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1、CHAP.10 CHAP.10 压力容器零部件与标准压力容器零部件与标准10.1 10.1 压力容器法兰连接压力容器法兰连接 法兰连接的密封原理法兰连接的密封原理 法兰受力分析法兰受力分析 法兰分类法兰分类 压力容器法兰标准压力容器法兰标准(JB/T47004707-2000)(JB/T47004707-2000)10.2 10.2 管法兰连接管法兰连接 管法兰管法兰 密封垫片密封垫片 紧固件紧固件 10.3 10.3 开孔补强与设备凸缘开孔补强与设备凸缘 容器接管附近的应力集中容器接管附近的应力集中 补强结构与计算补强结构与计算 容器上开孔及补强的有关规定容器上开孔及补强的有关规定 设备凸缘

2、设备凸缘10.4 10.4 容器支座容器支座 卧式容器支座卧式容器支座 立式容器支座立式容器支座10.5 10.5 人孔、手孔、视镜和液面计人孔、手孔、视镜和液面计 人孔和手孔人孔和手孔 视镜和液面计视镜和液面计 前面几章前面几章,我们主要讨论了内压容器筒体和封头的结构设我们主要讨论了内压容器筒体和封头的结构设计和强度计算中的一些共性问题。本章将讨论压力容器其他零计和强度计算中的一些共性问题。本章将讨论压力容器其他零部件部件法兰、支座、人孔、安全附件等的强度问题。因为这法兰、支座、人孔、安全附件等的强度问题。因为这些零部件应用很普遍。为了方便设计，减少计算工作的繁复，些零部件应用很普遍。为了方

3、便设计，减少计算工作的繁复，对于一定压力和尺寸范围内使用的零部件，国内外制定了零部对于一定压力和尺寸范围内使用的零部件，国内外制定了零部件标准，只有少数超出标准范围的才需要计算。因此，本章要件标准，只有少数超出标准范围的才需要计算。因此，本章要求：求：1学习法兰、支座、人孔或手孔、安全附件标准的制定依学习法兰、支座、人孔或手孔、安全附件标准的制定依据。据。2具体选用标准，逐步熟悉标准、手册。具体选用标准，逐步熟悉标准、手册。10.1 压力容器法兰连接压力容器法兰连接 常用的可拆结构有：法兰连接、螺纹连接、插套联接。常用的可拆结构有：法兰连接、螺纹连接、插套联接。其中法兰联接有较好的强度和紧密型

4、，且适用范围广，其中法兰联接有较好的强度和紧密型，且适用范围广，所以法兰联接用之最普遍。缺点是装拆不方便，成本较高。所以法兰联接用之最普遍。缺点是装拆不方便，成本较高。化工设备可拆结构要求：化工设备可拆结构要求：1保证紧密性：在工作压力、温度下保证紧密性：在工作压力、温度下不产生泄漏，密封可靠。不产生泄漏，密封可靠。2足够的强度：联接可靠、结构合足够的强度：联接可靠、结构合理。理。3便于拆装。便于拆装。4、成本低。、成本低。P0 一、法兰连接的密封原理一、法兰连接的密封原理1、组成、组成 一对法兰，数个螺一对法兰，数个螺栓和一个垫片（圈）组成。栓和一个垫片（圈）组成。法兰：简单说是一个圆环，法

5、兰：简单说是一个圆环，上开螺栓孔，与筒体或管子上开螺栓孔，与筒体或管子焊在一起。焊在一起。2、密封原理密封原理 我们知道，阻止压力介质泄漏我们知道，阻止压力介质泄漏的基本要求是：压力介质通过密封口处的的基本要求是：压力介质通过密封口处的阻力降大于密封口两侧的介质压力差。否阻力降大于密封口两侧的介质压力差。否则，介质可能通过密封口向外界泄漏，即则，介质可能通过密封口向外界泄漏，即密封失败。密封失败。密封原理分为两个阶段：密封原理分为两个阶段：（1）预紧阶段）预紧阶段 建立预紧密封条件建立预紧密封条件 螺栓力通过法兰压紧力达螺栓力通过法兰压紧力达到某一值时，借助于垫圈的变到某一值时，借助于垫圈的变

6、形，把法兰密封面上的凹凸不形，把法兰密封面上的凹凸不平处填满，这样就建立了初始平处填满，这样就建立了初始密封条件。达到预紧密封条件密封条件。达到预紧密封条件时，垫圈单位面积上的压紧力时，垫圈单位面积上的压紧力称为垫圈的预紧密封比压称为垫圈的预紧密封比压y。图(b)预紧时 图(c)工作状态（2）工作阶段）工作阶段 建立工作密封条件建立工作密封条件 工作时，在介质压力作用下，螺栓受到工作时，在介质压力作用下，螺栓受到进一步拉伸，法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动，密封进一步拉伸，法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动，密封面与垫圈的压紧力下降。若垫圈具有足够的回弹能力，能面与垫圈的压紧力下降。若垫圈具有足

