biāo)準(zhǔn)分為輕型(A)和重型(B)兩大類(lèi)，重型又分為BI－BV五種型號(hào)。鞍座標(biāo)準(zhǔn)的選用：首先根據(jù)鞍座實(shí)際承載的大小，確定選用輕型（A型）或重型（BI，BII，BIII，BIV，BV型)鞍座；再根據(jù)容器圓筒強(qiáng)度確定選用1200或1500包角的鞍座。鞍座標(biāo)記方法：一、臥式容器支座

第31頁(yè)/共52頁(yè)第三十一頁(yè)，共53頁(yè)。1.雙鞍式支座臥式容器⑶雙鞍式支座的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)【例】公稱(chēng)直徑為2600mm的輕型(A型)鞍座，標(biāo)記為：

JB／T4712－92鞍座A2600－FJB／T4712－92鞍座A2600－S2.圈式支座圈座適用的范圍是：因自身重量而可能造成嚴(yán)重?fù)锨谋”谌萜?；多于兩個(gè)支承的長(zhǎng)容器。3.支腿支腿支座與容器壁連接處存在較大的局部應(yīng)力，故只適用于小型容器。一、臥式容器支座

第32頁(yè)/共52頁(yè)第三十二頁(yè)，共53頁(yè)。1.耳式支座耳式支座又稱(chēng)懸掛式支座，它由筋板和支腳板組成。耳式支座分為A型（短臂）和B型（長(zhǎng)臂）兩類(lèi)，每類(lèi)又分為帶墊板和不帶墊板兩種，不帶墊板的分別以AN和BN表示。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、輕便，但對(duì)器壁會(huì)產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。耳式支座標(biāo)準(zhǔn)選用的方法是：根據(jù)公稱(chēng)直徑DN及估算的總重量Q值預(yù)選一標(biāo)準(zhǔn)支座，然后計(jì)算支座承受的實(shí)際載荷Q，并使Q<[Q]（支座本體允許載荷，單位為kN）。耳式支座的標(biāo)記方法：JB／T4725－92型號(hào)（A、AN、B、BN）支座號(hào)（1～8）標(biāo)記示例：JB／T4725－92耳座AN3；材料：Q235－A.F二、立式容器支座

