第九章 內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計

1、第九章 內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼的設(shè)計,根據(jù)給定的內(nèi)直徑，設(shè)計壓力，設(shè)計溫度以及介質(zhì)腐蝕性等條件，設(shè)計出合適的厚度，以保證在規(guī)定的使用壽命內(nèi)安全可靠地運(yùn)行。壓力容器強(qiáng)度計算的內(nèi)容主要是新容器的強(qiáng)度及在用容器的強(qiáng)度校核。,第一節(jié) 概述,壓力容器設(shè)計的內(nèi)容,1、確定設(shè)計參數(shù)：p（設(shè)計壓力）、t（設(shè)計溫度——正常工作的情況下設(shè)定的元件金屬的溫度）、DN（公稱直徑）、[σ]t（設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力）、φ（焊接接頭系數(shù)）等。2、選擇材料 只討論鋼

2、制化工容器。 壓力低、按剛度設(shè)計的容器：盡量用低碳鋼； 壓力較高之大型容器：普通低合金鋼。價格比碳鋼高20%，強(qiáng)度高30~60%。 介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高：不銹鋼； 深冷容器：銅及其合金。,4、確定殼體（筒體、封頭）壁厚?！獜?qiáng)度計算。5、選取標(biāo)準(zhǔn)件。 法蘭、支座、開孔附件等。6、繪制設(shè)備圖紙。 本章主要討論中低壓化工容器筒體與封頭的強(qiáng)度計算問題。,一、薄壁圓筒強(qiáng)度計算公式承受內(nèi)

3、壓的圓筒，薄膜應(yīng)力為根據(jù)第三強(qiáng)度理論工藝設(shè)計中一般給出內(nèi)直徑考慮焊縫區(qū)金屬強(qiáng)度一般低于母材,第二節(jié) 內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼強(qiáng)度計算,pc —— 計算壓力，MPaDi —— 圓筒內(nèi)直徑，mmδ —— 計算厚度，mmφ —— 焊接接頭系數(shù)[σ]t —— 設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力，MPa適用范圍,殼體厚度計算厚度δ設(shè)計厚度?d=?+C2名義厚度?n=?d+C1并圓整有效厚度?e=?n-C1-C2=?n-C毛坯厚度=?n+加

4、工減薄量C3最小厚度δmin為滿足制造工藝要求及運(yùn)輸和安裝的剛度要求,對殼體規(guī)定的最小厚度,設(shè)計厚度與名義厚度,內(nèi)壓圓筒應(yīng)力校核內(nèi)壓圓筒許可壓力確定,四、關(guān)于最小厚度的規(guī)定按壁厚公式計算得到的壁厚很小，不能滿足制造工藝要求以及運(yùn)輸和安裝過程中的剛度要求，規(guī)定殼體加工成型后不包括腐蝕裕量的最小厚度對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3mm對高合金鋼制容器，不小于2mm,與薄壁圓筒的推導(dǎo)相似，可以得到球形容器的厚度設(shè)計計算公式如下

5、：計算厚度應(yīng)力校核,二、內(nèi)壓球殼的強(qiáng)度計算,許可壓力,1. 設(shè)計壓力 p 表壓，設(shè)計壓力是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下用以確定容器殼體厚度及其元件尺寸的壓力，是標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計壓力。 液體靜壓力>5%p時，取設(shè)計壓力+靜壓力為計算壓力，有安全閥時?。?.05~1.1）最高工作壓力，有爆破膜時?。?.15~1.3）倍的最高工作壓力,三、 設(shè)計參數(shù)的確定,2. 計算壓力3. 設(shè)計溫度 (表 9-1）

6、4.許用應(yīng)力和安全系數(shù)許用應(yīng)力：強(qiáng)度性能/安全系數(shù)安全系數(shù)：考慮到材料性能、載荷條件、設(shè)計方法、加工制造和操作等方面的不確定因素而確定的質(zhì)量保證系數(shù)到材料性能、載荷條件、設(shè)計方法、加工制造和操作等方面的不確定因素而確定的質(zhì)量保證系數(shù),碳素鋼、低合金鋼 高合金鋼 GB150許用應(yīng)力表（表9-4）,5. 焊接接頭系數(shù) 表示焊縫區(qū)金屬與母材金屬強(qiáng)度的比值。 焊縫熱影響區(qū)有熱應(yīng)力的存在

