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第二
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2006年第二期压力容器审核员考试培训材料,第二,压力容器,审核,考试,培训,材料
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压力容器设计审批员培训考核班,塔式容器 王者相,塔式容器,一、总则 1.适用范围 适用于H/D5，且高度H10m裙座自支承的塔式容器： H总高； D塔壳的公称直径。 对不等直径塔式容器：,塔式容器,一、总则 塔式容器必须是自支承的。 适用范围是考虑下述因素制定的： a. 塔式容器振动时只作平面弯曲振动； b. 高度小的塔式容器截面的弯曲应力小，计算臂厚取决于压力或最小厚度。,塔式容器,一、总则 2. 塔式容器应考虑的载荷和工况 载荷： a. 压力（含液柱静压力）载荷； b. 重力载荷； c. 风载荷：顺风和横风向； d. 地震载荷：水平地震力和垂直地震力。,塔式容器,一、总则 2. 塔式容器应考虑的载荷和工况 工况： a. 安装工况； b. 水压试验工况； c. 操作工况； d. 检修工况。 从载荷性质上分：可以分为静载荷和动载荷 。,塔式容器,一、总则 2. 塔式容器应考虑的载荷和工况 区别： a. 载荷大小、方向甚至作用点等不随时间变化的是静载荷，随时间变化的是动载荷。 b. 动载荷使结构产生加速度，引起结构振动。振动过程中结构的位移和内力随时间变化，因此，求出来的解是随时间有关的系列，而静载荷的解是单一的。 c. 动载荷计算与结构自身的振动特征（如自振频率或周期、振型与阻尼）有关，而静载荷仅与载荷大小、约束条件有关。,塔式容器,一、总则 3. 设计压力与设计温度 对工作压力小于0.1MPa的内压塔式容器、设计压力取不小于0.1MPa； 由中间封头隔成两个或两个以上压力室的塔式容器应分别确定其设计压力； 裙座壳的设计温度取使用地区月平均最低气温的最低值加10。,塔式容器,一、总则 4. 腐蚀裕量与最小厚度 腐蚀裕量 A. 容器的塔体。 a) 应根据预期寿命和介质；利用金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量； b) 各元件受到腐蚀程度不同时，分别确定其腐蚀裕量； c) 介质：压缩空气，水或水蒸汽，材质为碳素钢或低合金钢时，腐蚀裕量不小于1毫米。,塔式容器,一、总则 4. 腐蚀裕量与最小厚度 腐蚀裕量 B. 裙座和地脚螺栓 a) 裙座腐蚀裕量取C2=2mm； b) 地脚螺栓的腐蚀裕量，取C2=3mm。,塔式容器,一、总则 5. 最小厚度 A. 容器壳体 a) 碳素钢、低合金钢制为2/1000的内直径、且不小于4毫米； b) 高合金钢制，不小于3mm。,塔式容器,一、总则 5. 最小厚度 B. 裙座壳和地脚螺栓 a) 裙座壳的最小厚度没有要求，但规范规定裙座壳的各意厚度不得小于6mm。 b) 地脚螺栓小径，规范并无限制，但工程上一般不小于M24，最大不超过M100。,塔式容器,一、总则 6. 许用应力 A. 塔式容器壳体（含裙座壳体） 按GB150材料一章选取。,塔式容器,一、总则 6. 许用应力,塔式容器,一、总则 7载荷组合系数K 长期载荷效应与短期载荷效应不同。 方法是在应力组合后，其许用应力（强度或稳定）乘以一个等于1.2的载荷组合系数K。,塔式容器,二、结构 1. 裙座的型式，分为圆筒形和圆锥形两种。 要求：圆锥形裙座的半锥顶角不超过15，无论圆筒形或圆锥形裙座壳其名义厚度不得小于6mm。,塔式容器,二、结构,塔式容器,二、结构 2. 筒体与裙座的连接型式 分为对接和搭接两种，对接要求：裙座壳体外径与塔体封头外径相等。搭接分为搭接在封头与搭接在筒体上两种。,塔式容器,二、结构 2. 筒体与裙座的连接型式,塔式容器,二、结构 3. 当塔壳封头由多块板拼接制成时，拼接焊缝处的裙座壳应开缺口，如下图所示。,塔式容器,二、结构 4. 当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400时，应设置隔气圈，如图所示。,塔式容器,二、结构 5. 塔式容器操作过程中，可能有气体逸出积聚在裙座与塔底封头之间的死区中，它们有些是易燃，易爆的气体，有些是具有腐蚀作用的气体，会危及塔器正常操作或检修人员的安全，故设置排气孔，如图所示。 排气孔在裙座有保温或防火层时，应改为排气管。,塔式容器,二、结构,塔式容器,二、结构 6. 地脚螺栓座 由基础环、筋板、盖板和垫板组成，结构如图所示，该结构适用于予埋地脚螺栓和非予埋地脚的情况。,塔式容器,二、结构,塔式容器,二、结构 下图为中央地脚螺栓座结构，优点是地脚螺栓中心圆直径小，用于地脚螺栓数量较少，需予埋。 对塔高较小的塔式容器，地脚螺栓座可简化成单环板结构。 优点：结构简单；缺点：地脚螺栓座整体刚度不足。,塔式容器,二、结构,塔式容器,三、计算 内容：自振周期；水平地震力和垂直地震力；顺风向风振和横风向风振；塔的挠度计算四部分。 1. 自振周期 A. 名词术语： 自由度：指振动过程中任何瞬时都能完全确定系统在空间的几何位置所需的独立坐标数目。 振型：振动时任何瞬间各点位移之间的相对比值，即整个体系具有的确定的振动形态。 一般取前三个振型，如下图所示。,塔式容器,三、计算,体系的振动是由对称各振型的谐振叠加而来的复合振动。,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 C高振型计算 按附录计算，对等直径、等壁厚的塔式容器，可近似取： T2=1/6T1 T3=1/18T1,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 名词术语： 震源：地壳内发生断层破坏的一点，实际上断层面积很大，很难确定其中的一点，一般采用其几何中心代替。 震中：震源在地表面的投影。 震中距：地表面上任一点距震中的直线距离。 震级：表示地震大小的尺度，用震源释放能量大小度量。 烈度：某一地区地面各类结构物和建筑物宏观破坏程度。,塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 名词术语： 基本烈度：指在一定期限内，一个地区可能普遍遭遇到的最大烈度，基本烈度为50年超越概率为10%的烈度。 设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。,塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 名词术语： 设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率为10%的地震加速度取值； 七度区 八度区 九度区 0.1g 0.2g 0.4g (0.15g) (0.2g),塔式容器,三、计算 2. 水平地震力和垂直地震力 A. 抗震设防目标 当遭遇到多遇地震时，塔式容器处于正常使用状态（工作状态是弹性状态）；遭遇到相当于基本烈度时，结构进入弹塑状态，遭遇到罕遇地震时，应控制其变形，避免倒塌,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 b) 地震影响系数谱的特征,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 i) 制定该反应谱时，取阻尼比=0.05；max=2.25。 ii) 曲线由四部分组成： 上升段、平台段、下降区段1（或称曲线下降段）和下降区段2（又称直线下降段）。 iii) 曲线有三个拐点，对应的自振周期为0.01，Tg，5Tg，Tg一土壤的卓越周期。与场地上类另和地震分组有关。场地土壤分四类：、 地震分组分三组：第一组、第二组和第三组。,塔式容器,三、计算 ）曲线的平台段为加速度控制段；下降区段1为速度控制段；下降区段2为位移控制段。 T很小时，结构刚度大，加速度控制，T很大结构很柔，位移控制。 塔式容器实际阻尼不一定等于0.05，对曲线要修正。,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 A. 顺风向风振 a）名词术语 风压：当风以一定速度运动时，垂直于风向的平面上所受到的压力。 基本风压：风载荷的基准压力，按我国荷载规范规定为十米高度处五十年一遇十分钟的最大平均风速，按Q=1/2v2计算得出的，新标准规定，不得小于0.3KN/m2,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 地面粗糙度：风在到达结构以前吹越过2公里范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍分布状况等级分为A、B、C、D四级。 平均风：在风的顺风向时程曲线中超过10分钟以上的长周期部份 脉动风：在风的顺风向时程曲线中通常只有几秒钟的短周期成分。,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 重现期：是指连续两次超过某一数值的时间间隔。 体型系数：是指风作用在物体表面上所引起的实际压力（或吸力）与风速度压（即q=1/22）的比值。此值一般采用风洞试验或实测确定。对圆截面K1=0.7，平面K1=1.4。 高度变化系数：任意高度处风压与10米高度处的风压之比，它是与高度和地面粗糙度有关的系数，荷载规范规定为指数规律：fi=c(h/10),塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 地面粗糙度 A B C D C 1.379 1.00 0.616 0.318 0.24 0.32 0.44 0.60,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 脉动增大系数i，表示脉动风作用下塔式容器的振幅与将脉动载荷以静力方式作用在塔式容器上所产生的位移之比。它就是动力放大系数。 脉动影响系数i，反映脉动风压沿高度变化及其空间相关性的系数。振型系数zi塔式容器的顺风向计算公式仅考虑了第一振型风振，多自由度体基本振型的顺风的风振。,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 b）计算公式 平均风压对塔式容器静力作用P1=K1fiqoAi 脉动风压对塔式容器动力作用P2=K1viziAi/ fi P=P1 +P2= K1fiqoAi(1+ vizi/fi) 令K2=1+ vizi/fi 所以P=K1K2fiqoAi,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 B. 横风向风振 条件：当H/D15，且H30米时，还应按规范附录进行横风向风振计算。,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 a)产生的原因,塔式容器,三、计算 3. 顺风向风振和横风向风振 b）是否发生共振的判别。 vvc1 不需考虑塔器共振 vc1vvc2 必须考虑第一振型振动 vvc2 考虑一、二振型，取最大值。,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 ）等效静力作用方式 可以有三角形分布、均布和振型函数形式三种，标准取图中b）。,塔式容器,三、计算 d）计算方法 任意计算截面第j振型的共振弯矩。,塔式容器,三、计算 d）计算方法,塔式容器,三、计算 d）计算方法,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 B. 应力组合及许用值 *括号为外压操作的塔式容器,塔式容器,三、计算 5. 地脚螺栓 地脚螺栓计算方法有：维赫曼法、泰勒和极限载荷法，如图所示规范给出的是维赫曼法,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 实例：塔径Do=2159mm H=27000mm D2=2061mm D1=2463mm 操作质量：mo=71000kg mmin=25100kg M=1.377109Nmm 按维赫曼法 As=123cm2 按泰勒法 As =86cm2 极限载荷法 As =75.1cm2 地脚螺栓应对称布置，应取4的倍数，当D800mm时，允许采用6个地脚螺栓。,塔式容器,三、计算 6. 塔的挠度计算 A. 原因 B. 载荷,塔式容器,三、计算,塔式容器,三、计算 6. 塔的挠度计算 C. 控制值：按工程设计要求确定 各国及设计公司对挠度要求 y=H/160尺 y=H/170尺 y=H/200 y=H/450 y=D2000mm H/200 1000D2000mm H/D D1000mm H/100,塔式容器,四、制造、检验与验收 A. 外形尺寸公差。 B. 需进行整体热处理的塔式容器，热处理前应将连接件（如梯子、平台连接件，保温圈、防炎固定件，吊耳）等焊在塔壳上。 C. 