压力容器设计审核人员培训 GB150.3-2011 压力容器 第3部分：设计

1、压力容器设计审批人培训(3)2-2月，内容简介，GB150.3-2011压力容器3部分：设计1，主要变化2，范围3，内部压力气缸4，内部压力球壳5，外部压力圆柱6，外部压力球壳，1，1，原始GB1501998第6章：与外部压力圆柱和外部压力球形外壳相对应，本节第4章的主要变更如下：a)外部压力图已修改，添加了与高强度材料相对应的外部压力曲线；b)相应的应力系数b曲线选择表增加；c)钢筋圈的结构设计进行了部分修改。原GB1501998，第7章：头，本节第5章的主要变化是a)添加偏心锥壳、肋平头和支撑结构的设计计算方法；b)部分平盖的结构特性系数k；c)添加了适用于平头和气缸全焊接贯通连接结构的塑

2、料分析设计方法。D) /R 0.002增大的情况下球形冠头和锥形薄壳的设计方法。原GB1501998，第8章：与开孔补强相对应，本节第6章扩大了开孔补强设计计算方法的内容，引进圆筒径向收购的整体加固设计方法，开孔率的应用范围可以达到0.9。原始GB1501998，第9章：与法兰相对应，本节第7章的主要内容如下：a)添加整个凸缘和整个凸缘的任意凸缘的刚度检查计算要求。b)添加了波垫片设计选择参数。GB1501998附录c，“低温压力容器”的设计相关内容曹征到本节附录e。GB1501998附录d，附录g和附录j的内容包含在本节的附录a，附录c和附录d中。主曹征或更改将添加a)附录b“条带错误柱面设

3、计”。b)附录c扩大了双锥密封的应用范围。c)附录d焊接结构根据实际情况整理和补充。GB150.3-2011标准组件人头马1范围2规范参考文件3内部压力圆柱和内部压力球壳4外部压力圆柱和外部压力球壳5头6开口和开口加强7法兰，第二，范围GB150.3指定压力容器基本压缩组件的设计要求。本节适用于内部压力圆柱和内部压力球形薄壳、外部压力圆柱和外部压力球形薄壳、标头、开口和开口加强和凸缘的设计计算。该部分指定了非圆形截面容器(规范附录a)、条形旁路桶(规范附录b)、常用密封结构(数据附录c)和焊接连接结构(数据附录d)的基本设计要求。本节还提供低温压力容器的基本设计要求(规范附录e)。3，内部压力

4、圆柱，1，圆柱1)内部压力条件：根据旋转薄壳鲁莽门理论(薄膜理论)，在内部压力下，圆柱平衡两个法向应力：环形应力、轴向应力、两个薄膜应力中外力(内部压力)的两个应力的值为D=，=d0圆柱的外径，mm；Di圆柱的内径，mm；圆柱的计算厚度，mm；圆柱受到压力PC的轴向作用。p圆柱轴向总力：F1=D2P/4，此轴向力是根据圆柱断面的面积、圆柱断面产品：fi=D，产生的圆柱轴向应力：m=，h控制时的mt时熔接接合系数：根据圆柱轴向应力计算的壁厚公式。焊接部位可能有夹渣、气孔、成本接触、无融合、裂纹等缺陷，焊接加热过程中焊接热影响区域淬火、塑性下降、焊接内部应力减少等对焊接两侧热影响的各种不利因素都会

5、降低焊接金属或母材的机械特性。因此，在设计温度下，圆柱材料的允许应力t处的熔接接合系数(2)圆柱以压力p的半径方向(如图所示)p径向作用于圆柱，并且由半圆投影面产生的合力(图中的垂直方向)为F2=PDL支撑法向力的圆柱垂直剖面区域：f2=2L，产生的圆柱圆周应力：t此公式称为内部压力圆柱的计算公式(中直径)(GB150.3-2011页3-1)，(3)内部压力圆柱壁厚计算公式是从圆柱和内部压力的静态平衡条件中导出的。旋转壳鲁莽门理论是其理论基础，第一强度理论是其制定的理论基础。使用上述公式，您可以得出以下结论：a，圆柱本体的主方向(环)应力t是垂直(轴)应力m的两倍，主方向应力由纵向剖面、环应力

6、和环长度剖面作用。b，因为圆周应力t是法向应力m的两倍，所以您可以看到圆周应力作用的垂直剖面是危险剖面。在焊缝接头分类中，可以说明圆柱的垂直焊缝为a类焊缝接头，环焊缝为b类焊缝接头的原因。打开筒体上的椭圆形检修孔时，使长轴垂直于筒体轴。c，应力与D/成正比。应用范围，Pc0.4t (D0/Di1.5)，以上计算公式根据薄膜理论导出，该薄膜理论适用于应力沿圆柱壁厚度均匀分布的薄壁容器。但是，对于厚壁圆柱体，环形应力分布不均匀。薄壁内径公式和实际应力存在很大的误差。从厚壁圆筒应力状况的弹性力学中导出的拉丁美洲公式更好地反映了其分布。厚壁和薄壁圆筒的概念：压力旋转外壳下的无扭矩理论表示壁厚与直径的比

