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摘要：压力容器设计相对比较复杂，往往涉及到诸多方面的知识与技术，因此，受到了压力容器相关行业的重视与关注。近年来，诸多研究学者对压力容器设计进行了分析，以期可以找出提高压力容器设计质量与水平、确保压力容器使用性能的有效途径。开孔补强设计是延长压力容器使用期限的有效手段，且开孔补强设计效果与质量在一定程度上决定着压力容器的使用期限。
关键字：压力容器设计；开孔补强设计；压力容器
1开孔补强设计概述
1.1开孔补强设计
在压力容器完成开孔工作之后，对原有的压力平衡产生了不同程度的平衡破坏作用，减少了压力的受力面积，提升了开孔边缘的应力作用，从而在很大程度上削弱了原有容易中的强度设置。为了充分满足容器内的压力技术要求，应当对其进行必要的开孔补强工作。在GB150-2011中依次规定了锥壳、圆筒、凸形封头等压力容器中规定的开孔直径，以使容器的强度能够满足压力容器的开孔补强要求，由此充分验证压力容器设计中开孔补强环节的作用。
1.2开孔补强中的局部补强与整体补强
在充分考虑压力容器的要求、位置以及开孔数量等条件的基础上，将开孔补强的方法分为整体补强与局部补强两种。局部补强指的是对于压力容器的某一个特定位置进行开孔设计工作，具有比较强的针对性，补强工作的操作面积性比较小。与整体补强工作不同的是能够对于压力容器壁上的局部地点进行有效开孔操作，从而积极降低成本，减少操作时间，与整体补强相比，适用范围比较大。整体补强的操作流程比较简单，补强的位置具有比较大的空间性，适用的范围是一些比较大的开孔位置，例如在容器的整体强度比较差的情况下。在一些局部操作比较受限的的特殊容器中可以充分考虑采用整体补强的方式，从而节约补强的耗材，提升其工作效率，优势比较明显。整体补强具有非常严格的使用标准，在过渡过程中应当具有非常有效的平缓性，充分避免可能性壳体一侧应力集中现象的发生。
2分析开孔补强设计的内容
在压力容器的壳体开孔后，通常都会有接管，在这样的的情况下开孔的边缘会存在应力和着应力的集中。而压力容器的开孔接管对容器主要有以下几个方面的影响。第一，孔边缘局部应力的集中。第二，容器承载材料的削弱。第三，接管和壳体的连接处因不连续结构引起的附加边缘应力。所以，在容器设计中，以准确的计算参数对补强管、补强圈、整体补强进行计算是关键的环节。应严格设计整体的流程，认真分析设计的参数，从而保证容器设计的质量。在设计容器壁时，支座、口径的设计千万不能忽略，必须按照标准化、规范化对设计进行约束；并采用合理、有效的方式对设计条件修正标准件，从而保证压力容器的实用性及安全性。
3开孔补强设计在压力容器设计中的应用
3.1补强圈补强设计在压力容器设计中的应用
压力容器有多种开孔补强方式，通常分为两类，一类是整体补强，另一类是局部补强。局部补强在压力容器中的应用频率较高，补强操作一般会选择应用补强圈的方法，补强圈的补强方式是在将补强圈焊接在压力容器上部，将存在孔洞的位置进行加厚处理，使其具有更大的承受应力的能力。只有开孔的位置合理，补强的厚度满足要求，才能实现妥善的补强操作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要实现合理的补强，必须对压力容器的制作过程以及工艺进行分析和研究，查看焊接工作的质量，来实现补强更加简单、方便，对操作有利，所以，在外部的焊接补强可以很好地提高压力容器的强度和耐久性，实现开孔位置抗疲劳性能的显著提高。在采用补强圈进行补强的过程中，要注意几个方面的问题：第一，关注补强板的厚度尺寸，不断进行厚度的优化。通常，补强板厚度尺寸应该不大于容器开孔位置厚度尺寸的1.5倍，通过对一些工程实例进行分析，发现，如果补强板厚度尺寸大于开孔位置厚度的1.5倍，则由于厚度尺寸过大，则在对补强板进行焊接的过程中，焊接角逐渐增加，进而无法实现应力的连续增加。选择的补强板的延伸性、韧性以及可塑性必须满足要求，补强板材质的屈服强度在常温下，不大于400MPa。第二，如果存在下述情况，不允许采用补强圈实现补强。如果压力容器所处的环境温度持续发生较大的改变，则极易出现腐蚀或者被氧化，这种情况不应该采用补强圈来实现补强。当承受的载荷极易发生变化时，也不允许采用这种补强方法。用于补强的金属板通常是在开孔峰值的应力数值，所以在这一位置的补强程度较高，这类局部补强的办法已经不能满足实际的补强要求，可以采用整体式的补强办法。
