学习压力容器中卡箍快开结构的强度计算

导读:压力容器的设计一定要考虑安全性、经济性、环保及健康问题。首先安全是核心问题，在保证安全的前提下尽可能的再做到经济合理。

本文从强度计算软件SW6-2011 V3.1补丁二（单机版）和（网络版）所解决的问题（标准 HG/T20582-2011中的整体式卡箍以及齿啮式卡箍计算MH时分母第一项按有括号计算）说起。

一、常规强度计算

标准HG/T20582-2011中齿啮式卡箍 

 的计算公式如图1所示：

图1：标准中齿啮式卡箍

的计算公式

标准HG/T20582-2011中整体式卡箍的计算公式如下：

图2：标准中整体式卡箍

的计算公式

因此，标准HG/T20582-2011中齿啮式卡箍

的计算公式是错误的，分母的第一项不应带括号，正确的应为图3所示。

图3：齿啮式卡箍 

的正确计算公式

这两种快开结构的结构形式如下图所示。

图4：卡箍结构的两种常见形式

有句话说得好：“古为今用，洋为中用”。这些公式从哪儿来的？

首先查阅ASME VIII-1标准，标准中只有卡箍连接件的设计准则，并未区分齿啮式和整体式两种形式，那怎么办？

继续从网络上查资料，我找到了日本标准JIS B8284-2003《压力容器快速开关盖装置》，里面提到了标准 HG/T20582-2011中的整体式卡箍以及齿啮式卡箍的结构形式，而且给出了相应的计算公式。

下面摘写JIS B8284-2003中的部分内容，有兴趣的朋友可以从网上看看。

图5： JIS B8284中的两种卡箍快开结构

图6： JIS B8284标准中的MH计算公式

对于结构的强度计算，常规计算可以采用SW6-2011软件，也可以采用Excel编制程序计算书。建议采用Excel编程计算的朋友，把公式的错误在程序中改正过来。在SW6-2011 V3.1补丁二之前计算的齿啮式卡箍强度合格的结构尺寸，现在再计算的话有可能就不合格。

图7：SW6-2011中的齿啮式卡箍计算程序

图8：齿啮式卡箍计算的Excel程序

二、应力分析计算

卡箍式快开门压力容器因操作方便、承压能力强而倍受关注。该类容器由于结构的特殊性和受力的复杂性，且卡箍结构通常为疲劳性结构，因而对其强度及疲劳强度提出很高的设计要求。

为保证设计的安全性，卡箍快开装置一定要有安全连锁装置，这一点在设计施工图中一般不体现出来，但是在相关设计文件中设计者一定要提出来，并且告知用户：设备的安全连锁装置由用户考虑安装。

1、卡箍结构强度问题的模型建立

① 不考虑接触简单化处理。一般卡箍结构为对称结构，仅建立单个卡齿或1/2卡齿的有限元立体模型即可。

② 考虑接触时处理。当考虑接触时，则需要建立上下法兰及卡卡结构相接触的部位，因此不仅要建立单个卡齿或1/2卡齿有限元立体模型，还要建立与之相接触的上下法兰结构的有限元模型。在划分完有限元模型后，上下法兰与卡齿相接触区域要建立接触对。

2、卡箍结构强度问题的边界条件

① 力学边界条件。

a）不考虑接触简单化边界处理方式。所有受内压的面施加内压，卡齿的部分施加内压引起的等效压力；

b）考虑接触时边界处理方式。所有受内压的面施加内压，此时建立接触对后卡齿部位不需要施加内压引起的等效压力。

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