简便 , 采用一定的限制条件 ( 压力、结构、元件系数 ) 可保证安 全。
b) 第三强度理论 ( 最大剪应力理论 ): 最大剪应力达到或超过材料屈服极限构件 Ril 破
坏 ( 塑性屈服 ), 较适用于压力容器 , JB4732 采用。
第四强度理论 ( 能量理论 ): 均方根剪应力 ( 考虑最大剪应力的同时 , 兼顾其他剪
应力对安全的影响 ) 达到或超过材料屈服极限陶件即破坏 ( 塑性屈服 ), 最适用压 力容器 , 但需试算使用不便 c
3 失效判据 ( 准则 ) 的选择
3.1 失效判据的作用 : 设定整部标准规范 (即产品 ) 的安全底线。 32 失效判据 ( 准则 ) 的分类及选择
a) 弹性失效判据 : 容器在整个使用过程 ( 含耐压试验 ) 材料应处于弹性 , 不得屈服。
偏安全、经验丰富 ,ASMM-1 与 GB150 等采用。
b) 塑性失效判据 ~ 内壁材料进入塑性但外壁材料仍为弹性 , 可提高材料利用率 ,
ASMEW-2 与 JB4732 等采用。
直至材料强度限前均可使用 ,i 国超高压容器设计采用。
4 设计条件的确定
c) 爆破失效判据 : 因材料屈服强化 , 内、外壁材料同时进入塑性仍不会破坏 , 应力
4.1 设计条件的作用 : 设计依据
4.2 设计条件包含的内容 ~ 主要为压力、温度、介质、腐蚀裕量、焊缝系数 , 自然基础条件等。
4.3( 最高 ) 工作压力 : 正常工况 ( 安全责任界限 ) 容器顶部 ( 最小、唯一 ) 吁能 ( 并 非必然 ) 出现的最大压力 , 由用户工艺人员提供。
4.4 设计压力 ~ 设定的容器顶部的最高压力 , 与相应设计温度一起成为设计载荷条件 ( 可 能出现的最危险工况 ), 由设汁人员根据最高工作压力设定 ( 大于或大于等于 )
。
4.5 腐蚀裕量 : 年腐蚀速率×设汁寿命 , 指均匀腐蚀。对应力腐蚀飞品间腐蚀及氢腐蚀 等需采用其他 ( 如选材 ) 方法解决。设计时应注意合理确定设计寿命。 5 安全系数
5.l 安全系数的作用 ~ 安全性与经济性辩证统一 , 整部标准规范的核心
5.2 为何有安全系数
a) 载荷误差 ; b) 设计误差 ; c) 材料误差 ; d) 制造与检验的误差 ; e) 使用中的问题 ; 。未可知因素。
53 安全系数发展的历史与趋向
a)单一走向多元 :nb( 强度 ) Ns( 屈服 ) nst( 设计温度下屈服 ) nD( 持久 )
、
、
、
、
16
nn( 蠕变 ) 。取五者中最小许用应力。
b) 从高到低 , 下降趋势 ( 技术进步 , 经验积累 )
。
c) 针对不同应力对安全的不同影响 , 取不同的安全系数。
54 螺栓安全系数的特殊性 ~ 避免过度上紧
a) 一般只对屈服点取安全系数 b) 依材料而异 ( 热处理状态 )
c) 依规格而异。
6 焊缝 ( 焊接接头 ) 系数
6.l 焊缝系数的作用 : 设计系数。考虑焊缝对容器强度的削弱 , 用整个增加壁厚的方式 补足。
62 焊缝系数的选取 : 依焊接接头型式及无损检测长度 ( 比例 ) 确定。 6.3 几个问题的解释
a) 相当于双面焊的全焊透对接接头 , 可采用多种方法实现 , 最终由元损检测判断 ; b) 一般均指纵缝 , 环缝焊接接头系数仅在特定 ; 条件 ( 如高塔风载 ) 下采用 ;
