第5章-外壓容器的穩(wěn)定計算PPT課件

1、化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第第5 5章章 外壓容器的穩(wěn)定計算外壓容器的穩(wěn)定計算第一節(jié)第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例穩(wěn)定的概念與實例第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算第三節(jié)第三節(jié) 封頭的穩(wěn)定計算封頭的穩(wěn)定計算第四節(jié)第四節(jié) 真空容器加強圈的計算真空容器加強圈的計算第五節(jié)第五節(jié) 圓筒的軸向穩(wěn)定校核圓筒的軸向穩(wěn)定校核化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院容器外部壓力大于內(nèi)部壓力。 石油分餾中的、 多效蒸發(fā)中的、 帶有蒸汽加熱等。化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院穩(wěn)定的概念 所謂穩(wěn)定是就平衡而言。平衡有穩(wěn)定的平衡與不穩(wěn)定的平衡。小球處于凹處A或C，它所具有的平衡是穩(wěn)定的；小球處于曲面的頂點B處，雖然也可處于平

2、衡，但是這種平衡是不穩(wěn)定的，只要有微小的外力干擾使它離開B點，它就不會自動回復(fù)到原來的位置。AC化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) “穩(wěn)定穩(wěn)定”問題實例問題實例壓桿壓桿 拉桿不失穩(wěn) 壓桿可能失穩(wěn) 化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院影響壓桿穩(wěn)定性的因素影響壓桿穩(wěn)定性的因素1.桿件的柔度桿件的柔度L/D（長度直徑比）（長度直徑比）2.桿件材料的機械性能，桿件材料的機械性能，E3.由外載荷由外載荷F引起的引起的（桿件內(nèi)應(yīng)力）（桿件內(nèi)應(yīng)力）化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例穩(wěn)定的概念與實例一、概念一、概念外壓容器的失穩(wěn)外壓容器的失穩(wěn)作用在容器上的外壓達到一定的數(shù)值時，殼體突然失去原來的形

3、狀被壓癟或出現(xiàn)波紋，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院t t與與D D比很小的比很小的薄壁回轉(zhuǎn)殼薄壁回轉(zhuǎn)殼，失穩(wěn)，失穩(wěn)時，器壁的壓縮應(yīng)力通常低于材時，器壁的壓縮應(yīng)力通常低于材料的比例極限，稱為彈性失穩(wěn)。料的比例極限，稱為彈性失穩(wěn)。當回轉(zhuǎn)殼體厚度增大時，殼體中當回轉(zhuǎn)殼體厚度增大時，殼體中的應(yīng)力的應(yīng)力超過材料屈服點超過材料屈服點才發(fā)生失才發(fā)生失穩(wěn)，這種失穩(wěn)稱為彈塑性失穩(wěn)或穩(wěn)，這種失穩(wěn)稱為彈塑性失穩(wěn)或非彈性失穩(wěn)。非彈性失穩(wěn)。 彈塑性失穩(wěn)彈塑性失穩(wěn)（非彈性失穩(wěn)非彈性失穩(wěn)） 彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)二、失穩(wěn)的形式二、失穩(wěn)的形式化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院外壓容器失穩(wěn)的實例外壓容器失穩(wěn)的實例化工設(shè)備機械基

4、礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院減壓操作設(shè)備減壓操作設(shè)備化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例穩(wěn)定的概念與實例二、失穩(wěn)的形式二、失穩(wěn)的形式容器受容器受外壓形式：外壓形式：pppabc討論：受討論：受周向周向均勻外壓均勻外壓薄壁薄壁回轉(zhuǎn)殼體的回轉(zhuǎn)殼體的彈性失穩(wěn)彈性失穩(wěn)問題問題化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例穩(wěn)定的概念與實例二、失穩(wěn)的形式二、失穩(wěn)的形式均布于全部環(huán)向或軸向，失穩(wěn)后整個圓筒。外壓圓筒即屬此類容器由于均勻環(huán)向壓應(yīng)力引起均勻環(huán)向壓應(yīng)力引起的失穩(wěn)叫做環(huán)向失穩(wěn)。環(huán)向失穩(wěn)時殼體橫截面由原來的圓形被壓癟而呈現(xiàn)波形呈現(xiàn)波形。

