外压容器壁厚计算.ppt

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1、第三章 外压容器设计 目录 外压容器的稳定性 1 外压薄壁容器壁厚确定 2 外压薄壁圆筒的加强圈 3 第一节 外压容器的稳定性 一 、 外压容器的失效形式 基本概念 外压容器： 容器外部压力大于内部压力 。 失效： 容器失去了正常的工作能力 。 外压容器的失效形式 外压容器的失效一是 强度不够 ， 二是 稳定性不 足 。 外压薄壁容器失稳是主要的失效形式 。 二 、 外压容器的失稳过程及临界压力的概念 失稳的概念 容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压 瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。 这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称弹 性失稳。 容器发生弹性失稳将使容器不

2、能维持正常操作， 造成容器失效。 容器失稳形式 侧向失稳 由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。 轴向失稳 薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷 达到某一数值时，也会丧失稳定性。 失稳，仍具有圆环截面，但破坏 了母线的直线性，母线产生了波形， 即圆筒发生了褶绉。 局部失稳 在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的 局部外压也可能引起局部失稳。 临界压力的概念 临界压力是导致容器失稳的最小外压力。 三、临界压力的计算 影响临界压力的因素 临界压力的大小与筒体几何尺寸、材质及结构因素 有关 。 外压圆筒形容器的分类： 按失稳情形式将外压圆筒分为三类： 长圆筒、短圆筒、刚性圆筒 临界压力的计算 长圆筒 短

3、圆筒 应用以上两式应满足两个条件： 临界应力 圆筒的圆度应符合 GB150的规定。 3)(2.2 o e cr DEp o oe cr DL DEp / )/(59.2 5.2 t S e ocr cr Dp 2 刚性圆筒 四、外压圆筒类型的判定 临界长度计算 临界长度 区分不同类型圆筒的特征长度。 临界长度的计算 区分长圆筒和短圆筒的临界长度 Lcr o t se Dp 2 m a x e o ocr DDL 17.1 区分短圆筒和刚性圆筒的临界长度 L cr 计算长度确定 计算长度 计算长度是指圆筒上相邻两刚性构件（如封头、加 强圈等）的距离。 对具有凸形封头无加强圈的圆筒其计算长度 L=

4、圆筒 长度 +两封头直边高度 +两封头曲面深度的 1/3 。 e ot s e cr D E L 3.1 外压圆筒 计算长度 圆筒类型的判定 当 L Lcr时，为长圆筒； 当 L L cr时，刚性圆筒； 当 Lcr L L cr时，为短圆筒。 第二节 外压薄壁容器壁厚确定 一 、 设计参数 设计外压力 对真空容器当在容器上装有安全阀时，设计外压力 取 1.25倍的最大外、内压力差与 0.1MPa二者中的小值； 当容器未装有安全阀时，设计外压力取 0.1MPa。 试验压力 外压容器依然以内压力进行压力试验，其试验压力为： 液压试验 气压试验 pp T 25.1 pp T 15.1 二 、 外压薄

5、壁容器不失稳的条件 容器的稳定条件为： 式中 计算外压力， MPa p 许用外压力， MPa. ppc m pp cr cp 三 、 圆筒壁厚确定的解析法 圆筒的厚度表达式 长圆筒 短圆筒 壁厚确定的步骤 确定、 pc、 t、 C、 E、 L、等相关参数； 假设圆筒的名义厚度 ，得 ； E pD c oe 2.2 3 4.0 59.2 3 o c oe ED LpD n Cne 计算临界长度 、 并与 比较，确定圆筒的类型； 计算 、 p、 比较： 若 、且 ，则以上假设的满足要求； 若 ，则重新假设另一较大的 ，重复以上各步、 直至满足要求为止；若 、但 ，则改用 图算法。 校核压力试验时圆

6、筒的强度 。 crL crL L crp cr cpp tscr p cp n cpp cr ts 四 、 圆筒壁厚确定的图算法 图解法的依据 图算法的基础是解析法 ， 将解析法的相关公式经过分析整理 ， 绘制成两张图 。 一张图反映圆筒受外压力后 ， 变形与几何尺寸之 间的关系 ， 称为几何参数计算图 ， 另一张图反映不同材质的圆筒 在不同温度下 ， 所受外压力与变形之间关系的图 ， 称为厚度计算 图 ， 此图不同的材料有不同的图 。 图算法的步骤 利用图算法设计不同类型的圆筒其过程也有所不同， 现以 20的圆筒为例说明 确定、 pc、 t、 C、 E、 L、 、 等相关参数； 假设圆筒的名

