扈如俊

(江蘇省特檢院揚(yáng)州分院)

自緊式橢圓形人(手)孔開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算

扈如俊*

(江蘇省特檢院揚(yáng)州分院)

針對(duì)低壓的壓縮空氣儲(chǔ)罐和鍋爐汽包上常遇到的自緊式橢圓形人(手)孔的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，進(jìn)行了分析討論。

壓力容器 自緊式橢圓形人(手)孔 開孔補(bǔ)強(qiáng)

符號(hào)說明

A——開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2；

Ae——補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2；

A1——筒體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)，mm2；

A2——接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，A2=2h1(δet-δt)fr-2h2(δet-C2)fr，mm2；

A3——焊縫金屬面積，mm2；

a——接管沿厚度中性層長(zhǎng)半軸；

B——有效補(bǔ)強(qiáng)寬度，mm；

b——接管沿厚度中性層短半軸；

C——厚度附加量，mm；

C2——腐蝕裕量，mm；

d——開孔直徑，取接管內(nèi)直徑加2倍腐蝕裕量，mm；

fr——強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與筒體材料許用應(yīng)力之比，當(dāng)該比值大于1.0時(shí)，取fr=1.0；

h1——接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度，mm；

h2——接管內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度，mm；

pc——計(jì)算壓力，MPa；

δ——筒體開孔處的計(jì)算厚度，mm；

δe——筒體開孔處的有效厚度，δe=δn-C，mm

δet——接管有效厚度，mm；

δn——筒體開孔處的名義厚度，mm；

δnt——筒體名義厚度，mm；

δt——接管計(jì)算厚度，mm；

Φ——接管焊縫系數(shù)；

在壓力容器設(shè)計(jì)中，有時(shí)會(huì)遇到自緊式橢圓形人(手)孔的結(jié)構(gòu)，特別是在低壓的空氣儲(chǔ)罐和鍋爐汽包上經(jīng)常遇到，橢圓形人(手)孔的長(zhǎng)短軸之比一般為4∶3。受壓情況為筒體受內(nèi)壓，人(手)孔短節(jié)受外壓。下面就分析其開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算方法。

1 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法的選擇

GB150.1～4-2011《壓力容器》規(guī)定的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法包括等面積法和分析法。兩種開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法的適用范圍在標(biāo)準(zhǔn)中有明確的規(guī)定。一般來講，等面積法計(jì)算簡(jiǎn)單一些，適用于壓力不太高、開孔直徑相對(duì)于殼體直徑不太大和允許采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的場(chǎng)合；分析法計(jì)算復(fù)雜一些，適用的范圍更廣，可用于壓力高、開孔直徑相對(duì)于殼體直徑較大，但該方法要求補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)型式為整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，不允許采用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。因此，對(duì)于壓力不高的空氣儲(chǔ)罐和鍋爐汽包上的橢圓形人(手)孔的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，宜選用等面積法計(jì)算。

2 等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算

開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算截面的確定，按照GB150.1～150.4-2011的規(guī)定：對(duì)于圓筒或錐殼開孔，該截面通過開孔中心點(diǎn)與筒體軸線。由于在容器上開有橢圓形孔時(shí)，其最大應(yīng)力不僅和橢圓孔的布置方位有關(guān)，而且和橢圓孔的長(zhǎng)短徑之比有關(guān)，當(dāng)筒體環(huán)向開橢圓孔時(shí)，其短軸孔邊的最大周向應(yīng)力為σmax=σ(1+4b/a)，長(zhǎng)軸孔邊的最大周向應(yīng)力為σmax=σ(2a/b-1)，因等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)是以通過開孔中心且過殼體軸線的縱截面為基礎(chǔ)，故應(yīng)使短軸兩端的周向應(yīng)力不小于長(zhǎng)軸兩端的周向應(yīng)力，即σ(1+4b/a)≥σ(2a/b-1)，由此可得a/b≤2，即當(dāng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)方法時(shí)，容器上橢圓孔的長(zhǎng)短之比應(yīng)不大于2.0。因此，開孔補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)該對(duì)周向進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。顯然，橢圓形人(手)孔的開孔計(jì)算截面應(yīng)該是圖1的A-A截面，A-A截面剖視圖如圖2所示，有效補(bǔ)強(qiáng)范圍按圖2中矩形WXYZ范圍。

圖1 橢圓形人孔

圖2 開孔補(bǔ)強(qiáng)示意圖

開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積A=dδ+2δδnt(1-fr)。在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積Ae=A1+A2+A3。若Ae≥A，則開孔不需另加補(bǔ)強(qiáng)；若Ae

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)分析了自緊式橢圓形人(手)孔開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算方法和過程，并按照該計(jì)算過程確定補(bǔ)強(qiáng)截面，即確定開孔直徑，計(jì)算出補(bǔ)強(qiáng)截面處接管的計(jì)算厚度，進(jìn)而確定開孔補(bǔ)強(qiáng)面積。

OpeningReinforcementCalculationforSelf-tightOvalHandhole

HU Ru-jun

(YangzhouBranchInstitute,JiangsuProvinceSpecialEquipmentSafetySupervisionInspectionInstitute,Yangzhou225002,China)

Calculating the opening reinforcement of self-tight oval handholes on both low-pressure compressed air tank and boiler drum was discussed.

pressure vessel,self-tight oval handhole,opening reinforcement

*扈如俊，男，1971年1月生，工程師。江蘇省揚(yáng)州市，225200。

TQ053.2

A

0254-6094(2015)01-0057-02

2013-08-06，

2015-01-06)