開孔補強 設(shè)計

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1、HefeiUniversity《化工機械與設(shè)備》過程考核之三——典型化工設(shè)備零件機械設(shè)計題目：4MPa反應(yīng)釜開孔補強零件設(shè)計系別：化學材料與工程系班級：09化工（4）姓名：梅源學號：0903024043隊別：Team36教師：胡科研日期：2011-12-1114目錄1前言及概念31.1開孔補強的適應(yīng)范圍和方法31.2滿足開孔條件時，可采用的三種補強方法31.3開孔補強的目的41.4補強結(jié)構(gòu)(補強元件類型)41.4.1加強管補強41.4.2整體鍛件補強41.4.3加強圈的補強41.5殼體開孔的有關(guān)規(guī)定51.5.1允許不補

2、強時開的最大孔直徑51.5.2殼體上允許開的最大孔直徑dmax51.6等面積補強計算方法61.6.1各國壓力容器規(guī)范主要采用的準則(補強準則的種類)61.6.2等面積補強的原則61.6.3等面積補強計算方法62工藝設(shè)計82.1設(shè)計要求82.2連續(xù)釜式反應(yīng)器工藝設(shè)計82.2.1單段連續(xù)釜式反應(yīng)器82.2.2反應(yīng)器直徑和高度的計算93機械設(shè)計93.1手孔的開孔補強計算93.1.1計算是否需要補強103.1.2計算開孔失去的面積A.103.1.3計算有效補強面積A0113.2進料口的開孔補強計算113.2.1計算是否需要補強

3、114補強結(jié)構(gòu)圖125總結(jié)136參考文獻13141前言及概念在日常的壓力容器設(shè)計工作中，經(jīng)常會遇到壓力容器開孔補強問題。壓力容器開孔以后，不僅整體強度受到削弱，而且還因開孔引起的應(yīng)力集中造成開孔邊緣局部的高應(yīng)力，加上接管上有時還有其他的外載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力及熱應(yīng)力，而容器材料、以及開孔結(jié)構(gòu)在制造和焊接過程中又不可避免地會形成缺陷和殘余應(yīng)力，開孔和接管附近就成為壓力容器的薄弱部位，于是開孔附近就往往成為壓力容器的破壞源一一主要是疲勞破壞和脆性裂口。因此，按照GBl50-1998Ⅸ鋼制壓力容器》的規(guī)定，在壓力容器設(shè)計過程中必

4、須充分考慮開孔的補強問題。1.1開孔補強的適應(yīng)范圍和方法(1)當其內(nèi)徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤1／2Di，且d≤520mm；當其內(nèi)徑D≥1500mm時，開孔最大直徑d≤l／3Di，且d≤1000mm；(2)凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d≤1／2Di；(3)錐殼(或錐形封頭)的開孔最大直徑d≤1／3Di，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑；(4)在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。1.2滿足開孔條件時，可采用的三種補強方法(1)補強圈補強補強圈補強結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，有一定的補強效果。

5、但和其它補強結(jié)構(gòu)相比，補強區(qū)較為分散，補強效果不佳，補強后的應(yīng)力集中系數(shù)比較大。由于補強圈并未和殼體、接管形成整體，所以其抗疲勞性很差，一般常用于靜壓、常溫下的中低壓容器。對于缺口敏感性較高的低合金高強度鋼制容器，采用此種補強結(jié)構(gòu)時尤需慎重，高溫、高壓或承受變載荷的容器，則不宜采用此種補強形式。鑒于補強圈搭接結(jié)構(gòu)會引起較大的局部應(yīng)力，且高強度鋼的淬硬性強，易產(chǎn)生焊接裂紋，故在超出GBl50—1998對其適用條件范圍時，宜采用整鍛件補強或整體加厚殼體補強。(2)整鍛件補強(包括用全焊透焊縫連接的厚壁管補強)采用整鍛件補強

6、，所有補強區(qū)域集中在應(yīng)力集中區(qū)，能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)，故補強效果好。由于補強件和殼體、接管之間的焊接采用對接焊縫，焊接質(zhì)量可保證，并使焊縫及熱影響區(qū)離開最大應(yīng)力點的位置，故抗疲勞性能好。常用于oS≥500MPa的容器開孔及在低溫、高溫或受交變載荷的大直徑容器開孔。缺點是鍛件供應(yīng)困難，制造繁瑣，成本較高，只在重要的設(shè)備中使用。采用厚壁管補強，接管的加厚部分處于最大的應(yīng)為區(qū)域內(nèi)，比補強圈更能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。這種形式結(jié)構(gòu)簡單，制造與檢驗都很方便，但必須保證全焊透焊接。對于低合金高強度鋼，由于它比一般低碳鋼有較高的

7、缺口敏感性，所以一般都采用厚壁管補強型式。(3)整體加厚殼體補強14整體加厚殼體補強結(jié)構(gòu)是以增加整個簡體或封頭的壁厚來降低開孔附近的應(yīng)力，其開孔補強計算可按等面積補強法進行計算。根據(jù)理論和實驗分析，開孔后的應(yīng)力集中現(xiàn)象有明顯的局部性。當簡體上開設(shè)排孔或封頭上開孔較多時，一般采用整體加厚殼體補強。1.3開孔補強的目的降低開孔接管處的應(yīng)力峰值因為容器的強度條件,所以應(yīng)力峰值降低,設(shè)計時降低,降低.1.4補強結(jié)構(gòu)(補強元件類型)1.4.1加強管補強(1)結(jié)構(gòu)：如下圖1即在開孔處焊接一段加厚的接管(2)特點:環(huán)焊縫少.易探傷,

8、結(jié)構(gòu)簡單(3)適用范圍:低合金鋼,高壓設(shè)備1.4.2整體鍛件補強(1)結(jié)構(gòu):如下圖2(2)特點:優(yōu)點:對焊,易探傷抗疲勞性能好缺點:成本高,加工難(3)適用范圍:高壓重要設(shè)備1.4.3加強圈的補強①結(jié)構(gòu):如下圖3②特點:優(yōu)點:簡單,易加工,使用經(jīng)驗豐富缺點:抗疲勞性能差,熱應(yīng)力大,K大14.③適用范圍:1.5殼體開孔的有關(guān)規(guī)定1.