7、够的回弹能力，能补偿螺栓和压紧面的变形，则预紧密封比压就会下降到某补偿螺栓和压紧面的变形，则预紧密封比压就会下降到某一值一值工作密封比压，密封可靠。若垫圈的回弹能力不工作密封比压，密封可靠。若垫圈的回弹能力不足，则预紧密封比压下降到工作密封比压之下，密封失足，则预紧密封比压下降到工作密封比压之下，密封失效效泄漏。通常，实际工作压力要小于工作密封比压，泄漏。通常，实际工作压力要小于工作密封比压，这样更安全。为此，我们定义垫圈系数：这样更安全。为此，我们定义垫圈系数：（16）()=1m工作密封比压垫圈系数实际工作压力 预紧密封比压预紧密封比压y表示垫片在预紧状态下实现密封的难易表示垫片在预紧状态下

8、实现密封的难易程度。程度。垫圈系数垫圈系数m表示垫片在工作状态下实现密封的难易程表示垫片在工作状态下实现密封的难易程度。度。m、y与垫圈的材料、型式、厚度有关；一般由实验测与垫圈的材料、型式、厚度有关；一般由实验测知，不同垫圈的知，不同垫圈的m、y可查有关表格。可查有关表格。根据根据m、y及垫圈尺寸，我们可以计算螺栓力，设计螺及垫圈尺寸，我们可以计算螺栓力，设计螺栓尺寸及法兰。栓尺寸及法兰。3、影响密封的因素、影响密封的因素（1）螺栓预紧力）螺栓预紧力 1、提高螺栓预紧力，可以增加垫片的、提高螺栓预紧力，可以增加垫片的密封能力；密封能力；2、减小螺栓直径，增加螺栓个数，使得螺栓力、减小螺栓直径

9、，增加螺栓个数，使得螺栓力均匀地作用在垫圈上，有利于密封；均匀地作用在垫圈上，有利于密封；3、螺栓太大，将垫圈、螺栓太大，将垫圈压坏挤出，密封失效。压坏挤出，密封失效。（2）垫圈性能）垫圈性能 1、垫圈变形能力好，有利于密封（与材料、垫圈变形能力好，有利于密封（与材料有关）；有关）；2、垫圈的回弹能力好，有利于密封。、垫圈的回弹能力好，有利于密封。（3）压紧面型式（密封面型式）压紧面型式（密封面型式）压紧面又称密封面，密封面越窄，密封性能越好，线密压紧面又称密封面，密封面越窄，密封性能越好，线密封更好，但更换垫片困难。密封面不允许有径向刀痕，封更好，但更换垫片困难。密封面不允许有径向刀痕，密封

10、面光洁度要求（粗糙度）。密封面光洁度要求（粗糙度）。（4）法兰刚度）法兰刚度 与法兰厚度、螺栓中心圆、法兰外径都与法兰厚度、螺栓中心圆、法兰外径都有关。增大厚度，减小螺栓中心圆，增大法兰外径都可有关。增大厚度，减小螺栓中心圆，增大法兰外径都可提高法兰刚度，对密封有利。提高法兰刚度，对密封有利。（5）操作条件（温度、压力、介质）操作条件（温度、压力、介质）高温介质粘度小，易高温介质粘度小，易渗漏；高压下，易渗漏。渗漏；高压下，易渗漏。二、法兰受力分析二、法兰受力分析1、法兰所受外力、法兰所受外力（1）预紧时）预紧时(如右图如右图a)T1：螺栓预紧力（沿螺栓圆周中心线等距：螺栓预紧力（沿螺栓圆周中

11、心线等距 离分布）离分布）N1：垫片作用力，沿垫圈圆周均布：垫片作用力，沿垫圈圆周均布显然，显然，T1=N1，所以内圈的，所以内圈的N1和外圈的和外圈的T1构构成了力偶作用在法兰上。成了力偶作用在法兰上。（2）、工作时）、工作时(如右图如右图b)T2：螺栓力：螺栓力 T2T1N2：垫片反力：垫片反力 N2p,所以所以PN0.25MPa。（c）根据以上，确定结构尺寸。）根据以上，确定结构尺寸。（d）法兰标记）法兰标记 20R 法兰法兰RF 10000.6 JB/T4701-200016MnR 法兰法兰RF 10000.25 JB/T4701-2000 （6）、垫片、垫片(6-1)、非金属软垫片、

12、非金属软垫片 （JB/T4704-2000）P265(6-2)、缠绕式垫片、缠绕式垫片 （JB/T4705-2000）P266(6-3)、金属包垫片、金属包垫片 （JB/T4706-2000）P268（7）压力容器等长双头螺柱）压力容器等长双头螺柱 （JB/T4707-2000）(7-1)、A、B型之分型之分当法兰与螺柱间在工作状态下温差较大时，应选用当法兰与螺柱间在工作状态下温差较大时，应选用B型螺栓。型螺栓。(7-2)、法兰、螺柱、垫片、螺母材料匹配表。见表、法兰、螺柱、垫片、螺母材料匹配表。见表10-15。P271法兰习题法兰习题:为为一分馏塔筒体选配法兰一分馏塔筒体选配法兰,分馏塔内径