3.2整体锻件补强设计
整体锻件补强技术是设计压力容器时另一项重要的技术。补强设计技术在压力容器设计中的应用，其目标是在利用金属功能的基础上，促使开孔产生强度减小，从而促使平衡状态产生于壳体应力中，此时平衡的壳体应力会导致缘由在整体锻件结构中发生下滑现象。面对这一现象，整体锻件补强技术的重要性凸现出来。值得注意的是，在对该技术进行应用的过程中，必须首先磨合壳体和锻件，磨合过程相对复杂，要想提升磨合效果并减少局部应力，在实际制造中需意识到在对锻件补强进行应用的过程中，焊接难度会增加。因此，该设计法通常被应用于特殊的压力容器运行环境中。接管和封头焊接位置，接管厚壁的方向来讲，最低的补强应力存在于整体锻件中，靠近简体的位置是封头条的主要位置，其存在集中的应力，在这一位置的沿封头壁厚方向上，应力强度在该补强方式上没有太大差别。由此可见，在对厚壁接管法进行应用的过程中，较低的强度产生于接管顶端位置的应力中，其余位置都拥有较大的应力强度值，此时可以对内伸管途径进行应用。实际设计中，强度会随着内伸增长而降低，如果拥有高于15mm的内伸长度，会出现规律的接头处应力，此时应力会从270MPa减到230MPa，同时较大的位移将产生于内伸管中。由此可见，良好的补强效果将产生于整体锻件内伸位置。内伸管补强技术同补强圈补强相比，前者会产生明显的应力值变化，也将产生良好的补强效果。
3.3厚壁接管补强设计
厚壁接管补强设计和其他的补强方法一样，是十分重要的补强方法，但是，在应用这种补强方法时，要合理选择接管材料，避免由于选材不合理而对补强效果产生不利的影响。选择和设计可以参照壳体材料的性质、功能，以保证金属材料的融通性。依据我国的规章和制度，在进行厚壁接管补强设计时，应该尽可能保证接管材料的强度等级以及开孔容器强度等级具有一致性，有些观点认为接管材料应该具有更高的强度等级，但是通过分析实验以及实例发现，这种观点是片面的，如果接管的强度等级较高，则无法充分发挥补强效果，反而会起到不良的负面作用，这就必然会对容器的稳定性和牢固性产生影响。如果相反，选择一类强度等级较低的材料作为接管的材料，则如果对其进行适当的增厚，则可以实现极好的补强效果，同时还应适当的实现接管流通面的调控，如果进行多重操作，将会对容器的补强效果产生不利影响，一方面，使施工工序更加繁琐，另一方面，无法对开孔补强的效果进行合理的控制，更无从保证，不利于容器功能的合理发挥。对实验分析发现，壁厚尺寸较大的接管在不同的路径中可以承受较大的应力，对于这一现象，可以通过引入内伸管来解决，由于应用的内伸管的长度会对接管的应力强度产生较大的影响，所以内伸管的长度越高，接口位置的应力强度数值就越低，引入内伸管以后，也可以实现补强效果的增强。
结束语
开孔补强是压力容器设计中不可缺少的一部分，其对压力容器的使用寿命具有一定的影响意义。在压力容器设计操作中，应结合不同方式的优势进行合理补强，选择有效的开孔补强设计，凸显出补强的最佳效果，这样才能降低压力容器的运作风险。同时有助于降低开孔对容器壁的破坏，提高压力容器的可靠性，进一步保障压力容器的性能。
参考文献
[1]付双武.在压力容器中的开孔补强结构设计[J].科技与企业，2017，04（22）：287.
[2]刘英.开孔补强设计在压力容器设计中的应用[J].中国高新技术企业，2017，09（36）：30～31.
论文作者:于国磊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/16
标签：补强论文; 压力容器论文; 应力论文; 开孔论文; 强度论文; 位置论文; 容器论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;