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关于ASME Ⅷ-1分篇偏置接管等面积补强法开孔补强校核计算

关于ASME Ⅷ-1分篇偏置接管等面积补强法开孔补强校核计算

压力容器">压力容器设计过程中,无论是国标还是ASME或者其他国家标准,开孔补强是经常遇到的强度校核计算,而采用最多的补强方法是等面积补强法。在ASME标准中,常用的开孔补强方法有等面积补强法、压力面积法和大开孔(附录1-7)补强法,其中最常用的也是等面积补强法。

  与其他方法相比,等面积补强法的优势在于它不受开孔位置、开孔方向和方位以及外压的限制,比如在封头、筒体、锥段的任何位置,任何角度都可以用这个方法,但是受到开孔直径的限制。而压力面积法则只能在内压作用下,筒体和锥段上开孔,但可以是大开孔。而对于设计过程中,大开孔的情况很少,而且也是我们尽量避免出现的,因此等面积补强法应用非常广泛。

  在ASME标准中用等面积补强法计算时,对于这种非常典型的径向开孔,计算是很方便的,简单的说就是在补强范围内,用筒体、接管、补强板、焊脚提供的面积补回被挖掉的面积就可以了,如下图:

  因此,校核条件也就是A1+A2+A3+A4+A5A

  那么在ASME标准中的UG-37章节中给出了各个元件提供的有效补强面积和被挖掉的面积A计算公式,见下图:


  这里可以看到,被挖去的面积A=dtrF+2tntrF(1-fr1),这里面F的取值其实对开孔的补强面积起到了很大影响,在规范UG-37F定义中说到,如果是在圆筒和锥段上的开孔采用的是整体补强的形式,那么可以用图UG-37F值,对于其他形式(也就是补强元件形式)F都取1

那么我们来看一下图UG-37


从图中可以看出F是一个在01之间的数值,那么它决定了补强面积的大小,F越大,需要的面积就越大,反之越小。但是F的取值从上图中看的话肯能不太好理解,而且用文字解释的话也比较不方便,那么就用偏置接管的校核方法来解释这个F的取值。

偏置接管的校核方法:

对于偏置的接管,在ASME标准中其实是需要校核两次的,这两次采用的公式完全相同,但是公式中的数值却有很大的出入。首先先校核下图中的情况:

  此时认为开孔直径为d,那么有效补强范围也需要用d计算,注意这时F值取0.5,即认为开孔直径截面的投影面积与设备轴向中心线垂直。然后用UG-37中的公式计算AA1A5的面积进行校核,看结果是否满足要求。

  第二次校核就是用接管的内径dn作为开孔直径并且用dn计算有效补强范围,注意这时F取值为1.0,即认为开孔直径截面的投影面积与设备中心线平行。然后用UG-37中的公式计算AA1A5的面积进行校核,看是否满足要求。

  在这种偏置接管的校核中,必须两次校核同时满足要求才认为接管是安全的,只要其中一种情况出现校核失败,就要按照该情况进行补强。

  总之,ASME标准中的偏置接管校核需要校核两次不同直径和不同F值情况下的补强情况,F的取值是开孔截面的投影面积与设备中心线所成角度决定的。


参考:ASME -1 2013

ASME PTB-4-2013


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