真空壓力容器設(shè)計(jì)

1、l4-1 概述概述 壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì) 基本要求基本要求 安全安全 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì) 合理選取結(jié)構(gòu)、合理選取結(jié)構(gòu)、 材料、參數(shù)等材料、參數(shù)等 合理選擇設(shè)計(jì)方法合理選擇設(shè)計(jì)方法 常規(guī)設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)結(jié)果比較常規(guī)設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)結(jié)果比較 適的密封材料。 結(jié)構(gòu)，選擇合選擇或設(shè)計(jì)合理的密封密封設(shè)計(jì) 適的材料。部件結(jié)構(gòu)尺寸，選擇合 確定零通過強(qiáng)度和剛度計(jì)算，強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì) 理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。的要求，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合 、檢驗(yàn)等方面滿足工藝、制造、使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì) 基本內(nèi)容基本內(nèi)容 用戶提出基本設(shè)計(jì)要求用戶提出基本設(shè)計(jì)要求 分析容器的工作條件，確定設(shè)計(jì)參數(shù)分析容器的工作條件，確定

2、設(shè)計(jì)參數(shù) 結(jié)構(gòu)分析、初步選材結(jié)構(gòu)分析、初步選材 選擇合適的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算 確定構(gòu)件尺寸和材料確定構(gòu)件尺寸和材料 繪制圖紙，提供設(shè)計(jì)計(jì)算書和其它技術(shù)文件繪制圖紙，提供設(shè)計(jì)計(jì)算書和其它技術(shù)文件 壓壓 力力 容容 器器 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 的的 基基 本本 步步 驟驟 攪拌容器條件圖 塔器條件圖 換熱器條件圖 一般容器條件圖 設(shè)計(jì)條件圖 等）、腐蝕速率、保溫條件其它（材料、設(shè)計(jì)壽命 操作方式和要求 壓力和溫度 工作介質(zhì) 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件 交互失效 泄漏失效 失穩(wěn)失效 剛度失效 強(qiáng)度失效 壓力容器的失效形式 4-2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 腐蝕斷裂 蠕

3、變斷裂 疲勞斷裂 脆性斷裂 韌性斷裂 強(qiáng)度失效形式 壓力容器失效判據(jù)壓力容器失效判據(jù) 判斷壓力容器是否失效判斷壓力容器是否失效 由力學(xué)分析得到力學(xué)分析結(jié)果由力學(xué)分析得到力學(xué)分析結(jié)果 由實(shí)驗(yàn)測(cè)得失效數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測(cè)得失效數(shù)值 失效判據(jù)失效判據(jù) 泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 脆性斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 l一、概述一、概述 基于彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基于彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 不連續(xù)應(yīng)力的考慮不連續(xù)應(yīng)力

4、的考慮 扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式 槽形繞帶 繞帶式 繞板式 熱套式 整體多層包扎式 多層包扎式 組合式 無(wú)縫鋼管式 鍛焊式 整體鍛造式 單層卷焊式 單層式 圓筒結(jié)構(gòu)形式 單層式圓筒的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)螌邮綀A筒的優(yōu)點(diǎn)：不存在層間不存在層間 松動(dòng)等薄弱環(huán)節(jié)，能較好地保證松動(dòng)等薄弱環(huán)節(jié)，能較好地保證 筒體的強(qiáng)度。筒體的強(qiáng)度。 單層式圓筒的缺點(diǎn)：?jiǎn)螌邮綀A筒的缺點(diǎn)： 1、單層厚壁圓筒對(duì)制造設(shè)備的要、單層厚壁圓筒對(duì)制造設(shè)備的要 求高。求高。 2、材料的浪費(fèi)大。、材料的浪費(fèi)大。 3、鍛焊式圓筒存在較深的縱、環(huán)、鍛焊式圓筒存在較深的縱、環(huán) 焊縫，不便于焊接和檢驗(yàn)。焊縫，不便于焊接和檢驗(yàn)。 層板包扎式層板包扎式 （1）包扎工序

