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- 43 -第6期压力容器大开孔补强计算方法实例分析王嘉瑶，翟新锋（中泰创新技术研究院有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 830000）[摘 要] 在压力容器设计中，经常面临着大开孔补强问题。
在壳体上开孔影响其承压能力，且开孔的大小、尺寸受到诸多限制，补强方法也多种多样。
本文总结了常用的几种开孔补强计算方法，如等面积法、分析法和压力面积法，并通过对某φ2000卧式容器开φ800孔的实例进行计算和分析，有助于设计人员更好地理解和应用这几种补强方法。
[关键词] 压力容器；大开孔；等面积法；分析法；压力面积法作者简介：王嘉瑶（1998—），女，湖北人，本科学历，在中泰创新技术研究院有限责任公司从事设备设计工作。
1 前言大开孔一般被定义为超过限制值的开孔。
大开孔会削弱壁厚的强度，且孔边缘薄膜应力和弯曲应力都较大，因此最常用的等面积法在大开孔上一般不能使用。
化工装置中，常使用带水包的压力容器，利用油水密度差进行油水分离。
而水包的公称直径普遍和设备直径较为接近，即d/D 较大，这时就需要考虑大开孔补强。
本文用三种方法对一个设计压力0.42MPa ，设计温度60℃，内径φ2000，C1=0.3mm ，C2=2mm 的卧式容器筒体上开φ800孔的设计实例进行计算和简单分析比较。
图1 圆筒开孔补强等面积法与分析法适用范围图2 算例示意图2 等面积法等面积法就是用补强材料在壳体开孔附近一段距离内对开孔削弱的承载面积给予等面积补偿。
它的理论基础仅考虑了壳体中存在的拉伸薄膜应力，类似双向受拉伸开有小孔的无限大平板上孔边的应力集中，所以对小直径的开孔安全可靠。
除此之外，还具有长期的使用经- 44 -论文广场石油和化工设备2021年第24卷验，开孔较大时只要对其开孔尺寸和形状等给予一定的配套限制，也能保证安全，是一般开孔的首选算法。
此方法适用于在受压筒体或者平封头上开圆孔、长短径比小于等于2的椭圆或长圆形孔。
因为本次开孔接管垂直于筒体，所以满足这部分要求。
压力容器大开孔补强计算【摘要】首先对压力容器大开孔补强计算中涉及的应力特点及强度分析进行阐述，然后将目前存在的三种主要的补强计算方法的计算原理、特点等做了详细的介绍，并对三种不同的方法的优缺点进行比较总结，从而要求设计的容器更加符合安全、经济等多方面的要求，实现优化设计的目的。
【关键词】压力容器大开孔补强等面积法分析法及有限元应力分析法在设计者设计容器及压力容器的过程中通常都需要设计计算壳体的大开孔补强，gb150-2011即钢制压力容器中规定了容器壳体开孔范围，根据壳体的内径不同，分别作了明确地规定，当内径小于1500毫米时，开孔的最大直径要小于等于二分之三的内径，且不能大于520毫米；而当其内径大于1500毫米时，开孔最大直径则应当小于等于三分之二的内径，且其直径不能大于1000毫米。
本文中的容器的大开孔指的是超过以上范围的开孔。
现如今，主要是通过等面积法、分析法及有限元应力分析法三种方法计算压力容器大开孔的补强。
1 大开孔应力特点及强度分析对压力容器的壳体做开孔后，容器开孔的边缘会形成较为复杂的应力状况，以下是对会引起的三种应力的详细描述。
1.1 局部薄膜应力一般来说压力容器的壳体承受的都是一次总体薄膜应力，指的是它承受的薄膜应力是均匀的。
而对其进行开孔后，会导致其面积的减少，即该截面的承载压力的面积减少，将会破坏其原有的均匀受力的情况，对开孔的周边其变化尤为明显，其应力会明显的增加，而对远离开孔的地方，其应力则基本不受影响。
此种仅在开孔附近发生变化的应力被称为局部薄膜应力，同时若这种应力引起失效，则被称为静力强度失效。
1.2 弯曲应力当容器开孔后，一般需要有另外的一个壳体与被开孔的容器相互贯通。
即需要设置接管、人孔。
两个相连通的壳体在压力的载荷作用下的直径的增大度一般来说不同，而当对其进行接管后，为了平衡、协调其不一致的变形，壳体自身通常会产生一种被称为边界内力的平衡力。
这些边界内力主要是通过在开孔的边缘或者接管的端部引起二次应力从而使其两部分在连接点上的变形能够相互协调。
压力容器开孔补强方法作者：马军伟来源：《中国新技术新产品》2015年第11期摘要：在工程应用中经常需要为满足各种工艺和结构上的要求在压力容器上开孔和安装接管。
