第章压力容器中的薄膜应力青岛科技大学机电工程学院

第9章压力容器中的薄膜应力本章重点内容及对学生的要求：（1）压力容器的定义、结构与分类；（2）理解回转薄壳相关的几何概念、第一、二主曲率半径、平行圆半径等基本概念。（3）掌握回转壳体薄膜应力的特点及计算公式。第一节压力容器概述1、容器的结构如图1所示，容器一般是由筒体（壳体）、封头（端盖）、法兰、支座、接管及人孔（手孔）视镜等组成，统称为化工设备通用零部件。图1容器的结构示意图2、压力容器的分类压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复杂，发生事故的危害性程度各不相同。压力容器的分类也有很多种，一般是按照压力、壁厚、形状或者在生产中的作用等进行分类。本节主要介绍以下几种：eq\o\ac(○,1)按照在生产工艺中的作用反应容器（R）：主要用来完成介质的物理、化学反应，利用制药中的搅拌反应器，化肥厂中氨合成塔，。换热容器（E）：用于完成介质的热量交换的压力容器，例如换热器、蒸发器和加热器。分离压力容器（S）：完成介质流体压力缓冲和气体净化分离的压力容器，例如分离器、干燥塔、过滤器等；储存压力容器（C，球罐代号为B）：用于储存和盛装气体、液体或者液化气等介质，如液氨储罐、液化石油气储罐等。eq\o\ac(○,2)按照压力分尿外压挪容器既：酷容器款内的栗压力勾小于蝇外界眨的压鞋力，以当容雨器的锻内压罪力小率于一嚼个绝腹对大脆气压登时，耀称之础为真坏空容跟器。渴内压靠容器之：堂容器挪内的岛压力蹄大于吗外界趣的压例力。羽泪唇低压转容器伴（L台）：略；桃深俊中压疼容器椒（M最）：腐见杨高压谋容器把（H笼）：截超高驾压容己器（困U）董：eq\o\ac(○,感3水)垦《压借力容浴器安聋全监风察规抢程》歪一类捡容器远：湖有下些列情胜况之艘一的驻A咏非般易燃遇或无毯毒介堪质的圾低压统容器妄；过B些易燃探或有萍毒介核质的妄低压甲分离袜容器址和换疫热容惭器；症二类哨容器求：庆有下诱列情距况之举一的惯逝悔A剧扁毒介狗质的凯低压占容器植；森棉委B林易燃匆或者谨有毒返介质著的低套压反发应容倡器和吩储运扫容器走；裳垫摊C虫中压悔容器嗽；判D裙内径伐小于弄1m洁的低撒压废己热锅哑炉毅三类择容器仙：娇有下蹄列情易况之甘一的挠瑞A浑高压医、超扒高压挡容器歪；找掘B呀剧毒悬介质竹，且露最高摸工作杜压力滥与容申积的部乘积筝枯C冷易敬燃或托者有误毒介收质且沫的中惭压反瞎应容怖器；偶或者刘的中奸压储亩运容海器；谢努D器中压胶废热赖锅炉例或内瓦径大本于缝1m候的低归压废贡热锅要炉。匀3、玻压力雨容器汽设计出的基帜本要权求裂压力徐容器吉应述首先屈满足秒设备庄的工公艺尺浅寸裙，能玻在指湾定的奏操作渴条件饭下如群压力烦、温型度等禾完成奉指定装的生园产任档务并阻保证功产品会的质缸量。械在工并艺尺府寸确橡定后吉，进墨行结印构和县零部挤件设厦计，辛需要浴满足船以下闲的要趋求。eq\o\ac(○,暖1贯)害强度璃构件元抵抗勉破坏殿的能冻力。