半圆管夹套容器有限元分析

盖超会,郑晓敏,王成刚,周宁波,肖 健

(1．武汉软件工程职业学院机械制造工程系，湖北 武汉 430205；2．武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430074)

0 引 言

作为夹套容器的一种，同整体夹套容器相比，半圆管夹套有如下优点：结构简单、节约材料、承压范围大、传热效率高及经济适用等.由于半圆管夹套的优越性，在工业生产中应用越来越广，为了使用安全，各国制定了该类容器的强度设计规范.主要包括：美国ASMEⅧ-1-2004《压力容器建造规则》[2]；日本JISB8279-1993《压力容器夹套(说明)》[3]；德国AD2000-2004《受压容器及部件设计规范》[4]；欧盟En13445-2002《非直接受火压力容器》[5]；前苏联标准ΓOCT25867-83《夹套容器强度设计规范》[6]等.我国HG 20582-1998《钢制化工容器强度计算规定》[7]中有关半圆管夹套容器的设计参照了美国ASMEⅧ-1中所列的设计方法，其适用于带有半圆管夹套的圆筒或球形、蝶形、椭圆形封头设计.

1 半圆管夹套容器应力分析方法

文献[7]中对半圆管夹套设计规定：容器圆筒和封头部分的名义厚度和有效厚度，按照不带半圆管夹套时的同一容器，根据计算压力为内压或外压，依据GB150-1998《钢制压力容器》[8]的相关章节确定，内圆筒轴向或封头经向总应力σ包含由半圆管夹套内压力p′引起的圆筒壁轴向弯曲应力和由容器内计算压力pc在器壁上所引起的轴向薄膜应力.可按如下公式校核：

式中，K为系数，可根据半圆管外径、内筒壳体厚度及壳体内径由相应图表查得；p′为半圆管夹套许用压力，MPa；pc为壳体计算压力，MPa；R为圆筒或封头球面部分内半径，mm；t为圆筒或封头有效厚度，mm；……