7、率；如果壁厚大于直径的1/10，则称为“厚壁管”。相反，它是“薄壁筒”。此指示器对应于直径系数K，K=DO/Di，K大于1.2时为厚壁管，小于或等于1.2时为薄壁管。t=Pc(K2 1)/(K2-1)在厚壁管中存在的三向应力中，仅轴向应力沿厚度均匀分布。圆周应力和径向应力都分布不均匀，内壁具有最大值。筒管壁的三向应力中，圆周应力最大，内壁最大，外壁最小，内壁和外壁K=D0/Di的增大，应力差也随之增大。K=1.5时，在薄壁公式中采用统一分布假设计算的环应力值比拉丁美洲公式计算的圆柱内壁最大环应力低23%，计算误差更大。4，内部压力球形薄壳，球形容器在均匀内部压力下，球形薄壳具有相同的法向应力和

8、圆周应力。也就是说，t=m=t=样式中的p设计压力，MPa；d球壳的中径或中径，mm；D=di球壳的内径，mm；球形薄壳的计算厚度，mm；在上述公式中，取代D=Di，并考量熔接接合系数。使用第一种强度理论时，t，使用Pc而不是p计算计算厚度。=以上公式为GB150.3-2011 94页3-8。适用范围：Pc0.6t现在，计算应力大于通过弹性力学计算的厚壁壳体的最大应力，误差约为10%。5，外部压力圆柱，1外部压力圆柱稳定性外部压力圆柱，强度计算等于内部压力，轴向应力的两倍，圆柱壁上产生的压缩应力，绝对值大小。当达到材料的屈服限制或强度限制时，此压缩应力可能会导致强度损坏(与内部压力圆柱一样)。

9、但这种现象极为罕见。通常，外部压力圆柱壁内的压缩应力比材料的屈服限制小得多，筒体突然收缩或绉折原始形状(如图所示)，在圆柱横截面上表示规则的永久波形，波形数n可以为2、3、4。在外部压力下，圆柱体、球形壳体或磁头突然失去原始形状的现象称为不稳定性。外部压力容器的稳定性是设计中的主要考虑因素。，在外压力圆柱不稳定之前，圆柱壁只是一种简单的压力应力状态。不稳定时，伴随着突然的变形，在圆柱内根据弯曲应力产生了复杂的附加应力，这种变形和附加应力正在快速发展，直到圆柱收缩。这表明外部压力容器的不稳定性实质上是容器从一种平衡状态(形状和应力状态)到另一种新平衡状态的突变。稳定性安全系数m，长短圆柱的临界压

10、力公式以理想状态(无初始圆度)求得。但是，实际气缸具有几何尺寸和几何误差、焊接结构形式等影响，直接影响临界压力计算的准确性，由于生产过程中工作压力的波动，桶的实际外部压力可能增加，超过计算的临界压力值。为了确保安全，允许的外部压力在临界外部压力(P=Pcr/m)下的稳定安全系数m=3(气缸体)，2，气缸的临界压力和计算，(1)临界压力和影响因素，由外部压力作用的容器，外部压力低于特定值时，外壳也会变形，但是压力移除后，外壳会恢复其原始形状此时，壳体变形属于弹性变形范围。外部压力继续增加到特定值会产生不可恢复的永久性变形，这失去了原来的稳定性。容器不稳定时的压力称为临界压力，用Pcr表示。容器在

11、Pcr下容器壁的内部应力称为临界应力。临界压力值受多个因素(例如容器筒体的几何尺寸和几何形状)的影响，还会影响载荷的均匀性和对称、筒体材料和边界条件等。a .影响因素/D当两个圆柱形外部压力容器、不同条件(材料、直径D、长度L)恒定时厚度不同时L/D相同时，/D大临界压力是因为圆柱壁厚抗弯曲能力强；b .影响因素每个L/D/D的/D相同，但长度L不同，但L/D具有较高的临界压力，因为较短的桶头在气缸壁上起到一定的支撑作用。圆度等筒体的几何误差降低了筒体壁的临界压力，从而加速了筒体的不稳定性。圆度由e=Dmax-Dmin、型式中的Dmax和Dmin分别定义为筒管直径的最大值和最小值。如果筒体材料

