第十一章 外压容器的设计基础

1、一、课时安排：一、课时安排：3-43-4学时学时二、本章的重点、难点：二、本章的重点、难点： 1.1.外压容器失稳的概念；外压容器失稳的概念； 2.2.临界压力与临界长度的计算。临界压力与临界长度的计算。三、本章授课内容：三、本章授课内容： 11.1 11.1 概述概述 11.2 11.2 临界压力临界压力 11.3 11.3 外压容器设计方法及要求外压容器设计方法及要求 11.4 11.4 外压球壳与凸形封头的设计外压球壳与凸形封头的设计 11.5 11.5 加强圈的作用与结构加强圈的作用与结构 11.1.1 11.1.1 外压容器的失稳外压容器的失稳圆筒受到外压作用后，在筒壁内将产生经向和

2、环向应力，其圆筒受到外压作用后，在筒壁内将产生经向和环向应力，其值与内压圆筒一样。它的强度破坏形式也一样。但外压圆筒壁内值与内压圆筒一样。它的强度破坏形式也一样。但外压圆筒壁内的压缩应力经常是当其数值还远远低于材料的屈服极限时，筒体的压缩应力经常是当其数值还远远低于材料的屈服极限时，筒体就已经被压瘪或发生皱褶，在一瞬间失去自身原来的形状。这种就已经被压瘪或发生皱褶，在一瞬间失去自身原来的形状。这种在外压作用下，突然发生的筒体失去原形，即突然失去原来形状在外压作用下，突然发生的筒体失去原形，即突然失去原来形状稳定性的现象称为弹性失稳。保证壳体的稳定性是外压容器能正稳定性的现象称为弹性失稳。保证壳

3、体的稳定性是外压容器能正常操作的必要条件。常操作的必要条件。11.1.2 11.1.2 圆筒失稳形式的分类圆筒失稳形式的分类1.1.周向失稳：周向失稳：圆筒由于均匀经向外压引起的失稳叫周（侧）圆筒由于均匀经向外压引起的失稳叫周（侧）向失稳。其形状见图向失稳。其形状见图11-111-1，其波数，其波数n n可以为可以为2 2，3 3，4 4，。 长园筒长园筒2.2.轴向失稳：轴向失稳：如果一个薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达如果一个薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达到某一数值时，也就丧失稳定性，但在失去稳定时，它仍然具到某一数值时，也就丧失稳定性，但在失去稳定时，它仍然具有圆形的环截面，只是破坏了母线

4、的直线性，母线产生了波形，有圆形的环截面，只是破坏了母线的直线性，母线产生了波形，即圆筒发生了皱褶，如图即圆筒发生了皱褶，如图11-211-2所示。所示。3.3.局部失稳：局部失稳：除以上两种失稳外的失稳称局部失稳。除以上两种失稳外的失稳称局部失稳。图图11-2 11-2 薄壁壳体薄壁壳体 的轴向失稳的轴向失稳11.1.3 11.1.3 压杆失稳的主要因素：压杆失稳的主要因素：1 1、外载大小；、外载大小；2 2、压杆柔度、压杆柔度( (细长比细长比) )；3 3、材料的力学性能。、材料的力学性能。11.1.4 11.1.4 容器失稳的主要因素：容器失稳的主要因素：容器失稳与压杆失稳类似，取决

5、于：容器失稳与压杆失稳类似，取决于：1. 1. 圆筒外径与有效壁厚之比圆筒外径与有效壁厚之比 D Do o/e e；2.2.圆筒长度与外径的比值圆筒长度与外径的比值 L/DL/Do o3. 3. 材料的力学性能材料的力学性能 （E E，)11.2.1 11.2.1 临界压力临界压力导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以P Pcrcr表示。表示。筒体在筒体在P Pcrcr作用下，筒壁内存在的压应力称为临界应力，以作用下，筒壁内存在的压应力称为临界应力，以crcr表表示。示。11.2.2 11.2.2 长、短圆筒和刚性圆筒长、短圆筒和刚性圆筒1.1.长