5、化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院 波數(shù)波數(shù)與臨界壓力與臨界壓力P Pcrcr相對應(yīng)，較少的波紋數(shù)對相對應(yīng)，較少的波紋數(shù)對應(yīng)較低的臨界壓力。應(yīng)較低的臨界壓力。第一節(jié)第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例穩(wěn)定的概念與實例二、失穩(wěn)的形式二、失穩(wěn)的形式 對于對于給定尺寸的圓筒，給定尺寸的圓筒，波數(shù)波數(shù)主要決定于圓筒主要決定于圓筒端部的端部的約束條件約束條件和這些約束之間的和這些約束之間的距離距離。化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例穩(wěn)定的概念與實例二、失穩(wěn)的形式二、失穩(wěn)的形式2 2、軸向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn) 如果一個薄壁圓筒承受軸向外壓，當載荷達到某一數(shù)值時，也會喪失穩(wěn)定性。 在失去穩(wěn)定時，它仍然具有圓形的

6、環(huán)截面，但是破壞了母線的直線性，母線產(chǎn)生了波形，即圓筒發(fā)生了褶縐?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例穩(wěn)定的概念與實例二、失穩(wěn)的形式二、失穩(wěn)的形式壓應(yīng)力均布于局部區(qū)，失穩(wěn)后局部被壓癟或出現(xiàn)褶皺。 如容器在支座或其他支承處以及在安裝運輸中由于過大的局部外壓也可能引起局部失穩(wěn)?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院 臨界壓力是表征外壓容臨界壓力是表征外壓容器抗失穩(wěn)能力的重要參數(shù)器抗失穩(wěn)能力的重要參數(shù) 使外壓容器失穩(wěn)的使外壓容器失穩(wěn)的最小外壓力最小外壓力臨界壓力（臨界壓力（pcr）第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計

7、算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算 導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的外壓稱為該筒體的導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的外壓稱為該筒體的臨界壓力，臨界壓力，以以P Pcrcr表示。表示。臨界壓力與哪些因素有關(guān)？臨界壓力與哪些因素有關(guān)？圓筒外徑與有效壁厚之比圓筒外徑與有效壁厚之比；圓筒計算長度與外徑的比值圓筒計算長度與外徑的比值 ；材料的力學(xué)性能（材料的力學(xué)性能（) ) . .化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算當圓筒的相對長度L/Do比較大時，其中間部分將不會受到兩端封頭或加強圈的支撐作用。長圓筒最容易失穩(wěn)壓癟，出現(xiàn)波紋數(shù)n=2的扁圓形。一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算

8、化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院-剛性較大的圓環(huán)第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算裝上一定數(shù)量的加強圈，利用加強圈對筒壁的支撐作用，可以提高圓筒的臨界壓力，從而提高其工作外壓。扁鋼、角鋼、工字鋼等都以制作加強圈。扁鋼、角鋼、工字鋼等都以制作加強圈。加強圈可設(shè)置在容器的加強圈可設(shè)置在容器的內(nèi)部內(nèi)部或或外部外部。化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算當圓筒的相對長度較小，其兩端的約束作用不能忽視，這種圓筒稱短圓筒。短圓筒失穩(wěn)時的波數(shù)n2，波數(shù)與e/De/D0 0 和L/DL/D0

9、 0 有關(guān).式中L為筒體的計算長度化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院（1 1）當圓筒上無加強圈時）當圓筒上無加強圈時: :第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算L L圓筒長圓筒長2 2封頭直邊段封頭直邊段 2 21/31/3封頭曲面深度封頭曲面深度化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院（2 2）當圓筒上設(shè)有加強圈設(shè)有加強圈時，取各相鄰加強圈中心線間距、離封頭最近的加強圈中心線至該凸形封頭曲面深度的1/3處。第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算L Lmax(max(L Li)i)化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院(3)(3)對

10、帶夾套的圓筒，對帶夾套的圓筒，取承受外壓的圓筒長度；若帶取承受外壓的圓筒長度；若帶有凸形封頭，還應(yīng)加上封頭曲面深度的有凸形封頭，還應(yīng)加上封頭曲面深度的1/31/3。第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算一、臨界壓力計算一、臨界壓力計算 若筒體較短，筒壁較厚，即L/DL/D0 0較小較小，e/De/D0 0較大較大，容器的剛性好，不會因失穩(wěn)而破壞，這種圓筒稱為剛性筒。剛性筒是強度破壞，計算時只要滿足強度要求即可， ?；?/p>