12、的弹性模量e值大，抗变形能力强，则临界压力高。由于各种钢的e值差异较小，使用高强度钢代替普通碳钢制造外部压力容器不会显着提高筒体的临界压力，但增加容器成本是不合适的。要提高容器的临界压力，即增加稳定性，请仅考虑几何体尺寸。(2)长圆柱、短圆柱和硬圆柱、可承受外力的圆柱外壳、几何图形大小徐璐不同(波形数目不同)、圆柱可以分为长圆柱、短圆柱和硬圆柱三种形式。长圆柱具有较大的料管l /D值，可以忽略料管两端边界的支撑效果，并且在料管不稳定时，Pcr仅与/D相关，与L/D无关。长圆柱不稳定性波形数n为2。短圆柱体不能忽略在筒体两端边界上支持的作用，并且在圆柱体不稳定时，Pcr与L/D和/D相关。短圆柱

13、体不稳定时波形数N2的整数。刚性圆柱的L/D较小，/D较大，筒的刚性更好，破坏的原因是筒壁内的压缩应力超出了材料的屈服限制，并且不存在不稳定性。对于实心圆柱体，仅考虑强度要求。如上所述，圆柱体的“长”和“短”表示相对于直径。长、短圆柱和硬圆柱的临界压力各不相同，并且有其独特的计算方法。(3)圆柱的临界压力计算，长圆柱的临界压力Pcr=2.2E(E圆柱材料在设计温度下的弹性系数为上，长圆柱的临界压力仅与圆柱e/Do和E相关)。样式仅在弹性范围内使用。也就是说，不稳定性时的应力必须低于屈服强度。短圆柱临界压力Pcr=2.59E，临界压力导致的刚性圆柱的临界应力为Qcr=PcrD/2e，短厚外部压力

14、的破坏没有稳定性问题，因为圆柱壁的压缩应力超出材料设计温度下的降伏限制。强度检查公式为=t、中间熔接接合系数、外部压力圆柱=1。长、短、硬圆柱可以承受水平均匀外部压力。容器有磁头，除了侧外部压力外，还有轴向压力，但轴向压缩对桶的不稳定性影响很小，仅计算侧均匀外压(外部塔设计除外)的临界压力。(4)圆柱体的临界长度，如上所述，长短圆柱体的差异受端盖支撑的影响。如果E /D相同，则短圆柱体的临界压力随着圆柱长度的增大和短圆柱体长度的增加，末端封口对筒体的支持减弱，如果短圆柱体长度增加到一定值，末端封口对筒体的支持完全消失，则短圆柱体的临界压力等于用Lcr表示的长圆柱体的临界压力。2.2E(，=2.

15、59E，获取lcr=1.17do临界长度是长短圆柱的分界线，是计算临界压力选择公式的基准。实际圆柱体计算长度LLcr是长圆柱体，LLcr是短圆柱体。外部压力圆柱的计算与e /D0(D0为圆柱外径)相关。在E /D00.04中，圆柱壁应力达到屈服限制之前，不能收缩。在这种情况下，e /D0值作为硬圆柱体计算。(5)计算长度，圆柱的计算长度计算两个刚体元件(在筒管外部或内部)之间的最大距离，熔接在筒管外部的角钢加固回路，筒管内部挡板或塔均可视为固定元件的长度。两个刚性构件之一为凸头时计算的长度L=L h hi/3(hi为凸头曲面深度，h为直边高度)GB150.3 96页图4-1，凸头刚度对圆柱体有

16、固定支撑，可以增加临界压力。在用更薄的板制作的筒体上焊接一定数量的加强环，可以降低计算长度l，提高临界压力。确定计算长度：圆柱计算长度，圆柱上两个相邻支撑之间的距离。间断焊缝的放置和间距可以参考下图中显示的样式，间断焊缝可以徐璐交错或并列放置。最大间距t，外部加强圈为8 n，内部加强圈为12 n，3，外部压力圆柱计算，(1)，分析方法，(2)，图形算法，(1)，分析方法，基本原则：长圆柱：对于LLcr，短圆柱2、Lcr计算，判断l是否大于Lcr；长圆柱体：对于LLcr，比较短圆柱体：LLcr、3、P和P，假设P P p更近，则n满足要求。4，临界应力计算，工程，(2)，图形算法计算阶段，1，壁厚假设n，桶长计算l，e=n-C；2、计算L/Do、Do/e、检查a，对于L/Do 50，检查a为L/Do 50；(GB150.3-2011图4-24-12) 3，在a值中，垂直直线向上，依次查看b值，表明如果不相交，圆柱体发生了弹性不稳定性。b值按以下方式计算4、P和P，假设P P p更接近P，则n满足要求：a系数、Cr临界应力e圆柱材料设计温度下的弹性系数变形、4、加强环设计、对于短圆柱：这可以透过增加壁厚或减小圆柱的计算长度来提高圆柱的允许外部压力，还可以在筒中设定加强环，从而有效地减小筒的计算长度。在外部压力下设置加强环可以减小筒壁厚度。为了确