5、繁瑣，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，效率低。）包扎工序繁瑣，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，效率低。 （2）層板材料利用率低。）層板材料利用率低。3）層間松動(dòng)問題。）層間松動(dòng)問題。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) （1）對(duì)加工設(shè)備的要求不高。對(duì)加工設(shè)備的要求不高。 （2）壓縮預(yù)應(yīng)力可防止裂紋的擴(kuò)展。）壓縮預(yù)應(yīng)力可防止裂紋的擴(kuò)展。 （3）內(nèi)筒可采用不銹鋼防腐。）內(nèi)筒可采用不銹鋼防腐。 （4）層板厚度薄，韌性好，不易發(fā)）層板厚度薄，韌性好，不易發(fā) 生脆性斷裂。生脆性斷裂。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 整體多層包扎式整體多層包扎式 （1）套合層數(shù)少，效率高，成本低。）套合層數(shù)少，效率高，成本低。 （2）縱焊縫質(zhì)量容易保證。）縱焊縫質(zhì)量容易保證。 （1）只能套合短筒，筒節(jié)間深環(huán)焊縫

6、多。）只能套合短筒，筒節(jié)間深環(huán)焊縫多。 （2）要求準(zhǔn)確的過盈量，對(duì)筒節(jié)的制造要求高。）要求準(zhǔn)確的過盈量，對(duì)筒節(jié)的制造要求高。 熱套式熱套式 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）機(jī)械化程度高，操作簡(jiǎn)便，材料利用率高。）機(jī)械化程度高，操作簡(jiǎn)便，材料利用率高。 （2）縱焊縫少。）縱焊縫少。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）繞板薄，不宜制造壁厚很大的容器。）繞板薄，不宜制造壁厚很大的容器。 （2）層間松動(dòng)問題。）層間松動(dòng)問題。 繞板式繞板式 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 槽形繞帶式槽形繞帶式 （1）筒壁應(yīng)力分布均勻且能承受一部分由內(nèi)壓）筒壁應(yīng)力分布均勻且能承受一部分由內(nèi)壓 產(chǎn)生的軸向力。產(chǎn)生的軸向力。 （2）機(jī)械化程度高，

7、材料利用率高。）機(jī)械化程度高，材料利用率高。 （1）鋼帶成本高，公差要求嚴(yán)格。）鋼帶成本高，公差要求嚴(yán)格。 （2）繞帶時(shí)鋼帶要求嚴(yán)格嚙合，否則無(wú)法貼緊。）繞帶時(shí)鋼帶要求嚴(yán)格嚙合，否則無(wú)法貼緊。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) （1）機(jī)械化程度高，材料利用率高。）機(jī)械化程度高，材料利用率高。 （2）整體繞制，無(wú)環(huán)焊縫。）整體繞制，無(wú)環(huán)焊縫。 （3）帶層呈網(wǎng)狀，不會(huì)整體裂開。）帶層呈網(wǎng)狀，不會(huì)整體裂開。 （4）扁平鋼帶成本低，繞制方便。）扁平鋼帶成本低，繞制方便。 扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式 特點(diǎn)特點(diǎn) c t ic p Dp 2 單層內(nèi)壓圓筒單層內(nèi)壓圓筒 焊接接頭系數(shù) 計(jì)算壓力 c p t c p0

8、.4適用范圍： 壁厚計(jì)算壁厚計(jì)算 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核 工作應(yīng)力工作應(yīng)力 t e eic t Dp 2 )( 最大允許工作壓力最大允許工作壓力 ei t e w D p 2 時(shí)（單層厚壁圓筒） t c p0.4 按塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： )1()1( 2 3 0 p n ii s s eRKR 按爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： )1()1( )2(2 3 p n ii b s s b eRKR c t ic p Dp 2 注意注意 00 0 t n i t i n i t 最小厚度最小厚度 碳素鋼、低合金鋼制容器：碳素鋼、低合金鋼制容器：min3mm 高合金鋼制容器：高合金