11、工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算二、臨界應(yīng)力二、臨界應(yīng)力cr 筒體在臨界壓力作用下，筒壁內(nèi)的環(huán)向壓縮應(yīng)力稱臨界應(yīng)力crcr第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算三、臨界長度三、臨界長度L Lcr長圓筒長圓筒短圓筒短圓筒令令如何區(qū)如何區(qū)分剛性分剛性筒和短筒和短圓筒？圓筒？化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算四、外壓圓筒的設(shè)計計算四、外壓圓筒的設(shè)計計算外壓圓筒計算常遇到兩類問題：已知已知圓筒的尺寸尺寸，求它的許用外壓p；已給定給定工作外壓外壓，確定所需厚度e。( (一一) )、解析法、解析法(

12、 (二二) )、圖算法、圖算法化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算四、外壓圓筒的設(shè)計計算四、外壓圓筒的設(shè)計計算1.1.許用外壓許用外壓 p p 實踐表明：許多長圓筒或管子一般壓力達到臨界壓力值的l213時就可能會被壓癟。 此外，考慮到容器有可能承擔大于計算壓力的工況，因此，不允許在外壓力等于或接近于臨界壓不允許在外壓力等于或接近于臨界壓力力PcrPcr進行操作，必須有一定的安全裕度，使許用壓力比臨界壓力小，即m-穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定。化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院2.2.設(shè)計參數(shù)：設(shè)計參數(shù)：（1 1）設(shè)計外壓力設(shè)計外壓

13、力 對對真空容器真空容器當在容器上當在容器上裝有安全閥裝有安全閥時，時，設(shè)計外壓力取設(shè)計外壓力取1.251.25倍的最大外、內(nèi)壓力差與倍的最大外、內(nèi)壓力差與0.1MPa0.1MPa二者中的小值二者中的小值；當容器；當容器未裝有安全閥未裝有安全閥時，設(shè)計外壓力取時，設(shè)計外壓力取0.1MPa0.1MPa。 對其他外壓容器，按實際情況、設(shè)計外壓力取其可能出現(xiàn)的最大外壓力。 在設(shè)計外壓力的基礎(chǔ)上，考慮液柱靜壓力后可得計算外壓力。(2)(2)其它設(shè)計參數(shù)同內(nèi)壓容器其它設(shè)計參數(shù)同內(nèi)壓容器第二節(jié)第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算( (一一) )、解析法、解析法化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第二節(jié)第

14、二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算 利用解析法設(shè)計，一是需要判定圓筒的類型，二是臨界應(yīng)力要在彈性范圍內(nèi)，過程比較麻煩且應(yīng)用范圍受到限制。 GB150中推薦使用圖算法。圖算法的基礎(chǔ)是解析法，將解析法的相關(guān)公式經(jīng)過分析整理，繪制成兩張圖。361.算圖的由來算圖的由來思路思路：由已知條件（幾何條件：由已知條件（幾何條件：L/Do,Do/e 以及材質(zhì)，設(shè)計溫度）以及材質(zhì)，設(shè)計溫度） 確定許用外壓力確定許用外壓力p， 判斷計算壓力是否滿足：判斷計算壓力是否滿足：ppc幾何條件幾何條件穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件3732)(12 OetcrDEpooetcrDLDEp5 . 2)(59. 21）確定）確定

15、幾何條件關(guān)系幾何條件關(guān)系 05 .103 .101 .12DLDe De 短圓筒長圓筒得到如下關(guān)系式：ecrDPcr20tcrE得到得到“幾何條件幾何條件”關(guān)系關(guān)系 思考題：思考題：曲線中平行于縱軸的直線部分是什麼圓筒？曲線中平行于縱軸的直線部分是什麼圓筒？ 傾斜傾斜部分？拐角部分？部分？拐角部分？：由幾何參數(shù)：由幾何參數(shù)：L/DO和和Do/e，確定筒體應(yīng)變值，確定筒體應(yīng)變值。作得如下算圖。作得如下算圖1： 05 .103 .101 .12DLDe De 短圓筒長圓筒39 oetoetteoteocrtcrDBp EDEmpEDpmpmEDpEp m2B)2(2p mpp2).2crcr則則令