7、义厚度 ，得 计算 的值 ； 在几何参数计算图上，由 L/Do和 Do/ e在横坐标上 找到系数 A值，若 L/DO大于 50、用 L/DO=50查图，若 L/DO小于 0.05，用 L/DO=0.05查图 ； 根据圆筒所用材料选厚度计算图，在此图上由第（ 4） 步所得 A值和设计温度 t在纵坐标上找到系数 B值，并按 下式计算许用外压力 p,即 Tp s n Cne nio DD 2 eoo DDL , o e DBp 若 A值落在设计温度下材料线的左方，则直接用下 式计算许用外压力 p,即 比较 若 p pc,则以上假设的 满足要求 ,否则重新 假设另一较大的 ，重复以上各步、直至满足要求

8、 为止。 校核压力试验时圆筒的强度 。 o e DEAp 3 2 n n 五 、 外压封头壁厚确定的图算法 受外压力的凸形封头（半球形、椭圆形、碟形）， 利用图算法按如下步骤确定壁厚。 假设封头的名义厚度 ，得 计算 的值 对半球形封头 ， Ri 为半球形内半径； 对椭圆形 RO=K1Do， K1按表 3-1查取； 对碟形封头 Ro=球面部分内半径。 n Cne eoR nio RR 计算临界应变 A值 根据圆筒所用材料选厚度计算图，在此图上由第（ 3） 步所得 A值和设计温度 t在纵坐标上找到系数 B值，并按 下式计算许用外压力 p,即 若 A值落在设计温度下材料线的左方，则直接用下 式计算

9、许用外压力 p,即 o e RA 1 2 5.0 o e RBp 2)(0 8 3 3.0 o e REp 比较： 若 p pc,则以上假设的满足要求 ,否则重新假设 另一较大的，重复以上各步、直至满足要求为止。 对于承受外压力的锥形壳体，当半顶角 60o时， 按平封头计算；当 60 o时，因锥壳与圆筒连接处存 在变形不协调而产生的边缘应力，所以在连接处附近圆 筒和锥壳都要有足够的刚度，保证其在外压力作用下不 会失稳。具体计算方法可参见 GB150。 第三节 外压薄壁圆筒的加强圈 一 、 加强圈的作用 、 结构及要求 加强圈的结构 加强圈是焊接在圆筒外侧或内侧、且具有足够刚性 的圆环状构件 。

10、其截面形状有矩形、 L形、 T形、 U字形、 工字形等。常用型钢制作，如扁钢、角钢、槽钢、工字 钢等。 对加强圈的要求 加强圈本身应具有足够的刚度，在外压力作用下不 会失稳，才能对圆筒起到加强作用。 加强圈的作用 在壁厚一定时、设臵加强圈可以减小计算长度，提 高临界压力，也就是提高了圆筒的承载能力；在承载要 求一定时，设臵加强圈减小了计算长度，进而可减小圆 筒的壁厚、节省材料 。 二 、 加强圈的间距 当圆筒的壁厚确定以后 ， 加强圈之间的最大间距可按 下式计算： 5.2 m a x )( 59.2 o eo Dmp EDL 在圆筒上设臵多少加强圈合适，没有确切的定论。 加强圈多、间距小，节省

11、筒体材料；但若加强圈太多， 则自身耗材也多、制造费用也高。最佳方案是圆筒材料 和制造费用与加强圈材料和制造费用之和为最小，但工 程实际很难实现。根据经验一般认为每隔 1 2m设臵一 个加强圈为宜。 三 、 加强圈的图算法 加强圈的稳定条件 加强圈组合截面实际具有的惯性矩 Is 保持加强圈 不失稳所需要的组合截面惯性矩 I。 保持加强圈稳定所需要的组合截面惯性矩 I 计算 根据加强圈所用材料，在所选的外压容器厚度计算 图上，由以上所计算出的 B值和设计温度在横坐标上找 到系数 A值；若图中无交点无法得到 A值，则可直接用下 式计算： 计算 s e oc L A DpB 1 E BA 5.1 AL ALD I s eso 9.10 )( 12 组合截面实际具有的截面惯性矩 Is 对如图示加强圈的截面尺寸，则组合截面实际具有 的截面惯性矩按下式计算。 2 22 2 11 aAIdAII s