6、圆筒：长圆筒：圆筒的圆筒的L/DL/D0 0较大，两端的边界影响可以忽略，临较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力界压力P Pcrcr仅与仅与e e/D/D0 0有关，而与有关，而与L/DL/D0 0无关。其中无关。其中L L为计算长度。为计算长度。长圆筒失稳时的波数长圆筒失稳时的波数n=2n=2。2.2.短圆筒：短圆筒：两端的边界影响显著，不容忽略，临界压力两端的边界影响显著，不容忽略，临界压力P Pcrcr不仅与不仅与e e/D/D0 0有关，而且与有关，而且与L/DL/D0 0也有关。短圆筒失稳时的波数也有关。短圆筒失稳时的波数n n为为大于大于2 2的整数。的整数。3.3.刚性圆筒：刚

7、性圆筒：圆筒的圆筒的L/DL/D0 0较小，而较小，而e e/D/D0 0较大，故刚性较好。较大，故刚性较好。破坏的原因为强度破坏，而不会发生失稳。破坏的原因为强度破坏，而不会发生失稳。11.2.3 11.2.3 临界压力的理论计算公式临界压力的理论计算公式1.1.长圆筒：长圆筒：( () )材材料料的的泊泊松松比比。筒筒体体的的外外直直径径，；筒筒体体的的有有效效厚厚度度，；模模量量，设设计计温温度度下下材材料料的的弹弹性性；临临界界压压力力，式式中中：得得，即即圆圆环环的的临临界界压压力力公公式式推推长长圆圆筒筒的的临临界界压压力力可可由由-mm;-mm-MPa-MPa-tDEP/D1-2

8、E=P0etcr30e2cr( () )( () )( () )( () )4-11.()3-11.()2-11.(P)1-11.(0.3cr01.50ete0crcr02.50etcr20ete0crcr30etcrL/D/D=1.3E2DP=L/D/D=2.59EP/D=1.1E2DP=/D=2.2EP= =临临界界周周向向压压应应力力为为：有有这这一一临临界界压压力力引引起起的的向向压压应应力力为为：作作用用下下，引引起起的的临临界界周周在在无无关关。关关，而而与与圆圆筒筒的的长长径径比比有有效效厚厚度度与与直直径径之之比比有有的的材材料料和和圆圆筒筒的的筒筒的的临临界界压压力力仅仅与与

9、圆圆筒筒由由上上式式可可以以看看出出，长长圆圆，则则上上式式可可写写成成对对于于钢钢制制圆圆筒筒， 2.2.短圆筒：短圆筒：3. 3. 刚性圆筒刚性圆筒对于刚性圆筒，由于它的厚径比较大，而长径比较小，所以对于刚性圆筒，由于它的厚径比较大，而长径比较小，所以它一般不存在因失稳而破坏的问题，而只需要校验其强度是否足它一般不存在因失稳而破坏的问题，而只需要校验其强度是否足够就可以了。其强度校验公式与计算内压圆筒的公式是一样的，够就可以了。其强度校验公式与计算内压圆筒的公式是一样的，即：即： 。压应力时可取压应力时可取焊缝接头系数，在计算焊缝接头系数，在计算；筒体的有效厚度，筒体的有效厚度，；用压应力

10、，可取用压应力，可取材料在设计温度下的许材料在设计温度下的许；设计外压力，设计外压力，式中：式中：也可写成：也可写成：1-mmMPa,-MPa-P)6-11.()5-11.(c= =-4=+D2=P2)+(D=Petst压t压eit压et压3eeic11.2.4 11.2.4 影响临界压力的因素影响临界压力的因素1.1.筒体几何尺寸的影响筒体几何尺寸的影响先观察一个试验，试件是四个赛璐珞制的圆筒，筒内抽真空，先观察一个试验，试件是四个赛璐珞制的圆筒，筒内抽真空，将它们失稳时的真空度列于表将它们失稳时的真空度列于表11-111-1。比较比较和和可见：当可见：当L/DL/D相同时，相同时，/D/D