16、令則則，已已知知關(guān)關(guān)系系確確定定40由應(yīng)變值由應(yīng)變值，根據(jù)，根據(jù)不同的材料及不同的設(shè)計溫不同的材料及不同的設(shè)計溫度，確定度，確定B B值。公式為：值。公式為：crt Em2m2BoeDBp根據(jù)根據(jù)B B值，確定許用外壓。值，確定許用外壓。公式公式為：為：注意！注意！ 彈性模量彈性模量E E隨材料隨材料及其溫度而變化。及其溫度而變化。41對于對于DO/ e20的圓筒和的圓筒和管子（管子（m=3）：）：（1）假設(shè)假設(shè)n,則則 e= n-C,計算計算L/Do、Do/ e；（2）根據(jù)）根據(jù)L/Do,Do/ e，查圖，查圖5-5，確定系數(shù)，確定系數(shù)A()；（3）根據(jù)系數(shù)）根據(jù)系數(shù)A,查圖查圖5-7圖圖5

17、-14 (MPa) DBpeo A值落在材料線的右方，值落在材料線的右方，做垂線交材料線一點，查做垂線交材料線一點，查得系數(shù)得系數(shù)B。A值落在材料線的左方，值落在材料線的左方，垂線交不到材料線上。垂線交不到材料線上。 用下式計算用下式計算：(MPa) DAEpeot32 （4）比較）比較pc與與p，若滿足，若滿足pcp且接近，則設(shè)定且接近，則設(shè)定的的 n有效。否則，重新有效。否則，重新設(shè)定設(shè)定 n，重復(fù)上述步驟。，重復(fù)上述步驟?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院201 .1()eD1.500()1.3eDLD 化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院例題例題 試確定一外壓圓筒的壁厚。己知設(shè)

18、計外壓力試確定一外壓圓筒的壁厚。己知設(shè)計外壓力p p0.2MP0.2MPa a，內(nèi)徑，內(nèi)徑D Di i1800mm1800mm，圓筒計算長度，圓筒計算長度L L10350mm10350mm。如下圖。如下圖a a所所示，設(shè)計溫度為示，設(shè)計溫度為250250，壁厚附加量取，壁厚附加量取C C2mm2mm，材質(zhì)為，材質(zhì)為16MnR16MnR，其彈性模數(shù)，其彈性模數(shù)E Et t186.4186.410103 3MPaMPa。L LL Lh h/3/3h h(a)(a)D D0 0L L=10350=10350L=3450L=3450h h/3/3h h/3/3h hD D0 0(b)(b)化工設(shè)備機械

19、基礎(chǔ) 化工學(xué)院解解 (1)(1) 假設(shè)筒體名義壁厚為假設(shè)筒體名義壁厚為n n14mm14mm，則則D D0 0 18001800十十2 214141828 mm1828 mm筒體有效壁厚筒體有效壁厚e e n n C C14142 212 mm12 mm，則則 L LD D0 01035010350182818285.75.7； D D0 0e e 182818281212152152；(2)(2) 查查圖找出圖找出L LD D0 0 5.75.7的點，將其水平右移，的點，將其水平右移，與與D D0 0 / / e e 152152的點交于一點，再將點下移，在圖的點交于一點，再將點下移，在圖的

20、下方得到系數(shù)的下方得到系數(shù)A A0.000110.00011；化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院(3(3) ) 找到找到系數(shù)系數(shù)A A0.000110.00011所對應(yīng)的點，此點落在材料溫所對應(yīng)的點，此點落在材料溫度線的左方，故度線的左方，故 p p ： 顯然顯然 p p p p，故須重新假設(shè)壁厚，故須重新假設(shè)壁厚n n或設(shè)置加強圈。或設(shè)置加強圈?，F(xiàn)按設(shè)兩個加強圈進行計算現(xiàn)按設(shè)兩個加強圈進行計算( (n n 14mm)14mm)：(1)(1) 設(shè)兩個加強圈后計算長度設(shè)兩個加強圈后計算長度L L3450mm3450mm，則則L LD D0 0 34503450182818281.91.9， D D0 0

21、 / / e e 152 152 ；(2(2) )查查得得A A0.000350.00035；MPaMPa3022 0.00011 186.4 10 0.099333 152teSpAED化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院 (3) (3)在圖在圖9 91010的下方找到系數(shù)的下方找到系數(shù)A=0.00035(A=0.00035(此點落在材料溫此點落在材料溫度線的右方度線的右方) )，將此點垂直上移，與，將此點垂直上移，與250250的材料溫度線交于的材料溫度線交于一點，再將此點水平右移，在圖的右方得到一點，再將此點水平右移，在圖的右方得到B=42.53 B=42.53 ； (4)(4) 計算許用外壓力計

