A类取证设计总结

A类取证设计总结一基本概念1．1压力容器设计应遵循的法规和规程：1）《特种设备安全监察条例》（本文简称《条例》），是国务院2003年3月11日公布的条例，条例自2003年6月1日起施行。原《锅炉压力容器安全监察暂行条例》同时废止。2）《固定式压力容器安全技术监察规程》（本文简称《固容规》），此《容规》自2010年12月1日起正式实施。在安全监察中，包括的七个环节是：设计、制造、安装、使用、检验、改造和修理。此规程与《条例》有不一致之处，应按《条例》的内容修改。3）TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》自2008年4月30日起正式实施.1．2标准和法规（规程）的关系：《容规》规定，压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检修、修理和改造，均应严格执行本规程的规定；第5条规定：本规程是压力容器质量监督和安全监察的基本要求，有关压力容器标准、部门规章、企事业单位规定等，如果与本规程的规定相抵触时，应以本规程为准。GB150规定：容器的设计、制造、检验和验收除必须符合本标准规定外，还应遵守国家颁布的有关法令、法规和规章。因此，当标准与法规或规程有不一致时，应按法规（和规程）的规定执行。1．3压力容器的含义（定义）：根据《条例》第八十八条中的规定，压力容器用语的含义是：“压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于2.5MPa·L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于1.0MPa·L的气体液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。1．4压力容器设计标准体系：压力容器设计应遵循的基本法规和规程：《特种设备安全监察条例》TSGR2009-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》压力容器设计基础标准：GB150-2011《压力容器》JB4732-19955《压力容器--分析设计标准》（2005年确认版）固定式压力容器主要产品标准：GB151-1999《管壳式换热器》GB12337-1998《钢制球形储罐》JB/T4731-2005《钢制卧式容器》JB/T4710-2005《钢制塔式容器》JB/T4734-2002《铝制焊接容器》JB/T4745-2002《钛制焊接容器》JB/T4755-2006《铜制焊接容器》固定式压力容器设计相关标准：-114《容规》规定承受什么范围内压力的容器为高压容器?《容规》规定压力容器的设计压力(p)在下列范围的为高压容器：10Mpa≤P＜MPa3-115GBl50--98规定的多层高压容器受内压圆筒壁厚计算公式是什么?该公式适合的最高设计压力有何限制?答：多层高压容器受内压圆筒壁厚设计公式如下：δ=式中：Pc——设计压力，MPa；Di——圆筒内直径，mm；φ—焊缝系数；[σ]t—设计温度下圆筒材料的许用应力，Mpa对于多层容器其[σ]tφ值按下式确定：[σ]tφ=[σ]tiφi+[σ]t0φ0式中：δi——多层容器内筒厚度，mm；δ0—层板的总厚度，δn——圆筒的名义厚度[σ]t0——设计温度下多层容器内筒材料的许用应力[σ]ti—设汁温度下层板材料的许用应力，MPa；φi——多层容器内筒的焊缝系数。φ0—层板层的焊缝系数。以上圆筒壁厚的计算公式适用于设计压力Pc≤0．4[σ]tφ的范围，D0／Di≤1．5(Do——筒体外径，·Di——筒体内径。)3-116单层高压容器筒体有哪几种形式?答：单层高压容器筒体有下列几种形式：整体锻造式、单层卷焊式、电渣重熔式。3—117单层卷焊式高压容器的缺点是什么？单层卷焊式高压容器有如下缺点：a．