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接触形式：楔形压垫与顶盖球形部分接触线接触 楔形压垫与筒体端部略有夹角???5?° 优：无主螺栓，密封可靠，全自紧式 缺：结构笨重，零件多，加工要求高 e.高压管道密封
特点：存在很大附加弯矩等，温度波动影响较大，拆装次数较多
透镜式密封结构P178图4－32，管端成??20°锥面透镜垫圈有2个球面成线接触，升压后，透镜垫径向膨胀产生自紧作用。 （3）提高高压密封性能的措施
a.改善密封接触面表面：密封面喷镀，提高耐磨性，降低密封所需比压，接触面之间衬软金属，镶软金属。
b.改进垫片结构：采用由弹性件和软垫组合的密封元件，从而获得良好回弹能力和密封接触面。
c.采用焊接密封元件：用于内盛易燃易爆，剧毒介质 （4）螺栓载荷计算
设计主螺栓筒体端部和顶盖，首先要计算螺栓载荷 a.平垫密封：与中低容器的平垫计算一样。 b.双锥密封 密封面平均直径
DG?D1?2B?A?Ctgx2
密封面宽度b??A?C?2Cos?截面积：f2?A?C??A?B?tg?4有效高度：h?1?A?C?2①预紧状态下，主螺栓载荷Wa Wa作用：①达到初始密封产生y
②径向弹性压缩，消除间隙g
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1) 建立初始密封的压紧力W1 法向力 W0=πDGby
予紧时,大盖向下滑动,双锥环向上滑移,所以, 摩擦力Fm向下, Fm与W0的合力垂直方向即予紧时的螺栓力W1 (4-68)(4-69) 予紧时,使双锥环产生径向弹性压缩,当径向变形等于径向间隙g时,则得径向压缩力为 VR=2πEf 2g/D1
2) 考虑摩擦力后,每一锥面的VR/2 径向压缩所对应的螺栓力为
(4-70) 一般,W1>W1’,所以,螺栓载荷只要按(4-69)计算,既满足予紧垫片的要求,又满足压缩双锥环产生径向弹性变形的要求. ②操作状态时的主螺栓载荷Wp
操作状态时的主螺栓载荷包括三个部分: 1) 内压引起的轴向力
F=πDG2Pc/4 (4-72) 2) 内压作用于环内壁面产生自紧力的同时,所产生的轴向分力 FP=πDGhPctg(α-ρ)/2 (4-73) 3) 径向回弹力(自紧力)引起的轴向力
回弹状态下,压紧面上法向力与摩擦力合成,再分解到轴向,则其轴向力为: Fc=2πEfg· tg(α-ρ)/D1 (4-74) 4) 工作条件下,螺栓力Wp
Wp= F+ Fp+Fc (4-75) 取W1,Wp中较大者,作为螺栓设计载荷,以此来计算螺栓,顶盖和法兰.
4.3.5 开孔和开孔补强设计 Opening and Reinforcement
工艺和结构上要求,容器上开孔并接管,削弱强度,并在连接处产生很高局部应力.
(1)补强结构 主要有三种(图4-37)
a. 补强圈补强 Reinforcement pad b. 接管补强 Nozzle reinforcement
c. 整锻件补强 Reinforcement by integral element
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分析各自的优缺点,应用. (2)开孔补强设计准则
a. 等面积补强 Equi-area method of reinforcement 基于弹性失效设计准则
在离孔边一定范围内,以相等面积补偿因开孔削弱的承载面积. 优:简单,易实施. 缺:不能完全解决应力集中,勿略了开孔系数 b. 极限分析补强 以塑性失效分析为基础,
对带有整体补强的开孔补强结构求出其塑性失效的极限载荷,然后以极限载荷为依据进行补强结构设计.
(3)允许不另行补强的最大开孔直径
满足一定条件的开孔接管可不补强(P184,表4-14) (4)等面积补强计算
原则:有效补强面积大于开孔削弱面积 a. 允许开孔的范围
GB150对开孔最大直径有四条限制 P184 b. 所需最小补强面积A 对受内压的圆筒或球壳
A=δd+2δδet(1-fr) (4-76) 对受外压或平盖上的开孔
开孔造成的削弱是抗弯截面模量而不是指承载截面积,所需补强的截面积仅为因开孔而引起削弱截面积的一半 . (4-77) (4-78) c. 有效补强范围
在离孔边一定距离范围内加上 补强材料可有效降低应力水平 有效宽度B 取(4-79)中较大值 内外侧有效高度按(4-80)(4-81) 中取较小值.
d. 补强范围内补强金属面积Ae
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① 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 A1 (4-82) ② 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 A2 (4-83) ③ 有效补强区内焊缝金属面积 A3
则开孔需另外补强的金属截面积为
A4≥A-(A1+A2+A3)
补强材料一般与壳体相同,否则须按比例增加补强面积. 以上是单个开孔,而多个开孔需另行计算. (5)接管方位
设计时,尽可能采用径向接管,非径向接管开椭圆孔,应力集中系数增大.椭圆形封头开孔位于中心80%封头内直径,碟形封头开孔位于球面内,其计算厚度见 (4-85) (4-86)
4.3.6 支座和检查孔 Support and Manhole(handhole)
(1) 支座
作用:支承重量,固定位置 a. 立式容器支座
① 耳式支座(悬挂式支座) Lug support JB/T 4725-92
② 支承式支座 Column support JB/T 4724-92
容器底部焊上数根支柱,直接支承在基础地面 ③ 腿式支座 Leg support JB/T 4713-92 支承在圆柱体部分
选用:根据DN和总质量,选取相应支座号和数量,计算承受实际载荷,不大于支座允许载荷.
④ 裙式支座 Skirt support 适用于较高的立式容器,详见第七章
b. 卧式容器支座 形式:鞍座,圈座,支腿 支腿:重量较轻的小型容器
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圈座:大直径薄壁容器和真空容器
鞍座:使用最多,JB/T4712-92, 祥见第五章
(2) 检查孔 (人孔,手孔)
检查使用过程中是否有裂纹,变形,腐蚀等缺陷. 不设检查孔的条件:P193
4.3.7 安全泄放装置 Safety relieving device
作用:超压时自动卸压,防止发生超牙爆炸. (1) 安全泄放原理
一旦压力超过限定值,自动迅速排泄容器内介质并有自动报警作用. 要求:安全泄放装置的额定泄放量应不小于容器的安全泄放量. (2) 安全阀 Safety Valve
通过阀的自动开启排出气体来降低容器内过高的压力,压里一旦降下来,自动关闭.
缺:密封性能较差,开启有滞后现象,泄压比较慢. a. 结构与类型
按加载机构:重锤杠杆式,弹簧式
按气体排放方式:全封闭式,半封闭式,开放式 按作用原理:直接作用,非直接作用 P195 图4-42弹簧式安全阀 b. 选用
综合考虑介质特性,栽荷特点,安全泄放量,防超压动作的要求. 封闭式—易燃,中等毒性以上介质 敞开式—空气,不污染环境 全启式—高压容器,泄放量大 微启式—排放量不大,要求不高 c. 爆破片 Rupture disk
断裂型安全泄放装置,密封性能好,破裂速度快 结构 :爆破片元件和夹持器组成
分类 :按破坏时受力形式—拉伸型,压缩型,剪切型,弯曲型