《固定式压力容器第三部分-设计》-

GB150.3—201014外压圆筒和外压球壳4.1本章规定的外压设计方法适用于外压圆筒、外压管子和外压球壳的设计。4.2术语、定义和符号4.2.1GB150.1通用要求中的术语和定义适用于本章。4.2.2符号A——外压计算应变系数；As——加强圈的横截面积，mm2；B——外压计算应力系数，MPa；C——厚度附加量（按GB150.1通用要求），mm；Di——圆筒内直径，mm；Do——圆筒外直径（nio2δ+=DD），mm；Ds——加强圈中性轴直径，mm；Et——设计温度下材料的弹性模量，MPa；hi——封头曲面深度，mm；I——加强圈与圆筒组合段所需惯性矩，mm4；Is——加强圈与圆筒起加强作用的有效段的组合截面对通过与圆筒轴线平行的该截面形心轴的惯性矩，mm4。L——圆筒计算长度，应取圆筒上两相邻支撑线之间的距离，见图4-1；Ls——从加强圈中心线到相邻两侧加强圈中心线距离之和的一半，若与凸形封头相邻，在长度中还应计入封头曲面深度的1/3，mm；cp——计算外压力（按GB150.1通用要求），MPa；[p]——许用外压力，MPa；Ro——球壳外半径，mm；δn——圆筒或球壳的名义厚度，mm；δe——圆筒或球壳的有效厚度，mm；[σ]t——设计温度下圆筒或管子材料的许用应力（按GB150.2材料），MPa；teLR——设计温度下圆筒或管子材料的屈服强度，MPa；tp0.2R——设计温度下圆筒或管子材料的0.2%规定非比例延伸强度，MPa。4.3外压圆筒和外压管子的计算4.3.1计算长度的确定圆筒计算长度，应取圆筒上两相邻支撑线之间的距离，见图4-1。a）如图4-1a）中所示，当圆筒部分没有加强圈（或可作为加强的构件）时，则取圆筒的总长度加上每个凸形封头曲面深度的1/3；b）如图4-1c）中所示，当圆筒部分有加强圈（或可作为加强的构件）时，则取相邻加强圈中心线间的最大距离；c）如图4-1d）中所示，取圆筒第一个加强圈中心线与凸形封头切线间的距离加凸形封头曲面深度的1/3；d）如图4-1b），e），f）中所示，当圆筒与锥壳相连接，若连接处可作为支撑线时，则取此GB150.3—20102连接处与相邻支撑线之间的最大距离；e）如图4-1g）中所示，对带夹套的圆筒，则取承受外压的圆筒长度；若带有凸形封头，还应加上封头曲面深度的1/3；若有加强圈（或可作为加强的构件）时，则按b）、c）计算。注：支撑线系指该处的截面有足够的惯性矩，以确保外压作用下该处不出现失稳现象。a-1）a-2）b）图4-1外压圆筒的计算长度c-1）c-2）d）e）f）g）注：1图a-2）和c-2）中锥壳或折边段的厚度不得小于相连接圆筒的厚度。2图b）、e）和f）中锥壳与圆筒的连接处的惯性矩，按5.3.6的规定。图4-1外压圆筒的计算长度GB150.3—201034.3.2Do/δe≥20的圆筒和管子4.3.2.1外压应变系数A值的确定a）根据L/Do和Do/δe由图4-2或表4-2查取外压应变系数A值；b）若L/Do值大于50，则用L/Do=50查图，若L/Do值小于0.05，则用L/Do=0.05查图。4.3.2.2外压应力系数B值的确定a）按所用材料，查表4-1确定对应的外压应力系数B曲线图，再按对应的外压应力系数B曲线图，由A值查取B值；b）若A值超出设计温度下曲线的最大值，则取对应温度下曲线的右端点的纵坐标值为B值；c）若A值小于设计温度下曲线的最小值，则按式（4-1）计算B值32tAEB=·······························（4-1）4.3.2.3许用外压力[p]确定根据B值，按式（4-2）计算许用外压力[p][]eo/δDBp=·······························（4-2）计算得到的[p]应大于或等于cp，否则须调整设计参数，重复上述计算，直到满足设计要求。表4-1外压应力系数B曲线图选用表序号钢号p0.2R（MPa）设计温度使用范围（℃）适用B曲线图110205≤480图4-3220245≤480图4-53Q245R245≤480图4-54Q345R345≤500图4-45Q370R370≤150150~350图4-6图4-5612CrMo205≤480图4-3712Cr1MoVG12Cr1MoVR225≤480图4-5815CrMoG15CrMoR295≤400图4-591Cr5Mo195≤480图4-31009MnD270≤150图4-61109MnNiD280≤150图4-61208Cr2AlMo250≤300图4-51309CrCuSb245≤200图4-51418MnMoNbR390≤150150~480图4-6图4-51513MnNiMoR390≤150150~400图4-6图4-51614Cr1MoR300≤150150~480图4-6图4-5GB150.3—201041712Cr2Mo1R310≤150150~480图4-5图4-51812Cr2Mo1VR230≤480图4-51916MnDR315≤150150~350图4-6图4-52015MnNiDR490≤150150~200图4-6图4-52115MnNiNbD370≤150150~200图4-6图4-52209MnNiDR300≤150150~350图4-6图4-52308Ni3DR490≤100图4-72406Ni9DR575≤100图4-72507MnMoVR490≤200图4-72607MnNiVDR490≤200图4-72712MnNiVR490≤200图4-72807MnNiMoDR490≤200图4-729S11348170≤400图4-3表4-1（续）序号钢号p0.2R（MPa）设计温度使用范围℃适用B曲线图30S11306205≤400图4-531S11972275≤350图4-532S3040300Cr19Ni10180≤425图4-1033S304080Cr18Ni9205≤650图4-834S30409205≤650图4-835