需作磁粉或渗透检测： a) 塔壳材料标准抗拉强度540MPa时，裙座与塔壳的焊接接头； b) 吊耳与塔壳之间焊接接头,全国压力容器设计审批员培训考核班,钢制压力容器制造、检验与验收 李景辰 合肥通用机械研究所,钢制压力容器制造、检验与验收,1.总则 1.1 筒体结构的适用范围 1.1.1 整体式结构满足强度、刚度、稳定性需要的厚度由一整块连续的钢材构成 （不含耐蚀层） a. 整体锻造：无焊缝、材质好；大型专用工装、材料利用率低。用于超高压 b. 单层卷焊：工艺简单，应用广泛。（含无缝管） c.锻焊：兼具上述二者优点，有环缝无纵缝，适用于大型化重要场合。,钢制压力容器制造、检验与验收,1.总则 1.1 筒体结构的适用范围 1.1.2 组合式结构满足强度、刚度、稳定性需要的厚度由板板、板带、板丝组合而成 板板：多层包扎安全可靠、经验丰富；热套兼具多层与单层之优点，适用于大型化；多层绕板机械化程度高，厂家少。 板带：型槽绕带由于钢带原因已停产；扁平钢带倾角错绕中国发明，适用于小化肥。 板丝：绕丝适用于超高压。,钢制压力容器制造、检验与验收,1.总则 1.1 筒体结构的适用范围 1.1.3 衬里容器衬里工艺、质量要求、检验方法尚不成熟 1.1.4 不适用产品的出路另订标准（行标、企标）,钢制压力容器制造、检验与验收,1.总则 1.2 焊接接头与焊缝 焊接接头焊肉、熔合线、热影响区之组合 焊缝焊肉,钢制压力容器制造、检验与验收,1.总则 1.3 焊接接头分类 1.3.1 以往习惯性分类 先结构（对接、角接）涉及施焊难易及无损检测；后位置（纵缝、环缝、封头拼接焊缝涉及受力）。,钢制压力容器制造、检验与验收,1.总则 1.3 焊接接头分类 1.3.2 问题提出：与GB3375“焊接名词术语”矛盾，另寻出路。 1.3.3 美国另一分类：仅考虑位置（受力）不考虑结构，A、B、C、D。 1.3.4 GB150：先考虑位置，后考虑结构，A、B、C、D。原因在于要兼顾棱角、错边、无损检测的描述，如多层包扎容器层板层的纵向接头，ASME划为A类，我们划为C类。,钢制压力容器制造、检验与验收,1.总则 1.4 组合式与整体式安全性比较 1.4.1 中厚板质量优于厚板 1.4.2 危险纵缝各层错开，划整为零（环缝亦如此） 1.4.3 层层间止裂，缺陷不会贯穿整个厚度，预应 力增加安全裕度 1.4.4 安全泄放孔符合先漏后破准则 1.4.5 组合式工艺复杂，热容器不宜,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.1 成品最小厚度与工艺减薄 2.1.1 热卷筒节与冷、热成形封头的工艺减薄是不可避免的 2.1.2 GB150中各种厚度的含义 a计算厚度：满足强度、刚度、稳定性的最小厚度（不含腐蚀裕量C2） b设计厚度+C2：满足强度、刚度、稳定性与使用寿命的最小厚度 c名义厚度n为+C2+C1+1 1为圆整量,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.1 成品最小厚度与工艺减薄 2.1.3 成品最小厚度应以设计厚度为基准，但在国内无可行性 2.1.4 成品最小厚度n-C1存在的问题及解决途径,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.2 坡口表面质量要求 2.2.1 坡口表面质量要求无裂纹、分层、夹杂 2.2.2 坡口表面质量的检测 ab540MPa、Cr-Mo经火焰加工坡口应采用MT或PT（原因分析、为何材料以540MPa为界） b其他材料宏观检查（原因分析，何为宏观检查） c什么是无法MT、PT检测的坡口，何为工艺保证,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.3 封头 2.3.1 凸形封头制造方式 a小封头整板成形 b大、中封头先拼板后成形 c特大型封头分瓣成形后组焊,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.3 封头 2.3.2 先拼板后成形封头 aJB741对拼焊焊缝位置规定的原因及其不足 bGB150 100%UT或RT的原因、合格等级及检测时机,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.3 封头 2.3.3 封头形状允差 aJB741的要求与不足 bGB150的要求与不足 cJB4746的要求,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.3 封头 2.3.4 JB4746简介 a范围：椭圆、碟形、锥形、球冠；整板成形、 先拼板后成形；冷、热冲压、旋压、卷制。技术要求强制、型式参数参照。 b与筒节组对：内径或外圆周长、倾斜度、圆度、切边交货。 c直径高25、40mm只与直径不与厚度挂钩。,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.4 圆度 2.4.1 产品圆度与筒节圆度之区别 a作用；b检查时机；c组对工艺 2.4.2 内、外（真空）圆度要求之区别 。,钢制压力容器制造、检验与验收,2 冷热加工成形 2.5 结构设计细节 2.5.1 双面、单面（带垫板、不带垫板）焊 2.5.2 倒圆与角焊缝修磨 2.5.3 不等厚对接 2.5.4 法兰螺栓通孔跨中均布,钢制压力容器制造、检验与验收,3 焊接 3.1 焊接接头与母材之区别 3.2 焊接质量要素与对策 3.2.1 力学性能焊接工艺评定与产品焊接试板 3.2.2 缺陷无损检测 3.2.3 外观质量宏观检查,钢制压力容器制造、检验与验收,3 焊接 3.3 焊接工艺评定（JB4708） 3.3.1 焊接工艺评定的作用 3.3.2 焊接工艺评定的做法,钢制压力容器制造、检验与验收,3 焊接 3.4 余高 3.4.1 余高的作用 3.4.2 余高的坏处（中、日两国试验结果的分析） 3.4.3 标准对余高的要求（国内、外产品的主要差距）,钢制压力容器制造、检验与验收,3 焊接 3.5 咬边 3.5.1 咬边产生的原因及坏处 3.5.2 GB150对咬边的要求 a不得有咬边 b允许存在一定量的咬边,钢制压力容器制造、检验与验收,3 焊接 3.6 焊接返修 3.6.1 焊接返修的要求 a缺陷去除及检测 b焊接工艺评定 c返修次数的要求及理由,钢制压力容器制造、检验与验收,4 热处理 4.1 热处理（按目的）的分类 4.1.1 焊后（消除应力）热处理 a目的 b焊接应力产生的原因、特点及危害 c焊后热处理的条件 