拳为了笨保证吵生产用安全袄和正场常工完作，史设备蜻必须得满足奥所有俭零部宿件的航强度腐需要平。例须如提慧升重无物的洋钢丝邪绳，纳不允友许被忽重物式拉断灶。但胆在设企计中某，为若了保席证强廉度而喘盲目户的加络大结狐构尺肯寸是韵不合塌理的看，因好为会跪造成歌材料阁的极酸大浪慕费，然增加棋运输笋及安所装费荣用。还壳体野与部麦件的蒜等强形度设写计是眠合理糟发挥放材料笋潜力牲的好稻方法富（如呀精馏望塔的怪变径耽设计油）。屋在容药器上嘱设计并强度猜脆弱淋部件躁，当亭设备夺承受臂的载必荷超掀载时圾，使家其首注先破创坏以锤保护留设备赤主体浆不受额损害察是生销产过搏程中牛的安均全措骡施。eq\o\ac(○,盘2别)习刚度乎即接构件植在外党力作仪用下桥保持薯原有有形状山的能素力。利对于洗薄壁育容器慧来说产，规贪定它援的最喘小壁触厚值栽是为蚕了保笨证在职运输商及安半装施保工时患不致兵发生薄过大眼的扭座曲变悔形。途规定欧塔盘玩的厚芬度不牢小于匙3m坏m些，是骨防止劣塔盘斧的挠雨度过坛大以再致产构生液请层厚玩度较劣大偏专差，率是为命了通蜂过液贩层的油气液聚不致平分布忌不均陆匀，精影响查塔盘系分离周效率缠。上轻海化诸工厂族的法铃兰翘科曲变首形，晶主要宣是螺卵拴和挖法兰裹的刚巩度不哨相匹税配而浅引起喂的。袭（3企）稳表定性诱指的倦是设工备维暴持其待原有沾的平扬衡形汽式。慨当化副工容本器承炒受外他压力趣作用刮，如乏真空叠装置馒，必泻须满柿足稳歌定要挽求，被不致涂在操显作过犬程中慨被压霉瘪，户失去创工作担能力闪。啦（4就）耐洲久性勿耐位久性愚根据聋要求捆的使探用年垄限来符确定衣。一安般要薪求使湾用年茧限为首10补～1作2年身。与激其他朴机器仰类产果品相锡比，渣机器谁的寿缓命决传定主映要机塑件的罗磨损叶，而滋容器欲及设于备则杏决定忘于操明作介伍质与俯周围样环境肤对其欣腐蚀蜻情况梦，在贵某些患情况忧下，晕如果尤受交父变载酒荷或庭高温阁时，驶应考童虑设博备的苗疲劳俯破坏比及蠕抽变。伐根据右所要鸽求的疼使用歇年限课和腐掩蚀情地况，方正确贺选用卧结构截材料植是保剑证设骄备耐臂久性扫的重找要措荣施。越（5监）密剖封性津容片器及醋设备窄的密谎封性启能是她使其器安全卖、可潮靠操线作的再重要吸措施制。石祖油、膊化工京产品口的生醒产过团程中薯，所猴处理初物料录具有枝易燃傍、易焰爆、载有毒最的特帆征。桐若密厨封性费能得料不到滥保证粉，使密物料似泄漏棒出来谎，不书仅在煌生产昌中造唉成损私失，坝而且匪会造筑成燃畜烧、仇爆炸城、操指作人姥员中吸毒的沉恶性挂事故控。平（6邮）制宋造工蒸艺贞应在课结构脂上保哲证最知小的监材料助消耗为，尤购其是麦贵重掠材料拾的消悬耗。妹在结哪构设吨计时泻应使庆其便早于加大工、寨保证朽制造腹质量辩。应怨尽力灿避免仓复杂稀的加宽工工顿序，吹尽可放能的贫减少削加工排量。汁设计吓时应寿采用垦标准抬设计沟和标告准零临件和弱部件刊。零浓部件乖的标街准化锄是适透应容畅器及询设备修生产洗特点饥、提腔高零揪部件揉互换葵能力蔑、降管低设洁备成纯本的滑一个罩重要惭途径燃。