化工設備機械基礎(第四版)第5章外壓圓筒與封頭的設計

1、第第5 5章章 外壓圓筒與封頭的設計外壓圓筒與封頭的設計第一節(jié)、外壓圓筒的臨界壓力第一節(jié)、外壓圓筒的臨界壓力第二節(jié)、外壓圓筒的工程設計第二節(jié)、外壓圓筒的工程設計第三節(jié)、外壓球殼與凸形封頭的工程設計第三節(jié)、外壓球殼與凸形封頭的工程設計第四節(jié)、外壓圓筒加強圈的設計第四節(jié)、外壓圓筒加強圈的設計第一節(jié)、外壓圓筒的臨界壓力第一節(jié)、外壓圓筒的臨界壓力1. 1. 壓桿穩(wěn)定問題壓桿穩(wěn)定問題v 穩(wěn)定是就平衡而言的，平衡分為兩種：穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡。v 正是由于平衡有兩種，所以在設計構件時，不但要滿足強度條件與剛度條件，還要考慮其平衡是否穩(wěn)定，因為穩(wěn)定也是保持構件安全正常工作的條件。v 拉桿只會因為強度不夠而破

2、壞，不會因為它維持不了直線形狀下的平衡而失去工作能力；v 對于壓桿，情況則不同：當P2，出現(xiàn)三波、四波等的曲形波，這種圓筒稱短圓筒。，出現(xiàn)三波、四波等的曲形波，這種圓筒稱短圓筒。5.2 5.2 短圓筒短圓筒ooetcrDLDSEp5 . 259. 2其中，其中，L為計算長度為計算長度若筒體較短，筒壁較厚，即若筒體較短，筒壁較厚，即L/D0較小，較小，Se/D0較大，容器的剛性好，不會因較大，容器的剛性好，不會因失穩(wěn)而破壞，這種圓筒稱為剛性筒。剛性筒只可能遭到強度破壞，計算時失穩(wěn)而破壞，這種圓筒稱為剛性筒。剛性筒只可能遭到強度破壞，計算時只要滿足強度要求即可，其強度校核公式與內壓圓筒相同。只要滿

3、足強度要求即可，其強度校核公式與內壓圓筒相同。5.3 5.3 剛性圓筒剛性圓筒eitewSDSp壓2 實際的外壓圓筒是長圓筒還是短圓筒，可根據(jù)臨界長度實際的外壓圓筒是長圓筒還是短圓筒，可根據(jù)臨界長度Lcr來判定。來判定。 當圓筒處于臨界長度當圓筒處于臨界長度Lcr時，則用長圓筒公式計算所得的臨界壓力時，則用長圓筒公式計算所得的臨界壓力Pcr值和用短圓筒公式計算的臨界壓力值和用短圓筒公式計算的臨界壓力Pcr值應相等。值應相等。5.4 5.4 臨界長度臨界長度Lcr eoocrSDDL17. 15 . 200305 . 22 . 2DSLDEDSEecrtetetetcrSDSEL03 . 1壓當

4、LLcr時，長圓筒；LcrLLcr時，短圓筒；若LLcr時，剛性圓筒。 某一鋼制圓筒，外徑為某一鋼制圓筒，外徑為Do=1580mm，高，高L=7060mm（切（切線間長度），厚度線間長度），厚度Se=11mm，已知釜體材料在設計溫度，已知釜體材料在設計溫度下的彈性模量下的彈性模量E=206103MPa。由工藝條件已知該反應。由工藝條件已知該反應釜作為非剛性的外壓圓筒使用，試確定該釜體的最大允釜作為非剛性的外壓圓筒使用，試確定該釜體的最大允許外壓力。許外壓力。 例例 題題 當當Se/D0較小時較小時(絕大多數(shù)使用范圍內的長圓筒絕大多數(shù)使用范圍內的長圓筒)，Pcrp，則須再假設壁厚重新上述計算步驟

5、，直至p大于且接近于Pc為止。 3.3.外壓圓筒和管子壁厚的圖外壓圓筒和管子壁厚的圖算法算法3.1 對于對于D0/Se20的外壓圓筒及外壓管的外壓圓筒及外壓管 用與D0/Se20相同的方法得到系數(shù)B，但對D0/Se4的圓筒及管子應按式(5-13)計算系數(shù)A值；系數(shù)A0.1時，取A=0.1； 計算pl和p2。取pl和p2中的較小值為許用外壓p式中：0取兩式中的較小值。 p應大于或等于p，否則必須重新假設Sn重復上述計算，直至使pp且接近p為止。3.2 對于對于D0/Sep，則須再假設壁厚重新上述計算步驟，直至p大于且接近于Pc為止。第三節(jié)、外壓球殼與凸形封頭的設計第三節(jié)、外壓球殼與凸形封頭的設計

6、1.1.外壓球殼與球形封頭的設計外壓球殼與球形封頭的設計22221. 1132RSERSEpeecr臨界壓力：臨界壓力：)/(125. 00eSRA2.2.外壓凸形封頭的設計外壓凸形封頭的設計它的直徑取等于錐體大端外直徑，并用Do表示；它的筒體長度叫當量長度，并按下式計算：3.3.外壓錐形封頭的設計外壓錐形封頭的設計3.1 當半頂角當半頂角60o時，按時，按“相當?shù)膱A筒體相當?shù)膱A筒體”計算：計算： osoeDDLL12它的計算壁厚：cosCSSn3.2 當半頂角當半頂角60o時，按平板封頭計算。時，按平板封頭計算。 D0LDSO加強圈是為了減少筒體的計算長度，從而提高圓筒的臨界壓力；加強圈的材

7、料可比圓筒的材料稍差；加強圈要求剛性較好，常用扁鋼、角鋼、工字鋼。第四節(jié)、外壓圓筒加強圈的設計第四節(jié)、外壓圓筒加強圈的設計若已知圓筒的直徑與壁厚，給出了加強圈的間距就可以計算臨界壓力(公式法或圖算法)；通常計算壓力是由工藝條件確定的，又已知圓筒的直徑與壁厚，那么該筒體安全承受所規(guī)定的外壓Pc所需加強圈的最大間距LS就可解出：1.1.加強圈的間距加強圈的間距5 . 286. 0oeotSDSpDEL加強圈的實際間距若小于LS， 則表示該圓筒安全承受計算外壓。需要加強圈的個數(shù)等于不設加強圈的計算長度L除以所需加強圈間距LS再減去1。即加強圈的個數(shù)n1SLLn根據(jù)圓筒的外壓計算，Do、LS、Se均為已知，選定加強圈材料與截面尺寸并計算其橫截面積AS和加強圈與圓筒有效段