通用条件厚度、材质与预热温度,钢制压力容器制造、检验与验收,4 热处理 4.1 热处理（按目的）的分类 4.1.2 恢复力学性能热处理 a冷作硬化的原因及危害 b冷、中温卷筒热处理的条件 c冷成形封头热处理（奥氏体不锈钢除外）,钢制压力容器制造、检验与验收,4 热处理 4.1 热处理（按目的）的分类 4.1.3 改善材料力学性能热处理 4.1.4 消氢处理,钢制压力容器制造、检验与验收,4 热处理 4.2 焊后热处理方法整体炉内；分段炉内；局部；现场 4.3 焊后热处理工艺进、出炉炉温；升、降温速度；炉内气氛；炉外冷却,钢制压力容器制造、检验与验收,5 试板与试样 5.1 产品焊接试板 5.1.1 作用及其局限性 5.1.2 制备条件 aQ235-B、C、20R、16MnR、20S 的15MnVR除外 b危险温度区间-20t0，板厚对力学性能 之影响,钢制压力容器制造、检验与验收,5 试板与试样 5.1 产品焊接试板 5.1.1 作用及其局限性 5.1.3 制备要求 a对产品的代表性材质、施焊条件、焊工、热处理，焊工代表性的缺陷； b每台产品至少一台，环缝不做。,钢制压力容器制造、检验与验收,5 试板与试样 5.1 产品焊接试板 5.1.4 检验方法标准（JB4744）,钢制压力容器制造、检验与验收,5 试板与试样 5.2 B类接头鉴证环 5.2.1 目的 5.2.2 做法,钢制压力容器制造、检验与验收,6 无损检测 6.1 不同方法的特点及选择 6.1.1 射线、超声、磁粉、渗透之特点 6.1.2 正确选择方法是设计者的责任 6.1.3 选择时建议考虑的因素 a材质；b结构；c厚度；d方法,钢制压力容器制造、检验与验收,6 无损检测 6.2 A、B类焊接接头无损检测长度的选择 6.2.1 100%射线或超声检测的条件 a厚度（P、D）安全性、重要性、经济性 b材质可焊性、同一缺陷对不同材质的不同影 响、重要性、经济性 c产品的安全要求事故后果的灾难性 d结构的特殊性,钢制压力容器制造、检验与验收,6 无损检测 6.2 A、B类焊接接头无损检测长度的选择 6.2.2 局部射线与超声检测 a局部检测的含义与目的 b局部检测产品中应100%检测的部位（开孔、被复盖的接头、凸形封头拼缝、嵌入式接管、D250mm的接管对接）。,钢制压力容器制造、检验与验收,6 无损检测 6.3 对局部检测的正确理介与执行 6.3.1 对制造方和使用方的要求 6.3.2 对P128中注的解释,钢制压力容器制造、检验与验收,6 无损检测 6.4 关于不同方法的复探 6.5 设计者对无损检测的要求,钢制压力容器制造、检验与验收,7 耐压试验与气密性试验 7.1 耐压试验 7.1.1 目的内压；外压（真空） 7.1.2 介质的选择 a液压与气压安全性的比较 b允许进行气压试验的条件,钢制压力容器制造、检验与验收,7 耐压试验与气密性试验 7.2 气密性试验 7.2.1 目的 7.2.2 介质的选择以及气压与气密的关系 7.2.3 正确提出气密性试验的要求 a必要性；b泄漏量的确定；c检漏方法,压力容器设计审批员培训考核班,内外压容器受压元件设计 桑如苞 中国石化工程公司,内外压容器受压元件设计,一、压力容器的构成 经典板壳结构 圆筒圆柱壳 球形封头 球壳 壳体 椭圆封头（椭球壳） 以薄膜应力承载 碟封（球冠与环壳） 锥形封头（锥壳）,内外压容器受压元件设计,一、压力容器的构成 圆平板（平盖） 平板 环形板（开孔平盖） 以弯曲应力承载 环（法兰环） 弹性基础圆平板（管板）,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 1.圆筒 1）应力状况：两向薄膜应力、环向应力为轴向应力的两倍。 2）壁厚计算公式： 符号说明见GB 150。称中径公式：适用范围，K1.5，等价于pc0.4t 3）公式来由：内压圆筒壁厚计算公式是从圆筒与内压的静力平衡条件得出的。,内外压容器受压元件设计,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 上述计算公式认为应力是沿圆筒壁厚均匀分布的，它们对薄壁容器是适合的。 但对于具较厚壁厚的圆筒，其环向应力并不是均匀分布的。薄壁内径公式与实际应力存在较大误差。对厚壁圆筒中的应力情况以由弹性力学为基础推导得出的拉美公式较好地反映了其分布。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 由拉美公式知： 厚壁筒中存在的三个方向的应力，其中只有轴向应力是沿厚度均匀分布的。环向应力和径向应力均是非均匀分布的，且内壁处为最大值。筒壁三向应力中，周向应力最大，内壁处达最大值，外壁处为最小值，内外壁处的应力差值随K= D0 / Di增大而增大。当K=1.5时，由薄壁公式按均匀分布假设计算的环向应力值比按拉美公式计算的圆筒内壁处的最大环向应力要偏低23%，存在较大的计算误差。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 由于薄壁公式形式简单，计算方便、适于工程应用。为了 解决厚壁筒时薄壁公式引起的较大误差，由此采取增大 计算内径，以适应增大应力计算值的要求。为此将圆筒 计算内径改为中径，即以（Di+）代替Di代入薄壁内径 公式中：,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 4）公式计算应力的意义：一次总体环向薄膜应力，控制值。 5）焊接接头系数：指纵缝接头系数。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 2.球壳 1）应力状况：各向薄膜应力相等 2）厚度计算式： 称中径公式，适用范围pc0.6等价于K1.353 3）公式来由：同圆筒轴向应力作用情况 4）计算应力的意义： 一次总体、薄膜应力（环向、经向）控制值： 。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 2.球壳 5）焊缝接头系数： 指所有拼缝接头系数（纵缝、环缝）。 注意包括球封与圆筒的连接环缝系数。 6）与圆筒的连接结构：见GB 150附录J图J1（d）、（e）、（f）。 连接原则：不能削薄圆筒，局部加厚球壳。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 3.椭圆封头 A、内压作用下 1）应力状况 a.薄膜应力 a）标准椭圆封头薄膜应力分布：,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 经向应力：最大应力在顶点。 