9、鋼制容器：min2mm 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力p 1 1、設(shè)計(jì)壓力由工藝條件確定，在設(shè)計(jì)過程中是一個(gè)、設(shè)計(jì)壓力由工藝條件確定，在設(shè)計(jì)過程中是一個(gè) 定值；工作壓力在容器正常工作過程中可能變動(dòng)，容定值；工作壓力在容器正常工作過程中可能變動(dòng)，容 器頂部和底部的工作壓力也可能不同。器頂部和底部的工作壓力也可能不同。 2 2、要求設(shè)計(jì)壓力不低于最大工作壓力。、要求設(shè)計(jì)壓力不低于最大工作壓力。 即：即：P PP PW W 3 3、P PC C= P+P= P+PL L ( (當(dāng) 當(dāng)P PL L5%5% P P時(shí)，時(shí)， P PL L可忽略不計(jì)可忽略不計(jì)) ) 設(shè)計(jì)壓力的規(guī)定設(shè)計(jì)壓力的規(guī)定 1、容器上裝有安全閥時(shí)、

10、容器上裝有安全閥時(shí) P=(1.051.10)PW 2、容器上裝有爆破膜時(shí)、容器上裝有爆破膜時(shí) P=(1.151.30)PW 3、盛裝液化氣體的容器、盛裝液化氣體的容器 設(shè)計(jì)壓力取工作時(shí)可能達(dá)到的最高溫度下設(shè)計(jì)壓力取工作時(shí)可能達(dá)到的最高溫度下 液化氣體的飽和蒸氣壓液化氣體的飽和蒸氣壓 設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度t -容器在正常工作情況下設(shè)定元件的金屬溫度。容器在正常工作情況下設(shè)定元件的金屬溫度。 元件金屬溫度高于零度時(shí)，設(shè)計(jì)溫度不得低于元元件金屬溫度高于零度時(shí)，設(shè)計(jì)溫度不得低于元 件可能達(dá)到的最高溫度；件可能達(dá)到的最高溫度； 元件金屬溫度低于零度時(shí)，設(shè)計(jì)溫度不得高于元元件金屬溫度低于零度時(shí)，設(shè)計(jì)溫度不得高

11、于元 件可能達(dá)到的最低溫度。件可能達(dá)到的最低溫度。 根據(jù)規(guī)定：當(dāng)鋼板厚度負(fù)偏差不大于根據(jù)規(guī)定：當(dāng)鋼板厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名且不超過名 義厚度的義厚度的6%時(shí)，可取時(shí)，可取C1=0。所以在設(shè)計(jì)計(jì)算中，對(duì)于所以在設(shè)計(jì)計(jì)算中，對(duì)于 GB6654-1996、GB3531-1996種的鋼板（如種的鋼板（如20R、16MnR、 16MnDR等），均可取等），均可取C1=0。 鋼板厚度負(fù)偏差鋼板厚度負(fù)偏差 焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù) 材料許用應(yīng)力材料許用應(yīng)力 安全系數(shù) 強(qiáng)度極限值 安全系數(shù)安全系數(shù) 碳素鋼、低合金鋼及鐵素體高合金鋼：碳素鋼、低合金鋼及鐵素體高合金鋼： nb3.0 ns1.6

12、nD1.5 nn1.0 奧氏體高合金鋼：奧氏體高合金鋼： nb3.0 ns1.5 nD1.5 nn1.0 氣密性試驗(yàn) 氣壓試驗(yàn) 液壓試驗(yàn) 耐壓試驗(yàn) 壓力試驗(yàn) 1、試驗(yàn)壓力、試驗(yàn)壓力 內(nèi)壓容器：內(nèi)壓容器： tT pp 25. 1 外壓容器和真空容器外壓容器和真空容器： ppT25. 1 夾套容器：視內(nèi)筒為內(nèi)壓或外壓容器，分別按內(nèi)壓夾套容器：視內(nèi)筒為內(nèi)壓或外壓容器，分別按內(nèi)壓 或外壓容器的試驗(yàn)壓力公式確定試驗(yàn)壓力；夾套按內(nèi)或外壓容器的試驗(yàn)壓力公式確定試驗(yàn)壓力；夾套按內(nèi) 壓容器確定試驗(yàn)壓力。壓容器確定試驗(yàn)壓力。 * 需校核內(nèi)筒在夾套液壓試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性，如不需校核內(nèi)筒在夾套液壓試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性，