13、分馏塔内径Di1200mm，,操作温度操作温度t300,设计压力设计压力p0.5MPa,法法兰材料兰材料Q235-B,介质空气介质空气.试确定法兰类型并标注试确定法兰类型并标注.6nm m10.2 管法兰连接管法兰连接一、管法兰一、管法兰1、管法兰类型与密封面型式、管法兰类型与密封面型式 HG管法兰共有八种类型和两种法兰盖：板式平管法兰共有八种类型和两种法兰盖：板式平焊法兰（焊法兰（PL）、带颈平焊法兰（）、带颈平焊法兰（SO）、带颈对焊）、带颈对焊法兰（法兰（WN）、整体法兰（）、整体法兰（IF）、承插焊法兰）、承插焊法兰（SW）、螺纹法兰（）、螺纹法兰（TH）、对焊环松套法兰）、对焊环松套

14、法兰（PJ/SE）、平焊环松套法兰（）、平焊环松套法兰（PJ/PR）、法兰盖（）、法兰盖（BL）、衬里法）、衬里法兰盖兰盖BL(S)。最常用的三种：最常用的三种：PL、SO、WN型型2、管法兰尺寸与质量、管法兰尺寸与质量 表表10-18、表、表10-18（A）所示为管法兰尺寸）所示为管法兰尺寸（1）板式平焊法兰）板式平焊法兰 （HG20593-2019）PL RFFF PN2.5MPa，不用于有毒、易燃易爆和较高真空度要求的，不用于有毒、易燃易爆和较高真空度要求的化工工艺配管系统。化工工艺配管系统。（2）带颈平焊法兰）带颈平焊法兰 （HG20594-2019）SO PN4.0MPa，FF+RF

15、+MFM+TG（3）带颈对焊法兰）带颈对焊法兰 （HG20595-2019）WN PN 1.0MPa25MPa3、管法兰、法兰盖的材料及其允许承受的最高无冲击压力、管法兰、法兰盖的材料及其允许承受的最高无冲击压力（1）管法兰材料：一般采用煅件，不推荐使用钢板（板式平）管法兰材料：一般采用煅件，不推荐使用钢板（板式平焊法兰可有条件采用）。焊法兰可有条件采用）。（2）法兰盖材料：）法兰盖材料：20RR,16MnR.15CrMoR以及各种不锈钢以及各种不锈钢板（多用作衬环或衬里）。板（多用作衬环或衬里）。（3）法兰的最高无冲击压力：）法兰的最高无冲击压力：在原在原HG际准中制造法兰的材料种类较少，际

16、准中制造法兰的材料种类较少，HG标准中将制造标准中将制造管法兰的材料增至管法兰的材料增至11种。由于法兰的尺寸是根据其公称压力和种。由于法兰的尺寸是根据其公称压力和公称直径确定的，所以法兰材料不同时，法兰历允许承受的最公称直径确定的，所以法兰材料不同时，法兰历允许承受的最高无冲击压力也将不同。表高无冲击压力也将不同。表10-29给出了不同材料制造的法兰，给出了不同材料制造的法兰，在不同温度下的最高无冲击压力值。在不同温度下的最高无冲击压力值。从各表可见，管法兰的最高无冲击工作压力，无论使用什么从各表可见，管法兰的最高无冲击工作压力，无论使用什么材料均不会超过法兰的公称压力，在这一点上与容器法兰

17、是不材料均不会超过法兰的公称压力，在这一点上与容器法兰是不同的。同的。4、管法兰标记、管法兰标记 法兰材料法兰材料 钢管壁厚（可无）钢管壁厚（可无）密封面型式密封面型式 公称压力公称压力 公称直径公称直径 法兰类型法兰类型二、二、密封垫片密封垫片1、非金属平垫片非金属平垫片 （HG20606-97）（）（P286）不推荐使用石棉橡胶板不推荐使用石棉橡胶板2、聚四氟乙烯包覆垫片聚四氟乙烯包覆垫片（HG20607-97）（）（P290）厚度为厚度为2mm的石棉橡胶板作为嵌入层，外面包覆厚度为的石棉橡胶板作为嵌入层，外面包覆厚度为0.5mm的的聚四氟乙烯。有机加工翅形、机加工矩形和折包形。聚四氟乙烯

18、。有机加工翅形、机加工矩形和折包形。3、柔性石墨复合垫片柔性石墨复合垫片 （HG20608-97）（）（P291）由冲齿的金属芯板与膨胀石墨粒子复合板材制成的一种被增强由冲齿的金属芯板与膨胀石墨粒子复合板材制成的一种被增强了的石墨垫片。了的石墨垫片。4、金属包覆垫片金属包覆垫片 （HG20609-97）（）（P291）石棉橡胶板作内芯，外包厚度不小于石棉橡胶板作内芯，外包厚度不小于0.25mm的薄金属板，只的薄金属板，只用于凸面密封面。用于凸面密封面。5、缠绕式垫片缠绕式垫片 （HG20610-97）（）（P291）6、齿形组合垫片齿形组合垫片 （HG20611-97）（）（P291）0.60