环向应力：最大拉应力在顶点，最大压应力在底边。 b) 变形特征：趋圆。 c) 计算对象意义： 拉应力强度计算 压应力稳定控制 b.弯曲应力（与圆筒连接） a) 变形协调，形成边界力。 b) 产生二次应力,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 c.椭圆封头的应力：薄膜应力加弯曲应力。 最大应力的发生部位、方向、组成。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,K=,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,4）焊缝接头系数。 指拼缝，但不包括椭封与圆筒的连接环缝的接头系数。 5）内压稳定： a. a/b2.6限制条件 b.防止失稳，限制封头最小有效厚度： a/b2，即K1 min0.15%Di a/b 2，即K1 min0.30% Di,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,B.外压作用下： 1）封头稳定以薄膜应力为对象计算： a.变形特征：趋扁。 b.计算对象 过渡区不存在稳定问题。 封头中心部分“球面区”存在稳定。 c.计算意义，按外压球壳。 当量球壳：对标准椭圆封头； 当量球壳计算外半径：Ro=0.9Do。 Do封头外径。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,2）对对接圆筒的影响。 外压圆筒计算长度L的意义： L为两个始终保持圆形的截面之间的距离。椭圆封头曲面深度的1/3处可视为能保持圆形的截面，为此由两个椭圆封头与圆筒相连接的容器，该圆筒的外压计算长度L=圆筒长度+两个椭圆封头的直边段长度+两倍椭圆封头曲面深度的1/3。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,3）外压圆筒失稳特点 a.周向失稳（外压作用） 圆形截面变成波形截面，波数n从2个波至多个波。 长圆筒 n=2 ，短圆筒 n2 。 b.轴向失稳（轴向力及弯矩作用） 塔在风弯、地震弯矩和重力载荷作用下的失稳。 轴线由直线变成波折线。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 4.碟形封头 受力、变形特征，应力分布，稳定，控制条件与椭封相似， 只不过形状系数由K（椭封）改为M。 内容从略,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 5.锥形封头 1) 薄膜应力状态 a.计算模型：当量圆筒。 60 应力状况与圆筒相似，同处的环向应力等于轴向应力的两倍， 但不同直径处应力不同。 b.计算公式： =,内外压容器受压元件设计,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 5.锥形封头,c.计算应力的意义： 一次、总体（大端）环向薄膜应力，控制值。 d.焊缝接头系数。 指锥壳纵缝的接头系数。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 5.锥形封头,2）弯曲应力状态（发生于与圆筒连接部位） a.变形协调，产生边界力，引起边缘应力。 b.锥壳端部的应力。 端部应力由薄膜应力+弯曲应力组成。 大端：最大应力为纵向（轴向）拉伸薄膜应力+轴向弯曲 的拉伸应力组成。 小端：起控制作用的应力为环向（局部）薄膜应力。 c.大、小端厚度的确定。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算 a) 大端：当轴向总应力超过3时，（由查图7-11确定）， 则需另行计算厚度，称大端加强段厚度。 计算公式： 其中Q 称应力增值系数，其中体现了边缘应力的作用，并将 许用应力控制值放宽至3。,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,L1 =,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,内外压容器受压元件设计,二、压力容器受压元件计算,6.圆平板 1)应力状况： 两向弯曲应力，径向、环向弯曲应力。 2)两种极端边界支持条件。 a.简支：圆板边缘的偏转不受约束，max 在板中心， 径向应力与环向应力相等。 b.固支：圆板边缘的偏转受绝对约束（等于零），max在 板边缘为径向应力。 c.螺栓垫片联接的平盖按筒支圆板处理，max在板中心。,三、开孔补强,1.壳和板的开孔补强准则。 a.壳（内压）的补强拉伸强度补强，等面积补强。 b.板的补强弯曲强度补强，半面积补强。 2.等面积补强法。 补强计算对象是薄膜应力，大开孔时，由于孔边出现较大的弯曲应力，故不适用大开孔。 1) 开孔所需补强面积A。 A=d+2et(1f) d开孔计算直径，d=di+2c 开孔计算厚度，开孔部位按公式计算的厚度。 d壳体开孔丧失的承受强度的面积。 2et(1-ff)由于接管材料强度低于筒体时所需另行补偿的面积。,内外压容器受压元件设计,内外压容器受压元件设计,三、开孔补强,三、开孔补强 2）有效补强范围,内外压容器受压元件设计,三、开孔补强,内外压容器受压元件设计,a.壳体：B=2d 意义：受均匀拉伸的开小孔大平板，孔边局部应力的衰减范围。 b.接管： 圆柱壳在端部均布力作用下，壳中环向薄膜应力的衰减范围（同锥壳小端加强段长度的意义）。 3.d，的确定。 1) d a.圆筒：纵向截面上的开孔直径,三、开孔补强,内外压容器受压元件设计,三、开孔补强,内外压容器受压元件设计,b.球壳：较大直径 c.椭封，碟封，同球壳 d.锥壳：同圆筒。,三、开孔补强,内外压容器受压元件设计,2) a.圆筒：按 b.球壳：按 c.椭圆封头：过渡区取封头计算厚度，球面区，取球面当量球壳计算厚度。 标准椭封当量球壳半径Ri=0.9Di,三、开孔补强,内外压容器受压元件设计,d.碟形封头： 周边r部位开孔，取封头计算厚度 中心R部位开孔，取球壳计算厚度。,三、开孔补强,内外压容器受压元件设计,e.锥形封头 取开孔中心处计算直 径2R的计算厚度。,四、法兰,内外压容器受压元件设计,1.法兰联接设计 包括垫片、螺栓、法兰三部分。 2.垫片设计 1) 垫片宽度 a.接触宽度N b.压紧宽度bo c.有效密封宽度b 2) 垫片比压力 垫片在予紧时，为了消除法兰密封面与垫片接触面间的缝隙，需要施加于垫片单位有效密封面积上的最小压紧力，称为垫片的比压力。