13、如不 滿足穩(wěn)定性要求，則需在夾套液壓試驗(yàn)時(shí)，內(nèi)筒內(nèi)保滿足穩(wěn)定性要求，則需在夾套液壓試驗(yàn)時(shí)，內(nèi)筒內(nèi)保 持一定的壓力。持一定的壓力。 液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn) )(9 .0 2 )( 2 .0 S e eiT T Dp 如果直立容器臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)，則在應(yīng)力校如果直立容器臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)，則在應(yīng)力校 核時(shí)，核時(shí)，PT應(yīng)加上容器立置充滿水時(shí)的最大液柱應(yīng)加上容器立置充滿水時(shí)的最大液柱 壓力。壓力。 2、強(qiáng)度校核、強(qiáng)度校核 內(nèi)壓容器：內(nèi)壓容器： tT pp 15. 1 外壓容器和真空容器外壓容器和真空容器： ppT15. 1 1、氣壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn) 2、強(qiáng)度校核、強(qiáng)度校核 )(8 .0 2 )( 2 .0 S

14、e eiT T Dp 容器上沒有安全泄放裝置，氣密性試驗(yàn)壓力容器上沒有安全泄放裝置，氣密性試驗(yàn)壓力 PT=1.0P。 容器上設(shè)置了安全泄放裝置，氣密性試驗(yàn)壓力應(yīng)容器上設(shè)置了安全泄放裝置，氣密性試驗(yàn)壓力應(yīng) 低于安全閥的開啟壓力或爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力。低于安全閥的開啟壓力或爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力。 通常取通常取PT=1.0PW。 氣密性試驗(yàn)氣密性試驗(yàn) 設(shè)計(jì)壓力為設(shè)計(jì)壓力為1.6 Mpa的儲(chǔ)液罐罐體，材料的儲(chǔ)液罐罐體，材料Q235-A， Di=1800mm，罐體高度罐體高度4500mm，液料高度液料高度3000mm， C1=0.8mm，腐蝕裕量腐蝕裕量C2=1.5mm，焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)=1.0，液體密

15、液體密 度為度為1325kg/m3，罐內(nèi)最高工作溫度罐內(nèi)最高工作溫度50C 。 試計(jì)算罐體厚度并進(jìn)行水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核。試計(jì)算罐體厚度并進(jìn)行水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核。 注：注：Q235-A材 料的許用應(yīng)力材 料的許用應(yīng)力 2 0 =113MPa ， 50=113MPa，屈服極限屈服極限S=235 Mpa 試確定罐體厚度并進(jìn)行水壓試驗(yàn)校核。試確定罐體厚度并進(jìn)行水壓試驗(yàn)校核。 mm P DP MPPP MPPMPghP MPP C t ic aC aaL a 83.12 6 . 10 . 11132 18006 . 1 2 6 . 1 08. 0%50390. 0100 . 38 . 91325 6 . 1

16、 6 解： 壁厚滿足要求 水壓試驗(yàn)壓力 asa e eiT T aT a t T n n MPMP DP MPghP MPPP C mm CC 5 .2119 . 03 .135 2 )( 044. 2105 . 48 . 910000 . 2 0 . 26 . 125. 1 25. 1 1687. 013.15 8 . 05 . 183.12 6 min2 21 斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，容器發(fā)生明顯的鼓斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，容器發(fā)生明顯的鼓 脹，斷口處厚度減薄，斷裂時(shí)幾乎不形成碎片。脹，斷口處厚度減薄，斷裂時(shí)幾乎不形成碎片。 返回 韌性斷裂韌性斷裂 壓力容器在載荷作用下，應(yīng)力達(dá)到或接近