容器开孔以后，开孔的地方会形成较大应力，这时需要进行补强，本文列举了一系列容器开孔方法，如等面积法、分析法以及压力面积法等。
关键词：大开孔；补强；压力容器中图分类号：TQ050 文献标识码：A1 前言随着石油化工技术以及海洋和空间等技术的发展，压力容器结构也不再像传统容器结构那样简单。
工艺以及结构需求的不同，使得容器的许多受压元件均要开孔接管，有时还需设计直径大于800mm的大开孔。
容器通过进行开孔，可以减弱其整体强度，使开孔边缘应力过于集中。
按照JB 4732规范提到的应力分类，容器开孔后的应力有以下几种：相贯线壳体变形造成的应力及峰值应力等等。
在容器设计制造中，国内对容器接管开孔补强一般采用以下几种方法：补强圈补强及厚壁接管补强等。
当补强圈补强与壳体厚度相等时，补强圈由于面积过大从而不能集中补强，而且壳体本身和壳体上的其它部件通常也会限制补强圈面积，因此补强圈补强一般适用于容器应力水平低，材料塑韧性好，且容器的工作条件比较优良的场合。
当采用厚壁接管补强时，由于接管与筒体的壁厚相差较大，增大了现场焊接难度和制造成本，若再出现接管力和接管弯矩作用时，接管的设计壁厚将急剧增加，将无法实现接管壁厚补强，因此接管壁厚补强一般适用于像仪表口等小直径接管的补强；而整体锻件补强由于受到锻件制造工艺的约束，目前一般用于封头人孔接管的补强，其结构尺寸大（DN500），成本高，制造难度大，周期长。
以上几种补强对小直径接管来说，优势非常明显。
但对于容器直径较大的（>800mm）开孔接管补强，会因为它的根部峰值应力过大，使得装置运行后，造成容器衬里脱落，甚至可能会造成装置停车。
从这个角度来看，传统的接管补强方法已经不能满足大型化装置。
针对以上情况本文介绍几种常用的压力容器大开孔计算方法。
压力容器开口补强及其在耐压试验工况下的应力校核摘要：阐述等面积法开口补强原理，并对及其在耐压试验下的校核提出分析讨论。
关键词：开口补强耐压试验压力应力校核由于工艺操作及壳体结构的要求，压力容器经常需要在壳体或封头上开孔。
开孔不仅会削弱结构本身的强度，同时也会因结构的不连续产生较大的应力集中，开口接管的应力校核是保障压力容器安全运行的重要环节。
在压力容器的设计中，一般可以把应力分为三类：一次应力、二次应力、峰值应力。
[1]压力容器的开口接管处理论上同时存在这三种应力。
等面积法补强是以两边受拉伸的无限大平板开小孔的应力集中作为理论基础的，补强准则是开孔截面的许用拉伸应力大于未开孔时该处的许用拉伸应力，仅涉及一次应力问题。
该法对二次应力通过开孔大小、长短径比值和开孔率来加以限制，认为在满足标准要求的范围内，二次应力不会对容器造成破坏。
对于峰值应力，等面积法没有考虑，所以标准要求等面积法不能用于疲劳容器。
即在标准要求的适用范围内，等面积法的设计过程仅是对一次应力的补强过程，本文在此基础上进行以下讨论。
GB/T150-2011[2]并未对耐压试验工况下壳体的开口补强校核做强制性要求，标准规定，只有当耐压试验压力大于标准要求的最小值时，才应在耐压试验前，校核各受压元件在试验条件下的应力水平，并提出了壳体元件的应力校核条件。
但是标准要求的试验压力最小值超过了正常操作时的设计压力值，在此情况下不要求耐压试验应力校核是否合理？我们通过以下讨论说明。
内压工况下，GB/T150-2011[2]要求的耐压试验最小值为：(1)液压试验y的取值为1.25。
液体耐压试验的压力为，可以看做设计温度和试验温度下压力的折算，而液压实验的超压试验性，主要体现在系数1.25上，现从以下几方面加以阐述和论证。
一、弹性失效准则下的筒壁应力分析根据拉美公式，仅受内压的圆筒筒壁的应力分布见表1：表1 内压工况厚壁圆筒筒壁应力值内壁处外壁处注：表中为所受内压，，将表1三个主应力分别代入常规设计的弹性失效设计准则：最大拉应力准则、最大切应力准则、形状改变比能准则，得到相应准则下应力强度和径比计算公式，同时将中径公式的相应参数汇总，见表2所示。
