《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》(第2版)董大勤編著課件《外壓》ppt

1、第十一章 外壓容器的穩(wěn)定計(jì)算,第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實(shí)例第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計(jì)算第三節(jié) 封頭的穩(wěn)定計(jì)算第四節(jié) 真空容器加強(qiáng)圈,第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實(shí)例,,一、外壓容器的失穩(wěn),殼體橫斷面由原來的圓形被壓癟而呈現(xiàn)曲波形，其波形數(shù)可以等于兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)……。,容器失穩(wěn): 容器強(qiáng)度足夠卻突然失去了原有的形狀，筒壁被壓癟或發(fā)生褶縐，筒壁的圓環(huán)截面一瞬間變成了曲波形。這種在外壓作用下，筒體突然失去原有形狀的現(xiàn)象稱彈性失穩(wěn)。,

2、,二、容器失穩(wěn)形式,環(huán)向失穩(wěn),,環(huán)向失穩(wěn)、由于均勻側(cè)向外壓引起失穩(wěn)叫 (周向失穩(wěn),側(cè)向失穩(wěn))。,軸向失穩(wěn),,薄壁圓筒承受軸向外壓，當(dāng)載荷達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，也會(huì)喪失穩(wěn)定性。,局部失穩(wěn),在支座或其他支承處以及在安裝運(yùn)輸中由于過大的局部外壓也可能引起局部失穩(wěn)。,三、臨界壓力的計(jì)算,臨界壓力：導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的外壓，Pcr外壓低于Pcr，變形在壓力卸除后能恢復(fù)其原先形狀，即發(fā)生彈性變形。達(dá)到或高于Pcr時(shí)，產(chǎn)生的曲波形將是不可能恢復(fù)的。,1、長(zhǎng)圓

3、筒,兩端剛性構(gòu)件對(duì)筒體中部變形不起有效支撐最容易失穩(wěn)壓癟，出現(xiàn)波紋數(shù)n=2的扁圓形。,E-操作溫度下圓筒材料的廣義彈性模量， MPa,二、臨界壓力計(jì)算,,,2、 短圓筒,兩端封頭對(duì)筒體變形有約束作用 失穩(wěn)破壞波數(shù)n>2，出現(xiàn)三波、四波等的曲波.,,3、臨界長(zhǎng)度,長(zhǎng)圓筒短圓筒,L：筒體計(jì)算長(zhǎng)度，指兩剛性構(gòu)件之間的距離；對(duì)與封頭相連接的那段筒體，應(yīng)計(jì)入凸形封頭中的1/3的凸面高度。,4、 計(jì)算長(zhǎng)度,,5、對(duì)Pcr的討論 1

4、）Pcr與Ps比較2）影響因素,,,第二節(jié)外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計(jì)算,一、算法概述1、許可外壓2、穩(wěn)定計(jì)算3、設(shè)計(jì)思路二、外壓容器的設(shè)計(jì),,,,,外壓圓筒的穩(wěn)定計(jì)算,假設(shè)筒體的名義厚度δn,計(jì)算有效厚度δe；按 確定A； 據(jù)材料類別，選取相應(yīng)的B-A曲線，找出A點(diǎn)位置，確定B；若A在曲線左側(cè)，按式計(jì)算[p];若A在曲線右側(cè)，從B-A曲線上查取B，計(jì)算[p];比較許用外壓[p]與

5、設(shè)計(jì)外壓p,比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p若p≤[p]，假設(shè)的厚度δn可用，若小得過多，可將δn適當(dāng)減小，重復(fù)上述計(jì)算若p＞[p]，需增大初設(shè)的δn ，重復(fù)上述計(jì)算，直至使[p]＞p且接近p為止。,,,,,,,第三節(jié) 封頭的穩(wěn)定計(jì)算,,一、外壓球殼與凸型封頭的穩(wěn)定計(jì)算,1、外壓球殼,,外壓球殼的穩(wěn)定計(jì)算,按 確定A；據(jù)材料類別，選取相應(yīng)的B-A曲線，找出A點(diǎn)位置，確定Bs；

6、若A在曲線左側(cè)，按式計(jì)算[p];若A在曲線右側(cè)，從B-A曲線上查取Bs;計(jì)算比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p,比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p若p≤[p]，假設(shè)的厚度δn可用，若小得過多，可將δn適當(dāng)減小，重復(fù)上述計(jì)算若p＞[p]，需增大初設(shè)的δn ，重復(fù)上述計(jì)算，直至使[p]＞p且接近p為止。,2、外壓凸型封頭,穩(wěn)定計(jì)算與球殼相同球型封頭、不帶折邊和帶折邊的凸型封頭與球殼相同，以球面半徑代替球殼半徑橢圓形封頭取當(dāng)量球殼

7、半徑RR=K Di， K 由長(zhǎng)短軸比值決定，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 K =0.9,,系數(shù)K,二、外壓帶折邊錐形封頭,當(dāng)量圓筒當(dāng)量直徑當(dāng)量長(zhǎng)度當(dāng)量厚度,三、防止內(nèi)壓凸型封頭失穩(wěn)的規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)橢圓形計(jì)算厚度:不小于封頭內(nèi)直徑的0.15％。碟形封頭計(jì)算壁厚：不小于封頭內(nèi)直徑的0.15-0.3％,第四節(jié) 真空加強(qiáng)圈,一、作用：裝上一定數(shù)量的加強(qiáng)圈，利用圈對(duì)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。,二、結(jié)構(gòu)與材