19、5CrscrseER0.605CrscrseER0.6052crscrseP ReER三、紧固件三、紧固件1商品级，专用级定义商品级，专用级定义管法兰紧固件有商品级和专用级二类。商品级采用的是六角头螺栓管法兰紧固件有商品级和专用级二类。商品级采用的是六角头螺栓和六角头螺母，其质量有和六角头螺母，其质量有A、B级，级，,用机械性能等级代号标定。专用机械性能等级代号标定。专用级有双头螺柱或全螺纹螺柱。用级有双头螺柱或全螺纹螺柱。六角头螺栓六角头螺栓双头螺柱双头螺柱全螺纹螺柱全螺纹螺柱螺母螺母商品级商品级GB5782-A、B（粗牙）（粗牙）GB5785-A、B（细牙）（细牙）GB901-BGB617

20、0-A、B（粗牙）（粗牙）GB6171-A、B（细牙）（细牙）专用级专用级HG20613HG20613HG20613 ePBDo2紧固件选用规定紧固件选用规定商品级六角螺栓的使用条件应符合下列各条要求：商品级六角螺栓的使用条件应符合下列各条要求：(1)PN1.6MPa;(2)非剧烈循环场合；非剧烈循环场合；(3)配用非金属软垫片；配用非金属软垫片；(4)介质为非易燃、易爆及毒性危害程度较大的场合。介质为非易燃、易爆及毒性危害程度较大的场合。商品级双头螺柱及螺母的使用条件应符合下列各条要求：商品级双头螺柱及螺母的使用条件应符合下列各条要求：（1）PN4.0MPa;（2）非剧烈循环场合；）非剧烈循

21、环场合；（3）配用非金属软垫片；）配用非金属软垫片；不符合上述要求时应选用专用级螺柱（双头螺柱或全螺纹螺不符合上述要求时应选用专用级螺柱（双头螺柱或全螺纹螺柱）和专用级螺母。柱）和专用级螺母。不锈钢法兰使用的紧固件应遵循以下原则：不锈钢法兰使用的紧固件应遵循以下原则：(1)工作温度不大于工作温度不大于230，且无腐蚀要求时，可选用铁素，且无腐蚀要求时，可选用铁素体钢（碳钢或合金结构钢）紧固件。体钢（碳钢或合金结构钢）紧固件。（2）温度高于上述值时，应选用与法兰材料有相近线膨胀）温度高于上述值时，应选用与法兰材料有相近线膨胀系数的材料制作紧固件，以防止二者线膨胀量差别过大，导系数的材料制作紧固件

22、，以防止二者线膨胀量差别过大，导致螺栓附加力增大、压坏垫片或造成垫片压紧力减小，密封致螺栓附加力增大、压坏垫片或造成垫片压紧力减小，密封失效。失效。（3）A2-70，由于奥氏体钢经冷作硬化，其机械性能会随，由于奥氏体钢经冷作硬化，其机械性能会随温度升高而降低，故使用温度不超过温度升高而降低，故使用温度不超过100（4）未经冷作硬化的奥氏体钢紧固件只适用于非金属平垫）未经冷作硬化的奥氏体钢紧固件只适用于非金属平垫片、聚四氟乙烯包覆垫和柔性石墨复合垫。片、聚四氟乙烯包覆垫和柔性石墨复合垫。10.3 开孔补强与设备凸缘开孔补强与设备凸缘 在化工设备上，由于各种工艺上和结构上的要求，需要开在化工设备上

23、，由于各种工艺上和结构上的要求，需要开或者安装接管。例如人孔、手孔、装、卸料口和各种介质或者安装接管。例如人孔、手孔、装、卸料口和各种介质出入口等。一方面由于器壁材料被削弱会引起应力增加和出入口等。一方面由于器壁材料被削弱会引起应力增加和容器强度的减弱；另一方面由于结构的连续性破坏，在开容器强度的减弱；另一方面由于结构的连续性破坏，在开孔和接管处将产生较大的附加弯曲应力。这种局部应力有孔和接管处将产生较大的附加弯曲应力。这种局部应力有时再加上接管上还受到其他外部载荷（例如安装的附加弯时再加上接管上还受到其他外部载荷（例如安装的附加弯矩、热应力等）以及开孔结构在制造过程中所难免产生的矩、热应力等

24、）以及开孔结构在制造过程中所难免产生的残余应力等，于是开孔附近成为容器的破坏源残余应力等，于是开孔附近成为容器的破坏源-主要是疲劳主要是疲劳破坏和脆性裂口。破坏和脆性裂口。因此对开孔及接管附近的应力应给予足够的重视。因此对开孔及接管附近的应力应给予足够的重视。一、问题的提出一、问题的提出-容器接管附近的应力集中容器接管附近的应力集中 单向受拉平板小孔边缘处的应力集中现象单向受拉平板小孔边缘处的应力集中现象.受拉平板开小孔受拉平板开小孔时，小孔边缘处应力的分布规律时，小孔边缘处应力的分布规律.324EIPcrD环324EIPcrD环324EIPcrD环平板开有圆孔平板开有圆孔 这是最简单的开孔问