c) 容规时无垫板单面焊环向接头焊锺系数的规定 , 应理解为对元垫板单面焊使用的 限制。
五、结构设计的一般要求
l 结构的重要性 : 设计计算的基础 , 对安全与经济性影响极大。 结构设计的基本要求是安
全、方便制造与检验。任何结构都不是万能的 , 需合理设叶 与选择。
2 筒体结构
2.1 筒体结构分为整体式与组合式两大类
2.2 整体式
a) 整体式结构即满足强度、刚度与稳定性需要的厚度 ( 不含耐蚀层 ) 是由一整块连
续钢材构成。
b) 常见整体式结构有 : 单层焊接 ( 应用最广 ) 、锻造 ( 主要用于越高压 ) 、锻焊 ( 用于大型重要工况 ) 、无缝管 ( 小容器 )
。
2.3 组合式
a) 满足强度、刚度与稳定性需要的厚度 ( 不含耐蚀层 ) 由极 ~ 板、板 ~ 带、板 ~ 丝
组合
而成 , 主要用于高压容器。
b) 板 ~ 板有多层包扎、整体包扎、热套、绕板等 c) 板 ~ 带有型槽绕带、扁平纲带
17
d) 板 ~ 丝有绕丝 ( 主要用于超高压 )0
2.4 整体式与组合式之比较
a) 在安全性方面组合式优于整体式 , 理由如下 :
以薄攻厚 , 中厚板飞薄板性能优于厚极 ; 缺陷只能在本层内扩展 ;
危险的纵缝 ( 整体包扎含环缝 ) 化整为零 , 各层均布 ; 安全泄放孔 , 利于报警 ; 预应力增加安全裕度。
b) 组合式工艺复杂 , 生产周期长 , 且不适于做热容器。 3 封头
3.1 封头分凸形封头、锥形封头、平盖等三大类 3.2 凸形封头
a) 依形状 ( 受力 ) 分为半球、椭圆、碟形、球冠。受力前优于后 , 制造方便后优于 前。
b) 制造方法主要为冲压 ( 适于批量 ) 、旋压 ( 适于单件 )
。
c) 制造方式主要有整板成形 ( 小封头 ); 先拼板后成形 ( 大、中型封头 ); 分辨成形
后组焊 ( 特大型封头 )
。
3．3 锥形封头
a) 主要用于变速或方便卸料 ;
b) 依半顶角分为乓 300( 无折边 ) 、〉 300( 大端折边 ) 22450( 大、小端折边 ) 〉 600
、
按平盖
c) 主要制造方法卷焊二
3.4 平盖
a) 包括平盖和锻造平底封头等 , 与简体连接分为可拆与因接。
4 开孔补强结构
4.1补强圈。加工方便 , 但补强效果有限 , 使用范围有一定限制 O 4.2 厚壁管补强
43 另加补强元件 ( 锻件 ) 补强 , 受力好 , 将角接改为对接易保证焊接质量 , 但加工复杂。 5 法兰
5．1 法兰与密封垫、紧固件合为一个结构整体 , 属可拆结构 , 其基本功能是连接与时 法兰结构与设计计算应三位一体综合考虑。
|
5．2法兰按其整体性程度分为三种
18
a) 整体法兰 : 法兰、法兰颈与容器 ( 或接管 ) 合为一整体 , 强度与刚性好 , 连接与密封效果好 , 但加工困难 ;|方便 ;|
b) 松式法兰 : 法兰未能与容器 ( 或接管) 有效合为一整体 , 连接与密封效果较差 但加工
1
c) 任意式法兰 : 介于二者之间。 |
5.3 以密封压紧面型式分为 :|
a) 平面密封 : 密封效果差 , 但加工方便 ;|
b) 凹凸面密封 : 单面限制垫片流动 , 密封效果较好 , 但加工较难 ;| c) 榫槽密封 : 双面限制垫片流动 , 密封性好但加工复杂。6 焊接结构
1
!
