现阶段压力容器设计的新方法研究

1 试析现阶段压力容器设计方法更新研究的重要性

由于压力容器在我国各个行业中的应用都比较广泛, 且不同行业对压力容器的设计要求也大不相同, 再加上社会经济市场的发展, 提高了各行各业对压力容器进行的使用要求及目的, 这就使得传统的压力容器设计方法, 已经不能够制造出符合行业以及社会经济市场要求的压力容器了。因此, 为了让设计出来的压力容器能够符合各行各业的生产需求, 同时也为了提高压力容器的性能及其功能, 研制并开发出更具有高科技效力的压力容器设计方法, 就显得极其重要了。

2 试析现阶段压力容器设计的新方法

2.1“管壳式换热器管板”设计法

该设计方法利用到的设备是“管壳式换热器”, 它的组成部分较为复杂, 主要包括:壳体、法兰、管箱、换热管束以及垫片等。其中, 管板是该换热器的核心配件, 对它进行科学的设计, 可以在很大程度上降低生产的困难程度, 同时也可以达到降低企业生产成本的目的。管板中心部位布满了管孔, 并焊接着一个换热管束。且管束还连接着其它管板, 板的外侧是壳体, 内侧和管箱相连, 且它们的连接都是通过焊接来实现的。其次, 管箱里还具有某种流体, 它主要是用来达到换热目的的, 且在这种流体的作用之下, 管板还必须要接受来自温度以及压力的负荷, 这就在很大程度上提高了压力容器的设计难度, 导致传统的压力容器设计方法难以对其进行合理、科学的设计。然而, 在上世纪末, 我国科研团队针对这种压力容器, 对其的性能与特点进行了全面的分析和研究, 并制定出了一个全新的“管壳式换热器管板设计法”, 其具体的实现过程如下:

对换热器的各个构配件进行全面的分析, 同时充分考虑到这些构配件在正常运行的情况之下, 所能够承受的最大载荷值;

科学地计算出当量板的削弱系数;

制作“孔板单元模型”, 且该模型除了有正方形孔板之外, 还应当有圆柱壳以及接口处的圆环;

利用孔间带效率曲线, 计算出管子对管板的加强作用以及管孔对管板的削弱作用;

借助4中计算出来的数据, 得出当量板的实际弹性因子。

另外, 因不同的技术人员都存在着一定程度上的计算误差。所以, 通过人为计算得出的弹性因子也是具有误差的。如果, 这种误差和管板的实际承载能力相差太大的话, 那么将会严重影响到压力容器的设计厚度。因此, 在计算数据的时候, 技术人员还应当严格依照计算的方程式, 并对其自身的计算方法进行严格的规范。这样一来, 才可以在很大程度上降低计算得出的数据误差量, 从而达到增强压力容器设计精确度的这一目的。

2.2 LRFD设计法

该设计法的原理是:在不同的阻力以及强度的情况下, 采用与之相对应的安全因子, 它的计算式为:

其中, RN代表的是阻力, LNi代表的是载荷, γi代表的是载荷安全因子。值得提出来的是, RN在这里并不是我们所谓物理学中的力, 而是压力容器在抵抗阻力或者是载荷的过程当中消耗掉的能力, 且在压力容器的设计中, 这种能力也可以通过材料的强度来进行表示。

另外, 荷载的类型也具有多样性, 它主要包括:内力、外力、风载荷、重力以及地震载荷等。但是, 不论是哪一种类型的载荷, 在LRFD设计法中都可以被当做是一个变量, 阻力也是如此。

一般来说, 载荷是极易导致压力容器结构失效的重要因素, 而阻力却是能够抵抗压力容器结构失效的一种能力。所以, 载荷与阻力彼此间也是存在着某种特定关系的, 且它们也共同决定了压力容器的结构最终是否会失效。

依照物理学中的“应力与阻力的分布干涉理论”, 我们假定某个压力容器结构的载荷为L、阻力为R, 那么其密度分布图如图1。

其中, μL代表的是应力的均值;μR代表的是阻力的均值。

若应力小于阻力, 那么压力容器的结构将会失效。此时, 应力与阻力的密度分布图如图2。其中, 图2里面的阴影区域就是压力容器结构失效的概率。

因此, 在利用LRFD设计法对压力容器进行设计的时候, 还必须要充分考虑四个方面:1) 将压力容器结构的阻力当作是一个变量看;2) 针对载荷变量, 必须要考虑其是否有出现的可能, 病计算出其出现的概率;3) 把“应力与阻力分布干涉理论”当作压力容器结构失效的主要依据;4) 依照LRFD设计法中的“载荷系数表”选择压力容器的最适设计载荷。

3 结语

综上所述, 压力容器的合理设计, 作为压力容器制造的前提条件以及必要条件, 它的设计效果, 对压力容器后期的制造与生产过程来说, 是非常重要的。因此, 压力容器设计团队就应当加强对压力容器的设计方法进行研究与开发的力度。这样, 才可以提高压力容器设计新方法的开发效率, 从而进一步提高压力容器的性能极其具备的各种功能。

摘要：随着社会的不断进步, 国家对压力容器设计的要求是越来越高。于是, 在这种情况之下, 技术人员就要以“提高我国压力容器的设计水平”为目的, 对传统压力容器的设计方法进行科学的改进, 并借助新技术与新设计理论, 开发出了具有高效能的压力容器设计新方法。因此, 本文将针对现阶段的压力容器, 对其的设计新方法进行深入的分析和探究。

关键词：现阶段,设计新方法,压力容器,研究