25、题，弹性力学中已有无限板开小圆这是最简单的开孔问题，弹性力学中已有无限板开小圆孔的应力集中问题的解。孔的应力集中问题的解。单向拉伸平板开小圆孔时的应力集中系数，如下图所示，单向拉伸平板开小圆孔时的应力集中系数，如下图所示，只要板宽在孔径的只要板宽在孔径的5倍以上，孔附近任意点（倍以上，孔附近任意点（,）的）的应力分量为：应力分量为：IxIminIxIminIxI单位体截取方法：由两个环向截面（单位体截取方法：由两个环向截面（ab和和bc）和两个径向（）和两个径向（ab和和cd）以及平板上下截面截成）以及平板上下截面截成 在小孔边缘处，即在在小孔边缘处，即在=a处处当当 时（图中时（图中A点）点

26、）,当当 0 时时（图中（图中B点）点）,-q224224242424241c o s2143221c o s21322s i n21232rrqaqaaqaqaqaa012 c o s 20rrq/2 m ax3qm inB点出现切向压缩应力，中央小孔有变成椭圆趋势点出现切向压缩应力，中央小孔有变成椭圆趋势 力分布 衰减情况 应力集中系数应力集中系数（二）、容器接管附近的应力集中（二）、容器接管附近的应力集中 容器上开孔边缘处出现的是多种应力叠加的较为复杂的受容器上开孔边缘处出现的是多种应力叠加的较为复杂的受力状态力状态.(P324)上述讨论有两个前提：上述讨论有两个前提：1是孔半径是孔半径

27、a相对壳体的曲率半径很相对壳体的曲率半径很小，从而把壳体当平板对待。小，从而把壳体当平板对待。2开孔处没有安装接管。开孔处没有安装接管。实际上，壳体自身的曲率必须考虑，同时只开孔不装接管实际上，壳体自身的曲率必须考虑，同时只开孔不装接管的设备较为少见。所以对于接管开孔边缘处的应力集中影响的设备较为少见。所以对于接管开孔边缘处的应力集中影响也必须考虑。也必须考虑。为了便于应用，通常把各种不同尺寸的开孔接管附近的应为了便于应用，通常把各种不同尺寸的开孔接管附近的应力峰值，根据理论计算或通过实测把它们找出来，然后以应力峰值，根据理论计算或通过实测把它们找出来，然后以应力集中系数的形式绘成曲线。力集中

28、系数的形式绘成曲线。33tqkq 曲线的横坐标是曲线的横坐标是，称为开孔系数。，称为开孔系数。式中式中r/R 是接管尺寸是接管尺寸(即开孔即开孔)的相对大小，的相对大小，R/则与壳体的刚度有则与壳体的刚度有联系，壳体刚度越差，接管直径越大时，开孔系数值一般越联系，壳体刚度越差，接管直径越大时，开孔系数值一般越大，越大后应力集中越严重。大，越大后应力集中越严重。rRRr-接管中径的接管中径的1/2R-壳体中径的壳体中径的1/2-壳体壁厚壳体壁厚t-接管壁厚接管壁厚从上图可知，增加从上图可知，增加t可减小可减小k值值（三）、应力集中对容器安全使用的影响（三）、应力集中对容器安全使用的影响 在应力有

29、较大波动条件下工作的接管根部，应使该处的金属在应力有较大波动条件下工作的接管根部，应使该处的金属工作时处于安定状态。（工作时处于安定状态。（P325）二、补强结构与计算二、补强结构与计算 开孔补强就是用局部或整体的增加壁厚的方法来减少由于开开孔补强就是用局部或整体的增加壁厚的方法来减少由于开孔补强所造成的应力集中。孔补强所造成的应力集中。常用补强结构有三种：补强圈补强，加强管补强，整锻件补常用补强结构有三种：补强圈补强，加强管补强，整锻件补强强.1补强圈补强补强圈补强（P326图图12-5（a）（）（b）（）（c）补强圈材料一般与壳体材料相同，补强圈与壳体间应贴合很补强圈材料一般与壳体材料相同

30、，补强圈与壳体间应贴合很好，所有焊缝应连续焊接，特别是补强圈内缘与接管和壳体好，所有焊缝应连续焊接，特别是补强圈内缘与接管和壳体三者之间的连续焊缝应该焊透。补强圈结构见书三者之间的连续焊缝应该焊透。补强圈结构见书P295图图13-11，表，表13-1列出补强圈尺寸。列出补强圈尺寸。特点：补强圈结构简单，材料易得，制造简单，且具有一特点：补强圈结构简单，材料易得，制造简单，且具有一定效果，应用相对广泛。当与另外两种补强结构相比，补强后的定效果，应用相对广泛。当与另外两种补强结构相比，补强后的应力集中系数较高，抗疲劳性能差，只适用于静载，常温的容器应力集中系数较高，抗疲劳性能差，只适用于静载，常温

