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2002,12(1)
唐下江中低压容器开孔补结构比较
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中低压容器开孔补强结构比较
唐玉江成都市苏坡锅炉厂成都61001
摘要通过对几种常用补強结构形式的分析比较,提出了中低乐容器最适宜采用的补強结构形式一一壁
爸补强。
关键词压力容器开孔补结构厚壁管
开孔补強是压力容器设计中的一个重要组成部体焊后接管处由丁劇性大易产生裂纹:①补强圏与
分,它包括补强计算与补强结构设计两个方面。正.売体属于搭焊结构,其抗疲劳性较差⑤周边的儿何
饷合理的结构设计,不仪可以保证结构的强度,而且尺寸不连续,造成新的应力集中,使得焊趾处容易出
对降低孔边的应力集中和降低制造成本都是十分有现开裂;⑥为了能保证接管处被全焊透,坡门往往都
益的。基于此,笔者在対常用的几利补强结构进行比较大,焊接时易引起过热,使得接头的品粒粗大
分析的基础上,提出了中低压容器采用厚壁管补纽织性能下降。正是由于补强圈搭焊结构存在着以
強结构的观点。
上不足,在CB150-9?4中对其使用范围作出了明确
1补强结构分类
规定和限制。总体而言,它允许使用在设计温度
250℃、一般性介质的中低压静载工況。而在以
开孔补强结构的基木形式一般可分为炳大类:
是补强圏搭焊结构;二是整体补弧结构。而后者下?些场合,补强圈搭焊结构都是不宜采
的jI-8:①凸形封头上的大尺小接管处;②距离主
具体又可分为①整体加厚売体的补強:の采用厚生焊缝较近处:③只寸较人的周向或轴向斜开孔接管
接管,并与壳体还接为全焊透;③整锻件或密集补
①大开孔接管处;⑤承受交变或疲屶載倘的工况;③
強;④酬边补强原件补強等。补強结构形式可分为
高温和低温环境⊥況;⑦管系有较人温差教荷⊥況;
内加强平齐接管、外加强半齐接管、对称加强卩1出接
⑧极度或高度危韦介质工沈;の有应力腐蚀要求的
管、密集补强等。但对于中低压容器而言,考虑到制
环境;⑩设计乐力高于4MPa的环境等。
造成本等因素,目前采用较多的仍然是外加的补2.2厚壁管补结构」
圈搭焊结构和厚壁接管的内仲或平齐柊体补强结
厚壁管补強的典型结构形式见图1。
构。对整锻仲补强、密集补强和翻边接管补强结构
以是在·些要求较的特殊环境下才使用
2性能比较
2.1补强圈搭焊结构
补强圈搭焊结构是将所需的补面积半均地施
加在某一开孔范围内,它具有结构简单、制造方便、
图1厚壁管补强结构
成本低、技术成熟的特点,但出于补强圈不能与売体
厚壁管补强的优点有
形成整体,再加之补强圈周边与売体又不能圆滑过
(1)由于加厚补份正处于最大应力区域,从而较
渡,因此它存在以下-些不足:①补强区域分散、应有效地降低了孔边的应力集中,加とり売体形成了
力集中系数大、补强效率不高;②売体与补强圏间的整体,?此其抗疲劳性能比补强圈结构大大提高,同
诃隙影响传热,易引起温差应カ:③接管、补强板、売时也遊免了补板结构存在的因传热而形成的温差
片压江(笔名唐超):に程师,ギ业」成都科技大学化机械专业。主要从事压力容器技术和质量管理等「作,先后在10余种专业杂志上
发表文章90余篇。联系电话:(028)746706:1360807750
应力,因此对高温和低温环境都可以采23sI?;年来床力容器钢的迅速发展,采厚壁管结构
(2)出于接管与売体的焊接接头的组织与性能成为可能,对尺寸大的接管完全可以用钢板卷焊
