固定式压力容器-非圆形截面容器.pdf

GB 150.3—2010 1附 录 A （规范性附录） 非圆形截面容器 A.1 总则 A.1.1 本附录适用于非圆形截面单层焊接容器的设计、制造和验收除了本附录规定的条款之外，按本附录设计和制造的容器还应符合本标准其他部分的有关条款要求 A.1.2 本附录给出的设计方法所适用的容器其截面形状为矩形、 长圆形和椭圆形， 如图 A.1~图 A.8、A.10~图 A.13 所示其他形状截面的非圆形容器可按其他分析方法计算薄膜应力和弯曲应力，然后按本附录的强度条件进行校核 A.1.3 本附录的计算公式仅考虑内压载荷引起的薄膜应力和弯曲应力，对于由其他机械载荷（如支座、 接管或其他构件产生的反作用力） 引起的局部应力以及热应力应按其他合适的方法进行计算，强度条件可按 A.3 确定 A.1.4 本附录的计算公式适用于容器纵横比（容器长度与横截面内侧长边长度或长轴之比）大于 4的情况对于纵横比小于 4 的容器，仍可用本附录的公式进行计算，但结果将偏于保守若考虑端盖的加强作用，也可采用更精确的方法进行设计计算 A.1.5 按本附录进行容器的设计计算时，应先确定结构尺寸（如厚度、加强件尺寸等） ，然后按要求进行应力计算和校核，直至满足强度要求为止。

A.2 符号 A —— 参数，见表 4.1，mm； A1 —— 短边平板上加强件的横截面积，mm2； A2 —— 长边平板上加强件的横截面积，mm2； A.3 —— 参数，见表 4.1，mm； a —— 椭圆截面中面长轴半径（见图 A.5） ，mm； B —— 参数，见表 4.1，mm2； b —— 椭圆截面中面短轴半径（见图 A.5） ，mm； c —— 板截面或板与加强件组合截面中性轴至计算截面内表面的距离 ci或至计算截面外表面的距离 co在对内、外表面的弯曲应力计算中，应分别以 ci或 co代入，mm； C1 —— 参数，见表 4.1，mm2； C2 —— 参数，见表 4.1，mm2； D1 —— 参数，见表 4.1，mm3； D2 —— 参数，见表 4.1，mm3； dj —— 焊缝至中心线的距离（见图 A.1~A.4，A6~A8） ，mm； E —— 常温时材料的弹性模量，MPa； Et —— 设计温度下材料的弹性模量，MPa； GB 150.3—2010 2 F —— 参数，见表 4.1，mm4； H —— 矩形容器短边内侧长度，mm； H1 —— 矩形容器短边加强件中心线长度（见图 A.6） ，mm； h —— 矩形容器长边内侧长度，mm； h1 —— 矩形容器长边加强件中心线长度（见图 A.6） ，mm； I —— 板截面的惯性矩，计算式见表 4.1，mm4； I11 —— 在有效宽度 W 范围内，厚度为δ1的平板与加强件组合截面惯性矩，mm4； I21 —— 在有效宽度 W 范围内，厚度为δ2的平板与加强件组合截面惯性矩，mm4； I22 —— 非对称截面容器中厚度为δ22的侧板的惯性矩，mm4； J —— 应力参数，见表 A.3； J2 —— 应力参数，见表 A.2； J3 —— 应力参数，见表 A.2； K —— 参数，见表 4.1； K1 —— 参数，见表 4.1； K2 —— 参数，见表 4.1； k —— 参数，见表 4.1； k1 —— 参数，见表 4.1； k2 —— 参数，见表 4.1； L —— 无外加强或外加强的长圆形容器 （见图 A.4 和图 A.8） 以及无外加强带圆角矩形容器 （见图 A.3）的长边侧板半长，mm； L0 —— 外加强带圆角矩形容器长边上加强件的半长（见图 A.7） ，mm； L1 —— 容器轴向长度，mm； L11 —— 外加强带圆角矩形容器长边上加强件边缘到圆角边缘的距离（见图 A.7） ，mm； Lh —— 孔中心矩，mm； Ls —— 加强件起加强作用的有效宽度，对非加强容器取 1，mm； l0 —— 外加强带圆角矩形容器短边上加强件的半长（见图 A.7） ，mm； l1 —— 无外加强带圆角矩形容器（见图 A.3）的短边侧板半长，mm； l11 —— 外加强带圆角矩形容器短边上加强件边缘到圆角边缘的距离（见图 A.7） ，mm； MA、Mr —— 弯矩，N⋅mm； N —— 参数，见表 4.1； pc —— 计算压力，MPa； R —— 椭圆形容器大圆弧区中面半径（见图 A.5 和图 A.10） ，计算式见表 4.1，mm； r —— 长圆形容器内半径（见图 A.4）或椭圆形容器小圆弧区中面半径（见图 A.5 和图 A.10） 。