单层高压容器的筒体由厚板卷焊而成，厚板的性能远没有薄板好，厚度方向性能差异大，在压延方向和垂直方向上的延性和韧性都存在着相当大的差值，板厚方向的性能更差。b．由于板厚，金属元素易产生偏析，夹杂物的含量、分布及其形状均不均再加上热处理时由于板太厚内部和表面淬火效果不同，由此造成内外材质不均一，在进行焊接时容易产生裂纹。c.厚板的转变温度较高，脆性破坏的可能性加大。3--118多层高压容器尤其是多层包扎式容器对接深槽焊环缝常易出现的缺陷是什么？如何克服？答：多层环焊缝较容易出现的焊接缺陷是在多层交界处易产生咬边或夹渣。为了克服此缺陷，可采用预先堆焊端面的方法。3-119多层高压容器在筒节上一般设有排气孔，为什么?答：开排气孔的目的和作用如下：a．环缝焊接时，层间气体能自由逸出，有利于提高焊接质量；b．操作及升降温时，夹层中气体能自由膨胀，可减少间隙带来的不良影响；c．能起报警作用，一旦内筒发生泄漏，泄漏物能较快排出设备外被人察觉并及时进行处理；d.在有氢介质的高压容器中，如果氢扩散在全筒体内，就可通过排气孔排放，防止氢的积聚。3-120压力容器失效形式有哪几种?答：压力容器因机械载荷或温度载荷过高而丧失正常工作能力称为失效。其形式有三种：1．强度失效：容器在载荷作用下发生过量塑性变形或破裂。2．刚度失效：容器发生过量弹性变形，导致运输、安装困难或丧失正常工作能力。3．稳定失效：容器在载荷作用下形状突然发生改变导致丧失工作能力。压力容器的设计必须计及上述三种失效可能，予以全面考虑，以确保设备的正常使用。3-121压力容器的常规设计法与分析设计法有何主要区别?答：目前压力容器的主要设计方法有常规设计法与分析设计法两种。常规设计法，是以弹性失效为准则，以薄膜应力为基础，来计算元件的厚度。限定最大应力不超过一定的许用值(通常为1倍许用应力)。对容器中存在的较大的边缘应力等局部应力以应力增强系数等形式加以体现，并对计算局部应力后的最大应力取与薄膜应力相同的强度许用值。GBl50中的内压圆筒、球壳的厚度即是针对元件中的薄膜应力(一次总体薄膜应力)，并控制在1倍许用应力水平进行计算的。而对椭圆，封头、碟形封头的厚度则是计及封头与圆筒边缘效应的局部应力，并将其与薄膜应力叠加后的最大应力控制在1倍许用应力进行计算的。常规设计法方法简明，但不臻合理，且偏保守。分析设计法以塑性失效及弹塑性失效准则为基础，计及容器中的各种应力，如总体薄膜应力、边缘应力、峰值应力，进行准确计算，并对应力加以分类，按照不同应力引起的不同破坏形式，分别予以不同的强度限制条件，以此对元件的厚度进行计算。按该法设计的容器更趋科学合理、安全可靠且可体现一定的经济效益。JB4732标准中对各种元件的厚度计算即是建立在应力分析基础上并采用第三强度理论。其中内压圆筒、球壳的计算公式形式上虽与GBl50的相应公式相同，但其计算意义是完全不同的。分析设计由于区别了各种性质的应力和作用，充分发挥材料的承载潜力，因此对材料和制造、检验提出较高的技术要求。3-122薄壁容器和厚壁容器如何划分?其强度设计的理论基础是什么?有何区别？答：容器的外径(D。)与其内径(Di)之比K=Do／Di≤1．2时，称为薄壁容器。当K1.2时，为厚壁容器。薄壁容器强度设计的理论基础是旋转薄壳的无力矩理论，采用了直法线假定；由此计算的应力都是沿壁厚均匀分布的薄膜应力，且忽略了垂直于容器壁面的径向应力，是一种近似计算方法，但可控制在工程允许的误差范围内。厚壁容器强度设计的理论基础是由弹性力学应力分析导出的拉美公式。由此计算的应力为三向应力。其中周向应力和径向应力沿壁厚为非线性分布，承受内压时，内壁应力的绝对值最大，外壁最小。但它们的轴向应力还是沿壁厚均匀分布的。拉美公式展示的厚壁筒中的应力较好地与实际情况相符合，反映了应力的客观分布规律。它既适用于厚壁容器，也适用薄壁容器。内压作用下的容器，由薄膜理论计算的周向薄膜应力较由拉美公式算出的内壁最大周向应力为低，其误差随K值增大而增加。当K=1．5时，以内径为基础按薄膜理论计算的周向应力较拉美公式计算的内壁周向应力低23％。