自緊式橢圓形人(手)孔開孔補強計算

扈如俊

(江蘇省特檢院揚州分院)

自緊式橢圓形人(手)孔開孔補強計算

扈如俊*

(江蘇省特檢院揚州分院)

針對低壓的壓縮空氣儲罐和鍋爐汽包上常遇到的自緊式橢圓形人(手)孔的開孔補強計算，進行了分析討論。

壓力容器 自緊式橢圓形人(手)孔 開孔補強

符號說明

A——開孔削弱所需的補強面積，mm2；

Ae——補強面積，mm2；

A1——筒體有效厚度減去計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半軸；

B——有效補強寬度，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，取接管內直徑加2倍腐蝕裕量，mm；

fr——強度削弱系數，等于設計溫度下接管材料與筒體材料許用應力之比，當該比值大于1.0時，取fr=1.0；

h1——接管外側有效補強高度，mm；

h2——接管內側有效補強高度，mm；

pc——計算壓力，MPa；

δ——筒體開孔處的計算厚度，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——接管計算厚度，mm；

Φ——接管焊縫系數；

在壓力容器設計中，有時會遇到自緊式橢圓形人(手)孔的結構，特別是在低壓的空氣儲罐和鍋爐汽包上經常遇到，橢圓形人(手)孔的長短軸之比一般為4∶3。受壓情況為筒體受內壓，人(手)孔短節受外壓。下面就分析其開孔補強的計算方法。

1 開孔補強計算方法的選擇

GB150.1～4-2011《壓力容器》規定的開孔補強計算方法包括等面積法和分析法。兩種開孔補強計算方法的適用范圍在標準中有明確的規定。一般來講，等面積法計算簡單一些，適用于壓力不太高、開孔直徑相對于殼體直徑不太大和允許采用補強圈結構補強的場合；分析法計算復雜一些，適用的范圍更廣，可用于壓力高、開孔直徑相對于殼體直徑較大，但該方法要求補強結構型式為整體補強結構，不允許采用補強圈結構補強。因此，對于壓力不高的空氣儲罐和鍋爐汽包上的橢圓形人(手)孔的開孔補強計算，宜選用等面積法計算。

2 等面積法開孔補強計算

開孔補強的計算截面的確定，按照GB150.1～150.4-2011的規定：對于圓筒或錐殼開孔，該截面通過開孔中心點與筒體軸線。由于在容器上開有橢圓形孔時，其最大應力不僅和橢圓孔的布置方位有關，而且和橢圓孔的長短徑之比有關，當筒體環向開橢圓孔時，其短軸孔邊的最大周向應力為σmax=σ(1+4b/a)，長軸孔邊的最大周向應力為σmax=σ(2a/b-1)，因等面積補強設計是以通過開孔中心且過殼體軸線的縱截面為基礎，故應使短軸兩端的周向應力不小于長軸兩端的周向應力，即σ(1+4b/a)≥σ(2a/b-1)，由此可得a/b≤2，即當采用等面積補強方法時，容器上橢圓孔的長短之比應不大于2.0。因此，開孔補強應該對周向進行補強計算。顯然，橢圓形人(手)孔的開孔計算截面應該是圖1的A-A截面，A-A截面剖視圖如圖2所示，有效補強范圍按圖2中矩形WXYZ范圍。

圖1 橢圓形人孔

圖2 開孔補強示意圖

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

3 結束語

筆者結合標準分析了自緊式橢圓形人(手)孔開孔補強的計算方法和過程，并按照該計算過程確定補強截面，即確定開孔直徑，計算出補強截面處接管的計算厚度，進而確定開孔補強面積。

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。江蘇省揚州市，225200。

TQ053.2

A

0254-6094(2015)01-0057-02

2013-08-06，

2015-01-06)