31、的容器上。上。制作补强圈所用钢板的常温抗拉强度制作补强圈所用钢板的常温抗拉强度 ，补强圈，补强圈的厚度不超过壳体壁厚的的厚度不超过壳体壁厚的1.5倍，且不大于倍，且不大于38mm。2、补强管补强、补强管补强 结构见结构见P326图图12-5（d）（）（e）（）（f）这种补强结构是在开孔处焊接一段加厚的接管。用加厚的管壁这种补强结构是在开孔处焊接一段加厚的接管。用加厚的管壁金属截面来承受壳壁开孔周围的高应力，从而达到降低开孔周围壳金属截面来承受壳壁开孔周围的高应力，从而达到降低开孔周围壳壁应力集中系数的目的。壁应力集中系数的目的。用加强管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验。从焊接用加强管补强

32、结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验。从焊接施工及补强效果来看，补强管补强优于补强圈补强。不足之处：厚施工及补强效果来看，补强管补强优于补强圈补强。不足之处：厚壁管的供应不象补强板那么容易壁管的供应不象补强板那么容易。540bMPa3、整锻件补强、整锻件补强 结构见图结构见图12-5（g）（）（h）（）（i）这种结构优点是补强金属集中于开孔应力最大的部位，补强这种结构优点是补强金属集中于开孔应力最大的部位，补强后的应力集中系数小，由于采用对接焊，而且焊缝及热影响区都后的应力集中系数小，由于采用对接焊，而且焊缝及热影响区都可以设计得原理最大应力点位置，所以抗疲劳性能好。可以设计得原理最大应力点位置

33、，所以抗疲劳性能好。这种结构由于需要焊件，且机械加工量大，所以一般只用于这种结构由于需要焊件，且机械加工量大，所以一般只用于有严格要求的设备上。有严格要求的设备上。4、等面积法补强计算、等面积法补强计算 补强圈补强计算依据的是等面积补强原则，是一个经验性的补强圈补强计算依据的是等面积补强原则，是一个经验性的设计准则，使用最早，适用范围较广。设计准则，使用最早，适用范围较广。这种方法规定：处于补强有效区内可起补强作用的金属截这种方法规定：处于补强有效区内可起补强作用的金属截面积面积As 应该等于或者大于开孔处所削去的壳体承压所需的理应该等于或者大于开孔处所削去的壳体承压所需的理论截面积论截面积A

34、。它的含义是恢复壳壁的平均强度，它可以减少应力峰值，它的含义是恢复壳壁的平均强度，它可以减少应力峰值，但不能完全解决应力集中的问题。当补强金属集中于开孔接管但不能完全解决应力集中的问题。当补强金属集中于开孔接管根部时，补强效果较好，当补强金属分散时，则不能非常有效根部时，补强效果较好，当补强金属分散时，则不能非常有效的降低应力集中系数。的降低应力集中系数。单个开孔的补强计算：单个开孔的补强计算：开孔补强原则：开孔补强原则：则开孔不需要补强则开孔不需要补强 开孔需要补强开孔需要补强(a)有效补强范围有效补强范围:有效宽度有效宽度B值取二者中较大者值取二者中较大者 123AAAA123AAAA22

35、2nntdBd有效高度取式中较小值：有效高度取式中较小值：外侧高度外侧高度内侧高度内侧高度 ：接管名义厚度接管名义厚度 ：壳体开孔处名义厚度壳体开孔处名义厚度 d：开孔直径，圆形孔取接管内直径加：开孔直径，圆形孔取接管内直径加2倍厚度附加量，椭圆倍厚度附加量，椭圆孔或长圆孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量）孔或长圆孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量）(b)内压容器：圆筒或球壳开孔所需补强面积内压容器：圆筒或球壳开孔所需补强面积A 1ntdh接管实际外伸高度2ntdh接管实际内伸高度ntn21etrAdf ：内压容器圆筒或球壳开孔处的计算厚度，取壳体计算厚度内压容器圆筒或球壳

36、开孔处的计算厚度，取壳体计算厚度 ：接管有效厚度：接管有效厚度 ：强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值应力之比值.当该比值大于当该比值大于1.0时，取时，取1.0.锥壳：锥壳：筒体：筒体：球封或半球封：球封或半球封：椭封：椭封：碟封：碟封：etrf2CcCQP DP 2CiCP DP 4CitCPDP 20.5CiCP KDP 20.5cicMaP DP (c)外压容器圆筒或球壳开孔所需补强面积A ：按外压计算时圆筒和球壳开孔处的计算厚度按外压计算时圆筒和球壳开孔处的计算厚度注：凡交替受内压，外压的容器，开孔补强应该满足

37、上述二者注：凡交替受内压，外压的容器，开孔补强应该满足上述二者的要求。的要求。（d）平盖开孔直径）平盖开孔直径 （平盖直径），平盖直径），所需最小所需最小补强面积补强面积 ：平盖计算厚度：平盖计算厚度（e）补强面积 ：壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 ：壳体开孔处的有效厚度 =0.5odDoD0.5pAdp1A1()()2()(1)eeterAB df e12ncce ：接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积：接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 ：接管计算厚度：接管计算厚度 ：焊缝金属截面积：焊缝金属截面积（f）若）若 不需补强不需补强2A212222ettretrAhfhcft3A