,四、法兰,内外压容器受压元件设计,3) 垫片系数 垫片在操作时，为保持密封，需要施加于垫片单位有效密封面积上的最小压紧力与内压力的比值，称为垫片系数。 4) 垫片合理设计的原则， 应使垫片在予紧和操作两种状态下所需的压紧力尽可能小（垫片力小）。 3.螺栓设计 螺栓设计的关键： 应使螺栓中心圆直径尽可能小（力臂小）。,四、法兰,内外压容器受压元件设计,4.法兰设计 1) 法兰的应力 H轴向应力 R径向应力 T环向应力 2）法兰设计的关键 应使法兰三个计算应力仅量接近相应的许用应力；趋满应力状态。,内外压容器受压元件设计,容规与GB150的适用情况介绍,容规、GB150的压力适用范围,容规与GB150的适用情况介绍,容规附件一 根据生产过程中的作用原理,分为四个压力容器品种： 1反应压力容器（代号R）： 2换热压力容器（代号E）： 3分离压力容器（代号S）： 4储存压力容器（代号C、其中球罐代号B）： 储存、盛装气体、液体、液化气体等介质， 如各种型式的储罐。,容规与GB150的适用情况介绍,容规附件一 表1.5 部分介质的毒性危害程度和爆炸危险程度 （摘自HG 20660）,容规与GB150的适用情况介绍,容规与GB150的适用情况比较,容规与GB150的适用情况比较,容规与GB150的适用情况比较,容规与GB150的适用情况比较,1,GB150-1998钢制压力容器,一范围、引用标准、总论 标准的适用范围（1.11.2节） 适用的压力范围 设计压力P：0.135 MPa 真空度：0.02 MPa 适用的温度范围：钢材允许的使用温 度。,2,2.不适用范围 （1.3节） 3.对超出标准范围的容器的处理办法（1.4节） -包括有限元法在内的应力分析； -验证性实验分析（如实验应力分析、 验证性液压试验）； -用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计。 引用标准；,3,5.总论： （1）容器管辖范围：（3.3.1节3.3.4节） （2）定义：（3.4节） 1)压 力 除注明者外，压力均为表压力。 工作压力Pw 设计压力Pd 计算压力Pc 最大允许工作压力Pw 安全阀的开启压力Pz 爆破片的标定爆破压力Pb,4,2)温 度 金属温度 ；工作温度 ；最高、最低工作温度；设计温度；试验温度 （3）载荷：经常性载荷；选择性载荷；（3.5.4节） （4）厚度：厚度的定义：计算厚度；设计厚度；名义厚度；有效厚度等； （3.4.8节）,5,厚度负偏差C1 腐蚀裕量C2 C2=NfdC2； Nf设计寿命。单位：年； dC2腐蚀速率。单位：毫米/年 腐蚀裕量考虑的原则 ： ）与工作介质接触的筒体、封头、接管、人（手）孔及内部构件等，均应考虑腐蚀裕量。 ）下列情况一般不考虑腐蚀裕量：,6,a、介质对不锈钢无腐蚀作用时（不锈钢、不锈复合钢板或有不锈钢堆焊层的元件）； b、可经常更换的非受压元件； c、有可靠的耐腐蚀衬里； d、法兰的密封表面； e、管壳式换热器的换热管； f、管壳式换热器的拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件； g、用涂漆可以有效防止环境腐蚀的容器外表面及其外部构件（如支座、支腿、底板及托架等，但不包括裙座）。,7,3）腐蚀裕量一般应根据钢材在介质中的腐蚀速率和容器的设计寿命确定。对有使用经验者，可以按经验选取。 4）容器的设计寿命除有特殊要求外，塔、反应器等主要容器一般不应少于15年，一般容器、换热器等不少于8年。 腐蚀裕量的选取： 1)容器筒体、封头的腐蚀裕量 a、介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制的容器，其腐蚀裕量不得小于1.0mm。 b、除a以外的其他情况可按下表确定筒体、封头的腐蚀裕量。,8,筒体、封头的腐蚀裕量 最大腐蚀裕量不应大于6mm，否则应采取防腐措施。,9,2)容器接管（包括人、手孔）的腐蚀裕量，一般情况下应取壳体的腐蚀裕量。 3）筒体内侧受力焊缝应取与筒体相同的腐蚀裕量。 4）容器各部分的介质腐蚀速率不同时，则可取不同腐蚀裕量。 5）两侧同时与介质接触的元件，应根据两侧不同的操作介质选取不同的腐蚀裕量，两者叠加作为总的腐蚀裕量。 6）容器地脚螺栓的腐蚀裕量可取3mm。,10,（5）最小厚度； （3.5.6节） 1）.对碳钢和低合金钢制容器,不小于3mm； 2）.对高合金钢容器,不小于2mm； 3）.碳素钢和低合金钢制塔式容器的最小厚度为2/1000的塔器内直径,且不小于4mm;对不锈钢制塔式容器的最小厚度不小于3mm； 4）.管壳式换热器壳体的最小厚度应符合GB151管壳式换热器的相应规定。,11,5)复合钢板复层的最小厚度 a.为保证工作介质干净（不被铁离子污染）而采用的复合钢板，其复层厚度不应小于2mm； b.为了防止工作介质的腐蚀而采用的复合钢板，其复层厚度不应小于3mm； 不锈钢堆焊层在加工后的最小厚度为3mm。 6)对有防腐蚀衬里的碳钢或低合金钢制容器，其钢壳的最小厚度为5mm。,12,（6）焊接接头系数：（3.7节） 焊接接头系数=焊缝区材料强度/本体材料强度1 焊接接头系数大小与以下主要因素有关： a. 焊接接头的结构形式 b. 焊接接头无损检测的长度比例 （7）压力试验：液压试验、气压试验（3.8节）； 压力试验 a.液压试验,13,碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢制容器，液压试验时液体温度不得低于15。 试验压力PT 内压容器 液压试验 PT =1.25P 外压容器和真空容器按内压容器进行试验,液压试验压力PT PT =1.25p b.气压试验 碳素钢和低合金钢制压力容器的试验用气体温度不得低于15；其他材料制压力容器，其试验用气体温度应符合设计图样规定。,14,气压试验 PT =1.15P,外压容器及真空容器气压试验压力PT PT =1.15p,(3)夹套容器,对于带夹套的容器，应在图样上分别注明内筒和夹套的试验压力。,对立式容器卧置进行液压试验时，试验压力应 为立置时的试验压力加液柱静压力。,15,液压试验时，圆筒的薄膜应力校核式 T= 0.9s(0.2),气压试验时圆筒的薄膜应力校核式 T=,0.8s(0.2),（8）致密性试验,致密性试验有气密性试验或煤油渗漏试验。,16,气密性试验压力一般取 PT=1.0P (空气或氮气) 对于壳程压力低于管程压力的列管式换热器，如果不能采用提高壳程试验压力等于管程试验压力的方法，来检查管子与管板连接的严密性时，则壳程、管程按各自要求试验压力试压。