22、算許用外壓力 p p 042.50.28(M Pa )152eSpBD(5)(5)比較比較p p與與 p p ，顯然，顯然p p p p ， 且較接近，故取且較接近，故取e e12m12mm m合適。合適。 則該外壓圓筒采用則該外壓圓筒采用n n14mm14mm的的16MnR16MnR鋼板制造，設(shè)置鋼板制造，設(shè)置兩個加強圈，其結(jié)果是滿意的。兩個加強圈，其結(jié)果是滿意的。p223p223例題例題9 91 1，9 92 2化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院54附附 外壓圓筒加強圈的設(shè)計外壓圓筒加強圈的設(shè)計

23、5.5.1 加強圈的作用與結(jié)構(gòu)一一. .加強圈的作用加強圈的作用由短圓筒的臨界壓力公式：ooetcrDLDEp5 . 2)(59. 2 可知在圓筒的Do、e是確定的情況下， 減小減小L L值，可提高臨界壓力值，可提高臨界壓力 ，從而提高許用操作外壓力。加強圈的加強圈的作用：作用： 縮短圓筒計算長度，提高圓筒剛度縮短圓筒計算長度，提高圓筒剛度。551.加強圈的抵抗外壓能力加強圈的抵抗外壓能力抗彎能力抗彎能力有抵抗能力的部分：有抵抗能力的部分： 加強圈和圓筒有效段加強圈和圓筒有效段。二二. .加強圈的結(jié)構(gòu)加強圈的結(jié)構(gòu)56 2.加強圈的結(jié)構(gòu)形式加強圈的結(jié)構(gòu)形式加強圈的焊接：通過最小面積焊接提高剛性聯(lián)

24、接必須保證加強圈和筒體一起受力，聯(lián)接方式常用焊接（1）加強圈自身在進行焊接時，一定采用對接焊（2）若加強圈安裝在筒體外部，加強圈可以與筒體間可以采用連續(xù)焊接或間斷焊接；焊縫總長度不小于筒體外周長的1/2，且間斷焊縫最大間距不大于筒體壁厚的8倍（3）若加強圈焊在筒內(nèi)，加強圈可以與筒體間可以采用連續(xù)焊接或間斷焊接；焊縫總長度不應(yīng)小于內(nèi)圓周長度的1/3，且焊縫間距不得大于筒體壁厚的12倍（4）加強圈不應(yīng)任意削弱或斷開。如水平容器中的加強圈往往必須開一個排液用的小孔，加強圈允許割開或削弱的最大弧長間斷值，可由GB150-1998查得。 58n加強加強圈的間距圈的間距由鋼制短圓筒臨界壓力公式：由鋼制短圓

25、筒臨界壓力公式：05 . 20)(59. 2DLDEpsetcr 式中 Ls作為加強圈間距 mm(1)當當D0和和e已定，所需加強圈最大間距為：已定，所需加強圈最大間距為：5 . 2005 . 20086. 059. 2 DepDEDepDEmLstt 加強圈個數(shù)： n = ( L / Ls ) - 1（2）選擇加強圈的材料并初定截面尺寸）選擇加強圈的材料并初定截面尺寸(按型鋼規(guī)格)，再計算它的橫截面積As和加強圈與有效段筒體（其寬度為加強圈中心線兩側(cè)各為的距離）實際所具有的綜合慣矩Is（3）求為滿足穩(wěn)定要求所需的最小慣矩）求為滿足穩(wěn)定要求所需的最小慣矩 I先計算B：sseLApDB0利用外壓

26、圓筒與球殼計算圖，從圖的右方找到已定B值，查A；若無交點，則按下式計算A： （屬彈性階段）。 EBA5 . 1計算所需的最小慣性矩 2010.9ssesAD LLIA（4）比較）比較Is與與I，若IsI所選加強圈能用；若IsI ，則加大加強圈的尺寸，直至IsI 為止。 60加強圈安裝在筒體外面： 加強圈安裝在筒體內(nèi)部：n加強加強圈與筒體的連接圈與筒體的連接化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院61加強圈與筒體的連接加強圈與筒體的連接間斷焊見GB150規(guī)定?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院厚壁圓筒厚壁圓筒)20(0 eD )1(/2)0625. 0/25. 2(min0000DDBDPeee ttst2 . 00

