提升计算圈的能力

1.带加强圈的圆筒

由式（4-9）可知，在一定的材料与直径下，提高外压容器临界压力的办法有两种，即增加筒体厚度t和减小计算长度L。就这两种方法而言，从经济角度出发，减小计算长度更有利。在圆筒的内部和外部相隔一定距离焊接用型钢做的加强圈，在计算时，假设加强圈与筒体同时发生失稳，则它们达到不失稳的必要条件是加强圈必须有足够的刚度或截面惯性矩。带加强圈的外压圆筒结构如图4-16所示。

图4-16 带加强圈的外压圆筒结构

计算时可考虑每一个加强圈承受圈两侧L_s/2距离内的外载荷，壳体和加强圈一起承受着每单位周长的临界载荷p_crL_s。由沿圆环圆周上每单位长度的载荷得

以代入上式，则

对于能起到加强作用的有效圆筒壁厚与加强圈组合惯性矩，可考虑等效于一单层较厚圆筒，其厚度称之为等效厚度t_ε，大小为

式中 A_s——加强圈的横截面积。

将t_ε代替式（4-29）中的t，并令，得

式中 ε_cr——加强圈与筒体失稳时，相对于σ_cr的周向应变。

式（4-31）就是带加强圈的外压圆筒保持稳定所必需的最小加强圈与有效壳体组合截面的惯性矩。

当筒体的一部分与加强圈共同组成惯性矩时，筒体能起到有效加强作用的宽度各取加强圈中心线两侧宽度b，，当μ=0.3时，。如果考虑适当的安全系数1.1，式（4-31）即变为

2.加强圈的设计计算

（1）加强圈的作用

短圆筒许用外压的计算式为，由此可见，增加壁厚或减小圆筒的计算长度都可以提高圆筒的许用外压。通过在筒体上设置加强圈，可以有效地减小筒体的计算长度。当外压一定时，通过设置加强圈也可以达到减少筒体壁厚的目的。

（2）加强圈尺寸

为了保证壳体与加强圈的稳定性，加强圈必须有合适的尺寸，满足最小惯性矩要求：

式中 J——加强圈和有效壳体所需的组合惯性矩（mm⁴）；

D₀——圆筒外径（mm）；(www.xing528.com)

L_s——加强圈间的间距（mm）；

A=ε——等效圆筒的周向临界应变；

t_e——圆筒的有效厚度（mm）。由式（4-16）知：

式中 t_ε——圆筒在设置加强圈后的等效壁厚。

如计算外压p_c=[p]，将式（4-30）代入并以t_e表示t，则上式变为：

（3）加强圈图算法的基本步骤

1）设定加强圈个数n，计算加强圈间距L_s=L/（n-1），。

2）选定加强圈（扁钢、角钢、工字钢或槽钢等），计算或在手册中查取加强圈的横截面积A_s，并确定有效壳体的作用宽度，从而计算出加强圈与有效壳体实际的组合惯性矩J_s。

3）根据已知的p_c、D₀和选择的t_e、L_S，按式（4-34）计算B值。

4）应用上述外压圆筒的图4-8～图4-10，根据加强圈材料和相应的设计温度读取A值。若无交点，计算。

5）根据式（4-33）计算需要满足的最小惯性矩J。

6）比较J与J_s，J_s应大于J且较接近。

3.加强圈的结构要求

（1）加强圈的位置

加强圈可以设置在筒体的内部，也可以设置在筒体外部。加强圈与筒体的连接一般为间断焊缝，焊缝的排列形式有错排和并排两种。

1）当加强圈设置在筒体外面时，焊缝的设置要求为每侧焊缝总长度≥容器外圆周长度的1/2，且焊缝之间的最大间隙为8t_n（t_n为筒体名义厚度）。

2）当加强圈设置在筒体内侧时，焊缝的设置要求为每侧焊缝总长度≥容器外圆周长度的1/3，且焊缝之间的最大间隙为12t_n。

另外，为了保证壳体与加强圈的加强作用，要求加强圈不得任意削弱或割断。允许间断的弧长值不得大于图4-17给出的数值。

图4-17 加强圈允许间断的弧长值

（2）加强圈的材料

加强圈应有足够的抗弯刚度，另外还要求加强圈的截面惯性矩要大、成形要方便。因此加强圈常用的材料为扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢。

考虑到经济成本的原因，一般多考虑碳钢。如果加强圈设置在筒体内部，还需考虑介质的腐蚀因素。