23日桑如苞

1、壓力容器設(shè)計審批員培訓(xùn)考核班,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計桑如苞中國石化工程公司,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,一、壓力容器的構(gòu)成 經(jīng)典板殼結(jié)構(gòu) 圓筒—圓柱殼 球形封頭 —球殼 殼體 橢圓封頭（橢球殼） 以薄膜應(yīng)力承載 碟封（球冠與環(huán)殼） 錐形封頭（錐殼）,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計

2、,一、壓力容器的構(gòu)成 圓平板（平蓋） 平板 環(huán)形板（開孔平蓋） 以彎曲應(yīng)力承載 環(huán)（法蘭環(huán)） 彈性基礎(chǔ)圓平板（管板）,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 1.圓筒1）應(yīng)力狀況：兩向薄膜應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力為軸向應(yīng)力的兩倍。2）壁厚計算公式：符號說明見GB 150。稱中徑公式：適用范圍，K≤1.5，等價于pc≤0.4[

3、σ]tφ 3）公式來由：內(nèi)壓圓筒壁厚計算公式是從圓筒與內(nèi)壓的靜力平衡條件得出的。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算

4、上述計算公式認(rèn)為應(yīng)力是沿圓筒壁厚均勻分布的，它們對薄壁容器是適合的。但對于具較厚壁厚的圓筒，其環(huán)向應(yīng)力并不是均勻分布的。薄壁內(nèi)徑公式與實際應(yīng)力存在較大誤差。對厚壁圓筒中的應(yīng)力情況以由彈性力學(xué)為基礎(chǔ)推導(dǎo)得出的拉美公式較好地反映了其分布。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 由拉美公式知：厚壁筒中存在的三個方向的應(yīng)力，其中只有軸向應(yīng)力是沿厚度均勻分布的。環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力均是非均勻分布的，且內(nèi)壁處為最大值。筒壁三向應(yīng)

5、力中，周向應(yīng)力最大，內(nèi)壁處達最大值，外壁處為最小值，內(nèi)外壁處的應(yīng)力差值隨K= D0 / Di增大而增大。當(dāng)K=1.5時，由薄壁公式按均勻分布假設(shè)計算的環(huán)向應(yīng)力值比按拉美公式計算的圓筒內(nèi)壁處的最大環(huán)向應(yīng)力要偏低23%，存在較大的計算誤差。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 由于薄壁公式形式簡單，計算方便、適于工程應(yīng)用。為了解決厚壁筒時薄壁公式引起的較大誤差，由此采取增大計算內(nèi)徑，以適應(yīng)增大應(yīng)力計算值的要求。為此將

6、圓筒計算內(nèi)徑改為中徑，即以（Di+δ）代替Di代入薄壁內(nèi)徑公式中：,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 4）公式計算應(yīng)力的意義：一次總體環(huán)向薄膜應(yīng)力，控制值[σ]。5）焊接接頭系數(shù)：指縱縫接頭系數(shù)。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 2.球殼 1）應(yīng)力狀況：各向薄膜應(yīng)力相等2）厚度計算式：稱中徑公式，適用范圍pc≤0.6[σ

7、]等價于K≤1.3533）公式來由：同圓筒軸向應(yīng)力作用情況4）計算應(yīng)力的意義：一次總體、薄膜應(yīng)力（環(huán)向、經(jīng)向）控制值：[σ] 。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 2.球殼 5）焊縫接頭系數(shù)：指所有拼縫接頭系數(shù)（縱縫、環(huán)縫）。注意包括球封與圓筒的連接環(huán)縫系數(shù)。6）與圓筒的連接結(jié)構(gòu)：見GB 150附錄J圖J1（d）、（e）、（f）。連接原則：不能削薄圓筒，局部加厚球殼。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二