11、大者临界压力高。大者临界压力高。比较比较和和可见：当可见：当/D/D相同时，相同时， L/DL/D小者临界压力高。小者临界压力高。比较比较和和可见：当可见：当/D/D相同时，有加强圈者临界压力高。相同时，有加强圈者临界压力高。试验试验序号序号筒径筒径D/mmD/mm筒长筒长L/mmL/mm筒体中间有筒体中间有无加强圈无加强圈厚度厚度/mm/mm失稳时的真失稳时的真空度空度PaPa失稳时失稳时波形数波形数90909090175175350350无无无无无无有一个有一个0.510.510.30.30.30.30.30.3500030001200150030004434圆筒失稳时，圆筒失稳时，筒壁各

12、点的曲率半径发生了变化，材料环向筒壁各点的曲率半径发生了变化，材料环向“纤维纤维”受到了弯曲。筒壁的受到了弯曲。筒壁的/D/D越大，筒壁抵抗弯曲的能力越越大，筒壁抵抗弯曲的能力越强。所以，强。所以，/D/D大者，筒体的临界压力高。大者，筒体的临界压力高。封头的刚性较筒体高，封头的刚性较筒体高，筒体承受外压时，封头对筒壁能起筒体承受外压时，封头对筒壁能起着一定的支撑作用。因而，当圆筒的着一定的支撑作用。因而，当圆筒的/D/D相同时，筒体短者临界相同时，筒体短者临界压力高。压力高。当圆筒长度超过某一限度后，当圆筒长度超过某一限度后，封头对筒壁的支撑作用将全封头对筒壁的支撑作用将全部消失，这种得不到

13、封头支撑的圆筒，临界压力低。部消失，这种得不到封头支撑的圆筒，临界压力低。因此，为了提高临界压力的值，可在筒体的外壁（或内壁）因此，为了提高临界压力的值，可在筒体的外壁（或内壁）焊上一至数个加强圈，从而使得不到封头支撑作用的筒壁，得到焊上一至数个加强圈，从而使得不到封头支撑作用的筒壁，得到了加强圈的支撑。所以，当筒体的了加强圈的支撑。所以，当筒体的/D/D和和L/DL/D值均相同时，有加强值均相同时，有加强圈者，临界压力高。圈者，临界压力高。当筒体焊上加强圈后，就需要确定所谓的计算长度，这一长当筒体焊上加强圈后，就需要确定所谓的计算长度，这一长度是指相邻两加强圈之间的距离，封头计入度是指相邻两

14、加强圈之间的距离，封头计入1/31/3的凸面高度。如的凸面高度。如图图11-411-4。L LL LL Lh hh/3h/3h/3h/3加强圈加强圈图图11-4 11-4 外压圆筒的长度计算外压圆筒的长度计算2.2.筒体材料性能的影响筒体材料性能的影响筒体的临界压力与材料的屈服极限没有直接关系。然而，材筒体的临界压力与材料的屈服极限没有直接关系。然而，材料的弹性模量料的弹性模量E E 和泊桑比和泊桑比值大，其抵抗变形的能力就强，因而值大，其抵抗变形的能力就强，因而其临界压力就高。但由于各种钢材的其临界压力就高。但由于各种钢材的E E 和和值相差不大，所以选值相差不大，所以选用高强度的钢材代替一

15、般碳钢制造外压容器，并不能提高筒体的用高强度的钢材代替一般碳钢制造外压容器，并不能提高筒体的临界压力。临界压力。3.3.筒体椭圆度和材料不均匀的影响筒体椭圆度和材料不均匀的影响首先应该指出，稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或首先应该指出，稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或材料的不均匀而引起的。但筒体椭圆度和材料不均匀性会使临界材料的不均匀而引起的。但筒体椭圆度和材料不均匀性会使临界压力的数值降低。压力的数值降低。椭圆度的定义为：椭圆度的定义为：e=(De=(Dmaxmax-D-Dminmin)/DN)/DN，DNDN为圆筒的公称直径。为圆筒的公称直径。除以上因素外，载荷的不对称性，边界

