第9章 外压容器设计

1、第九章外压容器设计,本章主要讨论的几个问题：,(1)外压薄壁容器的厚度设计；(2)外压封头的厚度设计；,9.1概述,外压容器的概念：,外压容器通常是指操作时作用在壁外的压力大于壁内压力的容器。,外压容器失效的形式：,外压容器的失效的主要形式是丧失稳定性！,9.1概述,压杆失稳的主要因素：,1、外载大小2、压杆柔度(细长比)3、材料的力学性能。,容器失稳与压杆失稳类似，取决于：,1、圆筒外径与有效壁厚之比Do/e；2、圆筒长度与外径的比值L/Do3、材料的力学性能（E，),9.1概述,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,受外压的圆筒,有的仅横向均匀受压,有的则横向和轴向同时均匀受压,但失稳破坏总是在横

2、断面内发生,也即失稳破坏主要为环向应力及其变形所控制。因此本章主要讨论薄壁圆筒在横向受均布外压时的厚度设计计算方法。,计算外压圆筒的厚度时,一般要先假定一个名义厚度n(已圆整至钢板厚度规格),经反复计算校核后才能完成,工程设计也常常采用算图来简化计算过程,下面分别介绍解析法和图算法。,一、横向受压圆筒的稳定性计算,1、解析法,a计算公式,m为稳定系数,类似于强度计算中的安全系数。,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,(1)长圆筒,(2)短圆筒,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,b临界长度,当圆筒计算长度LLcr时,应按式(15-2)或式(15-3)计算。当圆筒计算长度LLcr时,应按式(15-4)或式(

3、15-5)计算。,c设计参数,(1)设计外压力p,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,(2)圆筒计算长度L,当圆筒上焊有刚性构件时,其计算长度系指两个刚性构件之间的最大距离,封头、法兰、加强圈等均可视作刚性构件(见图15-3)。在计算距离时,对于凸形封头,应计入直边高度(h)及封头其余部分的三分之一(hi/3)。,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,(3)稳定系数m,(4)试验压力pT,稳定系数m的确定与所用公式的精确程度、制造技术所能保证的质量(如形状公差)、焊缝结构形式等因素有关。如果所取m太小,会对制造要求过高;而m取得太大则将使设备笨重,造成浪费。综合考虑上述种种因素,我国有关标准规定取m=3。但

4、当筒体制造完毕时的椭圆度e0.5%DN(DN为筒体的公称直径),且大于25mm时,其初始椭圆度会降低圆筒的临界压力值,就不能再用m=3作计算。,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,d计算步骤,首先假设n(常取大于或等于强度计算所得的名义厚度),而e=n-C。(2)以e代入式(15-6),求Lcr。(3)比较L与Lcr,确定计算公式,计算p。(4)比较p和p,若pp且较接近,则所假定的n符合要求。否则再另设n,重复以上步骤,直到满足要求为止。需要指出的是:在应用本计算方法时,临界应力应在弹性范围之内,即:,当crst时,属非弹性失稳,应改用下列近似公式计算：,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,2、图算法,

5、应用算图进行外压圆筒设计的方法和步骤:,a(Do/e)20的圆筒与管子,b(Do/e)20的圆筒和管子,见教材P307,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,二、轴向受压圆筒的稳定性计算,仅轴向受压的圆筒,在弹性段内的稳定许用应力,在工程设计中可用下列公式计算:,Ri圆筒的内半径,mm。,在弹性与塑性转折段,也可应用B-A算图,对于轴向受压缩圆筒规定:B=cr,代入式(15-12),则有：,9.2外压薄壁圆筒的厚度设计,求解cr的步骤与上述近似:初定圆筒厚度n,计算e=n-C及Ri/e,并用以代入式(15-13)求A。然后根据材料选择相应的B-A图(图15-5图15-7)由A查得B值即为cr,若在材料

6、曲线的左方,则可按式(15-12)直接求cr。,9.3外压凸形封头的厚度设计,一、凸形封头与球壳在弹性段内的许用外压力可按下式计算：,m稳定系数,对于凸形封头和球壳,有关标准规定m=15;Ro凸形封头球面部分外半径,mm。,9.3外压凸形封头的厚度设计,二、在弹性和塑性转折段,则可应用B-A算图。,A半球形封头(球壳),B椭圆形封头,C碟形封头,D无折边球形封头,9.4外压锥形筒体和封头的厚度设计,锥体厚度可按承受外压的圆筒体厚度的确定方法进行计算,但需以锥体的有效厚度nc来取代圆筒体的有效厚度e,再以锥体的当量长度Le(图15-9)作为计算长度,并以Le/DL代替L/Do,DL/ec代替Do/e,然后按上述算图进行计算。,无折边锥壳或锥壳上相邻两加强圈之间锥壳段(图15-9(a)和(d)的当量长度为:,大端折边锥壳(图15-9(b)的当量长度为:,折边锥壳(图15-9(c)、小端折边锥