ASME压力容器建造规范研讨会设计部分问题解答(摘要)
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第五部分元件的形状和尺寸允差


Reply to the Questions about Design Arose from the Seminar for ASME BPVC Section VIII
Part 5-The Shape and Size Tolerance of Components

丁伯民Ding Bomin
华东理工大学East China University of Science and Technology

本文就2009年在上海举行的ASME压力容器建造规范研讨会中学员所提的与设计有关的问题进行汇总答复。
In this Paper, reply to the trainee’ questions about design disquisition in Shanghai seminar for ASME BPVC Section Ⅷ briefly in 2009.

圆筒,锥壳,球壳,成型封头,不圆度,对真正圆形的最大正负偏差,棱角值,内压,外压,层板贴合
Cylindrical Shell, Conical Shell, Spherical Shell, Formed Heads,Out-of-Roundness, Maximum Plus-or-Minus Deviation from The True Circular Form, Peaking, Internal Pressure, External Pressure, Contact between Layers

CACI于2009年4月所组织的ASME规范Ⅷ(与设计有关)研讨会期间,与会者在会前和研讨中提出了不少问题,CACI要求归纳整理后公布。初步考虑,拟对研讨会中以书面或口头提及的低温操作和防脆断措施,焊接接头分类和焊接接头系数,压力试验及其限制条件,开孔及其补强,元件的形状和尺寸允差,換热器设计,全部改写ASME Ⅷ-2的背景和主要修改内容等几个方面陆续整理,在整理中不拟以和讨论者一问一答的方式简单处理,而是根据规范的具体规定,从原理并规范的条文上系统说明。本文是其中的第五篇。

1 控制形状和尺寸偏差的目的和出发点

在元件设计时,都取其为理想的形状(例如,对回转壳体,都认为其横截面为绝对圆形),但成形后的实际形状都不可能是理想形状,总会存在这样或那样的形状或尺寸偏差,因而在受载后其实际的应力水平偏离于在设计时所规定的值,使其承载能力(内压或外压)下降。为此,根据成形后元件由于形状或尺寸偏差可能引起的附加应力或承载能力下降值,规范将该值限制在一定范围以内而定出了允许的形状或尺寸偏差值。

形状和尺寸偏差包括任何回转壳体的不圆度(out-of-roundness),指回转壳体在全圆周范围内的最大与最小内径之差,以及在一定圆周范围内元件实际形状和真正圆形之间的最大正负偏差(maximum plus-or-minus deviation from the true circular form ),在卷轧成形中在纵缝处的棱角值(peaking),规范规定都可以在壳体的内径或外径上测量;对各种成型封头,则还包括成形后的轮廓线(例如椭圆或规定形状的碟形)和理想轮廓线之间的向内或向外偏差,转角半径的尺寸偏差等,规范虽未提及应在封头内侧或外侧测量,但由于对不圆度的测量已作了规定,而且对封头直边段也要测量及控制不圆度,所以应理解为也可以在内侧或外侧测量。

2 圆筒、锥壳和球壳的不圆度允差

3 成型封头的允差

不论内压或外压,成型封头内表面的轮廓线(例如椭圆或规定形状的碟形)和理想轮廓线之间的向内或向外偏差,转角半径的尺寸偏差等都会使封头引起附加应力,在球冠区,如半径偏大则使该区应力增大,所以限制较严,半径偏小虽使该区应力减小,但改变了原来球冠区和过渡转角区的连接关系,也会使连接处应力增加,但可限制较宽; 过渡区的转角半径偏小则严重地恶化了连接处的协调性。为此,规范在UG-81(a)中规定: 碟形、折边锥形、半球形或椭圆形封头的内表面与规定形状既不得有大于1.25的向外偏差,与规定形状又不得有大于0.625的向内偏差,转角半径不应小于规定值。

此处虽未提及在封头内表面还是外表面测量,但前已提及,由于对不圆度的测量已作了规定,可以理解为也可以在内侧或外侧测量,何况用内样板测量无法测得向内偏差,用外样板测量无法测得向外偏差。

见图5,用内样板测量可测得向外偏差,此时意指球冠区半径偏小,所以限制较宽,用1.25限制; 用外样板测量可测得向内偏差,此时意指球冠区半径偏大,所以限制较严,用0.625限制。

参考文献

[1]ASME锅炉及压力容器规范Ⅷ第一册压力容器建造规则,2007版

[2]ASME锅炉及压力容器规范Ⅷ第二册压力容器建造另一规则,2007版

[3]GB 150-1998,钢制压力容器

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