27、9 . 09 . 0 2min或（穩(wěn)定性）（穩(wěn)定性）（強度）（強度）其中：其中：需同時考慮穩(wěn)定性和強度！需同時考慮穩(wěn)定性和強度?。? 1）確定）確定B B值。按外壓算圖得到或通過計算值。按外壓算圖得到或通過計算A A得到得到1 . 01 . 0)/(1 . 14/200 AADADee，取，取若若時，時， 化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院第三節(jié)第三節(jié) 封頭的穩(wěn)定計算封頭的穩(wěn)定計算一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算承受外壓的凸形封頭，其穩(wěn)定計算是以外壓球殼的穩(wěn)承受外壓的凸形封頭，其穩(wěn)定計算是以外壓球殼的穩(wěn)定計算為基礎(chǔ)。所以先討論外壓球殼，然后介紹凸定計算為基礎(chǔ)。所以先討論

28、外壓球殼，然后介紹凸形封頭的穩(wěn)定計算。形封頭的穩(wěn)定計算。（一）（一） 外壓球殼外壓球殼1.1.外壓球殼的臨界壓力、臨界應(yīng)力、臨界應(yīng)變、許用外壓球殼的臨界壓力、臨界應(yīng)力、臨界應(yīng)變、許用外壓外壓臨界壓力臨界壓力 22e221.213(1)ecrsEpERR化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院臨界應(yīng)力臨界應(yīng)力一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算0.6052crsecrsepRER臨界應(yīng)變臨界應(yīng)變0.605crsecrsER許用壓力許用壓力22creecrcrsppEmmRmR化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院令令一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算22scrcr

29、ssBEmm0espBD則得則得 我國國家標準規(guī)定，球殼的穩(wěn)定系數(shù)我國國家標準規(guī)定，球殼的穩(wěn)定系數(shù)m ms s14.5214.52，是，是圓筒圓筒m m3 3的的4.844.84倍！倍！ 為了使穩(wěn)定系數(shù)等于為了使穩(wěn)定系數(shù)等于14.5214.52，同時又要利用，同時又要利用B BA A曲線，曲線，實際中近似采取按比例減小實際中近似采取按比例減小A A值得辦法來實現(xiàn)減小值得辦法來實現(xiàn)減小B B值的值的目的。目的?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院按照近似正比例的關(guān)系減小按照近似正比例的關(guān)系減小A A值，則值，則A A應(yīng)取應(yīng)取一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算310.6050.

30、12514.524.844.84eecrscrsARR由此，已知由此，已知A A值，球殼許可外壓的計算，從方法和步值，球殼許可外壓的計算，從方法和步驟來說，與外壓圓筒完全相同。驟來說，與外壓圓筒完全相同。2.2.外壓球殼的穩(wěn)定計算步驟外壓球殼的穩(wěn)定計算步驟：（1 1）若是設(shè)計新容器，可若是設(shè)計新容器，可先假設(shè)先假設(shè)n n ；若是校核在用；若是校核在用容器，應(yīng)實測出容器壁厚容器，應(yīng)實測出容器壁厚cc。然后根據(jù)算。然后根據(jù)算e en nC C 或或e ec c2n2n，求出，求出e e，定出，定出e e / R / R值。值。（2 2）用上式算出用上式算出A A值；值；（3 3）根據(jù)球殼材料，選出

31、相應(yīng)根據(jù)球殼材料，選出相應(yīng)B BA A曲線，查處曲線，查處A A值所在值所在位置；位置；化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院若若A A值落在曲線左側(cè)，說明該球殼失穩(wěn)瞬間處于彈性值落在曲線左側(cè)，說明該球殼失穩(wěn)瞬間處于彈性狀態(tài)，可根據(jù)圖上的狀態(tài)，可根據(jù)圖上的E E值，直接按下式計算許可外值，直接按下式計算許可外壓壓pp：一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算2221.21 ()0.0833 ()14.5214.52creeecrsppEEEmRRR若若A A值落在曲線右側(cè)，則只能從值落在曲線右側(cè)，則只能從B BA A曲線上查取曲線上查取BsBs，然后按下式計算許可外壓然后按下式計算