38、123AAAA31231266362sAAAAAA0ssoADd接管外径接管外径oD：补强圈外径补强圈外径 0doD三容器上开孔及补强的有关规定三容器上开孔及补强的有关规定1开孔尺寸的限制开孔尺寸的限制 P303表表13-3开孔部位开孔部位允许开孔直径允许开孔直径筒体筒体凸形封头凸形封头平板形封头平板形封头锥封锥封 11500,500mm2iiDmm dD且不大于11500,00mm2iiDmm dD且 不 大 于 1012idD12kdD2开孔位置限制开孔位置限制 P3373.开孔不另行补强条件开孔不另行补强条件P337(非常重要非常重要)壳体满足以上要求时，可不另行补强：壳体满足以上要求时

39、，可不另行补强：(1)设计压力小于或等于设计压力小于或等于2.5Mpa;(2)两相邻孔中心的间距应小于两孔直径之和的两相邻孔中心的间距应小于两孔直径之和的2倍倍;(3)接管公称外径小于或等于接管公称外径小于或等于89mm;(4)接管最小壁厚满足接管最小壁厚满足表表12-7;四四设备凸缘设备凸缘 设备凸缘分为法兰凸缘和管螺纹凸缘设备凸缘分为法兰凸缘和管螺纹凸缘.1.法兰凸缘法兰凸缘 PN=0.61.01.6MPa;DN=15202532405060mm 表表12-9表示凸缘的最大允许工作压力表示凸缘的最大允许工作压力.2.管螺纹凸缘管螺纹凸缘 安装仪表用安装仪表用,尺寸尺寸4085mm.例题 一

40、直径一直径2m，壁厚，壁厚8mm圆柱形筒体，设计压力圆柱形筒体，设计压力0.6 MPa,温温度度300。筒体材料筒体材料16MnR,开开 人孔，人孔短节材料人孔，人孔短节材料 ,试作人孔补强计算（人孔结构图试作人孔补强计算（人孔结构图11-1）解：解：计算削弱面积计算削弱面积AA=di=480-16=464mm 16MnR 300时时 t=144Mpa 300时时 t=86Mpa (开孔应避开焊缝开孔应避开焊缝,=1)A=480 8235QB22cmm21etrA df 8 2 0.8 5.2etmm 22(2 0.8)469.6iiddcdmm235QB860.597144rf 0.6 20

41、004.182 144 1 0.62CitCP DmmP 496.6 4.18 2 5.2 4.18(1 0.597)1980mm 019807.1760480soAmmDd01227.24.38760480ssoAmmDd20hmm 多余截面多余截面有效区范围有效区范围B=2d=939.2mm =241.8mm2 所以需要补强所以需要补强 在确定补强圈外径后在确定补强圈外径后,补强圈取补强圈取5mm 壳体壁厚壳体壁厚8mm，补强圈取，补强圈取8mm，这，这 种情况较为合理。种情况较为合理。1496.6863.1nthdXmm21()()2()(1)469.6(5.2 4.18)2(8 2.8

42、)(5.2 4.18)(1 0.597)475eeterAB dfXmm 212ettrAhf0.6480 162 63.15.20.5972 86 0.85 0.6 23126 6362Amm 2123752.8AAAmmA21231227.2sAAAAAmm019807.1760480soAmmDd01227.24.38760480ssoAmmDd20hmm10.4容器支座容器支座 设备支座用来支承设备重量和固定设备的位置。支座一般设备支座用来支承设备重量和固定设备的位置。支座一般分为立式设备支座、卧式设备支座和球形容器支座。分为立式设备支座、卧式设备支座和球形容器支座。立式设备支座分为悬

43、挂式支座、支承式支座、腿式支座立式设备支座分为悬挂式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座四种。和裙式支座四种。卧式设备支座分为鞍式支座、圈式支座和支腿三种。球卧式设备支座分为鞍式支座、圈式支座和支腿三种。球形容器支座分为柱式、裙式、半埋式、高架式支座四种。形容器支座分为柱式、裙式、半埋式、高架式支座四种。一一.卧式容器支座卧式容器支座1.鞍式支座的结构与类型鞍式支座的结构与类型（1）鞍座的制作方式分为焊制和弯制两种。焊制适用于各种）鞍座的制作方式分为焊制和弯制两种。焊制适用于各种直径下的支座，而弯制仅用于直径小于直径下的支座，而弯制仅用于直径小于1000mm的容器支的容器支座。鞍座材料一般为座

44、。鞍座材料一般为Q235A，垫板材料一般应与容器圆，垫板材料一般应与容器圆筒材料相同。筒材料相同。（2）鞍式支座在同一直径下分为重型、轻型两种，主要是考虑了）鞍式支座在同一直径下分为重型、轻型两种，主要是考虑了在同一直径的容器，由于内部结构、长径比及内部物料等因素使在同一直径的容器，由于内部结构、长径比及内部物料等因素使得容器的总重量有很大的差别。得容器的总重量有很大的差别。重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或L/D较大卧式较大卧式容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。但容器直径但容器直径

