压力容器设计 外压圆筒的设计计算课堂

1、1,第四章,外压容器设计,2,第三节,外压圆筒的设计计算,第三节,外压圆筒的设计计算,外压圆筒设计,解析法,图算法,特点：反复试算，比较,繁琐,3,图算法原理：（标准规范采用,3,2,2,o,cr,D,t,E,p,t,D,LD,Et,p,o,o,cr,2,59,2,4-8,4-15,2,cr,o,cr,e,p,D,t,第三节,外压圆筒的设计计算,为避开材料的弹性模量,E,塑性状态为变量），采用,应变表征失稳时的特征,不论长圆筒或短圆筒，失,稳时周向应变（按单向应,力时的虎克定律）为,2,c,r,c,r,o,c,r,e,p,D,E,E,t,4,2,1,1,e,o,cr,cr,t,D,E,将长、短

2、圆筒的,p,cr,公式分别代入应变式中，得,长圆筒,o,o,cr,cr,D,L,D,t,E,5,1,30,1,短圆筒,e,o,o,cr,t,D,D,L,f,第三节,外压圆筒的设计计算,5,令,A,cr,以,A,作为横坐标,L/D,o,作为纵坐标,D,o,t,e,作为参量绘成曲线；见图,4-11,1,几何参数计算图,L/D,o,D,o,t,e,A,关系曲线,与材料弹性模量,E,无关，对任何钢材的筒体都适用,第三节,外压圆筒的设计计算,长圆筒,与纵坐标平行的直线簇，失稳时,周向应变,A,与,L/D,o,无关,短圆筒,斜平行线簇，失稳时,A,与,L/D,o,D,o,t,e,都有关,6,2,厚度计算图

3、（不同材料,B,A,关系曲线,e,o,cr,cr,cr,Et,D,p,E,2,e,o,cr,Et,D,p,m,2,cr,e,o,E,m,t,p,D,2,即,由,L/D,o,D,o,t,e,图,4-11,周向应变,A,找出,A,与,p,cr,的关系,判定筒体在操作外压力下是否安全,临界压力,p,cr,稳定性安全系数,m,许用外压力,p,故,p,cr,m,p,查,第三节,外压圆筒的设计计算,7,以,A,和,B,为坐标轴的厚度计算图，以,为基础,图,4,12,图,4-15,为几种常用钢材的厚度计算图。温度不同,曲线不同,直线部分表示材料处于弹性，属于弹性失稳,B,与,A,成,正比，由,A,查,B,时

4、，若与曲线不相交，则属于弹性失稳,可由,EA,B,3,2,求取,B,e,o,t,D,p,令,B,GB150,取,m,3,代入上式得,cr,cr,E,B,3,2,3,2,由该式建立,B,与,A,的关系图,t,D,p,B,o,第三节,外压圆筒的设计计算,8,工程设计方法,外压圆筒,D,o,t,e,薄壁圆筒,D,o,t,e,20,失稳,D,o,t,e,20,厚壁圆筒,D,o,t,e,20,失稳,强度失效,第三节,外压圆筒的设计计算,9,D,o,t,e,20,薄壁筒体，稳定性校核,a,假设名义厚度,t,n,令,t,e,t,n,C,算出,L,D,o,和,D,o,t,e,b,以,L,D,o,D,o,t,e

5、,值由图,4-11,查取,A,值（遇中间插值），若,L,D,o,值大于,50,则用,L,D,o,50,查图；若,L,D,o,值小于,0.05,则用,L,D,o,0.05,查图,c,由材料选,厚度计算图（图,4-12,图,4-15,第三节,外压圆筒的设计计算,10,e,o,t,D,B,p,B,按,a,式计算许用外压,p,温度对应的曲线在,图上没有时，插值,e,o,t,D,AE,p,3,2,b,A,在材料线左方时,按,b,式计算许用外压,p,3,2,AE,B,系,数,A,设计温度,根,据,a,第三节,外压圆筒的设计计算,11,图算法求解过程,第三节,外压圆筒的设计计算,12,d,p,c,p,且较接

6、近,假设的名义厚度,t,n,合理,p,c,p,假设,t,n,不合理,重设,t,n,直到满足,第三节,外压圆筒的设计计算,13,1,真空容器,有安全装置时,无安全装置时,p,0.1Mpa,MPa,p,p,p,i,o,1,0,25,1,min,max,2,带夹套的真空容器,p,取真空容器的设计压力加上夹套压力,3,其它外压容器（包括带夹套的外压容器,p,应不小于容器正常工作过程中可能出现的最大内,外压力差,即,p,p,o,p,i,max,注意：最大内外压差的取值,四、设计参数,的规定,设计压力,第三节,外压圆筒的设计计算,14,四、设计参数,的规定,压力试验,第三节,外压圆筒的设计计算,不带夹套的

7、外压容器和真空容器,p,p,T,25,1,试验压力,带夹套外压容器,夹套容器是由内筒和夹套组成的多腔压力容器，各腔的,设计压力通常是不同的，应在图样上分别注明内筒和夹,套的试验压力值,p,p,T,25,1,内筒试验压力,15,在确定了夹套试验压力后，还必须校核内,筒在该试验压力下的稳定性,如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套,的液压试验时，必须同时在内筒保持一定,的压力，以确保夹套试压时内筒的稳定性,夹套,按内压容器确定试验压力,第三节,外压圆筒的设计计算,注意,16,计算长度,第三节,外压圆筒的设计计算,计算长度,筒体外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距,离，通常封头、法兰、加强圈等均可视为

8、刚性构件,17,第三节,外压圆筒的设计计算,18,第三节,外压圆筒的设计计算,19,加强圈的设计计算,将长圆筒转化为短圆筒，可以有效地减小筒体厚,度、提高筒体稳定性,目的,加强圈设计,加强圈的间距,截面尺寸,结构设计,第三节,外压圆筒的设计计算,t,D,LD,Et,p,o,o,cr,2,59,2,20,1,加强圈的间距,设置加强圈，必须使其属于短圆筒才有实际作用,加强圈数量增多,L,max,值减小，筒体厚度减薄；反,之，筒体厚度须增加,第三节,外压圆筒的设计计算,2,加强圈截面尺寸的确定,目,的,增强筒壁截面的抗弯曲能力,方法思路,通过增加截面惯性矩,J,来提高筒壁截面的抗,弯曲能力，满足,J,s,大于并接近,J,21,设置,位置,容器内部,焊接总长不小于,筒体内圆周长的,1/3,容器外部,焊接的总长不小于,筒体外圆周长的,1/2,3,加强圈的结构设计,工字钢,其它型钢,常用,型钢,扁钢,角钢,材料：多为碳素钢,筒体为贵重金属，在筒体外部设置碳素钢加强圈,节省贵重金属,第三节,外压圆筒的设计计算,22,加强圈两侧的间断焊缝可错开或并排，但焊缝之间,的最大间隙对外加强圈为,8,n,对内加强圈,12,n,n,为,筒体的名义厚度,第三节,外压圆筒的设计计算,加强圈的形式及连接结构,23,要求,3