当为椭圆形容器小圆弧区中面半径时，计算式见表 4.1 ，mm； W —— 有效板宽，mm； α —— 参数，见表 4.1，mm； ； α1 —— 参数，见表 4.1； α2 —— 参数，见表 4.1； α3 —— 参数，见表 4.1； GB 150.3—2010 3β —— 系数，见表 4.1； δ1 —— 容器短边平板的计算厚度，mm； δ2 —— 容器长边平板的计算厚度，mm； δ22 —— 非对称矩形截面容器长边侧板中较厚件的计算厚度，mm； γ —— 参数，见表 4.1； γ1 —— 参数，见表 4.1； ηb —— 针对弯曲应力的开孔削弱系数； ηm —— 针对薄膜应力的开孔削弱系数； σb —— 弯曲应力，MPa； σm —— 薄膜应力，MPa； σT —— 总应力，MPa； [σ]t —— 设计温度下材料的许用应力，MPa； ReL、Rp0.2 —— 常温下材料屈服点，MPa； R teL、R tp0.2—— 设计温度下材料屈服点，MPa； φ —— 焊接接头系数； φ —— 参数，见表 4.1 表 A.1 计算参数表 序号 计算参数表达式 单位 1 A = r (2γ +πα2) mm 2 A.3 = r1(2γ1 +π) mm 3 B = r2 (γ2 +πγα2 + 2α2) mm2 4 C1 = r2 (2γ2 +3πγα2 + 12α2) mm2 5 C2 = r12 (2γ12 +3πγ1 + 12) mm2 6 D1 = r3 (γ3 +2πγ2α2 + 12γα2+2πα2) mm3 7 D2 = r3 (4γ3 +6πγ2α2 + 24γα2+3πα2) mm3 8 F = (3AD1 -2BC1)/(AD2-6B2) mm4 9 123 1 1δ⋅=sLI mm4 10 123 2 2δ⋅=sLI mm4 11 K = (I2 /I1)α 12 K1 = 2k2+3 13 K2 = 3 k1+2k2 14 k = (I21 /I11)α 15 k1 = (I22 /I2) 16 k2 = (I22 /I1)α GB 150.3—2010 4 表 A.1（续） 序号 计算参数表达式 单位 17 N = K1K2 - k22 18 ()[] bbababaR22222−−++= mm 19 ()[] abababar22222−−++=mm 20 α = H/h 21 α1 = H1/h1 22 α2 = I2/I1 23 α3 = L/l1 24 β = h/Ls 或 H/Ls 25 γ = L/ r 26 γ = L/ r1 27 ϕ = r/ l1 A.3 非圆形截面容器设计的强度条件 A.3.1 本附录要求对非圆形截面容器中的薄膜应力和弯曲应力进行计算和校核。