45、DN900mm,鞍座未设轻型结构，原因容器直径鞍座未设轻型结构，原因容器直径太小其重量差别不大，此时轻型与重型的尺寸及用途相差不大。太小其重量差别不大，此时轻型与重型的尺寸及用途相差不大。（3）当容器直径）当容器直径DN900mm时，分带垫板和不带垫板两种。时，分带垫板和不带垫板两种。当容器直径小时，有些容器的壁厚裕量较大，可不带垫板；当容器直径小时，有些容器的壁厚裕量较大，可不带垫板；但有些容器壁厚裕量较小或筒体材质与鞍座材质差别较大或容器但有些容器壁厚裕量较小或筒体材质与鞍座材质差别较大或容器需热处理等，此时须加垫板；当容器直径大时，一般壁厚裕量较需热处理等，此时须加垫板；当容器直径大时，

46、一般壁厚裕量较小，需加设垫板，以改善支座与容器连接处的受力状况。小，需加设垫板，以改善支座与容器连接处的受力状况。结构见结构见图图13-1,13-2.（4）卧式容器支座采用鞍式支座。当支座焊在容器上时，其中）卧式容器支座采用鞍式支座。当支座焊在容器上时，其中的一个应采用滑动支座或滚动结构。鞍座的底板有的一个应采用滑动支座或滚动结构。鞍座的底板有2种种,一种一种F型型,一种一种S型型.当容器出现热变形时当容器出现热变形时,S型鞍座可以随容器一起作轴向移动型鞍座可以随容器一起作轴向移动;S型鞍座地脚螺栓上使用型鞍座地脚螺栓上使用2个螺母个螺母,先拧上的螺母拧到底后倒先拧上的螺母拧到底后倒退一圈退一

47、圈,再用第再用第2个拧紧个拧紧;为了便于为了便于S型鞍座的轴向滑动型鞍座的轴向滑动,如果鞍座基础是钢筋混凝土时如果鞍座基础是钢筋混凝土时,在在S型鞍座下方必须安装基础垫板型鞍座下方必须安装基础垫板.鞍式支座应采用鞍式支座应采用F、S型配对使用。型配对使用。(5)(5)鞍座包角鞍座包角 鞍座包角的大小对鞍座边角处器壁内的应力有相当大的影响鞍座包角的大小对鞍座边角处器壁内的应力有相当大的影响.增大鞍座包角可以减少该处的应力增大鞍座包角可以减少该处的应力.2.鞍式尺寸与质量鞍式尺寸与质量(1)无缝钢管制作筒体无缝钢管制作筒体,DN159-426的焊制与弯制支座见图的焊制与弯制支座见图13-1,查表查

48、表13-2.(2)用钢板卷制的筒体用钢板卷制的筒体,DN300-450的焊制与弯制支座见图的焊制与弯制支座见图13-1,查表查表13-3.(3)DN500-900的焊制与弯制支座见图的焊制与弯制支座见图13-2,查表查表13-4.(4)DN1000-2000的焊制的焊制、轻型、轻型与与重型重型支座见图支座见图13-3,查表查表13-4.3.鞍鞍座座选用选用(1)鞍座实际承受的最大载荷鞍座实际承受的最大载荷Qmax必须小于鞍座允必须小于鞍座允许载荷许载荷Q;(水压工况水压工况;考虑考虑Q时必须注意设计设时必须注意设计设计的鞍座高度计的鞍座高度h);(2)是否带垫板是否带垫板.(3)鞍座间距鞍座间

49、距.尽量使支座中心到封头切线的距离尽量使支座中心到封头切线的距离A小于或等小于或等于于0.5Ra,当无法满足当无法满足A小于或等于小于或等于0.5Ra时，时，A不宜大于不宜大于0.2L。（。（JB/T4731-2019 6-1-1）(4)S型鞍座的定位尺寸型鞍座的定位尺寸热胀时(操作温度大于安装温度）冷缩时(操作温度小于安装温度）LLL4鞍座标记鞍座标记 JB/T4712-92,鞍座鞍座X X-X 固定鞍座固定鞍座F,滑动鞍座滑动鞍座S 公称直径公称直径,mm 型号型号 二立式容器支座二立式容器支座1耳式支座耳式支座(1)结构结构、型式与尺寸型式与尺寸 悬挂式支座又称耳座，一般由两块筋板及一块

50、底板焊接悬挂式支座又称耳座，一般由两块筋板及一块底板焊接而成。耳座的优点是简单，轻便；缺点是对器壁易产生较而成。耳座的优点是简单，轻便；缺点是对器壁易产生较大的局部应力。大的局部应力。(a）耳座适用范围（）耳座适用范围（JB/T4725-92）：适用于公称直径不大于）：适用于公称直径不大于4000mm的立式圆筒形容器。的立式圆筒形容器。(b)耳座数量一般应采用四个均布，但容器直径小于等于耳座数量一般应采用四个均布，但容器直径小于等于700mm时，支时，支座数量允许采用座数量允许采用2个。个。(c)耳式支座标准中分为耳式支座标准中分为A、AN（不带垫板），（不带垫板），B、BN（带垫板）四种（带