17、材料壓力容器在載荷作用下，應(yīng)力達(dá)到或接近材料 的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。 特點(diǎn)特點(diǎn) 失效原因失效原因 容器厚度不夠。容器厚度不夠。 壓力過大。壓力過大。 斷口平齊，且與最大主應(yīng)力方向垂直。斷口平齊，且與最大主應(yīng)力方向垂直。 容器斷裂時(shí)可能裂成碎片飛出，往往引起嚴(yán)重容器斷裂時(shí)可能裂成碎片飛出，往往引起嚴(yán)重 后果。后果。 斷裂前沒有明顯塑性變形，斷裂時(shí)應(yīng)力很低，斷裂前沒有明顯塑性變形，斷裂時(shí)應(yīng)力很低， 安全閥、爆破膜等安全附件不起作用，斷裂具有安全閥、爆破膜等安全附件不起作用，斷裂具有 突發(fā)性。突發(fā)性。 脆性斷裂脆性斷裂（低應(yīng)力脆斷）（低應(yīng)力脆斷） 器壁中的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料強(qiáng)度

18、極限時(shí)發(fā)生的斷裂。器壁中的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生的斷裂。 材料的脆性。材料的脆性。 材料中的裂紋、未焊透、夾渣等缺陷。材料中的裂紋、未焊透、夾渣等缺陷。 特點(diǎn)特點(diǎn) 失效原因失效原因 返回 交變載荷。交變載荷。 疲勞裂紋。疲勞裂紋。 疲勞斷裂疲勞斷裂 在交變載荷作用下，由于材料中的裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致容器的斷裂。在交變載荷作用下，由于材料中的裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致容器的斷裂。 特點(diǎn)特點(diǎn) 斷口上有貝紋狀的疲勞裂紋。斷口上有貝紋狀的疲勞裂紋。 斷裂時(shí)容器整體應(yīng)力較低，斷裂前無(wú)明顯塑斷裂時(shí)容器整體應(yīng)力較低，斷裂前無(wú)明顯塑 性變形。性變形。 如果材料韌性較好，通過合理設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)如果材料韌性較好，通過合理設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)

19、“未爆先漏未爆先漏”。 失效原因失效原因 返回 返回 在恒定載荷和低應(yīng)力（應(yīng)力低于屈服點(diǎn)）下在恒定載荷和低應(yīng)力（應(yīng)力低于屈服點(diǎn)）下 也會(huì)發(fā)生蠕變斷裂。也會(huì)發(fā)生蠕變斷裂。 蠕變斷裂前材料會(huì)由于蠕變變形而導(dǎo)致蠕變?nèi)渥償嗔亚安牧蠒?huì)由于蠕變變形而導(dǎo)致蠕變 損傷，使材料在性能上產(chǎn)生蠕變脆化。損傷，使材料在性能上產(chǎn)生蠕變脆化。 斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，具有韌性斷裂斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，具有韌性斷裂 的特征；斷裂時(shí)又具有脆性斷裂的特征。的特征；斷裂時(shí)又具有脆性斷裂的特征。 蠕變斷裂蠕變斷裂 壓力容器長(zhǎng)時(shí)間在高溫下受載，材料的蠕變變形會(huì)壓力容器長(zhǎng)時(shí)間在高溫下受載，材料的蠕變變形會(huì) 隨時(shí)間而增長(zhǎng)，容器發(fā)生

