静设备
石油化工设备技术，2016，37（6）·19· Petro-Chemical Equipment Technology
板壳理论在压力容器强度设计中的
经典应用之一
一四种换热器管板强度设计技术分析（上）周耀1，桑如苞2，夏少青2，闫东升2
（1.四川天一科技股份有限公司，四川成都610225；2.中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：以直观的变形与应力的材料力学关系对管板复杂应力进行定性受力分析，深入浅出地阐明各种管板应力的产生机理和计算原理，重点揭示不同管板计算方法间的差别与贯通性。其比繁复的汤姆避函数所表述的定量力学分析，复杂的公式推导更加便于理解。以图定管板计算原理为基础，解决各种结构的浮头管板、填函管板及柔性管板的计算问题，并应用一次结构法使管板设计更为科学合理且经济安全。以4种特殊结构的U型管板换热器管板和4种特殊结构弹性基础管板为例，说明如何应用GB/T151管板计算方法进行管板的应力的计算。
关键词：板壳理论压力容器换热器管板强度设计
换热器管板计算可谓是压力容器受压元件中最为复杂的，管板计算方法涉及弹性基础圆板理论和手工求解九元线性代数方程组，管板应力分析甚为复杂。管板计算在大学化机教程中根本没有涉及，为此使广大压力容器设计人员知之甚少。可管板计算是换热器强度设计的核心内容，若缺之广解，直接影响设计水平的提高，管板计算虽在 GB/T151中给出了常用结构的计算方法，但由于换热器存在特殊结构，对这些特殊管板的计算长期以来存在困惑，成为压力容器设计的一项重大技术欠缺。
本文以四种特殊结构的“U型”管换热器管板为例，说明如何应用GB/T151管板计算方法进行管板应力的计算。
圆平板是压力容器中另一类受压元件，不仅作为平盖封头用，更多地应用于换热器作管板使用。
圆平板分为两种：普通圆平板（简称圆板)和弹性基础圆平板。
圆平板在压力作用下，产生弯曲应力，平衡压力属一次应力。由于压力到处作用于平板表面，故弯曲应力到处存在。所以圆平板在压力作用下，处处产生一次总体弯曲应力，按塑性设计，其许用应力可达1.5c」。但当其作用为平盖时，由于周边用有连接，考虑密封的要求，此时许
用应力还是以1倍[。控制。圆平板中由于产生的是弯曲应力，所以内压作用和外压作用时应力相等，不过应力符号相反。但它始终只有强度问题，不存在稳定问题。圆平板计算没有内外压之分，计算方法一致。
当圆平板用作管板时，由于管孔对管板的削弱作用，计算中以削弱系数考虑。标准中强度和刚度削弱系数取0.4，相当于对开有管孔的管板其强度等同于2/3厚度的不开孔圆板。
管板孔边有一定的应力集中，但因属峰值应力，只在疲劳设计时考虑，所以管板计算中只考虑一次总体弯曲应力，许用应力取1.5[]。
在管壳温差载荷作用时的管板应力为二次应力，许用应力为3[]。弹性基础圆平板与圆板的受力差别主要是前者不仅受压力作用，而且还受管束力的作用，而后者只受压力的作用。U形管换热器管板由于不能得到U形管束的支撑作用，所以属于普通圆平板，而且因受管孔开孔削弱，所
收稿日期：2016-06-22；修改稿收到日期：2016-07-19。
作者简介：周耀，女，教投缓高级工程师，1982年毕业于成都科技大学(现四川大学)化工机械专业·长期从事压力容器设计工作34年，获省、部级奖3项，国家专利3项，已在国内模心刊物上发表论文9篇，
Email:zhouyao610123@163.com.