16、条件对除以上因素外，载荷的不对称性，边界条件对P Pc cr r也有影响。也有影响。11.2.5 11.2.5 临界长度临界长度外压圆筒的临界长度外压圆筒的临界长度L Lcrcr是长圆筒、短圆筒和刚性圆筒的分是长圆筒、短圆筒和刚性圆筒的分界线。当圆筒处于界线。当圆筒处于L Lcrcr时，则用长圆筒公式计算所得临界压力时，则用长圆筒公式计算所得临界压力P Pcrcr值和用短圆筒公式计算的临界压力值应相等，由此可以得到长、值和用短圆筒公式计算的临界压力值应相等，由此可以得到长、短圆筒的临界长度值，即：短圆筒的临界长度值，即：( () )( () )7-11.(e00cr0cr2.50et30etD

17、=1.17DL/DL/D=2.59E/D2.2E得到：得到：同理，可以得到短圆筒和刚性圆筒的临界长度值，即：同理，可以得到短圆筒和刚性圆筒的临界长度值，即：当圆筒的计算长度当圆筒的计算长度L L L Lcrcr时，属长圆筒；若时，属长圆筒；若L L/ /crcrL L L Lcrcr时，属短圆筒；若时，属短圆筒；若 L L L L/ /crcr时，属于刚性圆筒。时，属于刚性圆筒。另外，圆筒的计算方法还与其相对厚度有关。当另外，圆筒的计算方法还与其相对厚度有关。当e e/D/D0 00.040.04时，一般在容器应力达到屈服极限以前不可能发生失稳现时，一般在容器应力达到屈服极限以前不可能发生失稳

18、现象，故在这种情况下，任何长径比均可按刚性圆筒计算。象，故在这种情况下，任何长径比均可按刚性圆筒计算。( () ) )-.(/D1.3E=LD2+D2=/DL/D2.59Ee0t压etcr0t压eiit压e0cr2.50et811得得到到：11.3.1 11.3.1 设计准则设计准则上节中临界压力的计算公式是在理想状态下推导出来的，实上节中临界压力的计算公式是在理想状态下推导出来的，实际上在在很多情况下压力达到际上在在很多情况下压力达到P Pcrcr的的1/21/21/31/3时，圆筒就会被压瘪。时，圆筒就会被压瘪。所以，许用外压应比临界外压力小所以，许用外压应比临界外压力小m m倍，即：倍，

19、即： P P=P Pcr cr / m (11-9)/ m (11-9)式中：式中： P P-许用外压力，许用外压力，MPa; m-MPa; m-稳定安全系数。稳定安全系数。m-m-与圆筒形状、载荷的对称性、材料均匀性、制造方法及空与圆筒形状、载荷的对称性、材料均匀性、制造方法及空间位置等多因素有关。间位置等多因素有关。根据根据GB150-1998GB150-1998钢制压力容器钢制压力容器规定，取规定，取m=3m=3，椭圆度不，椭圆度不大于大于0.5%0.5%。设计时，必须使计算外压力设计时，必须使计算外压力P Pc c P P=P Pcr cr / m/ m。11.3.2 11.3.2 外

20、压圆筒厚度设计的图算法外压圆筒厚度设计的图算法1.1.图算的依据图算的依据圆筒受外压时，其临界压力的计算公式：圆筒受外压时，其临界压力的计算公式：( () )( () )te0crtcre0crcr02.50etcr30etcr2E)D(P=E=,2Dp=DL/D=2.59EP/D=2.2EP：生生的的相相应应的的应应力力及及应应变变在在临临界界压压力力下下，筒筒壁壁产产短短圆圆筒筒：长长圆圆筒筒：( () )( () )。的的关关系系曲曲线线。见见图图值值的的筒筒体体的的一一系系列列具具有有不不同同出出来来，就就得得所所表表示示的的关关系系曲曲线线表表示示、为为纵纵坐坐标标，将将（坐坐标标，