20、鼓脹變形，厚度明顯減薄，隨時(shí)間而增長(zhǎng)，容器發(fā)生鼓脹變形，厚度明顯減薄， 最終導(dǎo)致壓力容器斷裂。最終導(dǎo)致壓力容器斷裂。 特點(diǎn)特點(diǎn) 高溫蠕變高溫蠕變失效原因失效原因 對(duì)于全面腐蝕和局部腐蝕，容器斷裂前發(fā)對(duì)于全面腐蝕和局部腐蝕，容器斷裂前發(fā) 生明顯的塑性變形，具有韌性斷裂的特征。生明顯的塑性變形，具有韌性斷裂的特征。 對(duì)于晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕，斷裂前無(wú)明顯對(duì)于晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕，斷裂前無(wú)明顯 塑性變形，具有脆性斷裂的特征。塑性變形，具有脆性斷裂的特征。 返回 腐蝕斷裂腐蝕斷裂 材料受到介質(zhì)腐蝕（全面腐蝕或局部腐蝕），形成容器整材料受到介質(zhì)腐蝕（全面腐蝕或局部腐蝕），形成容器整 體厚度減薄或局部凹坑、裂

21、紋等，從而造成容器的斷裂。體厚度減薄或局部凹坑、裂紋等，從而造成容器的斷裂。 特點(diǎn)特點(diǎn) 失效原因失效原因介質(zhì)腐蝕介質(zhì)腐蝕 解析法解析法 圖解法圖解法 )( )( 59. 2 0 5 . 2 0 D L D Ep e cr 短圓筒的臨界壓力短圓筒的臨界壓力 3 0 2 . 2 D Ep e cr 長(zhǎng)圓筒的臨界壓力長(zhǎng)圓筒的臨界壓力 幾何參數(shù)計(jì)算圖幾何參數(shù)計(jì)算圖 壁厚計(jì)算圖壁厚計(jì)算圖 薄壁圓筒薄壁圓筒)20( 0 e D 假設(shè)假設(shè)n計(jì)算計(jì)算e 計(jì)算（計(jì)算（D0/e)和（和（L / D0) 幾何參數(shù)計(jì)算圖（幾何參數(shù)計(jì)算圖（A） 壁厚計(jì)算圖（壁厚計(jì)算圖（B） 驗(yàn)算驗(yàn)算PCP，若滿足，則假設(shè)若滿足，則假設(shè)

22、n 合適，否則重新計(jì)算。合適，否則重新計(jì)算。 厚壁圓筒厚壁圓筒)20( 0 e D 需同時(shí)考慮穩(wěn)定性和強(qiáng)度需同時(shí)考慮穩(wěn)定性和強(qiáng)度 )1 ( / 2 )0625. 0 / 25. 2 ( min 0 0 0 0 ee e D D B D P tt s t 2 . 0 0 9 . 09 . 0 2 min 或 （穩(wěn)定性）（穩(wěn)定性） （強(qiáng)度）（強(qiáng)度） 其中：其中： i e cr R E 25. 0 (m=4) 圖算法圖算法 1、真空容器、真空容器 有安全裝置時(shí)：有安全裝置時(shí)： 無(wú)安全裝置時(shí)：無(wú)安全裝置時(shí)：p=0.1Mpa MPa pp p i 1 . 0 )(25. 1 min max0 2、帶夾套

23、的真空容器、帶夾套的真空容器 p取真空容器的設(shè)計(jì)壓力加上夾套壓力取真空容器的設(shè)計(jì)壓力加上夾套壓力 3、其它外壓容器（包括帶夾套的外壓容器）、其它外壓容器（包括帶夾套的外壓容器） p應(yīng)不小于容器正常工作過程中可能出現(xiàn)的最大應(yīng)不小于容器正常工作過程中可能出現(xiàn)的最大 內(nèi)外壓力差內(nèi)外壓力差 即：即：p(p0-pi)max 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 注意：最大內(nèi)外壓差的取值注意：最大內(nèi)外壓差的取值 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù) 的規(guī)定的規(guī)定 穩(wěn)定性安全系數(shù)穩(wěn)定性安全系數(shù) 圓筒：圓筒：m m = = 3.03.0 球殼：球殼： m m = = 14.5214.52 計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度 帶加強(qiáng)圈的外壓圓筒 兩個(gè)條件兩個(gè)條件 1、

