不銹鋼烘筒封頭與筒體采用搭接連接形式的探討

楊海艷

摘 要：不銹鋼烘筒封頭和筒體搭接連接結(jié)構(gòu)的合理性，本文采用標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和邊緣效應(yīng)角度來探討。分析表明是合理的。

關(guān)鍵詞：不銹鋼烘筒封頭與筒體;搭接連接;合理性

不銹鋼烘筒封頭和筒體連接形式有碟型、平板、S型和外鼓形。其中碟型、平板、S型占主流產(chǎn)品，原因是此種設(shè)備占地空間小。以上形式的烘筒與封頭連接方式有對接連接、角接連接和搭接連接。其中搭接連接方式占主流。我國烘筒行業(yè)采用搭接連接方式已經(jīng)有三十多年的使用歷史。實踐反饋這種連接方式是成熟的。

不銹鋼烘筒屬于特種設(shè)備管理的壓力容器，采用搭接連接的不銹鋼烘筒出廠首次定期檢驗就被判定監(jiān)控使用或不得使用。（判定依據(jù)TSG 21-2016中第8.5.3中（2）條，“封頭與筒體的連接，如果采用搭接結(jié)構(gòu)。可以定為4級或者5級。”）這種判定是否合理？下面本文采用標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和邊緣效應(yīng)角度來探討這種連接方式的合理性。

1 封頭與筒體采用搭接連接形式，結(jié)構(gòu)的合理性。

TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱大容規(guī)）的第10.1條，“滿足本規(guī)程基本安全要求的標(biāo)準(zhǔn)稱為本規(guī)程的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)。本規(guī)程的主要協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）GB150《壓力容器》……”也就是說，滿足GB150相關(guān)設(shè)計、制造、檢驗和驗收要求的壓力容器，同時就滿足了大容規(guī)的基本安全要求。

本文探討的封頭與筒體的連接形式為搭接連接，符合GB150.3附錄D.5，所以結(jié)構(gòu)是合理的。至于大容規(guī)的8.5.3條第（2）款中，“如果采用搭接結(jié)構(gòu)，可以定為4級或5級”。筆者的理解是，大容規(guī)第8章定期檢驗部分，是由TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》合并進(jìn)來的，該規(guī)范包括其前身，90版的《在用壓力容器檢驗規(guī)程》，這句話一字未改。所以，筆者認(rèn)為這里的搭接結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是指90版的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的圖3-1所示的結(jié)構(gòu)（詳見下圖），不包括GB150.3附錄D.5的結(jié)構(gòu)。圖3-1所示接頭型式不允許采用。圖a為不銹鋼烘筒封頭與筒體搭接連接方式（GB150.3附錄D.5）

2 邊緣效應(yīng)

一般壓力容器都是由圓柱殼（筒體）和端部封頭（橢圓封頭、球形封頭、平封頭等）連接而成。壓力容器正常工作時不允許在連接處或截面形狀有變化的地方出現(xiàn)變形異常，如凸起、凹陷或開裂等變形不連續(xù)的情況。以筒體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭或球形封頭相連接為例，在端部邊緣處它們的薄膜位移值均不相同，筒體與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭二者薄膜位移差值為2，筒體與球形封頭的薄膜位移差值0.5，因此，在連接處出現(xiàn)了位移值的不連續(xù)，但實際上容器上并沒有出現(xiàn)變形異常情況，原因是在工作壓力下降了有整體的薄膜應(yīng)力外，在邊緣處還有其他的應(yīng)力存在，使得筒體與封頭連接處的變形連續(xù)條件得以滿足。這種應(yīng)力就叫作“邊緣應(yīng)力”，這種應(yīng)力對筒體或封頭的影響稱為邊緣效應(yīng)。邊緣效應(yīng)具有很強(qiáng)的局部性質(zhì)。

由《壓力容器設(shè)計的力學(xué)基礎(chǔ)及其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用》文獻(xiàn)的式（7-21）和式（7-22），取泊松比μ=0.3時，在承受均勻內(nèi)壓的情況下，圓柱殼（筒體）和標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的端部邊緣處它們的薄膜位移分別為：

可見筒體與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭搭接連接比對接連接時，由于變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的邊緣應(yīng)力要小很多。

3 結(jié)束語

由此可見，不銹鋼烘筒封頭與筒體采用搭接連接無論從設(shè)計角度考慮的邊緣效應(yīng)，還是標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)角度都有充分的依據(jù)，并且?guī)资甑膶嵺`使用經(jīng)驗都證明確實是可行的。

參考文獻(xiàn)：

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