题（7骑）运众输、冬安装吸与维脂修劣设备眠及容臣器的钳自动吸化控岩制虽轨能简姑化了才操作具过程柔，但凑将增叫加投后资，者需要降细致轮的核洒算经共济效肤益方麦能进榆行确毁定。仓设计猫的合葛理结耀构还性应考靠虑安盖装维扎修方孤便，哭例如询，人健孔的润尺寸卸不能牢太小烘。设乞备尺从寸和摇形状纷还要瞧考虑扭整体齿运输漫的可歌能性荐，应捞满足贼铁路劳、公仍路、银水路赛上的款桥梁乱和涵俱洞的漠可能遇允许委的最米大尺间寸，环例如事，高棒度、由宽度云、长史度、煮质量颤等。裳第二水节铃回转碍薄壳纪及其借薄膜尼应力姿分析宽1烘、按回转包薄壳争的几倍何概任念书（1翠）矛旋转锣壳体注旋转坏壳体月指以呆任意树直线暂或平供面曲肤线作稼母线脸，绕筑其同私平面修内的洪轴线沃旋转骑一周卡而成权的旋济转曲惭面。连平面污曲线探的不役同，功得到朗的回比转壳咽体的蚁形状葱也不娇同。钉例如采：与尼轴线锻平行呆的直弟线绕焦轴旋哈转形拌成圆勉柱壳迎；控与轴您线相汽交的遭直线执绕轴脂旋转恋形成迎圆锥浇壳；章半圆谈形曲碗线绕督轴旋林转形枯成球茎壳。喷中间寄面和决壳体宝壁厚峡的概颈念。贤图2暂不绩同形中状的俘回转瓦壳体王（幻缘灯片柱或者虑教材朱）饲（2踩）阁薄壁剪容器散根据星容器折的外禽径D纤0盯和内议径D瓜i集的比痛值K城进行场划分积：eq\o\ac(○,瘦1存)膛厚壁抵容器撤K扛>1佛.2虽；eq\o\ac(○,敌2叔)咸薄壁梦容器辉K河1.升2；昆中低反压容堂器属端于薄贤壁容蹄器，固以下同主要己讨论告薄壁美容器侵的强写度计露算。段（3姻）船回转怠曲面赔上的太曲率告半径百图烘3偶一捐般回栏转壳腊体（柔幻灯视片或沫者教剥材）册纵截盯面与贷第一清曲率昌半径乒如上边图所诱示，靠过C耻点和抛OO幸’效轴作捆平面架，该练平面颜与回只转曲虚面的其相交对线称喷为经商线，达经线辫所在往的平棍面称挨之为付纵截位面，肥其位较置由吓它与群母线直平面绪的夹抗角确菊定拐。丽经线夜上的誓C点金的曲趟率中倘心耀K害1画必在殖过C锣点的廊法线评上，车CK鹅1叛即为辱C点坊的第箭一曲板率半民径，晚；雄横截欲面羽后亡过C墨点作志和O袍O层’棵轴相娱垂直梯的平剧面，方该平腾面与赌回转叛曲面都的交斯线是蛛一个跟圆，屑称之爱为平砌行圆宫，际平行毯圆所侨在的储截彻面为婶横截约面。随锥截祝面和肺第二竖曲率骑半径兵过C瓜点驳作和唐与经发线不O辞B在脑C点臭的切秀线相待垂直捧的平渣面栋，匆该平她面和奶回转也曲面财相交选又得戏到平碍面曲低线，佩这条忧曲线缘上C肉点的肉曲率熟中心默必在剃过C瓜点的火法线闯上，待K议2搬又必使在O谣O孙’植轴上谁，则价CK衬2农即为覆C点坟的第经二曲晚率半抱径，歪。eq\o\ac(○,完1殃)初锥截乔面和牌回转虚曲面和的交忘线为姨一个典圆，贴称为芹回转荡曲面苗的纬泛线；eq\o\ac(○,条2配)侦同一非点的分纬线夕和平浮行圆作相互蛮重合翠；eq\o\ac(○,聚3铃)合锥截击面截烧出的鹿是壳地体的谷真实林壁厚贤。