在壓力容器設(shè)計(jì)中，除受內(nèi)壓容器外，還有不少承受外壓的容器，如真空儲(chǔ)罐、減壓蒸餾塔及帶有夾套加熱或冷卻的反應(yīng)釜。當(dāng)夾套中介質(zhì)的壓力高于容器內(nèi)介質(zhì)壓力時(shí)，也構(gòu)成外壓容器。對(duì)于外壓容器，在既定直徑和材料的前提下，增加圓筒厚度δ或減小圓筒計(jì)算長(zhǎng)度L均可提高其臨界壓力pcr值。但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，減小L往往比增加δ更為有利，減小圓筒計(jì)算長(zhǎng)度的方法是在圓筒外部或內(nèi)部設(shè)置剛性加強(qiáng)圈。按GB 150-89《鋼制壓力容器》進(jìn)行加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)先假定加強(qiáng)圈截面尺寸，然后反復(fù)試算，直至Is＞I，且較接近為止。優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品有：加強(qiáng)圈、齒圈毛坯，榨圈，齒輪，法蘭，鍛件，碾環(huán)機(jī)，鍛造飛輪齒圈、內(nèi)齒圈、研磨機(jī)齒圈、斜面錐度環(huán)等環(huán)章丘橋殼加強(qiáng)圈,非對(duì)焊加強(qiáng)圈,無(wú)縫加強(qiáng)圈市場(chǎng)主流走勢(shì)弱勢(shì)小幅下跌。這種方法需反復(fù)試算，使用不便，筆者通過(guò)對(duì)矩形截面加強(qiáng)圈計(jì)算公式的推導(dǎo)，得出了一種快速簡(jiǎn)捷的計(jì)算方法。

1 組合慣性矩

矩形截面加強(qiáng)圈是常用的一種加強(qiáng)圈，它與殼體有效段組合截面見(jiàn)圖1。根據(jù)文獻(xiàn)［4］，以x-x為組合截面中性軸，則組合慣性矩為：

Is=I0 As(z0 δe/2-a)2 I0′ As′a2

式中，I0=he3be/12,為加強(qiáng)圈慣性矩，mm4；I0′=lδe3/12，為圓筒起加強(qiáng)作用部分的慣性矩，mm4；As′=lδe，為圓筒起加強(qiáng)作用部分(組合段)的面積，mm2；As=hebe，為加強(qiáng)圈有效截面積，mm2；沖壓厚度10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm，24mm25mm,30mm。he為加強(qiáng)圈截面有效高度，be為加強(qiáng)圈有效厚度，δe為殼體的有效厚度，z0=he/2，為形心軸矩，a為組合截面的形心軸矩，l′=1.10

為加強(qiáng)圈兩側(cè)筒體有效段寬度之和，以上單位均為mm。若加強(qiáng)圈中心線兩側(cè)殼體的有效段寬度相重疊，則該殼體的有效段寬度中相重疊部分每側(cè)按一半計(jì)算。

圖1 加強(qiáng)圈與殼體有效段組合截面

2 組合截面形心軸矩

將I0、z0及I0′代入式(2)，可得：

為便于計(jì)算，對(duì)上式進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，略去在Is計(jì)算中影響較小的項(xiàng)，he δe≈he，同時(shí)略去lδe3/12一項(xiàng)，則：

上述簡(jiǎn)化在工程設(shè)計(jì)中是安全的。因?yàn)锳s以及As′均為正數(shù)，所以(As As′)/2≥

(僅當(dāng)As=As′時(shí)取等號(hào))，即(As As′)2≥4AsAs′。故:

把式(5)代入式(4)得：

Is≤behe3/12 As′he2/16 Ashe2/16 (6)

把As代入式(6)，化簡(jiǎn)得：

7he3be 3As′he2≥48Is (7)

3 加強(qiáng)圈與殼體組合段所需慣性矩

考慮每個(gè)加強(qiáng)圈兩側(cè)各承受Ls/2范圍內(nèi)的外壓pcr， 則每個(gè)加強(qiáng)圈所承受的載荷Pcr=pcrLs。式中Ls為加強(qiáng)圈間距，mm。按圓環(huán)的失穩(wěn)公式計(jì)算承受臨界載荷Pcr的加強(qiáng)圈所需慣性矩［2］：

(8)