7、，焊縫金屬晶粒粗大，焊縫中存在缺陷——影響焊縫的強(qiáng)度。 采用焊接接頭系數(shù)，以補(bǔ)償焊接型式、焊接工藝及焊縫探傷檢驗(yàn)的嚴(yán)格程度對焊縫區(qū)材料強(qiáng)度的影響。 焊接接頭系數(shù)的大小取決于焊縫結(jié)構(gòu)和探傷方法。GB150規(guī)定：,,GB150規(guī)定： 雙面焊或相當(dāng)雙面焊的全焊透的對接接頭 當(dāng)采用100%探傷時,φ=1.00 當(dāng)采用局部探傷時,φ=0.85 單面焊的對接接頭（沿焊縫根部全長有

8、緊貼基本金屬的墊板） 當(dāng)采用100%探傷時,φ=0.90 當(dāng)采用局部探傷時,φ=0.80,6. 厚度附加量 C=C1+C2C1——鋼材厚度負(fù)偏差C2——腐蝕裕量容器厚度附加量包括鋼板或鋼管厚度的負(fù)偏差C1和介質(zhì)的腐蝕裕量C2。,鋼材厚度負(fù)偏差C1薄鋼板厚度負(fù)偏差按GB708規(guī)定選取厚鋼板厚度負(fù)偏差按GB709規(guī)定選取,腐蝕裕量C2為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損導(dǎo)致的厚度減薄而附加的厚度量

9、根據(jù)腐蝕速度和設(shè)計壽命選取腐蝕裕量容器的各元件受到的腐蝕程度不同時，會采用不同的腐蝕裕量介質(zhì)為水、水蒸氣、空氣的碳素鋼或低合金鋼制容器，C2≥1mm。,對于碳素鋼和低合金鋼：腐蝕速度<0.05mm/a，C2=0腐蝕速度0.05～0.13mm/a，C2≥1mm腐蝕速度0.13～0.25mm/a，C2≥2mm腐蝕速度≥0.25mm/a，C2≥3mm,容器制成后需進(jìn)行壓力試驗(yàn)，包括強(qiáng)度試驗(yàn)和致密性試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)在超工作壓力

10、下進(jìn)行液壓（或氣壓）試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康臋z查容器在超工作壓力下的宏觀強(qiáng)度，包括材料的缺陷、容器各部分的變形、焊接接管的強(qiáng)度、容器法蘭連接的泄漏,第三節(jié) 容器的壓力試驗(yàn),致密性試驗(yàn)對密封性要求高的重要容器在強(qiáng)度試驗(yàn)合格后進(jìn)行的泄漏檢查壓力試驗(yàn)有液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)兩種,□介質(zhì)：一般為水，所以又稱為水壓試驗(yàn)。也可以使用不會導(dǎo)致危險的其它液體（揮發(fā)性小、易流動、不易燃和無毒性）。 □水溫度：C鋼、16MnR、15MnVR容器≮5℃；其它低

11、合金鋼≮15℃。 預(yù)防試壓管道凍結(jié)及脆性破裂。一般在常溫下進(jìn)行。 □實(shí)驗(yàn)步驟：,一、液壓試驗(yàn),達(dá)到試驗(yàn)壓力后關(guān)閉直通閥保壓30分鐘，此間壓力表讀數(shù)應(yīng)保持不變。然后降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%并保持足夠長時間對所有焊縫及連接部位進(jìn)行檢查，如有汗珠、水滴，表明有泄漏（壓力表讀數(shù)下降），應(yīng)做標(biāo)記，卸壓后修補(bǔ)，修好后重新試驗(yàn)。直至合格。,試驗(yàn)壓力： 內(nèi)壓容器使試驗(yàn)條件下的應(yīng)力安全狀況與操作條件下相同

12、 應(yīng)力校核 ∵ PT > P ∴試驗(yàn)前應(yīng)對圓筒在試驗(yàn)壓力下的最大應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力校核： （防止應(yīng)力過大，試驗(yàn)前進(jìn)行）,將容積為V的容器充滿壓力為P的氣體所需壓縮功比液體壓縮功大幾百到幾萬倍，一旦破裂壓縮功轉(zhuǎn)化為爆破能，所以氣體比液體造成的危害要大得多。因?yàn)閴毫υ囼?yàn)的目的就是檢驗(yàn)容器的強(qiáng)度，所以存在破裂的可能性。所以：只有在不宜做液壓試驗(yàn)的容器才進(jìn)行氣壓試驗(yàn)（100%探傷并采取有效的防護(hù)措施）。如：內(nèi)襯耐火材料不易