8、料扁鋼、角鋼、工字鋼等,三、加強(qiáng)圈安裝制造,加強(qiáng)圈可設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部。焊接或鉚接，必須與筒體緊密貼合不得隨意削弱或切斷,加強(qiáng)圈可設(shè)置在容器內(nèi)部或外部。連續(xù)或間斷焊接，當(dāng)加強(qiáng)圈在外面時(shí)，每側(cè)間斷焊接的總長(zhǎng)度不應(yīng)小于圓筒外圓周長(zhǎng)的1/2；在里面，焊縫總長(zhǎng)度不應(yīng)小于內(nèi)圓周長(zhǎng)度1/3。間斷焊最大間距，外加強(qiáng)圈不能大于筒體名義厚度8倍；內(nèi)加強(qiáng)圈不能大于筒體名義厚度12倍,,,,四、加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)間距尺寸,加強(qiáng)圈間距：,1、 外壓

9、圓筒加強(qiáng)圈間距已選定，可按上述圖算法確定出筒體厚度；2、如果筒體的D0/δe已確定，可從下式解出加強(qiáng)圈最大間距：,,,加強(qiáng)圈尺寸,,－組合圓環(huán)失穩(wěn)時(shí)單位弧長(zhǎng)上的作用力；Ｎ／ｍｍＩ－　組合圓環(huán)對(duì)與筒軸線平行的形心軸的軸慣性矩；ｍｍ４Ｅ－　組合圓環(huán)設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量；ＭＰａＤ環(huán)－組合圓環(huán)截面形心圓直徑；ｍｍ,,,,,,,,1．一夾套反應(yīng)釜如圖示，釜體公稱直徑為1200mm，長(zhǎng)度為1000mm（包括封頭直邊），設(shè)計(jì)壓力p=5MPa

10、，夾套內(nèi)徑Di=1300mm，設(shè)計(jì)壓力為夾套內(nèi)飽和水蒸汽壓力p=4MPa，；夾套和釜體材料均為16MnR，單面腐蝕裕量C2=1mm，焊縫系數(shù)Φ=1，設(shè)計(jì)溫度為250℃，設(shè)計(jì)出夾套筒體及夾套封頭名義厚度為24mm，試設(shè)計(jì)確定釜體圓筒及標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭名義厚度。,分析,內(nèi)筒的危險(xiǎn)工況1、 正常操作時(shí)：內(nèi)壓容器 5MPa2、檢修前后泄壓或充壓時(shí)：外壓容器 4MPa （設(shè)計(jì)溫度）3、夾套壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)：外壓容器1.25P[σ]/ [

11、σ]t （常溫）,設(shè)計(jì)思路：,分為筒體和封頭分別進(jìn)行：1、內(nèi)壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)δn=24 mm2 、外壓穩(wěn)定性校核[p]=2.21MPaP4、夾套水壓試驗(yàn)穩(wěn)定性校核試驗(yàn)壓力PT=1.25P[σ]/ [σ]t=5.54MPa筒體常溫[p]=5.30MPa<PT夾套水壓試驗(yàn)時(shí)，內(nèi)筒充壓0.24MPa,,例：一臺(tái)在用壓力容器，原設(shè)計(jì)圖樣丟失，容器材質(zhì)為碳鋼，具體鋼號(hào)不清，容器在常溫下工作，經(jīng)對(duì)焊接接頭無損檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，各

12、部分尺寸測(cè)量如下：通體內(nèi)徑1.6m，長(zhǎng)度2m，壁厚11.2mm，兩端均為球形封頭，封頭實(shí)測(cè)厚度8.3mm，介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕速率為0.2mm/a，現(xiàn)使用該容器至下一檢驗(yàn)周期（6年），最高允許內(nèi)壓和外壓分別是多大？,分析,最高允許內(nèi)壓按強(qiáng)度來確定最高允許外壓按穩(wěn)定性確定常溫，材質(zhì)按Q235-A(有溫度，壓力，介質(zhì)，厚度等使用限制條件）有效厚度按實(shí)測(cè)厚度確定δe= δc-2nλ筒體8.8mm封頭5.9mm,內(nèi)壓,,筒體封頭,外壓筒

13、體的穩(wěn)定計(jì)算,計(jì)算參數(shù) ，確定A；據(jù)材料類別，選取相應(yīng)的B-A曲線，找出A點(diǎn)位置，確定B；若A在曲線左側(cè)，計(jì)算B若A在曲線右側(cè)，從B-A曲線上查取B;計(jì)算,外壓球殼的穩(wěn)定計(jì)算,按 確定A；據(jù)材料類別，選取相應(yīng)的B-A曲線，找出A點(diǎn)位置，確定Bs；若A在曲線左側(cè)，按式計(jì)算[p];若A在曲線右側(cè)，從B-A曲線上查取Bs;計(jì)算比較許用外壓[p]與設(shè)計(jì)外壓p,,某反應(yīng)釜，內(nèi)徑1400mm

14、，工作溫度5-150℃，工作壓力1.5 MPa，釜體裝安全閥，材料為，雙面對(duì)接焊，全部無損檢驗(yàn)，確定筒體和封頭厚度。,,①假設(shè)筒體的名義厚度δn；②計(jì)算有效厚度δe；③求出臨界長(zhǎng)度Lcr，將圓筒的外壓計(jì)算長(zhǎng)度L與Lcr進(jìn)行比較，判斷圓筒屬于長(zhǎng)圓筒還是短圓筒；④然后根據(jù)圓筒類型，選用相應(yīng)公式計(jì)算臨界壓力 Pcr； ⑤再選取合適的穩(wěn)定性安全系數(shù)m，計(jì)算許用外壓[p]= ⑥比較設(shè)計(jì)壓力p和[p]的大小。若p小于等于[p]且較