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用文獻(xiàn)［2］中式(5-1)計(jì)算圓環(huán)臨界壓力，相應(yīng)地對(duì)于和圓筒相連在一起的加強(qiáng)圈，取穩(wěn)定性安全系數(shù)m=3。優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品有：加強(qiáng)圈、齒圈毛坯，榨圈，齒輪，法蘭，鍛件，碾環(huán)機(jī)，鍛造飛輪齒圈、內(nèi)齒圈、研磨機(jī)齒圈、斜面外壓圓筒設(shè)置加強(qiáng)圈的目的是什么?？紤]到加強(qiáng)圈和筒體相連的間斷焊，可能削弱或割斷等因素而增加10%的慣性矩裕量，故在設(shè)計(jì)外壓p=［p］=pcr/3時(shí)，所需要的

加強(qiáng)圈慣性矩為： (9)

上式算得的I就是按穩(wěn)定性要求所需的小慣性矩，該式適用于彈性穩(wěn)定問(wèn)題。應(yīng)用上式時(shí)，應(yīng)力應(yīng)控制在彈性范圍，工程上可近似用屈服強(qiáng)度來(lái)限制，即mσ=3σ≤σst。一般工程設(shè)計(jì)均能滿足這一要求。

對(duì)于裝在厚度為δe的圓筒上，初定截面積為As的加強(qiáng)圈，可將其厚度看作δE=δe As/Ls，所以應(yīng)力控制范圍為：

mσ=3pD0/［z(δe As/Ls)］≤σst (10)

4 計(jì)算實(shí)例

根據(jù)文獻(xiàn)［1］，加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)應(yīng)使實(shí)際組合慣性矩大于加強(qiáng)圈與殼體組合段所需慣性矩，即：

Is＞I (11)

將he視為已知量，把式(11)代入式(7)，可以得到：

be＞(48I-3As′he2)/(7he3) (12)

利用上式即可一次求出矩形加強(qiáng)圈截面尺寸。下面以文［3］05頁(yè)例題為例進(jìn)行說(shuō)明。已知p=0.1 MPa, D0=2 420 mm, L=Ls=2 400 mm,t=150 ℃,σst=210 MPa,E=2.05×105 MPa,由式(9)得加強(qiáng)圈與殼體組合段所需的慣性矩I=2.3×106 mm4。另As′=1 224 mm2，取h=90 mm,由式(12)得b=15.8 mm≈16 mm。文獻(xiàn)［2］對(duì)加強(qiáng)圈每側(cè)加腐蝕裕度1 mm，則加強(qiáng)圈截面尺寸為90 mm×18 mm。本實(shí)用新型加強(qiáng)圈彎制機(jī)，通過(guò)減速機(jī)和大小齒輪的方式傳動(dòng)，輸出力大。按式(10)進(jìn)行應(yīng)力校核：mσ=41.85 MPa＜σst=210 MPa，計(jì)算結(jié)果與文［3］完全一致。

5 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)計(jì)算是外壓容器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，利用文中公式可一次確定矩形加強(qiáng)圈的截面尺寸，無(wú)需反復(fù)計(jì)算，安全可靠，已在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中多次采用，具有廣泛的使用價(jià)值。

種帶有加強(qiáng)圈的水田輪

 摘要: 一種帶有加強(qiáng)圈的水田輪，它包括水田輪本體（1），其特征在于它還有加強(qiáng)圈（2），加強(qiáng)圈（2）安裝在水田輪本體（1）的兩組行走齒（1-1）上。優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品有：加強(qiáng)圈、齒圈毛坯，榨圈，齒輪，法蘭，鍛件，碾環(huán)機(jī)，鍛造飛輪齒圈、內(nèi)齒圈、研磨機(jī)齒圈、斜面錐度環(huán)等環(huán)外壓加強(qiáng)圈“越壯越好”。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是：水田輪通過(guò)加設(shè)加強(qiáng)圈后，行走時(shí)加強(qiáng)圈與地面接觸，行走更加平穩(wěn)，同時(shí)可使行走齒更加牢固，可在水田或水泥地面行走，速度快，提高了耐用性和實(shí)用性，增強(qiáng)了使用壽命，提高了工作效率