然后壳程再以1.05倍壳程设计压力的含氨体积约1%的压缩空气或低压纯氨渗透试验。,17,煤油渗漏试验 将焊缝能够检查的一面清理干净，涂以白粉浆，晾干后在焊缝另一面涂以煤油，使表面得到足够的浸润，经半小时后白粉上没有油渍为合格. （9）现场组装大型容器的耐压试验：（3.9节） 对不能按3.8的规定作出压力试验的容器,设计单位应提出确保容器安全运行的措施,经设计单位技术负责人批准,并在图样上注明.,18,二内压园筒和内压球壳： 失效准则 容器从承载到载荷的不断加大最后破坏经历弹性变形、塑性变形、爆破；因此容器强度失效准则的三种观点： 弹性失效 弹性失效准则认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效，将应力限制在弹性范围，按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段。认为圆筒内壁面出现屈服时即为承载的最大极限。,19,塑性失效 它将容器的应力限制在塑性范围，认为圆筒内壁面出现屈服而外层金属仍处于弹性状态时，并不会导致容器发生破坏，只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限。 爆破失效 它认为容器由韧性钢材制成，有明显的应变硬化现象，即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力，只有达到爆破时才是容器承载的最大极限,20,弹性实效准则下的四个强度理论 第一强度理论（最大主应力理论） 认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力1达到了极限应力，材料就发生破坏。 强度条件：1 t 第二强度理论（最大变形理论） 认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。 强度条件： max 第三强度理论（最大剪应力理论）,21,材料的最大剪应力max达到了极限应力，材料就发生破坏。 强度条件：max =（1-3） t 第四强度理论（剪切变形能理论） 材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料破坏。 强度条件： e= (1-2)2+(2-3)2+(3-1)2 t （1）内压园筒：（5.2节）,22,薄壁圆筒容器在工程中采用无力矩理论来进行应力计算，在内压P作用下，筒壁承受轴向应力和切向应力（薄膜应力）作用。由于壳体壁厚较薄，且不考虑壳体与其它连接处的局部应力，忽略了弯曲应力， 这种应力称为薄膜应力。,23,轴向应力 z= 切向应力 t=,按第一强度理论条件得,1=t=, t,t,24,t,由上式 计算厚度:=,上式适用于设计压力P0.4t的范围。,(2)内压球壳,球形容器在均匀内压作用下，球形壳体轴向应力和切向应力相等。即 t =z =t =,25,上述公式中，如将D=Di+代入并考虑了焊接接头系数，如采用第一强度理论时，即得出,t,所以可求出计算厚度,=,mm;,（3）、设计参数的确定,设计压力,P0.6t,26,容器设计时，必须考虑在工作情况下可能达到的工作压力和对应的工作温度两者组合中的各种工况，并以最苛刻工况下的工作压力来确定设计压力。 对内压容器: 无安全泄放装置 时:Pd=(1.01.1)PW； 装有安全阀 时:不低于(等于或稍大于)安全阀开启压力(安全阀开启压力取1.051.10倍工作压力) 装有爆破片 时:取爆破片设计爆破压力加制造范围上限；,27,对真空容器: 无夹套真空容器 :有安全泄放装置设计外压力取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的小值；无安全泄放装置设计外压力取0.1Mpa； 夹套内为内压:容器(真空)设计外压力按无夹套真空容器规定选取;夹套(内压)设计内压力按内压容器规定选取； . 外 压 容 器 : 设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产生的最大内外压力差,28,盛装液化石油气或混合液化石油气的容器 : 介质50饱和蒸汽压力低于异丁烷50的饱和蒸汽压力时(如丁烷、丁烯、丁二烯) : 设计压力取0.79MPa . 介质50饱和蒸汽压力高于异丁烷50的饱和蒸汽压力时(如液态丙烷)1.77Mpa . 介质50饱和蒸汽压力高于丙烷50的饱和蒸汽压力时(如液态丙烯)2.16MPa （4）边缘应力： 1）边缘应力的产生,29,当圆筒形壳与圆球形壳或椭圆形壳相连的零部件受压后，各自产生的变形是不一致的，称为变形不连续 ,相互产生约束这时,除内压产生的膨胀外，还会产生附加的弯曲变形。与弯曲相对应，壳壁内将产生弯矩和剪力，对薄壁壳体来说，由此产生的弯曲应力有时比薄膜应力大得多，两连接件刚度相差越大，产生的应力也将越大,在实际结构中，成以圆筒与平盖连接时的边缘应力为最大。该应力由于只发生在两连接件的边界处，所以称为边缘效应力或称为不连续应力。,30,2) 边缘应力的特点： 由边缘力和边缘力矩引起的边缘力具有以下两个特点： 局限性 自限性 3）设计中对边缘应力的考虑： 由于边缘应力具有局限性，设计中可以在结构上只作局部处理，例如改变连接处的结构，保证边缘焊接的质量，降低边缘区的残余应力，避免边缘区附加的局部应力集中（如应避免在边缘区开孔。）,31,只要是塑性材料，即使边缘区应力超过材料的屈服极限，邻近尚未屈服的弹性区能够限制塑性变形的发展，使容器仍处于安定状态（安定性理论）。故大多数塑性材料所制成的容器，如低碳钢、奥氏体不锈钢。当受静载荷时，除在结构上需作某些处理外，一般并不对边缘应力作特殊考虑。 在下列情况下应考虑边缘应力: a)塑性较差的高强度钢制压力容器 b)低温下操作的铁素体制的重要压力容器 c)受疲劳载荷作用的压力容器 d)受核幅射作用的压力容器,32,这些压力容器，若不注意控制边缘应力，在边缘高应力区有可能导致脆性破坏或疲劳。因此必须正确计算边缘应力并按JB4732-95钢制压力容器分析设计进行设计 . （5）压力容器的应力分析设计： 1常规设计 ：压力容器设计基本上是采用传统的设计方法“常规设计”。常规设计是基于弹性失效准则，认为容器内某一最大应力点一旦达到屈服限，进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效,33,2分析设计：“分析设计”从设计思想上来说，就是放弃了传统的弹性失效准则，采用弹塑性或弹性失效准则，允许结构出现可控制的局部塑性区，采用这个准则，可以合理地放松对计算应力的过严限制，适当地提高了许用应力值，但又严格地保证了结构的安全性。 