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關于ASME Ⅷ-1分篇偏置接管等面積補強法開孔補強校核計算

關于ASME Ⅷ-1分篇偏置接管等面積補強法開孔補強校核計算

壓力容器設計過程中,無論是國標還是ASME或者其他國家標準,開孔補強是經常遇到的強度校核計算,而采用最多的補強方法是等面積補強法。在ASME標準中,常用的開孔補強方法有等面積補強法、壓力面積法和大開孔(附錄1-7)補強法,其中最常用的也是等面積補強法。

  與其他方法相比,等面積補強法的優勢在于它不受開孔位置、開孔方向和方位以及外壓的限制,比如在封頭、筒體、錐段的任何位置,任何角度都可以用這個方法,但是受到開孔直徑的限制。而壓力面積法則只能在內壓作用下,筒體和錐段上開孔,但可以是大開孔。而對于設計過程中,大開孔的情況很少,而且也是我們盡量避免出現的,因此等面積補強法應用非常廣泛。

  在ASME標準中用等面積補強法計算時,對于這種非常典型的徑向開孔,計算是很方便的,簡單的說就是在補強范圍內,用筒體、接管、補強板、焊腳提供的面積補回被挖掉的面積就可以了,如下圖:

  因此,校核條件也就是A1+A2+A3+A4+A5A

  那么在ASME標準中的UG-37章節中給出了各個元件提供的有效補強面積和被挖掉的面積A的計算公式,見下圖:


  這里可以看到,被挖去的面積A=dtrF+2tntrF(1-fr1),這里面F的取值其實對開孔的補強面積起到了很大影響,在規范UG-37F定義中說到,如果是在圓筒和錐段上的開孔采用的是整體補強的形式,那么可以用圖UG-37F值,對于其他形式(也就是補強元件形式)F都取1。

那么我們來看一下圖UG-37


從圖中可以看出F是一個在01之間的數值,那么它決定了補強面積的大小,F越大,需要的面積就越大,反之越小。但是F的取值從上圖中看的話肯能不太好理解,而且用文字解釋的話也比較不方便,那么就用偏置接管的校核方法來解釋這個F的取值。

偏置接管的校核方法:

對于偏置的接管,在ASME標準中其實是需要校核兩次的,這兩次采用的公式完全相同,但是公式中的數值卻有很大的出入。首先先校核下圖中的情況:

  此時認為開孔直徑為d,那么有效補強范圍也需要用d計算,注意這時F值取0.5,即認為開孔直徑截面的投影面積與設備軸向中心線垂直。然后用UG-37中的公式計算AA1A5的面積進行校核,看結果是否滿足要求。

  第二次校核就是用接管的內徑dn作為開孔直徑并且用dn計算有效補強范圍,注意這時F取值為1.0,即認為開孔直徑截面的投影面積與設備中心線平行。然后用UG-37中的公式計算AA1A5的面積進行校核,看是否滿足要求。

  在這種偏置接管的校核中,必須兩次校核同時滿足要求才認為接管是安全的,只要其中一種情況出現校核失敗,就要按照該情況進行補強。

  總之,ASME標準中的偏置接管校核需要校核兩次不同直徑和不同F值情況下的補強情況,F的取值是開孔截面的投影面積與設備中心線所成角度決定的。


參考:ASME -1 2013

ASME PTB-4-2013


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