32、許可外壓pp：espBR（4 4）將得到的將得到的pp與與p p進行比較，得出相應(yīng)結(jié)論。進行比較，得出相應(yīng)結(jié)論?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院（二）外壓凸形封頭的穩(wěn)定計算（二）外壓凸形封頭的穩(wěn)定計算 受外壓的四種凸形封頭，它們的穩(wěn)定計算受外壓的四種凸形封頭，它們的穩(wěn)定計算與上述球殼相同。所需考慮的僅僅是如何確定與上述球殼相同。所需考慮的僅僅是如何確定計算中涉及到的球殼半徑計算中涉及到的球殼半徑R R。對于對于帶折邊與不帶折邊的球形封頭，均以球面半帶折邊與不帶折邊的球形封頭，均以球面半徑代替球殼半徑徑代替球殼半徑R R；對于對于標準橢圓形封頭則取標準橢圓形封頭則取R R0.9D0.9Di i。一、外

33、壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算一、外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計算P226P226例題例題9 93 3，9 94 4（注意例題的結(jié)論）（注意例題的結(jié)論）例題例題9 95 5，注意對在用容器穩(wěn)定校核的方法。，注意對在用容器穩(wěn)定校核的方法。化工設(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院二、外壓帶折邊錐形封頭的穩(wěn)定計算二、外壓帶折邊錐形封頭的穩(wěn)定計算 對于承受外壓的錐形封頭（對于承受外壓的錐形封頭（P228P228圖圖9 91717），），當半頂角當半頂角=60=60度時，用度時，用“當量圓筒當量圓筒”進行進行計算。參見計算。參見P228P228P228P228例題例題9 96 6，注意，注意夾套容器夾套容器許可壓力的計算方許

34、可壓力的計算方法及求壁厚的方法。法及求壁厚的方法?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ) 化工學(xué)院三、防止內(nèi)壓凸形封頭失穩(wěn)的規(guī)定三、防止內(nèi)壓凸形封頭失穩(wěn)的規(guī)定 為了防止出現(xiàn)內(nèi)壓凸形封頭的失穩(wěn)，對內(nèi)為了防止出現(xiàn)內(nèi)壓凸形封頭的失穩(wěn)，對內(nèi)壓凸形封頭的最小厚度作了如下規(guī)定：對壓凸形封頭的最小厚度作了如下規(guī)定：對0.1D0.1Di i折邊半徑折邊半徑 r r 0.17D 0.17Di i范圍內(nèi)的碟形范圍內(nèi)的碟形封頭，它們的封頭，它們的有效厚度有效厚度不得小于不得小于3/1000 D3/1000 Di i；對于標準橢圓封頭和折邊半徑對于標準橢圓封頭和折邊半徑0.17D0.17Di i，球，球面半徑面半徑R Rcici0.9D0

35、.9Di i的碟形封頭，其的碟形封頭，其有效厚度有效厚度不得小于不得小于1.5/1000 D1.5/1000 Di i. .72例題例題1 1 設(shè)計常壓蒸發(fā)干燥器。干燥器內(nèi)徑為設(shè)計常壓蒸發(fā)干燥器。干燥器內(nèi)徑為500mm500mm，筒身長為筒身長為3000mm3000mm。其外裝夾套的內(nèi)徑為。其外裝夾套的內(nèi)徑為600mm600mm，夾套內(nèi)通，夾套內(nèi)通以以0.6MPa0.6MPa的蒸汽，蒸汽溫度為的蒸汽，蒸汽溫度為160160。材質(zhì)均選用。材質(zhì)均選用Q235-C.Q235-C.設(shè)計筒身及夾套的壁厚。設(shè)計筒身及夾套的壁厚。【解解】一一.設(shè)計干燥器筒身。設(shè)計干燥器筒身。1.設(shè)計參數(shù)設(shè)計參數(shù)：Di=50

36、0mm, L=3000mm, pc=0.6-0=0.6MPa, C2=2mm（雙面腐蝕），（雙面腐蝕），=0.8（單面帶墊板對接焊，（單面帶墊板對接焊，局部無損檢驗）。局部無損檢驗）。=113MPa, 160=105MPa ，s=235MPa 。732.設(shè)計壁厚：設(shè)計壁厚：（1）.設(shè) n=8mm,則 e=8-2-0.8=5.2mm DO=500+2*8=516mm, L/D0=3000/516=5.8， DO/e=99。（2）查圖5-5，得A=0.00019 ，查圖5-8，B=25MPa 。（3）p=B e/DO=25/99=0.25pc 穩(wěn)定性不夠，采取加加強圈方法。設(shè)置兩個加強圈，則L=3