6．1 焊接结构的主要作用为方便施焊 , 从结陶上保证焊透 , 且尽量减少焊接工作量口
|
6．2 焊接结构与工艺因素 ( 工人技能、习惯、方法、装备等 ) 关系密切 , 设计者可提要 求 , 具体结构与尺寸原则上应由制造方确定 , 标准 (GB150 附录 J) 为提示性 , 非强制。 7 其他结向设计的注意事项
7.1 尽量避免外形突变 , 关注倒角、倒圈。
7.2 开孔 ( 尤其是大孔 ) 尽量开在强股褂量大的部位 , 如平盖、简体端部 , 它们的厚 是由刚性及螺栓个数、排列与上紧空间决定的。
7．3 应尽量避免静不定结构 ( 如卧式容器只允许双鞍 ), 对静不定结构 ( 如球罐支 应做特殊考虑。
7.4 应注意防止过大的温差应力 , 如膨胀节的设置 , 支承中的活动支承。
7．5 支承设计中除考虑承重能力外 , 还应考虑支座反力对壳体的影响 , 决定是否加垫
j
7.6 对法兰螺栓通孔、地脚螺栓通孔跨中均布的考虑六、超高压容器基本知识
六．超高压容器基本知识
1 超高压容器主要特点 :
1.1 压力高 (100MPa~1000MPa), 规格较小。
1.2 属厚堕容器 (D 外 /D 内〉 1.5), 内、外壁应力水平相差大 , 不可能简化。
13 采用锻造方法制造 , 对材料 ( 锻件 ) 要求高强度 , 优良的塑性、韧性 , 无可如 求。 1 结构的 结构设 与选择 2 简体结
1.4 内、外壁要求精加工 , 零、部件间多采用法兰、螺纹连接 , 机加工量大 , 要求自 1.5 尚无统一的标准 , 许多问题尚待研讨。 2 设计要求
2.1 失效判据 ( 准则 ) 的确定
l
| |
a) 由于是厚壁容器 , 内、外壁自力水平相差极大 , 若选用弹性失效准则 , 不仅 1
19
利用率极低 , 甚至根本无法设计。
b) 由于高强钢的 \屈强比 \高 , 容器的屈服压力与爆破压力十分接近 , 若选用
塑放准则 , 不利于安全运行。
c) 由于实际材料为非理想塑性材料 , 屈服后会发生应变硬化 ( 即此时材料的知
度有所提高 ), 在容器的极限强度前运行仍是安全的 , 因此 , 越高压容器设计 用爆破失效准则 , 即对容器的爆破压力取安全系数。
2.2 爆破压力的计算与安全系数的选取 俐 前 ;
2.3 对开孔、形状过渡区等应力集中部位应进行应力分析计算校核。
3 制造要求
3.1 原材料 ( 锻件 ) 质量是关键 , 要求采用真空脱气喷粉、炉外精炼、电渣重熔等先进 冶炼技术 , 保证钢的纯净度 , 保证优良力学性能 ( 强度、塑性、韧性、断裂韧性等 ) 32 锻
。
a) 爆破压力计算方法有多神 ,\超高压容器安全监察规程 \推荐两种 , 一种以伸试验数据计算 , 一种以材料的扭转试验数据计算 , 后者的计算准确度高于
造比一般应大于 30
33 制造期间至少做二次 ( 热处理前后各一次 )100% 超声 ( 探母材 ), 简体表面应做 100% 瞰粉或渗透。
34 内、外表面均需精加工 , 对表面粗糙度有较严要求 ( 防应力集中 )0 4 提高耐压强度 ( 承载能力 ) 的途径
4.1 采用多层热套结构
a) 利用层间过盈 , 使外筒对内筒材料造成预压应力 , 在承受内压时使各层的应力水 平趋于均匀 , 提高了外层材料的利用率。 b) 超高压热套与高压热套容器的三大区别 :
层间过盈量的选取 : 前者经精确力学计 -算 ; 后者按王军合工艺选取。
套合表面 : 前者需经精加工 ( 以确保过盈量准确 ); 后者无需加工或只需粗加工。
后者需通过热处理消除套合应力 ; 前者不允许。
42 自增强处理 提
高其初始屈服压力
Q
时通过压力使内壁材料屈服 , 外壁仍属弹性 , 造成内壁材料承受预压应力 , 从而
b) 自增强压力应经慎重计算与控制 , 并关注材料本身的屈服比
0
43 采用绕丝结构
在内筒外缠绕高强度不锈钢丝 ,; 在缠绕时可通过加热等办法精确控制缠绕预应力 ,
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使内筒材料呈预压缩状态。
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