第33頁(yè)/共52頁(yè)第三十三頁(yè)，共53頁(yè)。第三節(jié)容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)一、開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因二、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)三、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法四、整體補(bǔ)強(qiáng)第34頁(yè)/共52頁(yè)第三十四頁(yè)，共53頁(yè)。一、開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因1.應(yīng)力集中的定義容器開(kāi)孔后，在孔邊附近的局部地區(qū)，應(yīng)力會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值。這種局部應(yīng)力增長(zhǎng)現(xiàn)象，叫做“應(yīng)力集中”。在應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力值，稱(chēng)之為“應(yīng)力峰值”，通常以σmax表示。圖中K為實(shí)際應(yīng)力與球殼薄膜應(yīng)力的比值，稱(chēng)為“應(yīng)力集中系數(shù)”。第35頁(yè)/共52頁(yè)第三十五頁(yè)，共53頁(yè)。一、開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因2.應(yīng)力集中產(chǎn)生的根本原因由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，在開(kāi)口接管處，殼體和接管的變形不一致。為使二者在連接之后的變形協(xié)調(diào)一致，連接處便產(chǎn)生了附加的內(nèi)力，主要是附加彎矩。由此產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，便形成連接處局部地區(qū)的應(yīng)力集中。第36頁(yè)/共52頁(yè)第三十六頁(yè)，共53頁(yè)。二、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)1.補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)原則⑴等面積補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計(jì)原則規(guī)定局部補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積必須等于或大于開(kāi)孔所減去的殼體截面積，其含義在于補(bǔ)強(qiáng)殼壁的平均強(qiáng)度，用與開(kāi)孔等截面的外加金屬來(lái)補(bǔ)償被削弱的殼壁強(qiáng)度。缺點(diǎn)：不能完全解決應(yīng)力集中問(wèn)題，當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開(kāi)孔接管的根部時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)效果良好；當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)金屬比較分散時(shí)，即使100％等面積補(bǔ)強(qiáng)，仍不能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。⑵塑性失效補(bǔ)強(qiáng)原則為極限設(shè)計(jì)的方法，同時(shí)又考慮到結(jié)構(gòu)的安定性?；咎攸c(diǎn)：開(kāi)孔容器在接管處達(dá)到全域塑性時(shí)的極限壓力應(yīng)等于無(wú)孔殼體的屈服壓力；同時(shí)，按彈性計(jì)算的最大應(yīng)力應(yīng)不超過(guò)2σs。如果將薄膜應(yīng)力控制在許用應(yīng)力以下，那么應(yīng)力集中區(qū)的最大應(yīng)力集中系數(shù)可以為3.0。但這種補(bǔ)強(qiáng)方法只允許采用整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。第37頁(yè)/共52頁(yè)第三十七頁(yè)，共53頁(yè)。二、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)2.補(bǔ)強(qiáng)形式⑴內(nèi)加強(qiáng)平齊接管；⑵外加強(qiáng)平齊接管；⑶對(duì)稱(chēng)加強(qiáng)凸出接管；⑷密集補(bǔ)強(qiáng)。效果：密集補(bǔ)強(qiáng)>對(duì)稱(chēng)凸出接管>內(nèi)加強(qiáng)平齊接管>外加強(qiáng)平齊接管。第38頁(yè)/共52頁(yè)第三十八頁(yè)，共53頁(yè)。二、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)3.補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)⑴補(bǔ)強(qiáng)板搭接結(jié)構(gòu)⑵加強(qiáng)元件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)⑶整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)4.不另行補(bǔ)強(qiáng)最大開(kāi)孔直徑⑴設(shè)計(jì)壓力p≤2.5MPa；⑵當(dāng)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的兩倍；⑶接管外徑≤89mm；⑷接管最小壁厚滿(mǎn)足下表規(guī)定。第39頁(yè)/共52頁(yè)第三十九頁(yè)，共53頁(yè)。三、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法等面積補(bǔ)強(qiáng)：使補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開(kāi)孔所削弱的金屬量。補(bǔ)強(qiáng)金屬在通過(guò)開(kāi)孔中心線(xiàn)的縱截面上的正投影面積，必須等于或大于殼體由于開(kāi)孔而在縱截面上所削弱的正投影面積。即A1＋A2＋A3＋···＋An≥AA1、A2、A3、…、An－補(bǔ)強(qiáng)金屬在通過(guò)開(kāi)孔中心線(xiàn)的縱截面上的正投影面積，mm2；A－殼體由于開(kāi)孔在縱截面上削弱的正投影面積，mm2。內(nèi)壓容器：外壓容器：fr－強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比。第40頁(yè)/共52頁(yè)第四十頁(yè)，共53頁(yè)。三、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法1.允許開(kāi)孔的范圍當(dāng)采用局部補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，筒體及封頭上開(kāi)孔最大直徑不得超過(guò)以下數(shù)值：a.筒體內(nèi)徑Di＜1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤0.5Di，且≤500mm。b.筒體內(nèi)徑Di＞l500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤Di/3，且≤1000mm。c.凸形封頭或球殼開(kāi)孔的最大直徑d≤0.5Di。d.錐形封頭開(kāi)孔的最大直徑d≤Dk/3，Dk為開(kāi)孔中心處的錐體內(nèi)徑。第41頁(yè)/共52頁(yè)第四十一頁(yè)，共53頁(yè)。三、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法2.開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算有效寬度：

有效高度：①外側(cè)高度：②內(nèi)側(cè)高度：有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的矩形WXYZ范圍內(nèi)，可作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積。第42頁(yè)/共52頁(yè)第四十二頁(yè)，共53頁(yè)。三、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法2.開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算A1－殼體承受內(nèi)壓或外壓所需設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬，mm2；A2－接管承受內(nèi)壓或外壓所需設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬，mm2；A3－在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫截面積，mm2；A4－在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)另加的補(bǔ)強(qiáng)截面積，mm2。若A1＋A2＋A3≥A，則不需另加補(bǔ)強(qiáng)；若A1＋A2＋A3≤A，則需另加補(bǔ)強(qiáng)；補(bǔ)強(qiáng)面積為A4≥A-(A1＋A2＋A3)第43頁(yè)/共52頁(yè)第四十三頁(yè)，共53頁(yè)。三、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法3.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)步驟A.計(jì)算殼體(或封頭)與接管承受內(nèi)壓(或外壓)時(shí)的計(jì)算壁厚S和St，確定壁厚附加量C和C2，同時(shí)確定開(kāi)孔內(nèi)直徑d；B.利用A.中確定的d，C，C2以及殼體(或封頭)和接管的名義壁厚Sn和Snt，計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)有效寬度B和高度h1和h2；C.計(jì)算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的面積要求A，以及Al和A2，并根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫的尺寸確定A3；D.比較A與A1＋A2＋A3，若A＜A1＋A2＋A3，則不需另加補(bǔ)強(qiáng)，若A＞A1＋A2＋A3，則需另加補(bǔ)強(qiáng)面積；E.確定補(bǔ)強(qiáng)圈材質(zhì)和厚度Sk，按下式計(jì)算A4：式中Sk－補(bǔ)強(qiáng)圈的實(shí)際厚度，mm補(bǔ)強(qiáng)的厚度Sk通常取與殼體或封頭等厚度，或按下