24、筒體不失穩(wěn)、筒體不失穩(wěn) 要求：要求：LS Lmax 2、加強(qiáng)圈不失穩(wěn)、加強(qiáng)圈不失穩(wěn) 要求：要求：ISI 1、筒體不失穩(wěn)、筒體不失穩(wěn) 要求：要求：LS Lmax 5.2 0 0 max )( 59.2 Dmp ED L e c 2、加強(qiáng)圈不失穩(wěn)、加強(qiáng)圈不失穩(wěn) 要求：要求：ISI A L ALD I s s e s )( 9.10 2 0 s s e c L A Dp B 0 1、初步取加強(qiáng)圈的數(shù)目和間距、初步取加強(qiáng)圈的數(shù)目和間距 1 max L L n 1 n L Ls 3、計(jì)算加強(qiáng)圈和圓筒組合而成的當(dāng)量圓筒、計(jì)算加強(qiáng)圈和圓筒組合而成的當(dāng)量圓筒 所需的組合截面慣性矩所需的組合截面慣性矩I 。 2

25、、選擇加強(qiáng)圈材料，按型鋼規(guī)格初定加強(qiáng)圈的、選擇加強(qiáng)圈材料，按型鋼規(guī)格初定加強(qiáng)圈的 截面形狀和尺寸，計(jì)算實(shí)際組合截面慣性矩截面形狀和尺寸，計(jì)算實(shí)際組合截面慣性矩IS。 4、比較、比較IS和和I，若若IS I且比較接近，則加強(qiáng)圈的且比較接近，則加強(qiáng)圈的 尺寸、數(shù)目和間距滿足要求，否則重新選擇加尺寸、數(shù)目和間距滿足要求，否則重新選擇加 強(qiáng)圈，重復(fù)以上步驟，直到滿足要求為止。強(qiáng)圈，重復(fù)以上步驟，直到滿足要求為止。 加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)步驟加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)步驟 1、加強(qiáng)圈可采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼，、加強(qiáng)圈可采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼， 這樣材料供應(yīng)方便且型鋼具有較大的截面慣性矩。這樣材料供應(yīng)方便且型鋼具

26、有較大的截面慣性矩。 加強(qiáng)圈可設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部，并應(yīng)環(huán)繞容器加強(qiáng)圈可設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部，并應(yīng)環(huán)繞容器 整個(gè)圓周。整個(gè)圓周。 2、加強(qiáng)圈和殼體的連接必須足夠緊密，以保證加、加強(qiáng)圈和殼體的連接必須足夠緊密，以保證加 強(qiáng)圈和殼體一起承載，加強(qiáng)圈和殼體之間可采用連強(qiáng)圈和殼體一起承載，加強(qiáng)圈和殼體之間可采用連 續(xù)焊或間斷焊。續(xù)焊或間斷焊。 3、為保證筒體和加強(qiáng)圈的穩(wěn)定性，加強(qiáng)圈不得被、為保證筒體和加強(qiáng)圈的穩(wěn)定性，加強(qiáng)圈不得被 任意削弱或割斷。任意削弱或割斷。 加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 外加強(qiáng)圈外加強(qiáng)圈 加強(qiáng)圈每側(cè)間斷焊接的總長(zhǎng)不小于圓筒加強(qiáng)圈每側(cè)間斷焊接的總長(zhǎng)不小于圓筒 外圓周長(zhǎng)度的外圓周

27、長(zhǎng)度的1/2 內(nèi)加強(qiáng)圈內(nèi)加強(qiáng)圈 加強(qiáng)圈每側(cè)間斷焊接的總長(zhǎng)不小于圓筒加強(qiáng)圈每側(cè)間斷焊接的總長(zhǎng)不小于圓筒 內(nèi)圓周長(zhǎng)度的內(nèi)圓周長(zhǎng)度的1/3 外壓圓筒練習(xí)題外壓圓筒練習(xí)題 某圓筒形容器，內(nèi)徑某圓筒形容器，內(nèi)徑2400mm，長(zhǎng)長(zhǎng)14000mm， 兩端為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，直邊高度為兩端為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，直邊高度為50mm，圓圓 筒和封頭材料均為筒和封頭材料均為1Cr18Ni9Ti，腐蝕裕量取腐蝕裕量取1mm， 設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度510C ，真空下操作，無(wú)安全控制裝置。真空下操作，無(wú)安全控制裝置。 用圖算法求筒體厚度用圖算法求筒體厚度 一圓筒形容器，材料為一圓筒形容器，材料為Q235-A，內(nèi)徑內(nèi)徑 2800mm

