4.2外压容器设计-II 图算法设计ppt课件

1、1,1,1,第四章 外压容器设计,慕课课程：Massive Open Online Course Pressure Vessel Design 压力容器设计,主讲教师：潘家祯 华东理工大学机械与动力工程学院,4.2 外压容器设计II 图算法,2,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第四章 外压容器设计,第一节 概述 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 第三节 外压圆筒的设计计算 第四节 外压封头和法兰设计,3,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算一、图算法的原理,由外压圆筒的失稳分析可知，计算圆筒的临界压力首先要确定圆筒包括壁厚在内的几何尺寸，但在设计计算之前壁

2、厚尚是未知量，所以需要一个反复试算的步骤。若用解析法进行外压容器的计算就比较繁复，国外有关设计规范推荐采用比较简便的图算方法，中国容器标准也借鉴此法。本节介绍外压圆筒及带加强圈圆筒的加强圈图算法的原理和用法。,外压圆筒按照圆筒的长度可以分为三种： 长圆筒 临界压力除与材料的E、有关外，与圆筒长度无关，仅与壁厚t 和直径 D0有关，即 LL0 时，临界压力由式(4-7)或式(4-8)给出。 短圆筒 短圆筒失稳时波数 n 2，波数与 t /D 和 L /D 的比值有关，形成不同波数的临界压力也不同，它们的临界压力与 t /D 和 L/D 有关，即 LLcr 时，临界压力按式(4-15)计算 刚性圆

3、筒 此类圆筒的失效是由于器壁中的压应力达到材料的屈服强度而引起的塑性屈服破坏，因此不存在稳定性问题，其性质与厚壁圆筒相同，只需校核强度是否足够，L 的影响不计。,4-8,4-15,4-15,4,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,假定材料的应力应变曲线为理想弹塑性模型，则对不同的t/D0值可在双对数坐标纸上标绘强度和失稳失效曲线，如图所示。它由三部分组成，代表三种圆筒的力学特征。曲线也可以用另一种方式标绘：,第三节 外压圆筒的设计计算一、图算法的原理,5,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算一、图算法的原理,6,第三节 外压圆筒的设计计算一、图算法的原理, ,

4、 ,系数= cr,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,7,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算一、图算法的原理,8,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算二、图算法的计算步骤,9,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算三、有关设计参数的规定,(一)设计压力和压力试验压力 设计压力的定义与内压容器相同，但其取法不同。外压容器的设计压力应取在正常工作过程中可能产生的最大内外压力差；真空容器按外压容器计算， 当装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的较小值； 当无安全装置时，取0.1

5、MPa。对于带夹套的容器应考虑可能出现最大压差的危险工况，例如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生的最大压差。对于带夹套的真空容器，则按上述真空容器选取的设计外压力加上夹套内的设计内压力一起作为设计外压。,10,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算三、有关设计参数的规定,(一)设计压力和压力试验压力 外压容器的压力试验分为两种情况： 不带夹套的外压容器和真空容器，以内压进行压力试验，所以试验压力取法同前面内压容器所述； 带夹套外压容器，则分别确定内筒和夹套的试验压力，除内筒试验压力按确定，因夹套一般受内压，故在按内压容器确定了夹套的试验压力以后，必须按内筒的

6、有效厚度校核在该试验压力下内筒的稳定性。若内筒不能保证足够的稳定性，或增加内筒厚度或在压力试验过程中内筒保持一定的压力，以保证整个试压过程中夹套和简体的压差不超过确定的允许试验压差。,11,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,11,第三节 外压圆筒的设计计算四、加强圈的设计计算,(一)加强圈尺寸 外压圆筒上设置加强圈借以缩短计算长度，达到减少壁厚的目的。为了保证壳体与加强圈的稳定性，加强圈必须有合适的尺寸，,12,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算四、加强圈的设计计算,(一)加强圈尺寸,先假定加强圈的个数与间距Ls(LsLcr)，然后选择加强圈尺寸，计算或由

7、手册查得As，确定有效壳体的作用宽度，计算加强圈与有效壳体实际的组合惯性矩Js。 根据已知的Pc、Do和选择的te、Ls，按右式计算B，再应用上述外压圆筒的图4-12图4-15等算图，根据加强圈材料和相应的设计温度读取A值，最后按右式计算J，若Js大于J 则满足要求，否则重新选择加强圈尺寸，重复上述计算，直至满足为止。如查图时无交点，则A按A3B/2E计算。,加强圈和壳体所需的组合惯性矩,13,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算四、加强圈的设计计算,(二)加强圈的结构要求,加强圈焊在筒体外面，间断焊接的总长度容器外圆周长度的1/2； 加强圈焊在容器内部，焊接长度

8、需容器内圆周长度的1/3。,加强圈两侧的间断焊缝可以错开或并排，但焊缝之间的最大间隙对外加强圈为 8tn,对内加强圈为 12tn 。 加强圈通常用扁钢、角钢、工字钢或其他型钢制成，一方面型钢截面惯性矩较大，另一方面成型比较方便，加强圈材料多数为碳钢，在不锈钢圆筒外部可以采用碳钢加强圈，节省不锈钢。筒体内部构件（如塔器的塔盘等）若设计成加强作用，也可视作加强圈。,14,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压圆筒的设计计算四、加强圈的设计计算,(二)加强圈的结构要求,为了保证壳体与加强圈的加强作用，加强圈不得任意削弱或隔断，对内加强圈，由于排除残液、通过内件或液体等需要，往往难以做到

9、，留出的间隙弧长不能超过图中的数值。,长度/外直径，L /DO,弧长=0.030DO,弧长=0.390DO,外直径/有效厚度，DO / te, ,15,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第四章 外压容器设计,第一节 概述 第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算 第三节 外压圆筒的设计计算 第四节 外压封头和法兰设计,16,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第四节 外压封头和法兰计算一、外压凸形封头,(一)半球形封头,计算出A，从图中查B，若A在温度线左方，则直接计算p，比较pc与p，重新假设tn ，直到pcp。,17,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第四节 外压封头和法兰计算一、外压凸形封头,(一)半球形封头,该式虽可用于半球形封头的弹性失稳计算，但设计时若利用图算法也比较简单，且可扩大呈非弹性失稳计算。,在球壳设计中，定义,代入前式，得：,先假设壁厚tn，得到te，,18,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第四节 外压封头和法兰计算一、外压凸形封头,(一)碟形和椭圆型封头,代入前式，得：,19,第三节 外压封头和法兰计算二、外压锥形封头,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,20,4.2 外压容器设计-II 图算法设计,第三节 外压封头和法兰计算二、外压锥形封头,以上方法适