8、、壓力容器受壓元件計算 3.橢圓封頭A、內(nèi)壓作用下1）應(yīng)力狀況a.薄膜應(yīng)力a）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布：,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 經(jīng)向應(yīng)力：最大應(yīng)力在頂點。環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點，最大壓應(yīng)力在底邊。b) 變形特征：趨圓。c) 計算對象意義：拉應(yīng)力——強度計算壓應(yīng)力——穩(wěn)定控制b.彎曲應(yīng)力（與圓筒連接）a) 變形協(xié)調(diào)，形成

9、邊界力。b) 產(chǎn)生二次應(yīng)力,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 c.橢圓封頭的應(yīng)力：薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力。最大應(yīng)力的發(fā)生部位、方向、組成。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,K=,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,4）焊縫接頭系數(shù)。指拼縫，但不包括橢封與圓筒的連接環(huán)

10、縫的接頭系數(shù)。5）內(nèi)壓穩(wěn)定：a. a/b≯2.6限制條件b.防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：a/b≤2，即K≤1 δmin≥0.15%Dia/b ＞2，即K＞1 δmin≥0.30% Di,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,B.外壓作用下：1）封頭穩(wěn)定以薄膜應(yīng)力為對象計算：a.變形特征：趨扁。b.計算對象過渡區(qū)——不存在穩(wěn)定問題。封頭中心部分——“球面區(qū)”存在穩(wěn)定。c.計算意義，按外壓球

11、殼。當(dāng)量球殼：對標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭；當(dāng)量球殼計算外半徑：Ro=0.9Do。Do——封頭外徑。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,2）對對接圓筒的影響。外壓圓筒計算長度L的意義：L為兩個始終保持圓形的截面之間的距離。橢圓封頭曲面深度的1/3處可視為能保持圓形的截面，為此由兩個橢圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的外壓計算長度L=圓筒長度+兩個橢圓封頭的直邊段長度+兩倍橢圓封頭曲面深度的1/3。,內(nèi)外壓容器——受壓元件

12、設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,3）外壓圓筒失穩(wěn)特點a.周向失穩(wěn)（外壓作用）圓形截面變成波形截面，波數(shù)n從2個波至多個波。長圓筒 n=2 ，短圓筒 n＞2 。b.軸向失穩(wěn)（軸向力及彎矩作用）塔在風(fēng)彎、地震彎矩和重力載荷作用下的失穩(wěn)。軸線由直線變成波折線。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 4.碟形封頭受力、變形特征，應(yīng)力分布，穩(wěn)定，控制條件與橢封相似， 只不過形狀系數(shù)由K（橢封）改為M。

13、內(nèi)容從略,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 5.錐形封頭1) 薄膜應(yīng)力狀態(tài)a.計算模型：當(dāng)量圓筒。 α≤60°應(yīng)力狀況與圓筒相似，同處的環(huán)向應(yīng)力等于軸向應(yīng)力的兩倍， 但不同直徑處應(yīng)力不同。b.計算公式： δ=,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 5.錐形封頭,,c.計算應(yīng)力的意義：

14、一次、總體（大端）環(huán)向薄膜應(yīng)力，控制值[σ]。d.焊縫接頭系數(shù)。指錐殼縱縫的接頭系數(shù)。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 5.錐形封頭,,2）彎曲應(yīng)力狀態(tài)（發(fā)生于與圓筒連接部位）a.變形協(xié)調(diào)，產(chǎn)生邊界力，引起邊緣應(yīng)力。b.錐殼端部的應(yīng)力。 端部應(yīng)力由薄膜應(yīng)力+彎曲應(yīng)力組成。大端：最大應(yīng)力為縱向（軸向）拉伸薄膜應(yīng)力+軸向彎曲 的拉伸應(yīng)力組成。小端：起控制作用的應(yīng)力為

15、環(huán)向（局部）薄膜應(yīng)力。c.大、小端厚度的確定。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算 a) 大端：當(dāng)軸向總應(yīng)力超過3[σ]時，（由查圖7-11確定）， 則需另行計算厚度，稱大端加強段厚度。計算公式：其中Q 稱應(yīng)力增值系數(shù)，其中體現(xiàn)了邊緣應(yīng)力的作用，并將 許用應(yīng)力控制值放寬至3[σ]。,,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二