21、为为横横有有关关。所所以以，以以只只与与应应变变一一定定时时，筒筒体体的的环环向向线线当当筒筒体体的的）之之间间的的关关系系，即即（体体尺尺寸寸，筒筒壁壁的的环环向向应应变变与与筒筒可可知知，外外压压圆圆筒筒失失稳稳时时、由由（短短圆圆筒筒应应变变：长长圆圆筒筒应应变变：代代入入应应变变公公式式得得：）、（将将临临界界压压力力公公式式（5-11)11-11()10-11)11-11()10-11)11-11.()10-11.(3)-111-110e000e00e00e01.50e20eDLDDLDLD)DL,D=f(,L,DDL/D=1.3/D=1.1图 4-3受 外 压 或 周 向 压 力

22、圆 筒 的 集 合 参 数图图11-511-5中以系数中以系数A A代替代替。图中的每一条曲线均有两部分线。图中的每一条曲线均有两部分线段组成：由式（段组成：由式（11-1011-10）得到的垂直线段与大致符合式）得到的垂直线段与大致符合式(11-11)(11-11)的的倾斜直线。每条曲线的转折点表示的长度是该圆筒的临界长度。倾斜直线。每条曲线的转折点表示的长度是该圆筒的临界长度。利用曲线利用曲线-L/D-L/D0 0 解决的问题是：解决的问题是：一个尺寸已知的外压圆筒，一个尺寸已知的外压圆筒，当它失稳时，其临界压力是多少；为保证安全操作，其允许的工当它失稳时，其临界压力是多少；为保证安全操作

23、，其允许的工作外压是多少。作外压是多少。已经有了筒体尺寸与失稳时的环向应变之间的关系曲线，如已经有了筒体尺寸与失稳时的环向应变之间的关系曲线，如果能进一步将失稳时的环向应变与许用外压的关系曲线找出来，果能进一步将失稳时的环向应变与许用外压的关系曲线找出来，那么就可以通过那么就可以通过为媒介，将圆筒尺寸（为媒介，将圆筒尺寸（e e,D,D0 0,L,L）与允许工作）与允许工作外压直接通过曲线图联系起来。所以，下面讨论外压直接通过曲线图联系起来。所以，下面讨论与许用外压力与许用外压力PP之间的关系，并将它绘制成曲线。之间的关系，并将它绘制成曲线。 。找找出出，首首先先需需从从找找到到表表明明，要要

24、想想由由式式则则：令令：处处理理。，不不便便应应用用，须须作作如如下下该该式式由由于于存存在在可可得得：所所以以由由：因因为为：B)13-11()13-11.()12-11.(D0ePD=P=Em2D)Em2=(PE2DPm=E2DP=E=P=mP,mP=P0et0ette0te0crtcrcrcr 所所示示。图图至至页页图图曲曲线线见见教教材材常常用用材材料料的的曲曲线线。的的度度有有不不同同值值不不同同，所所以以不不同同的的温温温温度度不不同同时时，材材料料的的。）求求出出（，选选用用式式找找到到与与之之相相对对应应的的系系数数线线可可以以方方便便迅迅速速地地从从曲曲所所示示的的曲曲线线，

25、利利用用这这组组如如图图系系用用曲曲线线表表示示出出来来，即即的的上上述述关关与与为为纵纵坐坐标标，将将为为横横坐坐标标，所所以以以以其其中中由由于于：10-117-11153-151)E13-116-113B=f(B=f(PBBDPB=m,E32=Em2e0tt= =BA2.2.外压圆筒和管子厚度的图算法外压圆筒和管子厚度的图算法外压圆筒和外压管子所需的有效厚度用图外压圆筒和外压管子所需的有效厚度用图11-511-5和图和图11-711-7图图11-1011-10进行计算，步骤如下：进行计算，步骤如下：（D D0 0/e e）2020的圆筒和管子的圆筒和管子假设假设n n，令令e e = =