3应力分类 1）一次应力P 一次应力分为 一次总体薄膜应力Pm 一次弯曲应力Pb 一次局部薄膜应力PL 2）二次应力Q 3）峰值应力F,34,4应力的限制条件 Pmt PL1.5t (极限载荷设计法) Pb+ PL1.5t ； Pm+ PL1.5t Pb+ PL+ Q3t ； Pm+ PL+ Q3t （安定性准则） P+Q+FSa （许用应力幅） 极限载荷设计法是指：只有结构整体屈服了，才是最终达到失效的状态，即塑性失效观点。,35,安定性准则：安定性准则是指：结构在载荷、温度等反复变化中，不会导致塑性的连续循环，即只有在笫一次加载过程中出现一定量的塑性变形，以后循环中（反复加载）不再出现塑性，仍处于弹性循环中，即称“安定”。如果，仍出现塑性，并有塑性循环出现，称为“不安定”。（假定材料为理想的弹-塑性体 ),36,三.外压园筒及外压球壳： 1概述： 承受外压的圆筒，其失效方式有二种：一是因强度不足而导致破坏，另一是因为刚度不足而引起失稳 所谓失稳，是指容器所受的外压达到某种极限时，（即：达到临界压力PCr时）容器突然失去原来的形状，而出现有规则的波形，在卸去外压后，仍不能恢复原来的形状。 外压圆筒失稳可分为：周向失稳和轴向失稳二种形式。,37,对轴向失稳，主要表现在卧式容器与直立设备，失稳时的临界压力与园筒长度无关。 对周向失稳，失稳时，如出现三个以上的波形（n3）谓之“短园筒”，如出现二个波形（n=2）谓之“长园筒”。 既然外压圆筒有周向失稳和强度破坏二种可能，究竟哪个在先？与圆筒的“厚”“薄”有关： a当为薄壁圆筒时，（e/DO0.1即DO/e10；GB150-1998改为20）总是失稳在先，所以，从设计角度，只需进行稳定性设计，而不必进行强度设计。,38,b当为厚壁圆筒时，（e/DO0.1即DO/e10；GB150-1998改为20）则周向失稳和强度失效，哪个在先并无定论，所以，从设计角度，则同时考虑稳定性和强度二个方面。 c外压球壳也是如此，但通常球壳e/DO0.1，所以，从设计角度，只需考虑其稳定性。 稳定安全系数m 为保证安全，必须使许用外压力低于临界外压力，即 P=Pcr/m,39,式中稳定安全系数m=3（圆筒体） 2圆筒的临界压力及其计算 容器失稳时的压力称临界压力，以Pcr表示。 圆筒体临界压力的计算 长圆筒临界压力 Pcr=2.2E (,短圆筒临界压力,40,Pcr=2.59E,圆筒的临界长度:,2.2E(,=2.59E,得 ： Lcr=1.17D D/e,临界长度是长、短圆筒的分界线，也是计算临界压力选择公式的的依据。当实际圆筒计算长度LLcr属长圆筒，若LLcr则属短圆筒。,41,L：计算长度（GB150-1998 P.28 图6-1） 薄壁外压球壳的临界压力式： 从薄壁壳体的稳定性理论可以导得： Pcr=1.21E（/R）2 从设计角度，RiR e 并取球壳的稳定系数 m=14.52 所以,许用外压力 P= Pcr/m=1.21(e/ Ri)2/14.52=0.0833E(e/ Ri)2,3.GB150-1998的设计方法：,42,1)外压园筒外压管子：（6.2.1节） a）D0/e20的园筒和管子；是薄壁圆筒，周向失稳在先，所以只校核周向失稳。 b）D0/e20的园筒和管子；是厚壁圆筒，周向失稳与强度失效都要算，在GB150-1998 P.29 （6-4）式前一项是考虑周向失稳时，其许用外压力；后一项是考虑到压缩强度失效其许用外压力；二者取其小值。 2）外压球壳的计算：半球形封头；椭圆封头（6.2.2节）,43,四.封头： 1.椭圆封头的设计：（7.1.2节） 从承受内压椭圆壳体的应力分析可知,椭圆封头上各点的应力是不等的(因为各点的曲率半径不一样),它与各点的座标(X,Y)有关,并与封头长短轴之比a/b有关. 对标准椭圆封头a/b=2 , 在封头顶点: t =Z =Pa/ 在封头底边: t =-Pa/; Z= Pa/2,44,可以这样理解:椭圆封头最大应力在封头顶部t = Pa/其值相当于直径D=2a的球形封头应力的二倍,但从设计角度讲,要考虑到封头和筒体连接处的边缘应力,这个包括边缘应力在内的总应力为封头顶部薄膜应力的K倍.所以,椭圆封头最大总应力即为球壳的2K倍 所以=,为了使这部分壳体不致于失稳，对于K1的椭圆形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。K1的椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%Di。,45,2.碟形封头的设计：（7.1.3节） 碟形封头是由三部分组成。第一部分是以半径为Ri的球面部分，第二部分是以半径为Di/2的圆形部分，第三部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半径为r。Ri与r均以内表面为基准。,由于第一部分与第三部分是两个不同的曲面，故在交点处曲率半径有一个突然的变化，在b点处不仅由内压引起的拉应力，还有边缘力矩引起的边缘弯曲应力；在过渡区和圆筒部分交界点a处也有缘应力存在，其边缘应力的大小与Di/r有关。当r/Di之比值愈小，即曲率变化愈厉害，则边缘应力愈大。,46,标准规定碟形封头球面部分的半径应不大于封头的内直径。通常取Ri=（0.9或1）Di，这样碟形封头球面部分的应力与圆筒切向应力t相近。即球面部分的厚度与圆筒厚度相近，便于制造 .同时还规定碟形封头过渡区半径r不小于封头内直径的10%，这样就控制r/Di的大小，也就控制了边缘应力大小。为了计算方便以球顶部分应力为基础，乘以折边部分的形状系数M，得出碟形封头的强度计算公式。 =MPR/2 考虑焊接接头系数，并用R=Ri+代入上式，简化后得:,47,=,3.球冠形封头的设计：（7.1 .4节）,由于无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，要求封头与筒体联接处采用全焊头结构，计算公式以圆筒公式为基础，计入球壳与筒体联接处的局部应力。,=,系数Q根据Ri/Di Pc/t来查取,48,4.锥壳：（7.2节） 锥形封头有轴对称的无折边锥封头和折边锥形封头以及非轴对称的无折边斜形封头。,带折边的锥形封头由三部分组成，即锥形部分、半径为r或rs的圆弧过渡部分和圆筒部分 过渡部分是为了降低边缘应力,4
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