外壓容器設計

1、2024/3/23,Qingdao University of science and technology,1,主要內容：外壓圓筒圖算法原理外壓封頭的計算真空容器加強圈的計算 例題,第四節(jié) 外壓容器的設計,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,2,關于外壓容器臨界壓力計算,圓筒的類型；不同類型圓筒的臨界壓力計算公式不同。解析法求解需用應力，首先假設名

2、義壁厚，計算臨界長度，判斷長、短圓筒，然后再進行計算臨界壓力，與設計壓力進行比較，是一個非常復雜的試算過程。彈性范圍內。,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,3,為了避免解析法設計的不足，各國均推薦采用圖算法。圖算法是工程設計中常用的方法，它適用于彈性及彈塑性失穩(wěn)設計。圖解法是以勃萊斯公式和拉默公式為基礎的。,1 外壓圓筒圖算法原理,2024/3/23,Qin

3、gdao University of science and technology,4,（1）臨界壓力計算,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,5,（2）臨界應力計算,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,6,為了避開E值，其在塑性狀態(tài)下為變值。,2024/3/23,Qingdao Unive

4、rsity of science and technology,7,臨界應變與材料的E沒有關系，僅是筒體幾何尺寸的函數(shù)；建立的臨界壓應變與L/Do，Do/Se的函數(shù)關系，是以于勃萊斯公式和拉默公式為基礎的。因此，只適用于僅存在周向應力、不存在軸向應力的情況。一旦建立了圖形，則適用于不同的材料。如果在彈性范圍內，就可用公式（5）（6），計算，否則需要查圖計算。,2024/3/23,Qingdao University of scie

5、nce and technology,8,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,9,② 計算圖的繪制,繪制 關系圖 注意：曲線圖中的D用外徑D0 代替。橫坐標 用字母A代替。S0以 代替。,,,圖3-1 外壓或軸向受壓圓筒和管子幾何參數(shù)計算圖（用于所有材料）,2024/

6、3/23,Qingdao University of science and technology,10,鋼制長圓筒，在圖上是垂直于橫坐標的直線部分。鋼制短圓筒：對應不同參數(shù)，ε不同。反映出米賽斯或拉默公式的適用范圍，是一條斜線。本圖與材料的E值無關。鋼材取μ＝0.3，普遍使用。,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,11,求解出臨界應變后，可以通過材料的拉伸曲

7、線求解臨界應力。（3）許用外壓的確定，此為外壓計算的目的。 工程實際中： ①長圓筒或者管子存在橢圓度，一般壓力達到1/3~1/2臨界壓力就會被壓癟； ②在操作時由于操作條件的破壞，殼體實際承受的壓力會比計算的壓力大。 m值根據(jù)我國設計規(guī)定取為3.0。,,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,12,2024/3/23,Q

8、ingdao University of science and technology,13,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,14,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,15,2 封頭的穩(wěn)定性計算,（1）外壓球殼,2024/3/23,Qingdao University of scien

9、ce and technology,16,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,17,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,18,（2）外壓凸形封頭,外壓凸形封頭的穩(wěn)定性計算與球殼相同，所考慮的僅是如何確定計算中涉及到的球殼半徑R?！竦畏忸^，僅球冠部分為壓應力，因此以球冠的內半徑作為計算半徑

10、Ri；●橢圓形封頭，取當量計算半徑Ri=KDi，其中標準橢圓形封頭為K=0.9。,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,19,（3）外壓錐形封頭,1、對于??60?的外壓錐形封頭，按承受外壓的等效圓柱形筒體計算。 2、?>60?的外壓錐形封頭按平板封頭計算。,2024/3/23,Qingdao University of science and tec

11、hnology,20,3 真空容器加強圈設計,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,21,將長圓筒轉化為短圓筒，或者減少短圓筒的計算長度，目的是提高臨界壓力，有效地減少壁厚，提高穩(wěn)定性；設計主要是確定加強圈的間距、截面尺寸及結構設計。間距就是保證必須將其轉換為短圓筒，注意增加加強圈后的計算長度的計算；,2024/3/23,Qingdao University

12、of science and technology,22,裝有加強圈的筒體，受外壓作用時，作用在加強圈兩側各L/2 的外壓力由何物承擔？,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,23,整個筒體和型鋼制作的加強圈同時承擔？筒體不承擔，只有加強圈承擔？壓力是由筒體的有效段與加強圈所組成的具有組合截面的剛性環(huán)承擔？ GB150 采用的第三種。,2024/3/23,

13、Qingdao University of science and technology,24,① 加強圈可采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼等材料供應方便且型鋼具有較大的截面慣性矩。② 加強圈可設置在容器的內部或外部，并應環(huán)繞容器整個圓周。,③ 加強圈和殼體的連接必須足夠緊密，以保證加強圈和殼體一起承載，加強圈和殼體之間可采用連續(xù)焊或間斷焊。當加強圈設置在筒體外時，焊縫長度不小于1/2周長，設置在筒內時，焊縫總長度不少于1/3周長。,

14、（1）加強圈結構設計,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,25,④ 為保證筒體和加強圈的穩(wěn)定性，加強圈不得被任意削弱或割斷。因安裝或設備結構需要割斷時，其弧長應不小于相關規(guī)定數(shù)值。,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,26,2024/3/23,Qingdao University of sc

15、ience and technology,27,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,28,（2）加強圈所需最小截面慣性矩的計算,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,29,I的含義為：為使在設計壓力P的作用下圓環(huán)不失穩(wěn)，該圓環(huán)截面所必需具有的最小軸慣性矩。 求解上式時必須知道材料的

16、E值，而E值只能在證明在純彈性狀態(tài)下失穩(wěn)時，才能從手冊中查取。 解決的辦法，采用圖算法。,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,30,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,31,由于引入了A，則可以根據(jù)B-A曲線求取A，而B可以根據(jù)計算壓力，圓筒外徑和預先假設的型鋼尺寸求取。,

17、,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,32,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,33,（3）加強圈實際提供的截面慣性矩的計算,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,34,2024/3/23,Qingdao Univers

18、ity of science and technology,35,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,36,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,37,有關此方面的設計，有興趣的同學請參閱文獻：壓力容器設計手冊，董大勤主編，465-475。對此有進一步的討論。,,2024/3/23,Qingd

19、ao University of science and technology,38,,,,例題,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,39,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,40,,2024/3/23,Qingdao University of science and technology

20、,41,,,,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,42,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,43,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,44,2024/3/23,Qingdao University of science

21、 and technology,45,,,,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,46,17,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,47,2024/3/23,Qingdao University of science and technology,48,2024/3/23,Qingdao Uni

22、versity of science and technology,49,（1）外壓圓筒幾何參數(shù)計算圖中的系數(shù)A的含義是 。 （a）失穩(wěn)時的應力 (b) 失穩(wěn)時的軸向應變 (c) 失穩(wěn)時的周向應變 (d) 前三項選擇都不對 ；（2）外壓容器設置加強圈的目的是為了 。（a） 開孔補強 （b）延長容器的壽命 （c） 縮短容器長度 （d）提