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第13章 压力容器的开孔与补强本章重点内容及对学生的要求：（1） 回转壳体上开小孔造成的应力集中；（2） 开孔补强的原则、补强结构和补强计算；（3） 不另行补强的要求；（4） GB150-98对容器开孔及补强的有关规定。
第一节 容器开孔附近的应力集中1、 相关概念（1）容器开孔应力集中（Opening and stress concentration ）在压力容器或设备上开孔是化工过程操作所决定的，由于工艺或者结构的需要，容器上经常需要开孔并安装接管，例如：人孔、手孔、进料与出料口等等。
容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响：◆ 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。
◆ 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。
◆ 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。
上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的引力比壳体中的膜应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。
（2）应力集中系数（stress concentration factor ）常用应力集中系数Kt 来描述开孔接管处的力学特性。
若未开孔时的名义应力为σ，开孔后按弹性方法计算出的最大应力为σmax ，则弹性应力集中系数为：σσmax =t K （1） 压力容器设计中对于开孔问题研究的两大方向是：✧ 研究开孔应力集中程度，估算K t 值；✧ 在强度上如何使因开孔受到的削弱得到合理的补强。
2、平板开小孔的应力集中Fig. 1 Variation in stress in a plate containing a circular hole and subjected to uniform tension设有一个尺寸很大的巨型薄平板，开有一个圆孔，其小圆孔的应力集中问题可以利用弹性力学的方法进行求解。
承受单向拉伸应力开小圆孔的应力集中如图1所示，只要板宽在孔径的5倍以上，孔附近的应力分量为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121242224222422222r a r a r a r a r a r a r a r r （2） 平板开孔的最大应力在孔边 2πθ±=处， 孔边沿a r =处：σσστπθθθ3,0max 2===±=r 应力集中系数：0.3max ==σσt K 3、薄壁球壳开小圆孔的应力集中如图2所示，球壳受双向均匀拉伸应力作用时，孔边附近任意点的受力为：Fig. 2 Variation in stress in a sphere shell containing a circular hole孔边处r=a ，σσ2max = , 应力集中系数0.2max ==σσt K 4、薄壁圆柱开小圆孔的应力集中如图3所示，薄壁柱壳两向薄膜应力δσ21pD =，δσ42pD =，如果开有小圆孔，则孔边附近任意点的受力为：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θστθσσσθσσσσθθ2sin 32142cos 3141432cos 34122312422214212242222122r a r a r a r a r a r a r a r r （3）Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole孔边处r 1r 3r=a,=0,=(-con2),=02θθσσθστ。
D类压力容器设计知识填空题D类压力容器设计知识填空题一、设计总论1、按无力矩理论求得的应力为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。
2、容器计算中所用的弹性名义应力是指材料进入塑性后，假定应力与应变关系仍服从虎克定律。
3、内压筒体壁厚计算公式适用于单层、多层、热套筒体的计算。
4、在GB150中，是以Do/δe≥20 为界线区分薄壁圆筒和厚壁圆筒的。
5、压力容器的常见破坏型式有：塑性破坏、脆性破坏、疲劳破坏、蠕变破坏、腐蚀破坏等。
6、压力容器的失效形式有三种：强度失效、刚度失效和稳定性失效。
7、压力容器的失效准则有三种：弹性失效、塑性失效和爆破失效。
8、GB150采用的是弹性失效准则，以壳体的基本薄膜应力不超过材料的许用应力值，而由于总体结构不连续的附加应力，则以应力增强系数引入壁厚计算。
9、GB150在总体上采用的是常规设计方法，但在某些局部处也体现了应力分析的设计方法。
10、内压圆筒计算方法虽有所不同，但大体都是以中径公式为基础导出的。
11、内压圆筒壁厚计算公式的理论依据是第一强度理论;公式的适用范围是计算压力P c≤0.4［σ］tφ，这也是GB150适用于厚壁圆筒的限制条件。
12、任何情况下，容器壳体的名义厚度不得小于最小厚度与腐蚀裕量之和。
13、容器筒体的最小壁厚是由强度、刚度、稳定性确定的。
壳体加工成形后的最小厚度是为满足制造、运输、安装过程中刚度要求而规定的。
14、计算压力是指在相应设计温度下，用以确定容器各个受压元件厚度的压力，它包括液柱静压力。
15、对于同时承受两个室压力作用的受压元件，其设计参数中的计算压力应考虑两室间可能出现的最大压力差。
16、压力容器的设计压力用来确定容器的试验压力和类别；设计温度是容器选材和确定材料许用应力的基本设计参数。
17、最大允许工作压力是根据容器壳体的有效厚度计算所得，且取各受压元件的最小值。
18、压力容器的设计寿命是从腐蚀欲量中体现出来的。
19、内压锥壳的壁厚计算是将锥壳作为当量圆筒处理，其中圆筒内径D i以D c COSα代替，D c为锥壳大端直径。
中北大学信息商务学院课程设计说明书学生姓名：王米雪学号： X07系别：机械工程系专业：进程装备与操纵工程题目：（35）M3液氯储罐设计指导教师：陆辉山职称: 副教授2021年06月29日中北大学信息商务学院课程设计任务书2021/2021 学年第二学期系别：机械工程专业：进程装备与操纵工程学生姓名：王米雪学号：X07课程设计题目：（35）M3液氯储罐设计起迄日期：06 月29日～07月10日课程设计地址：校内指导教师：陆辉山系主任：暴建刚下达任务书日期: 2021年06月29日目录一工艺设计1. 存储量2. 设备的选型及轮廓尺寸二机械设计1. 材料选择2. 设计压力3. 厚度设计4. 接管及接管法兰、人孔设计5. 鞍座的设计6. 焊接7. 校核8. 内压圆筒校核 9. 内压椭圆形封头校核 10. 法兰的校核 11. 开孔补强计算 12. 卧式容器（双鞍座）三 参考文献 四 终止语一 工艺设计1. 存储量盛装液化气体的压力容器设计存储量t V W ρφ=式中：W ——贮存量，t ； φ——装载系数；t ρ——设计温度下的饱和溶液的密度，3m t；依照设计条件t V W ρφ==×35×= 2. 设备选型及轮廓尺寸筒体直径一样由工艺条件决定，可是要符合压力容器的公称直径。
标准椭圆 型封头是中低压容器常常采纳的封头形式。
封头公称直径必需与筒体的公称直径相一致。
依照公式 ： 4π2i D L ＝35L/D=4得D i =2233mm,圆整得D i =2200mm.可选用标准椭圆封头的公称直径DN ＝2200mm ，总深度H ＝590mm ，内表面积 ＝2mm ，容积V ＝3m现在封头现在封头体积为1V ，筒体所占容积为2V354221==+V LD V π L=8394mm 可取L=8400mm L/D=>3 符合要求那么储罐实际体积为V ＝21V 2V +＝4221LD V π+＝³ 误差分析%0657.0%1003535023.35=⨯-<5% 符合要求 因此可确信筒体公称直径为DN ＝2200 mm ，筒体长度为L=8400mm ；二 机械设计1. 材料选择依照液氯的特性，选择16MnR 。