第十二章 压力容器开孔与接管一. 重点1. 壳体开孔的压力特点2. 开孔接管的应力集中系数的定义3. 开孔补强的目的4. 开孔补强的结构及方法5. 等面积补强的原则6. 等面积补强计算面积有哪些? 二. 壳体上开孔的原因 三. 壳体上开孔后产生的问题1. 开孔后,造成壳壁不连续,在孔边缘产生应力集中2. 接管后,壳体与管的结构不连续,产生的附加弯应力3. 壳体接管的拐角处,由于r 引起的局部应力.结果:使孔附近的应力比薄膜应力大5-6倍,产生疲劳破坏和脆裂12.1 容器壳体开孔时的应力分析一.平板开小圆孔的应力分析 分析条件: 板长,宽>>孔径2a 载荷q//作用于板上1. 单向拉伸时的应力分析(1) 孔区附近的应力解 (12-1)式 利用弹性力学理论解知(2) 孔边缘处的应力特点: ①r=a 时 孔边缘处的应力⎪⎩⎪⎨⎧-===)2cos 21(00θστσθθq r r②r=a 时 孔边缘处的周向应力分布特点:qq qq 320=±=-==θθσπθσπθ方向的时，垂直于当方向的时，平行于、当③r>a 时θσ随r 的增大而迅速减小.由(12-1)式可知. 2. 双向拉伸时的应力分析: 二.薄球壳开小孔的应力分析1.分析对象:在开孔区域的壳近似板较小较大球半径≈⎪⎩⎪⎨⎧==qq q DR 21δ 2.孔区附近的应力解利用q q q ==21代入(12-4)可知(12-5),即112222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θθτσσr r r a q r a q 3. 孔边缘处的应力特点:①当r=a 时,孔边缘应力⎪⎩⎪⎨⎧====max 200σστσθθq r r②孔边缘应力θσ=孔区域薄膜应力q 的2倍. 四. 圆筒壳开小孔1.分析对象: k 较大, D /δ较小, )2(221φθσσ== q q2.应力解: 利用212q q =代入(12-4)可知(12-6)3.孔边缘处的应力特点: (1)当r=a 时⎪⎩⎪⎨⎧-===)2cos 23(02θστσθθq r r (2)θσ在孔边缘r=a 处的分布规律:⎪⎩⎪⎨⎧==±====2max 2min 20q q σσπθσσπθθθ时，当时，、当说明:max θσ比孔口区域筒壳中θσ大2.5倍.(θσ212112==q q ) 五. 平板开椭圆孔的应力分析 1.单方向受拉伸时的应力分析(1)长轴平行于受拉方向时:①孔口处r=a 时的应力解(12-8)由于其应力表达式较复杂,仅给出最重要的孔口应力表达式,即⎩⎨⎧-===)812(0θθστσr r②特点:孔口处的θσ分布规律:)21(201max1min ab q q +==±=-===θθθθσσπθσσπθ时，在短轴的两端当时，在长轴两端、当(2)长轴a 垂直于受拉方向时 ①孔口处的应力解(12-9) ②孔口处的θσ分布规律2min 2max 2)21(0q b aq -==±=+===σσπθσσπθθθ时，在短轴两端：当时，在长轴两端：、当:2.双向受拉伸时的应力分析 122q q =(1)孔口处的应力解:由(12-8)与 (12-9)叠加即知(12-10) (2)孔口边缘处的θσ分布规律(特点)由(12-10)可知: 在长轴的两端 212m a x )25.0()21(q b aq b a q +=-+==σσθ 在短轴的两端 21min)21(q abq -+==σσθ说明:开椭圆孔时,最大应力在孔边缘πθ、0=处(在长轴两端)§12.2 开孔接管处应力集中系数的计算一.开孔接管时的应力集中1.壳体上开孔与平板开小孔有以下差别:(1)开孔不是小孔. 如:人手孔 .故开小孔的假设不成立其理论不能运用.(2) 容器壳体是曲面,与平板不同. 因为在开孔处由于曲面的影响,壳体存在弯曲应力 (3)容器开孔接管后,接管对开孔边缘有约束作用.而平板开小孔理论,没有考虑接管约束问题,所以对 开孔接管问题,必须寻求新的分析方法.2.接管区的应力分析(1)利用”力法”可求出该区域的应力分布情况和应力值 “力法”:根据平衡,几何和物理方程(2)根据理论计算和实际结果,查接管区的应力分布图12-7 二开孔接管处的应力集中系数计算1. 应力集中系数K 的概念: (1)作用: 求接管处的最大应力峰值max σ(2)定义: 壳体基本薄膜应力设备实际最大应力=K如:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===n ini pD K pD K K δσδσσσθ44max max max筒壳：球壳：2. K 的确定方法(1)应力指数法 ①K 的大小: 查表12-1 ②:适用条件 P 235 (1)-(4) 注:径向接管:接管轴线与壳体半径同一方向 非径向接管:轴线与壳体半径不同方向(2)应力集中系数曲线: ①曲线形成: 由理论与实践综合绘出 ②适用条件: 不能用指数法时采用 ③曲线种类: 图12-12 球壳 平齐 图12-13 球壳 内入 图12-14 圆壳 平齐④曲线适用条件:⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤150304.001.0n R R r δ当n R δ<30时,表明壳体很厚,则K 取的比曲线值小 当n Rδ>150时,壳体很薄,则K 取的比曲线值大些.