28、，長(zhǎng)長(zhǎng)10m（含封頭直邊段），兩端為標(biāo)準(zhǔn)含封頭直邊段），兩端為標(biāo)準(zhǔn) 橢圓形封頭，圓筒和封頭名義厚度均為橢圓形封頭，圓筒和封頭名義厚度均為12mm，其其 中壁厚附加量中壁厚附加量C=2mm；容器負(fù)壓操作，最高操作容器負(fù)壓操作，最高操作 溫度溫度50C 。 （1）試確定容器最大允許真空度為多少）試確定容器最大允許真空度為多少mmHg？ （2）該容器是否應(yīng)設(shè)置安全控制裝置？）該容器是否應(yīng)設(shè)置安全控制裝置？ 外壓圓筒和加強(qiáng)圈練習(xí)題外壓圓筒和加強(qiáng)圈練習(xí)題 現(xiàn)有一真空塔，材料為現(xiàn)有一真空塔，材料為Q235-A，Di=2500mm，封頭為標(biāo)封頭為標(biāo) 準(zhǔn)橢圓形封頭，塔體部分高準(zhǔn)橢圓形封頭，塔體部分高20m(包

29、括直邊段包括直邊段)，設(shè)計(jì)溫度，設(shè)計(jì)溫度 250C，腐蝕裕量腐蝕裕量2.5mm。 1、確定塔體圓筒壁厚。確定塔體圓筒壁厚。 2、塔體上均勻設(shè)置、塔體上均勻設(shè)置6個(gè)加強(qiáng)圈（材料與塔體相同）后的個(gè)加強(qiáng)圈（材料與塔體相同）后的 筒體壁厚。筒體壁厚。 平板形封頭 帶折邊錐形封頭 無(wú)折邊錐形封頭 錐形封頭 無(wú)折邊球形封頭 頭帶折邊球形（碟形）封 半橢球（橢圓形）封頭 半球形封頭 凸形封頭 封頭 封頭形式封頭形式 30 3060 內(nèi)壓半球形封頭內(nèi)壓半球形封頭 ）或（適用范圍： 壁厚計(jì)算式： 33. 1 6 . 0 4 KP P DP t c C t iC 半球形封頭半球形封頭 直到滿足要求調(diào)整 非彈性階段

30、： 彈性階段： 壁厚計(jì)算圖假設(shè) nc e e e en PP R BP R EP R A ? )( )(0833. 0 )(125. 0 0 2 0 0 外壓半球形封頭外壓半球形封頭 1 ) 2 (2 6 1 6 . 20 . 1 2 K h h D K b a i i i 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭： 直邊）封頭內(nèi)表面高度（不含 則 如果 ei e t W C t iC KD P P DKP 5 . 0 2 5 . 0 2 最大允許工作壓力： 壁厚： 橢圓形封頭橢圓形封頭 內(nèi)壓橢圓形封頭內(nèi)壓橢圓形封頭 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：e0.15%Di 非 標(biāo) 準(zhǔn) 橢 圓 形 封 頭 ：非 標(biāo) 準(zhǔn) 橢 圓 形 封 頭 ： e0.30%Di 橢圓形封頭的最小厚度橢圓形封頭的最小厚度 外壓橢圓形封頭外壓橢圓形封頭 與外壓半球形封頭計(jì)算方法相同與外壓半球形封頭計(jì)算方法相同 R0=K1D0 K1-系數(shù)（表系數(shù)（表4-5） 碟形封頭碟形封頭 要求：要求： r 0.1Di且且r 3 RiD