26、n n - C- C，定出，定出L/DL/D0 0和和 D D0 0/e e ；在图在图11-511-5的左方找到的左方找到L/DL/D0 0值，过此点沿水平方向右移与值，过此点沿水平方向右移与D D0 0/e e相交，若大于相交，若大于L/DL/D0 0 值大于值大于5050，则用，则用L/DL/D0 0=50=50查图，若查图，若L/DL/D0 0值值小于小于0.050.05，则用，则用L/DL/D0 0=0.05=0.05查图；查图；过此交点沿垂直方向下移，在图的下方找到系数过此交点沿垂直方向下移，在图的下方找到系数A A；按所用材料选用图按所用材料选用图11-7 11-7 图图11-1

27、011-10，在图的下方找到系数，在图的下方找到系数A A；若若A A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与材料线相交，再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数与材料线相交，再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数B B，并按式（，并按式（11-1311-13）计算许用外压力）计算许用外压力PP。 )14-11.(Ae0te0/3D2AE=PP/DB=P力力则则用用下下式式计计算算许许用用外外压压值值落落在在材材料料线线的的左左方方，若若所所得得PP应大于或等于应大于或等于P Pc c，否则须再假设名义厚度，重复上述，否则须再假设

28、名义厚度，重复上述计算，直到计算，直到PP大于且接近于大于且接近于P Pc c为止。为止。（D D0 0/e e）2020的圆筒和管子的圆筒和管子用与（用与（D D0 0/e e）2020时相同的步骤得到系数时相同的步骤得到系数B B值，但对值，但对（D D0 0/e e）4.04.0的圆筒和管子应按下式计算的圆筒和管子应按下式计算A A值。值。 ).(11-1/D11-/D2-0.0625B,/D2.25=minPP)/(D1.1A=e0e00e02e06:0.1A0.1A)15-11.(力力按按下下式式计计算算许许用用外外压压；时时，取取系系数数= = 为为止止。大大于于且且接接近近直直到

29、到重重复复上上述述计计算算，否否则则再再假假设设名名义义厚厚度度应应大大于于或或等等于于中中的的较较小小值值：表表示示应应力力，取取以以下下两两值值式式中中，cnco.2tst0PPP).(11-1)(,0.92=minP7011.3.3 11.3.3 外压圆筒厚度表外压圆筒厚度表为减少设计时的计算，可将外压圆筒按其公称直径、长径比为减少设计时的计算，可将外压圆筒按其公称直径、长径比以及设计外压的不同，将其厚度算出并列成表格，供设计者使用。以及设计外压的不同，将其厚度算出并列成表格，供设计者使用。真空设备的筒体厚度可查表真空设备的筒体厚度可查表11-211-2，带夹套的反应釜的厚度可查表，带夹

30、套的反应釜的厚度可查表11-311-3。详见教材。详见教材154154页。在利用这些表时，必须特别注意各表的页。在利用这些表时，必须特别注意各表的应用条件。应用条件。例题例题11-111-1：已知：已知：分馏塔内经分馏塔内经D Di i=2000mm=2000mm，塔身长，塔身长( (含封头直含封头直边）边）L L=6000mm=6000mm，封头深，封头深h h=500mm=500mm，t t=370=3700 0C C真空操作，现库存有真空操作，现库存有10mm10mm、12mm12mm、14mm14mm厚的厚的20R20R钢板，问能否用这三种钢板来制造这钢板，问能否用这三种钢板来制造这台