16、、壓力容器受壓元件計算,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,,L1 =,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,二、壓力容器受壓元件計算,,,6.圓平板1)應(yīng)力狀況：兩向彎曲應(yīng)力，徑向、環(huán)向彎曲應(yīng)力。2)兩種極端邊界支持條件。a.簡支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不

17、受約束，σmax 在板中心， 徑向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力相等。b.固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對約束（等于零），σmax在 板邊緣為徑向應(yīng)力。c.螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按筒支圓板處理，σmax在板中心。,三、開孔補強,1.殼和板的開孔補強準(zhǔn)則。a.殼（內(nèi)壓）的補強——拉伸強度補強，等面積補強。b.板的補強——彎曲強度補強，半面積補強。2.等面積補強法。補強計算對象是薄膜應(yīng)力，大開孔時

18、，由于孔邊出現(xiàn)較大的彎曲應(yīng)力，故不適用大開孔。1) 開孔所需補強面積A。A=dδ+2δetδ(1－δf)d——開孔計算直徑，d=di+2cδ——開孔計算厚度，開孔部位按公式計算的厚度。dδ——殼體開孔喪失的承受強度的面積。2δetδ(1-ff)——由于接管材料強度低于筒體時所需另行補償?shù)拿娣e。,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,三、開孔補強,,,三、開孔補強2）有效補強范圍,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計

19、,,三、開孔補強,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,a.殼體：B=2d意義：受均勻拉伸的開小孔大平板，孔邊局部應(yīng)力的衰減范圍。b.接管：圓柱殼在端部均布力作用下，殼中環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減范圍（同錐殼小端加強段長度的意義）。3.d，δ的確定。1) da.圓筒：縱向截面上的開孔直徑,三、開孔補強,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,,三、開孔補強,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,,b.球殼：較大直徑c.橢封，碟封，同球殼d.錐殼：同圓筒。,

20、,三、開孔補強,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,,2)δa.圓筒：按δb.球殼：按δc.橢圓封頭：過渡區(qū)δ取封頭計算厚度，球面區(qū)，δ取球面當(dāng)量球殼計算厚度。標(biāo)準(zhǔn)橢封當(dāng)量球殼半徑Ri=0.9Di,,,三、開孔補強,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,,d.碟形封頭：周邊r部位開孔，δ取封頭計算厚度中心R部位開孔，δ取球殼計算厚度。,,,,三、開孔補強,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,,e.錐形封頭δ取開孔中心處計算直徑2R的計算厚度

21、。,,,,,四、法蘭,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,1.法蘭聯(lián)接設(shè)計包括墊片、螺栓、法蘭三部分。2.墊片設(shè)計1) 墊片寬度a.接觸寬度Nb.壓緊寬度boc.有效密封寬度b2) 墊片比壓力墊片在予緊時，為了消除法蘭密封面與墊片接觸面間的縫隙，需要施加于墊片單位有效密封面積上的最小壓緊力，稱為墊片的比壓力。,四、法蘭,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,3) 墊片系數(shù)墊片在操作時，為保持密封，需要施加于墊片單位有效密封面積上的最小壓

22、緊力與內(nèi)壓力的比值，稱為墊片系數(shù)。4) 墊片合理設(shè)計的原則，應(yīng)使墊片在予緊和操作兩種狀態(tài)下所需的壓緊力盡可能?。▔|片力小）。3.螺栓設(shè)計螺栓設(shè)計的關(guān)鍵：應(yīng)使螺栓中心圓直徑盡可能?。Ρ坌。?。,四、法蘭,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,4.法蘭設(shè)計1) 法蘭的應(yīng)力σH——軸向應(yīng)力σR——徑向應(yīng)力σT——環(huán)向應(yīng)力2）法蘭設(shè)計的關(guān)鍵應(yīng)使法蘭三個計算應(yīng)力僅量接近相應(yīng)的許用應(yīng)力；趨滿應(yīng)力狀態(tài)。,,內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計,,,