压力和机械载荷引起的薄膜应力应不大于[σ]tφ ； 压力和机械载荷引起的总应力(即薄膜应力与弯曲应力之和)应不超过以下数值： （1）无加强容器（图 A.1~A.5）的侧板或外加强带圆角矩形容器上无加强圆角处（图 A.7）取，1.5[σ]tφ ； （2）外加强容器的组合截面处， （a）碳素钢、低合金钢、铁素体不锈钢取：φ5 . 1t eLR； （b）奥氏体不锈钢取：φ⋅t pR2 . 09 . 0 和φ5 . 12 . 0pR两者中小值 A.3.2 在对焊缝处的应力进行校核时，A、B 类接头的焊接接头系数按 取值C、D 类焊缝的结构和焊脚尺寸应符合附录 D 中图 D11 和图 D13 规定的要求，其焊接接头系数可取为 1.0 A.3.3 （1）对无加强容器，只需计算侧板的薄膜应力和总应力，然后对该薄膜应力和两个总应力按 A.3.1 进行校核 （2）有加强但加强件的许用应力和屈服点与容器壳体相同时，只需计算侧板、侧板与加强件组合截面的薄膜应力以及侧板与加强件组合截面内、外表面的总应力，然后对该薄膜应力和两个总应力按 A.3.1 进行校核 （3）当有加强且加强件的许用应力和屈服点与容器壳体不同时，应对壳体和加强件分别计算和校核其薄膜应力以及内、外壁处的总应力。

GB 150.3—2010 5A.3.4 计算得到的总应力应为薄膜应力与弯曲应力的代数和薄膜应力与弯曲应力的正、负号规定如下： （1）薄膜应力以拉应力为正，以压应力为负； （2）计算内压作用下的弯曲应力，对于 A.3.3（1）和 A.3.3（2）的情况，co总是取负号，ci总是取正号；对于 A.3.3（3）的情况，如应力计算点在组合截面中性轴的内侧，则 co或 ci取正号，否则，co或 ci取负号 A.4 无加强的非圆形截面容器 A.4.1 对称矩形截面容器 A.4.1.1 结构 本节计算公式适用的对称矩形截面容器如图 A.1 所示容器的两对边侧板厚度应相等，但相邻侧板的厚度可不相等 图 A.1 对称矩形截面容器 A.4.1.2 应力计算 （1）短边侧板 侧板上 N 点和 Q 点的薄膜应力按式（A-1）计算： 1cQ m(1)N m2δσσhp ⋅==·······························（A-1） 侧板上N点和Q点的弯曲应力分别按式（A-2） 、式（A-3）计算： GB 150.3—2010 6 ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ +++−⋅⋅⋅=KK ILhcp 115 . 1122 21s2 cN bαασ ·······························（A-2） ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ++⋅⋅⋅=KK ILhcp 11 1221s2 cQ b(1)ασ ·······························（A-3） N点和Q点的总应力分别按式（A-4） 、式（A-5）计算： N bN mN Tσσσ+= ·······························（A-4） Q b(1)Q m(1)Q T(1)σσσ+= ·······························（A-5） （2）长边侧板 侧板上M点和Q点的薄膜应力按式（A-6）计算： 2cQ m(2)M m2δσσHp ⋅==·······························（A-6） 侧板上M点和Q点的弯曲应力分别按式（A-7） 、式（A-8）计算： ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ +++−⋅⋅⋅=KK ILhcp 115 . 11222s2 cM bασ ·······························（A-7） ⎟⎟ ⎠⎞ ⎜⎜ ⎝⎛ ++⋅⋅⋅=KK ILhcp 11 1222s2 cQ b(2)ασ ·······························（A-8） M点和Q点的总应力分别按式（A-9） 、式（A-10）计算： M bM mM Tσσσ+= ·······························（A-9） Q b(2)Q m(2)Q T(2)σσσ+= ·····························（A-10） （3）考虑封头的加强作用 当容器纵横比（L1/H或L1/h）小于2时，设计中可考虑封头的加强作用，侧板中点N和M处的弯曲应力为式（A-2）和式（A-7）的计算值分别乘以表A.2中的系数J2；容器拐角Q点的弯曲应力为式（A-。