S316080Cr17NiRMo2205≤650图4-936S3160300Cr17Ni14Mo2180≤425图4-1137S316680Cr18Ni12Mo2Ti205≤450图4-938S310080Cr25Ni20205≤650图4-939S317080Cr19Ni13Mo3205≤650图4-940S3170300Cr19Ni13Mo3205≤425图4-1141S321680Cr18Ni10Ti205≤650图4-942S39042220≤650图4-943S21953440≤300图4-1244S22253450≤300图4-1245S22053450≤300图4-12GB150.3—2010546S25073550≤300图4-12471Cr19Ni9205≤650图4-94.3.3Do/δe20的圆筒和管子4.3.3.1外压应变系数A值的确定a）对Do/δe≥4.0的圆筒和管子，用与4.3.2.1条相同的步骤得到系数A值；b）对Do/δe＜4.0的圆筒和管子，按式（4-3）计算系数A值：()2eo/1.1δDA=·······························（4-3）系数A＞0.1时，取A=0.1；4.3.3.2外压应力系数B值的确定用与4.3.2.2条相同的步骤得到系数B值。4.3.3.3许用外压力[p]确定按式（4-4）计算许用外压力[p]：[]⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=eoeo0eo11/2,0625.025.2minδδσδDDBDp···························（4-4）式中：0σ应力，取以下两值中的较小值：[]t02σσ=teL09.0R=σ或t2.0p9.0R计算得到的[p]应大于或等于cp，否则须调整设计参数，重复上述计算，直到满足设计要求。4.4外压球壳的计算4.4.1外压应变系数A值的确定根据Ro/δe，用式（4-5）计算系数A：()eo/125.0δRA=·······························（4-5）4.4.2外压应力系数B值的确定a）按所用材料，查表4-1确定对应的外压应力系数B曲线图，再按对应的外压应力系数B曲线图，由A值查取B值；b）若A值超出设计温度下曲线的最大值，则取对应温度下曲线的右端点的纵坐标值为B值；c）若A值落在设计温度下曲线的最小值，则按式（4-1）计算B值4.3.2.3许用外压力[p]确定根据B值，按式（4-6）计算许用外压力[p][]()eo/δRBp=·······························（4-6）计算得到的[p]应大于或等于cp，否则须调整设计参数，重复上述计算，直到满足设计要求。GB150.3—20106图4-2外压应变系数A曲线GB150.3—20107图4-3外压应力系数B曲线注：用于屈服强度ReL207MPa的碳素钢图4-4外压应力系数B曲线注：用于Q345R钢GB150.3—20108图4-5外压应力系数B曲线注：用于除图4-4注明的材料外，材料的屈服强度ReL207MPa的碳钢、低合金钢和S11306钢等图4-6外压应力系数B曲线注：用于除图4-4注明的材料外，材料的屈服强度ReL260MPa的碳钢、低合金钢等GB150.3—20109图4-7外压应力系数B曲线（待补）GB150.3—201010图4-8外压应力系数B曲线注：用于S30408钢等图4-9外压应力系数B曲线注：用于S31608钢等GB150.3—201011图4-10外压应力系数B曲线注：用于S30403钢等图4-11外压应力系数B曲线注：用于S31603钢等GB150.3—201012图4-12外压应力系数B曲线注：用于S21953钢等4.5外压圆筒加强圈的设计4.5.1加强圈的计算4.5.1.1计算惯性矩选定加强圈材料与截面尺寸，计算其横截面积As和加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩Is；Is值的计算可计入在加强圈中心线两侧有效宽度各为eo55.0δD的壳体；若加强圈中心线两侧圆筒有效宽度与相邻加强圈的圆筒有效宽度相重叠，则该圆筒的有效宽度中相重叠部分每侧按一半计算。4.5.1.2外压应力系数B值的确定用式（4-7）计算B值()sseoc/LADpB+=δ·······························（4-7）4.5.1.3外压应变系数A值的确定a）按所用材料，查表4-1确定对应的外压应力系数B曲线图，再按对应的外压应力系数B曲线图，由B值查取A值；b）若B值超出设计温度下曲线的最大值，则取对应温度下曲线的右端点的横坐标值为A值；c）若B值小于设计温度下曲线的最小值，则按式（4-9）计算A值tEBA23=·······························（4-8）4.5.1.4所需的惯性矩I确定用式（4-9）计算加强圈与圆筒组合段所需的惯性矩：GB150.3—201013()ALALDI9.10/sses2o+=δ·······························（4-9）Is应大于或等于I，否则须另选一具有较大惯性矩的加强圈，重复上述步骤，直到Is大于且接近I为止。4.5.2加强圈的设置4.5.2.1加强圈可设置在容器的内部或外部，应整圈围绕在圆筒的圆周上。加强圈两端的接合形式应按图4-13所示。4.5.2.2容器内部的加强圈，若布置成图4-13中E或F所示的结构时，则应取具最小惯性矩的截面进行计算。4.5.2.3在加强圈上需要留出如图4-13中D、E及F所示的间隙时，则不应超过图4-14规定的弧长，否则须将容器内部和外部的加强圈相邻两部分之间接合起来，采用如图4-13中C所示的结构。但若能同时满足以下四个条件者可以除外：a）每圈只允许一处无支撑的壳体弧长；b）无支撑的壳体弧长不超过90°；c）相邻两加强圈的不受支撑的圆筒弧长相互交错180°；d）