31、设备。台设备。34.2462 . 82020,14. 3202063332020mm102200010mm. 12mm.122mm.102mm. 81mmC;0.8mmC63335003126000n21= = = = = =+ += = = = =e00ni0DDL+2=DDmm=+h=31+2LL=L时时当当。、别为：别为：，则塔壁的有效厚度分，则塔壁的有效厚度分蚀裕量蚀裕量钢板的腐钢板的腐：三种钢板的负偏差均为三种钢板的负偏差均为：解：塔的计算长度解：塔的计算长度200020006333633360006000500500：）计计算算仍仍用用公公式式（曲曲线线左左边边，值值点点仍仍在在图

32、图，可可见见，查查图图时时当当钢钢板板不不能能用用。，所所以以由由于于。时时的的值值钢钢板板为为式式中中：）计计算算直直接接用用公公式式（点点值值位位于于曲曲线线左左边边，故故，查查图图钢钢的的，得得：查查表表P14-118-11A0.00016A5-1143.1982 .102024,13. 3202463332024mm122200012mm2.10mm0.1MPa0.051MPaP170GMPaC37020R051MPa. 034.24631017000011. 02P14-11A8-11245MPa20R0.00011A5-1109= = = = = = =+ += = = = = =

33、 = = =e00ni0ntte0tsDDL+2=DDEED32AEP=钢钢板板可可用用。，故故由由于于：）计计算算仍仍用用公公式式（曲曲线线左左边边，值值点点仍仍在在图图，可可见见，查查图图时时当当钢钢板板也也不不能能用用。，所所以以由由于于14mm0.1MPaP136MPa. 0166.233101700002. 02P14-118-11A0.0002A5-11166.232 .122028,12. 3202863332028mm142200014mm3.12mm0.1MPa0.091MPaP091MPa. 043.19831017000016. 0299= = = = = = = = =

34、+ += = = = = =e0te00ni0ne0tD32AEP=DDL+2=DDD32AEP=11.4.1 11.4.1 外压球壳的设计外压球壳的设计外压球壳所需的有效厚度按以下步骤确定：外压球壳所需的有效厚度按以下步骤确定：1.1.假设假设n n，令，令e e=n n - C - C，定出，定出R R0 0/e e；2.2.用下式计算系数用下式计算系数A A：3.3.按所用材料选用图按所用材料选用图11-7 11-7 图图11-1011-10，在图的下方找到系数，在图的下方找到系数A A，若，若A A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与值落在设计温度下材料线的右方，则过此点

35、垂直上移，与材料线相交，再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数材料线相交，再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数B B，并按下式计算许用外压力并按下式计算许用外压力PP。)18-11.(e0/R0.125A= )19-11.(e0/RB=P11.4.2 11.4.2 外压凸形封头的设计外压凸形封头的设计1.1.受外压椭圆形封头受外压椭圆形封头厚度计算同球壳的设计方法，其中厚度计算同球壳的设计方法，其中R R0 0为椭圆封头的当量球壳为椭圆封头的当量球壳外半径，外半径， R R0 0 =K =K1 1D D0 0。K K1 1- -由椭圆形长短轴比值决定的系数，见教材由椭圆形长短轴比值决

36、定的系数，见教材156156页表页表11-411-4。2.2.碟形封头碟形封头同上，其中同上，其中R R0 0为碟形封头球面部分的外半径。为碟形封头球面部分的外半径。 时时为为止止。大大于于且且接接近近直直到到，重重复复上上述述计计算算步步骤骤，则则需需再再假假设设，若若与与比比较较力力则则用用下下式式计计算算许许用用外外压压值值落落在在材材料料线线的的左左方方，若若所所得得ccPPPPP. 4)20-11.(Anc2e0tP)/(R0.0833E=PP例题例题11-211-2：已知：已知：一夹套反应釜，封头为标准椭圆封头。一夹套反应釜，封头为标准椭圆封头。釜体内径釜体内径D Di i=120