因为开孔造成弯曲应力效应大. 3. 应力集中系数曲线的推广应用 (1) 可用于补强壳体 注意:利用曲线查K 时,将nntδδ改用n t n δδ'nt δ为接管厚度, t n 'δ为加强后的厚度将开孔系数ρ中的n δ改用'n δ 查'n δ下的K 值 (2) 椭圆封头上开孔的K. 不同点:当量半径R=K 1R i其中:R 是封头的当量半径; K 1是修正系数,与a/b 有关,查表12-2, R i 是封头内半径.§12.3 开孔补强设计一.开孔补强的概念1.开孔补强的目的:降低开孔接管处的应力峰值. 因为容器的强度条件[]φσσ⋅≤t max ,所以应力峰值降低,设计时[]t σ降低,nδ降低.[]ctic p D p -=φσδ22.开孔补强设计的定义:为降低应力集中系数,而作的计算与结构设计 二.补强结构(补强元件类型)1.加强管补强 (1)结构 图12-15.(d),(f) 即在开孔处焊接一段加厚的接管 (2)特点:环焊缝少.易探伤,结构简单 (3)适用范围:低合金钢,高压设备2.整体锻件补强: (1)结构:图12-15 (g),(h),(i) (2)特点: 优: 对焊,易探伤 抗疲劳性能好 缺: 成本高,加工难 (3)适用范围:高压 重要设备 (3)加强圈的补强: ①结构: 图12-15. (a),(b),(c) ②特点: 优:简单,易加工,使用经验丰富 缺:抗疲劳性能差,热应力大,K 大. ③适用范围: P 241 ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤385.1540un s MPa σδσσ补三:壳体开孔的有关规定1. 允许不补强时开的最大孔直径 P 242.(1)-(4) ① P c ≤2.5MPa②开孔中心距A>=两孔直径和的2倍. )(221φφ+≥A ③接管外径d 0<=89mm④接管最小壁厚min σ满足表内要求.2. 壳体上允许开的最大孔直径d max , P 242.(1)-(3)(1) 圆筒⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤≤≤≤≤m m D d D m m D d D i i i i 10003150052021500max max 且时，且时， (2) 凸形封头与球壳的2max iD d ≤(3) 锥壳或锥形封头的3max i Dd ≤(D i 为开孔中心处的锥壳内径)注:椭圆,碟形过度段部分开孔时,孔中心线垂直于封头表面. 四.等面积补强计算方法1.各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类)]因为补强的目的是降低开孔接管处的应力值,对这个应力值限制在什么范围内,就出现了各种补强准则.(1) 等面积补强准则 (2) 极限分析法 (3) 安定性理论(4) 其它方法: 实验屈服法实验应力法等 2常用的开孔补强准则-----等面积补强准则 3等面积补强的原则在补强区(在邻近开孔处附近处)所加补强材料的截面积A 0应与开孔而失去的截面积A 相等.即A 0=A其含义:在于补强壳壁的平均强度,用开孔等面积的外加金属来补强被削弱的壳壁强度. 4.等面积补强计算方法. P 243 (1)判断是否要补强计算满足不另行补强的最大开孔直径的条件者,不补强 (2)计算开孔失去的面积A. （3）确定补强区的有效范围 有效宽度ntn d B dB δδ222++== 取大值有效高度h 外伸长度dh nt δ=1内伸长度ntd h δ=2 取小值（4）计算有效补强面积0A43210A A A A A +++=1A ——壳体承受内压或外压所需设计厚度之外的的多余金属面积 )1)()((2)(1r e nt e f c d B A ------=δδδδδ）（2A ——接管承受内压或外压所需的设计厚度d δ之外的多余金属面积 r nt r d nt f c c h f c h A )(2)(22212--+--=δδδ其中 )(d e δδ 计算设计厚度c 厚度附加量 21c c c +=r f 强度削弱系数3A ——补强区焊缝面积2)21(3⨯⨯=高底A4A ——补强区内另加的补强面积（加强圈面积）（5）判断 当A A A A A ≥++=3210时， 不用补强。