 外壓加強(qiáng)圈，有人認(rèn)為加強(qiáng)圈能提供的慣性矩越大越好，動(dòng)輒用反置角鋼，其實(shí)這是一種浪費(fèi)。

事實(shí)上，在加強(qiáng)圈本身的計(jì)算（GB150.3 4.5.1）能通過(guò)的情況下，用“更壯”（慣性矩更大）的加強(qiáng)圈無(wú)法進(jìn)一步提高外壓圓筒的承載能力。并且，相同厚度、相同截面尺寸，扁鋼比T型鋼、角鋼有更大的慣性矩，具有更大的加強(qiáng)作用[1]。

一. 加強(qiáng)圈本身的穩(wěn)定性

二. 加強(qiáng)圈的貢獻(xiàn)

常規(guī)設(shè)計(jì)中，帶加強(qiáng)圈殼體外壓設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是，保證在圓筒失穩(wěn)后加強(qiáng)圈仍保持圓形（起支撐作用），稱之為大加強(qiáng)圈，與分析設(shè)計(jì)中考慮圓筒和加強(qiáng)圈同時(shí)失穩(wěn)的“小加強(qiáng)圈”設(shè)計(jì)相對(duì)[3]。

在加強(qiáng)圈的位置已經(jīng)確定，即外壓圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度L已定的情況下，加強(qiáng)圈本身的計(jì)算，并不會(huì)影響圓筒的外壓設(shè)計(jì)。即加強(qiáng)圈對(duì)提高圓筒的承載能力的貢獻(xiàn)，只是減小外壓計(jì)算長(zhǎng)度，并由此提高臨界外壓，見(jiàn)文獻(xiàn)[1]式4-15。

ASME VIII-1和GB150也都是先進(jìn)行殼體的外壓計(jì)算，再校核加強(qiáng)圈的穩(wěn)定性。

三. 加強(qiáng)圈的材料

ASME VIII-1 UG-29(d)規(guī)定：如果殼體和加強(qiáng)圈采用不同的材料，則選用可獲得較大A值的材料線算圖。GB150沒(méi)有這樣的規(guī)定，SW6則連加強(qiáng)圈的材料也沒(méi)法選。事實(shí)上，在選擇加強(qiáng)圈的材質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意其彈性模量、泊松比和焊接性。

四. 討論

在

這點(diǎn)可以參考文獻(xiàn)[4]第8章“結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定”之第7節(jié)“加勁板受壓失穩(wěn)后的工況情況——有效寬度論”（“勁板”，原文如此）

“當(dāng)板件受壓的平均應(yīng)力小于板的臨界應(yīng)力時(shí)，板件的應(yīng)力是均勻分布的。壓應(yīng)力隨外載荷的增加而增大，直到平均應(yīng)力等板的臨界應(yīng)力，板開(kāi)始出現(xiàn)壓曲現(xiàn)象。

因?yàn)榘逯С衷阼鞐l上，所以靠近桁條附近的板并不失穩(wěn)，而可以承受增加的外載，增加的外載荷由靠近桁條處的部分承受。

橫截面上的壓應(yīng)力呈不均勻分布，其分布規(guī)律如圖8-13所示。在桁條支持處的應(yīng)力較大，這個(gè)值隨外載荷的增加而增加。直到桁條應(yīng)力達(dá)到失穩(wěn)臨界應(yīng)力，我們才認(rèn)為整個(gè)板件失去承載能力。”

“…實(shí)際上，應(yīng)力的分布是較復(fù)雜的，它與桁條對(duì)板所提供的支持程度以及板的幾何參數(shù)有關(guān)。

為計(jì)算方便，這里引入‘有效寬度’概念。即假設(shè)板截面上的應(yīng)力是均勻分布的，其大小等于Smax，但應(yīng)力不是分布在整個(gè)寬度b（注：相當(dāng)我們上面討論的Ls）上，而只分布在靠近桁條的一段寬度上，我們用2c（2c<b）（注：相當(dāng)于我們上面討論的有效寬度）表示，其余部分應(yīng)力為零，如圖8-13(b)所示。從以上特點(diǎn)，可以看出，冷擠壓工藝與目前各種加工方法比較，具有突出的優(yōu)越性。這個(gè)寬度2c被稱為板的‘有效寬度’。

這也就是說(shuō)，我們假想失去穩(wěn)定后的板仍像未失穩(wěn)的平板那樣承受載荷，其應(yīng)力為smax，但不再用全部剖面面積F=bt，而只是其中的一部分面積Fc=2ct承受應(yīng)力…”