当以中径为基础时，按薄膜理论计算的周向应力则只比按拉美公式计算的内壁周向应力低3．8％。对于一般压力容器此误差是在允许的范围内。为此GBl50中将内压圆筒的计算公式采用了以中径为基础的薄膜理论公式。其适用条件即为K≤1．5，此条件等同于Pc≤0．4[σ]tφ。3-123受内压作用的圆筒与球壳，其薄膜应力有何异同?答：相同点：两者均产生两向薄膜应力，且各处一致。·不同点：圆筒中的环向薄膜应力为轴向应力的两倍。球壳中的两向薄膜应力相等其值等于等径圆筒中的轴向应力。为此在直径和压力相同的情况下，球壳所需壁厚仅为圆筒的一半。3-124受内压作用的圆筒与锥壳，其薄膜应力有何异同?锥壳的半顶角为什么不宜大于60°?答：相同点：它们的环向应力均等于经向(轴向)应力的两倍，且沿壁厚均布。不同点：圆筒中各应力沿轴向(经向)是均匀分布的，而锥壳中各应力沿经向是线性分布的。大端应力最大，小端应力最小。锥壳大端的应力是与锥壳大端等径的圆筒的相应应力的1／cosa倍。其中a为半顶角，小于60°。为此l／cosa1，因此锥壳大端的应力大于等径圆筒的应力，且随a增大而增大。锥壳半顶角小于60°时，壳中的应力以薄膜应力为主，锥壳以壳的形式承载，故可应用薄膜理论进行计算。当a60°时，壳中的应力变为以弯曲应力为主的状态，使壳体薄膜理论不能相适应，故a不宜大于60°，否则应按圆平板进行计算。3-125受内压作用的球壳、碟形壳、椭球壳中的薄膜应力各有何特点?答：球壳中的薄膜应力无论是经向或是纬向(环向)其值相等，且为恒值，处处相同，均为拉应力。碟形壳：因由中心较大半径的球面部分和周边较小半径的环壳组成。其中心球面部分的应力情况与球壳相同。即有相同的双向薄膜拉应力，且沿球面部分为恒值。但在较小半径的环壳(过渡区)内，其经向应力为拉应力，而周向应力为压缩应力。椭球壳：仅在壳的顶点，其两向薄膜应力相等，且均为拉伸应力。离开顶点，无论是经向拉应力或周向(纬向)拉应力均趋减小，但经向应力始终为拉伸应力，至赤道部位，经向应力与等径的圆筒中的轴向薄膜应力相等。椭球壳中的周向(纬向)应力，在接近壳中心的部位上为拉伸应力，但随着远离中心，应力降低，且可能由拉伸应力变为压缩应力，其变化情况随椭球壳的长短轴之比a／b而异：当a／b√2时，椭球壳上的周向薄膜应力始终为拉伸应力，最小值发生于赤道部位。当a／b=√2时，赤道处的周向应力正好等于零。当a/b√2时，椭球壳周向产生压缩薄膜应力，且压缩应力随a／b增大而加大，最大周向压缩应力发生在赤道部位。a/b=2的标准椭圆封头，发生于封头顶点的最大拉伸薄膜应力正好与发生在封头底边(赤道)的最大周向压缩薄膜应力数值相等。其值恰好与等径圆筒中的环向薄膜应力的绝对值相等。3-126边缘应力有何特点?答：(1)自限性：边缘应力是由于为满足相邻元件的变形协调而产生，当其应力达到材料的屈服点时，由于材料产生塑性流动，使变形协调得到满足。一旦变形得到满足，则材料的塑性流动也就自动中止。为此其应力和变形能自动得到限制。(2)局部性：一般边缘应力中以经向弯曲应力为主，但其作用范围不大，随着离开边缘迅速下降。对圆筒来说，在距边缘2．5处(其中：R——圆筒半径，8——圆筒厚度)，边缘变曲应力即已降至最大应力值的5％。3-127椭圆形封头、碟形封头为何均带直边段?答：是为避免封头与圆筒的连接环焊缝与边缘应力作用区相重合。环焊缝中不仅可能存在焊接缺陷，而且不可避免在存在焊接残余应力，如再与边缘应力相重合，则对受力十分不利，为此封头均设直边段，以改善其受力状况。3-128何谓薄圆板?薄板应力分析的理论基础是什么?答：薄圆平板是指板的厚度δ与圆板直径D的比值在下列范围的圆平板：0．01δ／D0．2。薄平板在载荷作用下产生的挠度远小板厚δ，一般采用薄板弯曲的小挠度理论。3-129受侧向压力作用的圆平板的应力有什么特点?何以圆平板较等径的凸形封头要厚?答：圆平板应力分布特点：a．板内环向应力和径向应力均为弯曲应力，沿板厚呈线性