相对于补强圏结构也更容易保证,焊接线余应力也探伤的方法进行制造,而且也比较经济;对尺寸较人
较小,因此适合于剧毒介质、有应カ腐蚀、工作压カ而壁厚又特別厚的接管,则可『以采用锻管米解决。
较高的环境2518。
(6)从现行的设计米看,所选用的补强板厚度基
(3)适用于补板难以成形或因结构尺」限制本上都与売体等厚,而实际上所需要的补蝨面积要
无法设置补强板的部3I18
远小于补加的补强圏面积,这不仪浪费材料(包括相
(4)对于大开孔结构,出于开孔边缘的弯曲效应应增加的焊材),增加焊接工作量,而阻不利于容器
较大,其应力集中系数比较大,有时甚全可达6、的父个运行,因为过分加人补面积,就会在容器上
92L31lI618l,因此,如某在这种环境下采用补强板结产生“性区”,在压力作用ド下此“劇性区”抑制了容
构就很难将应力集中程度控制在比较低的水平。戸器的自由膨胀,从间产生新的应カ,其结果与补强不
壁管结构则能较好地缓解川孔边缘较窄范?内的高足相似318。有关文献の的研究表明,当总的补强
应力集中问题,因为它所增加的补弧面积正好集中积与开孔削弱的补强画积之比从65%增加到
在开孔边缘。因此,在中低压容器上的大开孔,采用115%时,其开孔周边的最大应力人有很小的改善:相
厚管补结构不失为最住选择5L61?
反,合理分布补强面积则是降低周边应力的最好方
总之,补强板补强结构的适用范比较窄,也不法。而厚壁管补结则既能根据需要的补垭面积
用」大开孔结构。相反,厚壁补强的应用范围基饷定接管厚度,也能满足补强面积的合理分布要求,
木上可以不受限制,甚至在一些要求较高的环境也同时还容妫实现内、外対称补强。
可样可以采用2151618
(7)对壁厚特別厚的接管,当采用锻管费较高
3加工方法及成木比较
时也可以采用热套箍结构山,见图2
目前,补强圏结构的特点更多地体现在其使用
技术成熟、取材方使上,而在结构设计和制造成本方
面,它与厚壁管补强结构相比则差一些,具体表现
在
(1)补强圈制造吋材料利用率较低。因其内外
图2管锍热套结构
圆的圆弧尺寸和在卷制成形时都要留定的裕量以
该结构通过热套箍时产生的预应力效应,有利
保证所压弧度与売体吻合,从而浪费了一定数里的于改善补强后接管的应力分布和降低其应力水平,
材料。对丁设备上补強圈较少或补強圈尺す较大以明显降低了应力集中系数。同时管箍采加无缝管制
及开孔形状?椭圆形时更是如此。
作,制造比较方便,且结构简単,成本低廉,其优势不
(2)为使补强圈与壳体间能较好吻合,对不规则亚于普通的厚壁管补强和整锻仆补强结构「。
出面部位则必须通过模具压制成形,因此制造费用
H此可见,从制造加工的难易程度以及综合成
较高;一山成形不好,还将产生较高的残余应力,给本来看,厚壁怜补强结构实际上要优」补强板结构。
使留下隐3。
(3)当补强板的厚度较厚时,小型的床力容器制4结语
造企业成形补量板往往比较?难。
综上所述,可以得出以下几点结
(4)为了保证补强板与接管、売体?能焊透,其
(1)厚姥管结构不仅补效某优于补板结构,
坡口往往都比较人,与规格的厚壁管结构相比其而H对丁补強板结构不适宜采用的环境,如高温、低
焊材量、焊接工时个少要増加1倍以:。
温、交变疲劳、应力腐蚀、大开孔结构以及其它些
(5)对有热处理要求的设备,当有补强圈时其?特定环境等,可样可以采用。
降温速度也应相应降低,以防止因升降温速度过快
(2)补强结构制造加工容易,取材比较方便,成
而造成过高的温差应カ,以纹焊缝井裂製。随着近10本比补强板还低。
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