37、000/3=1000mm .(1)設(shè)壁厚 n=8mm, L/DO=1000/516=1.94,D0/ e=99(2)查圖5-5得A=0.00065,查圖5-8得B=92。(3)p=B e/DO=92/99=0.91 pc 且接近。名義壁厚為8mm743.水壓試驗校核水壓試驗校核: PT 1=1.25p=1.250.6=0.75MPa sTseeiTT0.9(MPa) 0.9(MPa) Dp2 .1698 . 02359 . 04 .362 . 52)2 . 5500(75. 02)(1干燥器筒體水壓試驗合格。二二. .蒸汽夾套壁厚設(shè)計（內(nèi)壓容器）：蒸汽夾套壁厚設(shè)計（內(nèi)壓容器）：1.1.設(shè)計參數(shù)

38、：設(shè)計參數(shù)：pc=0.6MPa, Di=600mm,C2=1mm, =0.8(單面帶墊板對接焊，局部無損檢測）752.2.計算壁厚：計算壁厚：mm) CpDpcticd(15. 316 . 08 . 010526006 . 0 22查得C1=0.3mm ,名義壁厚 n=4mm（滿足最小壁厚要求滿足最小壁厚要求）。 e=4-1.3=2.7(mm)3.3.水壓試驗校核：水壓試驗校核： 不會失穩(wěn)。夾套在水壓試驗時筒體夾套水壓試驗合格。,9 . 0)(2 .1698 . 02359 . 09 . 0)(4 .907 . 22)7 . 2600(81. 02)()(81. 01051136 . 025.

39、 125. 122pp MPaMPaDpMPa pp TSTSeeiTTtT2.按外壓確定壁厚：按外壓確定壁厚：（1）設(shè) n=20mm,則 e=20-1-0.25=18.75(mm),Do=840 mm.設(shè)計設(shè)計氧化塔。塔體外設(shè)置內(nèi)徑為氧化塔。塔體外設(shè)置內(nèi)徑為1米的夾套，材質(zhì)米的夾套，材質(zhì)為為16MnR(GB6654-96),通以通以2.5MPa的蒸汽加熱塔內(nèi)物料的蒸汽加熱塔內(nèi)物料。塔體內(nèi)徑為。塔體內(nèi)徑為800mm,塔段計算長度為塔段計算長度為2米米,最高工作溫度最高工作溫度為為250,塔內(nèi)操作壓力為塔內(nèi)操作壓力為2.5MPa3.0MPa 。塔體材料為塔體材料為 16MnR,16MnR,內(nèi)加襯

40、里。塔體頂部安裝安全閥。確定塔體及夾套內(nèi)加襯里。塔體頂部安裝安全閥。確定塔體及夾套的壁厚。的壁厚?！窘饨狻恳灰?塔體壁厚設(shè)計塔體壁厚設(shè)計。1.參數(shù)：參數(shù)： Di=800mm,L=2000mm, t=250,C2=1mm(外）外）最高內(nèi)壓最高內(nèi)壓Pic=31.1=3.3(MPa) ， 最高外壓最高外壓POC=2.5(MPa) =0.8(帶墊板單面對接焊，局部無損檢驗），帶墊板單面對接焊，局部無損檢驗），=170MPa,MPa MPa,st345156（2）L/DO=2000/840=2.4 , DO/ e=840/18.75=45查圖5-5，A=0.0017,查圖5-9，B=115 (3)P=1

41、15/46=2.5(MPa) (4) p=pc ,滿足要求。3.水壓試驗校核水壓試驗校核：PT=1.25p=1.252.5=3.125(MPa)sTseeiTT0.9(MPa) 0.9(MPa) Dp4 .2488 . 03459 . 02 .702 .182)2 .18800(125. 32)(水壓試驗合格。水壓試驗合格。4.內(nèi)壓校核：內(nèi)壓校核：。圓整為 2mm1)(5 .118 . 07 .10)(7 .1013 . 38 . 015628003 . 3 22 mmmmCpDpnictiicd塔體壁厚取20mm滿足內(nèi)壓要求。二二.夾套壁厚：夾套壁厚：1.補充參數(shù)：補充參數(shù)：pc=2.5MPa,C2=1mm，Di=1000mm。2.計算壁厚：計算壁厚：。圓整為12mm)(35.1125. 01 .11)( 1 .1115 . 28 . 0156210005 . 2 22 mmmm