名2、突回转裕薄壳航的薄雄膜应蛛力分延析支研究旬的壳滨体壁庙厚较舅薄，睬且不点考虑税壳体桨与其见他零尖部件再连接除处的探局部螺应力惨，可六以认恋为径乓向应沙力和专环向有应力震沿壁楼厚均蝶匀分漆布，抚此时叮应力润状态径和承沟受内只压的烈薄膜血相似招。又饥称薄探膜理衡论厘。郊图4叹回注转薄含壳上挥的径仆向薄陪膜应爷力善（1卫）基秃本假储设秒（滋此部歉分选羽讲镜）稼假定络壳体匀材料杰有连租续性谢、均淘匀性呜和各察向同砖性，租即壳疲体是加完全旗弹性锹的。胀小位办移假摩设削各点引位移搬都远找小于镰厚度贞。可好用变寿形前貌尺寸换代替忧变形滔后尺枣寸。棵变形汗分析台中高敌阶微搏量可写忽略朝。售直线颤法假仙设翻变形响前垂放直于瑞中面啊直线丹段，康变形活后仍水是直到线并扰垂直烈于变至形后部的中滥面。畜变形膝前后肺法向计线段蹄长度离不变舞。沿孔厚度冒各点珠法向阀位移阳相同务，厚坏度不怠变。涛不挤苏压假降设散各层伶纤维辫变形卫前后育互不社挤压偷。绣（2亲）牛径向隙应力版分析若（怪推导瞎过程捕根据太课时逮可以早机动材掌握沈）挽（区灭域平犁衡方酸程）同（1贩）袖（3杯）环凝向应既力分豪析肺图式5单惠元体牌的置截取浴与各矮截面里上的冤内力浴（齿微分双平衡枣方程遍，拉涝普拉得斯方斯程排）愚健颈耻前普腊嫂殿追（2旷）拉第典三仗节智薄膜岗应力率理论袋分析贺1、带圆筒颈形壳左体杜第一音曲率廉半径避=歪∞易，第裂二曲尚率半勿径旷=D腹/2术，代坚入方楚程（织1）夸与（酷2）劝得：，逃图6祥圆面筒形经壳体祸上的津薄膜筐应力匆2、吩球壳晕对于殖球壳忧，疲=绿=D税/2打，代纱入方焦程（药1）很与（耐2）隆得：粘直径陕与内驴压相光同，秤球壳稳内应背力仅故是圆拿筒形喝壳体境环向撞应力寒的一赌半，砍即球它形壳轰体的韵厚度聪仅需凯圆筒峰容器讨厚度创的一肠半。勇当际容器墓容积择相同桥时，希球表坛面积赵最小杠，故我大型投贮罐烟制成牢球形咽较为染经济殊。涉3、悼锥形味壳阔及圆图锥形渐壳半蝶锥角查为庄a岭，A肌点处纲半径灯为r皂，厚庙度为督d，透则在辅A点于处：竟，废代入捏方程违（1简）与救（2哭）背得：变图7私锥物形壳向体锥轿截面君上的赤薄膜拳应力，纳锥形宿壳体近环向碗应力史是经璃向应面力两犬倍，兄随半读锥角磨a的气增大孤而增家大；搭半锥勾角寇要选付择合哑适，嫂不宜箭太大割。逝在锥受形壳伪体大互端r坡=R坦时，词应力示最大愿，在爆锥顶上处，笨应力舅为零乏。因惧此，百一般折在锥机顶开辈孔。睁4、场椭圆镜形壳村体律（1疗）萝椭圆液形壳析体薄的膜应板力计避算方在程洒椭圆绳壳经璃线为恋一椭廉圆，刺；著a、奇b分睛别为旧椭圆迅的长挨短轴辩半径林。庄由此野方程驳可得傲第一衰曲率姿半径夕为：宗符青潮费谊性岁央弦扇雄（街3）雪搞垃启硬港仓棒浴轿月狼肝房教炊（4得）潜代入头方程帝（1坡）与捆（2所）中鲜：迁其薄维膜应却力的太分布驳情况弊如图命8所绢示罚。框图涌8椭绣圆形祖壳体扮的游薄膜铃应力毅分布膜图识图破9值半川椭圆向母线劣（2辣）标毛准椭编圆封筛头的丘薄膜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