37、0mm=1200mm，设计压力，设计压力P=5MPaP=5MPa；夹套内经；夹套内经D Di i=1300mm=1300mm，设，设计压力为夹套内饱和水蒸气压力计压力为夹套内饱和水蒸气压力P=4MPaP=4MPa；材料均为；材料均为16MnR16MnR，单面，单面腐蚀裕量腐蚀裕量C C2 2=1mm=1mm，焊缝系数，焊缝系数=1=1，t t=250=2500 0C C。现已按内压工况设。现已按内压工况设计确定出釜体圆筒及封头厚度计确定出釜体圆筒及封头厚度n n=25mm=25mm，其中，其中C C1 1=0.8mm,=0.8mm,夹套筒夹套筒体及封头的体及封头的n n=20mm=20mm。试

38、校核其稳定性并确定最终厚度。试校核其稳定性并确定最终厚度。解：解：1.1.釜体圆筒稳定性校核与设计釜体圆筒稳定性校核与设计稳定性校核稳定性校核经分析只有釜体在卸压时存在稳定问题，经分析只有釜体在卸压时存在稳定问题，设计外压设计外压P=4MPaP=4MPa，名义厚度，名义厚度n n=25mm=25mm，因釜，因釜体双面腐蚀，所以体双面腐蚀，所以C=CC=C1 1+2C+2C2 2=2.8mm,=2.8mm,有效厚有效厚度度e e=n n-C=25-2.8=22.2mm,-C=25-2.8=22.2mm,100010001200120013001300图图11-1211-12圆筒外径圆筒外径D D

39、0 0=D=Di i+2+2n n=1200+50=1250mm=1200+50=1250mm。由图。由图11-1211-12知，筒体知，筒体计算长度计算长度L L=1000+1/3=1000+1/3300=1100mm300=1100mm，由，由L/DL/D0 0=0.88=0.88，D D0 0/e e=56.31,=56.31,查查11-511-5图得图得A A=0.0036=0.0036，根据，根据t t=250=2500 0C C在图在图11-911-9由由A A查得查得B=130MPaB=130MPa。 满满足足要要求求。故故，许许用用外外压压力力。得得查查图图由由，得得查查图图，

40、由由。，圆圆筒筒外外径径有有效效厚厚度度，设设按按稳稳定定性性确确定定厚厚度度定定性性要要求求。所所以以釜釜体体圆圆筒筒不不满满足足稳稳，因因此此釜釜体体许许用用外外压压力力40mm4MPaP4.12MPa34.69143P143MPaB 9-11A 0.0079A5-11,69.340.861280mm36.9mm1 . 3-402C-C-,1mm. 1C40mm,4MPaP2.31MPaP2.31MPa56.31130c21n1c= = = = = = = = = = = = = = = = = = = =ne0e00ni0ene0)/(DB=/DL/D+2=DD)/(DB=P2.2.釜体

41、椭圆封头稳定性校核与设计釜体椭圆封头稳定性校核与设计稳定性校核稳定性校核已知设计外压已知设计外压P=4MPaP=4MPa，名义厚度，名义厚度=25mm=25mm，因封头双面腐蚀，因封头双面腐蚀，所以所以C=CC=C1 1+2C+2C2 2=2.8mm,=2.8mm,有效厚度有效厚度e e=n n-C=25-2.8=22.2mm,-C=25-2.8=22.2mm,标准椭标准椭圆形封头当量球壳半径圆形封头当量球壳半径R R0 0=K=K1 1D D0 0=0.9=0.9（1200+21200+22525）=1125mm=1125mm，。封封头头不不满满足足稳稳定定性性要要求求，故故许许用用外外压压力力。得得查查图图，由由按按半半球球形形封封头头设设计计，所所以以：4MPaP45MPa. 268.50124P124MPaB 9-11A0025. 068.50125. 068.502 .221125c= = = = = = = = =e0e0e0/RB=/R0.125A=R满满足足稳稳定定性性要要求求。故故封封头头，许许用用外外压压力力。得得图图由由查查按按半半球球形形封封头头设设计计，所所以以有有效效厚厚度度，设设度度按按稳稳定定性性确确定定封封头头厚厚40mm4MPaP4.16MPa31.22130P130MPaB9-110.004,22.31125. 00.125A22.31