压力容器开孔补强用压力面积法和等面积法的分析和比较仲砒广州工程有限公WL广东广州f［摘要］本文主要通过对压力容器开孔补强用压力面积法和等面积法的的分析和比较，展现两种补强方法的差异，以及在工程应用中应该注意的问题。
［关键词］压力容器；开孔补强；压力面积法：等面积法补［中图分类号］TQ［文献标识码］A［文章编号］1007-1865(2019)21-0107-01Analysis and Comparison of Pressure Area Method and Equal Area Method forPressure Vessel Opening ReinforcementYao Li(Static Equipment,Sinopec Guangzhou Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou510620,China) Abstract:In this paper,through the analysis and comparison of pressure area method and equal area method for the reinforcement of pressure vessel openings, the differences between the two methods and the problems that should be paid attention to in engineering application are presented.Keywords:pressure vessel:opening reinforcement；pressure area method；equal area method1前言压力容器为了操作和检修会设置各种大小的开孔接管，容器开孔处因结构不连续承载强度受到削弱会产生较大局部应力，再加上接管上会有各种附加载荷产生的应力、温差应力以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用，往往是容器的薄弱位置，成为容器破坏的原发部位，所以要对开孔接管处进行开孔补强。
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：
maxtK
（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Kt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：
2sin3212
2cos31212
2cos341212
4222422242222
2
rarararararara
rr
（2）
平板开孔的最大应力在孔边 2处， 孔边沿ar处： 3,0max2
r
应力集中系数：0.3maxtK 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，2max , 应力集中系数0.2maxtK 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21pD，42pD，如果开有小圆孔，则孔边附近任意点的受力为：
2sin3214
2cos31414
32cos34122312422214212242222122rararara
rarara
rr
（3）
Fig. 3 Variation in stress in a cylindrical shell containing a circular hole 孔边处r1r3r=a,=0,=(-con2),=02。但是在孔边=2处最大，孔边处径向截面处的应力集中系数Kt＝2.5。而在另一个截面，即轴向截面的孔边r=a,处的最大应力1=0.5，此处应力系数Kt＝0.5，比径向截面的应力集中系数小得多。 其他情况，例如开椭圆孔以及排孔等情况详见国标规定。针对开孔部位的壳体或者封头壁厚为，直径为D，开孔的孔径为d时，在接管根部开孔边缘处的应力集中现象呈现如下的特点： ➢ 最大应力在孔边，是应力集中最严重的地方； ➢ 应力集中具有局部性，其范围也是极为有限的； ➢ 应力集中的情况和开孔的孔径与直径的相对尺寸d/D成正比，开孔不宜过大； ➢ 应力集中和D/成反比；所以增大开孔四周壳体的壁厚，则可以极大改善应力集中的情况，因此在开孔周围一定的范围内，采用焊接补强圈的方法。 ➢ 球壳上开孔的应力集中系数稍低于通体上开孔的应力集中系数；因此在可能的情况下，在封头上开孔，优于在壳体上开孔。 5、应力集中对容器安全的影响 ➢ 接管和壳体均为具有良好塑性的材料制成，如果容器内介质压力平稳，对容器的安全使用不会有太大的影响； ➢ 如果容器内有较大的压力波动，则应力集中区的金属在交变的高应力作用下会出现反复的塑性变形，导致材料硬化，并产生疲劳破坏。应力集中是产生疲劳破坏的根源。 6、开孔并带有接管时的应力集中系数 以上讨论的是仅在壳体上开孔，但是在实际中通常是还在开孔处有接管，开孔处因为接管与壳体在内压作用下发生变形协调而导致不连续应力出现。例如球壳与圆管的连接如下图所示。因此接管对开孔边缘处的应力集中影响也需要考虑。
Fig. 4 Deformation and internal forces in the opening of sphere shell 应力集中系数曲线：为了便于设计、对不同直径的和不同厚度的壳，带有不同直径与接管，按理论计算得到的应力集中系数绘制成一组组曲线。应力集中系数曲线图绘制根据： ●壳体的直径，壳体厚度； ●接管的直径，接管厚度； ●接管形式的平齐接管，插入接管,的不同而绘制。
第二节 容器的开孔补强 开孔部分的应力集中将引起壳体局部的强度削弱，若开孔很小并有接管，且接管又能使强度的削弱得以补偿，则不需另行补强。若开孔较大，就要采取适当的补强措施。 一般容器只要通过补强将应力集中系数降低到一定的范围即可。按“疲劳设计”的容器必须严格限制开孔接管部位的最大应力。经过补强后的接管区可以使应力集中系数降低，但不能消除应力集中。 1、开孔补强的基本原则 当在容器开孔后，由于各种强度富余量的存在，开孔并非都要补强。而在孔周围不需要进行补强的规定，称为开孔补强设计的基本原则。 （1）允许不补强开孔的原因 ●应力集中的局部性原因，根据应力集中的局部性特征，开孔附近的峰值应力，不会产生壳体的整体屈服； ●当应力集中系数小于时，开孔附近除疲劳断裂外，不产生一般的强度破坏； ●容器有效壁厚，是在计算壁厚值加上壁厚附加量，按商品钢板系列的圆整值。一般大于强度值的要求，从整体上得到了加强。 ●在壁厚计算公式中，焊缝系数一般小于1， 在规定中，明确指出，开孔不允许在焊缝影响区内，则认为开孔区的强度承载能力高于焊缝区。 （2）允许不另行补强的最大开孔直径 a.不另行补强的最大孔径为 mmDd14.0 b.当两孔中心之间的间距大与两孔直径之和的两倍时，则每一孔均可视为单个开孔。 2、开孔补强形式 （1）内加强平齐接管： 将补强金属加在接管或壳体的内侧。
补强r
补强r （2）外加强平齐接管：将补强金属加在接管和壳体的外侧
补强r补强r
（3）凸出接管对称加强：采用突出接管，接管的内伸端与外伸端同时加强形式 只加强接管补强只加强壳体补强同时加强壳体与接管补强
（c）凸出接管对称加强 （4）密集补强形式：补强金属集中在接管与壳体的连接处 S0
St0
r4
r3
补强
ri
S0
ri
St0
r4
补强
S0
St0
补强
（d）密集补强开孔补强形式
以上四类补强形式，从补强的效果，即补强所附加金属起到的实际作用，实践证明了密集补强效果最好。对称凸出接管列第二，外加强最差。 3、补强结构 （1）贴板补强结构 贴板补强结构是在开孔周围贴焊一个补强圈，补强圈的材料和厚度一般与壳体相同。 （a）需要保证补强圈与壳体全面贴合； (b)需要保证焊缝的全焊透结构； (c) 在补强圈上开有M10的通孔，以充气检验其焊透性； （d）常用场合：中低压容器。
acb （2）接管补强结构：即在开孔处焊接一段加厚的接管，加厚接管处于最大应力区，故能有效的降低应力集中系数。 （a）优点：结构简单，焊缝小，容易对焊缝质量进行检验 (b)缺点：焊缝处在最大应力区内； (c)当用于重要设备时，应保证焊缝的全焊透性。焊缝磨平，进行无损探伤。 （d）常用场合：低合金钢容器或某些高压容器。
def接管补强 （3）整锻件补强结构： 将接管于壳体连同加强部分做成一整体锻件。 （a）优点：补强金属集中于开孔应力最大部位，应力集中系数最小。焊缝及热影响区离开最大应力点位置，抗疲劳性能优越。 (b)缺点：锻件供应困难，制造烦琐，成本较高。 （c）常用场合：只用于重要的设备，如高压容器，核容器等。
