化工设备机械基础8-外压容器课件

1、外压容器设计15.1 概述15.2 外压薄壁圆筒的厚度设计15.3 外压封头的厚度设计15.1 概述15.1.1 稳定的概念 所谓稳定是就平衡而言。平衡有稳定的平衡与不稳定的平衡。小球处于凹处A或C，它所具有的平衡是稳定的；小球处于曲面的顶点B处，虽然也可处于平衡，但是这种平衡是不稳定的，只要有微小的外力干扰使它离开B点，它就不会自动回复到原来的位置。AC15.1.2 “稳定”问题实例1.压杆 拉杆不失稳 压杆可能失稳 化工设备机械基础8-外压容器影响压杆稳定性的因素1.杆件的柔度L/D（长度直径比）2.杆件材料的机械性能，E3.由外载荷F引起的（杆件内应力）2.外压容器的失稳外压圆筒的横向与

2、轴向失稳(e)的变形 使外压圆筒从在圆的形状下能够维持稳定的平衡过渡到不能维持稳定平衡的那个压力，称为该外压圆筒的临界压力pcr。e0014Dp容器：AF杆件：e0022Dp（1）筒体几何尺寸 a. L/D0有关 b. e/D0有关 c. 是否有加强圈外压容器失稳的影响因素 （2）筒体材料的机械性能：E，E增大，pcr增大，抗变形能力越强，但各种钢的E值相差不大，所以用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器，并不能提高pcr 。 （3）外载荷化工设备机械基础8-外压容器（1）受横向压力作用，容器变成波纹形式（图15-1中abcd）（2）受轴向压力作用，容器变成图15-2外压容器失稳，发生在2s的时候

3、外压容器维持正常操作的基本条件：可靠地保持原来的形状和尺寸外压容器失稳形式 （1）容器截面形状不规则 （2）材料厚度的不均匀 （3）载荷有不稳定变化，交变性外压容器提前失稳s2crpp 015.2 外压圆筒的厚度设计15.2.1 解析法1.临界压力和临界长度 当短圆筒的长度增大一定值时，封头对筒体的支撑作用消失，这时这个短圆筒的临界压力将和长圆筒的临界压力相等，即当圆筒的计算长度LLcr时，为长圆筒；否则为短圆筒。302 . 2DEpecr长圆筒：05 . 2059. 2DLDEpecr短圆筒：3005 . 202 . 259. 2DEDLDEecreeecrDDDDL005 . 00017.

4、 117. 1临界压力pcr的讨论圆筒被压屈服时的屈服压力为02esspD比较： pcr 0.5%DN时，且大于25mm时，其初始椭圆度会降低圆筒的临界压力，就不能再用m3计算。 试验压力压力试验种类试验压力pT液压试验1.25 p 气压试验1.15 p 3.计算步骤（1） 假设一名义厚度n，则 e=n-C（2）求Lcr（3）比较L与Lcr，确定计算公式求pcr和p（4）比较p与p，若p小于且接近于p，则假设n符合要求。否则再另设，直至满足要求 注意：应用本计算方法时，临界应力应在弹性范围之内tsecrcrDp20化工设备机械基础8-外压容器例题有一减压精馏塔，内径为2400mm，壁厚附加量为

5、C1+C2=2mm，筒体自长 24600mm(含封头直边高度)，筒体上下端均为标准椭圆形封头，已知塔内真空度为30mmHg，设计温度150，塔体无安全装置。已知材料的弹性模量E2.1105MPa，长圆筒的pcr=2.2E(e/Do)3，短圆筒的pcr=2.59E(e/Do)2.5/(L/Do)。当塔体的壁厚为10mm时，请采用解析法确定塔体的稳定性是否符合要求。 化工设备机械基础8-外压容器解：依题意知C1+C2=2mm故e=n-C=8mmD0=Di+2n=2420mmL=24600mm+400mm=25000mmLcr，圆筒为短圆筒（计算长度取24600也算对。）由于是减压精馏塔真空度为30

6、mmHg，故设计压力p=30mmHg=0.004MPa，pp，则可用增加厚度或缩短圆筒计算长度的方法来解决。在圆筒的外部或内部设置加强圈可以减小圆筒的计算长度，此法比增加壁厚更节省材料，经济。 1.加强圈的作用（1）有效降低容器的有效长度L（2）提高p（3）降低容器的n（4）防止过多的材料消耗化工设备机械基础8-外压容器2.加强圈的材料 要有足够的刚性，常用角钢、扁钢、工字钢3.加强圈的焊接联接必须保证加强圈和筒体一起受力，联接方式常用焊接（1）加强圈自身在进行焊接时，一定采用对接焊（2）若加强圈安装在筒体外部，加强圈可以与筒体间可以采用连续焊接或间断焊接；焊缝总长度不小于筒体外周长的1/2，

7、且间断焊缝最大间距不大于筒体壁厚的8倍（3）若加强圈焊在筒内，加强圈可以与筒体间可以采用连续焊接或间断焊接；则焊缝总长度不应小于内圆周长度的1/3，且焊缝间距不得大于筒体壁厚的12倍（4）加强圈不应任意削弱或断开。如水平容器中的加强圈往往必须开一个排液用的小孔，加强圈允许割开或削弱的最大弧长间断值，可由有关规定查得。 15.5.2 加强圈的计算方法及步骤（1）初定加强圈的数目和间距Ls （2）选择加强圈的材料并初定截面尺寸(按型钢规格)，再计算它的横截面积As和加强圈与有效段筒体实际所具有的综合惯矩IsmaxLLs1maxLLN加强圈的数目：pDEDmpDEDLee5 . 2005 . 200max87. 06 . 2（3）求为满足稳定要求所需的最小惯矩 I先计算B：sseLApDB0利用外压圆筒与球壳计算图15-5到15-7，从图的右方找到