2022年《過程設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》教案壓力容器 2

1、過程設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)教案4壓力容器設(shè)計課程名稱：過程設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)專 業(yè)：過程裝備與控制工程任課教師：第 4 章 壓力容器設(shè)計本章主要介紹壓力容器設(shè)計準(zhǔn)則、常規(guī)設(shè)計方法和分析設(shè)計方法，重點是常規(guī)設(shè)計的基本原理和設(shè)計方法。 4-1 概述主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時數(shù)1、壓力容器設(shè)計的基本內(nèi)容2、壓力容器設(shè)計的基本要求講授2 3、壓力容器設(shè)計條件自學(xué)4、壓力容器設(shè)計文件教學(xué)目的和要求教學(xué)重點和難點課外作業(yè)1、了解壓力容器設(shè)計的基本內(nèi)容、基本要求 2、了解壓力容器設(shè)計條件、設(shè)計方法和設(shè)計文件的內(nèi)容壓力容器設(shè)計的基本內(nèi)容和基本要求思考題4.1 概述 教學(xué)重點 :壓力容器設(shè)計的基本概念、設(shè)計要求 教學(xué)難點 ：無

2、壓力容器發(fā)展趨勢越來越大型化、高參數(shù)、 選用高強度材料， 本章著重介紹壓力容器設(shè)計思想、常規(guī)設(shè)計方法和分析設(shè)計方法。什么是壓力容器的設(shè)計？壓力容器設(shè)計是指根據(jù)給定的工藝設(shè)計條件，遵循現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定， 在確保安全的前提下， 經(jīng)濟正確地選取材料， 并進行結(jié)構(gòu)、 強（剛）度和密封設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 確定合理、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式，滿足制造、檢驗、裝配和維修 等要求。強（剛）度設(shè)計 - 確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求，以確 保容器安全、可靠地運行。密封設(shè)計 - 選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料保證密封性能良好。4.1.1 設(shè)計要求 設(shè)計的基本要求是 安全性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一， 安全是前提， 經(jīng)濟是目標(biāo)，

3、在充分保證安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟，和經(jīng)濟的安裝維修。4.1.2 設(shè)計文件 壓力容器的設(shè)計文件包括：設(shè)計圖樣 技術(shù)條件經(jīng)濟性包括材料的節(jié)約、 經(jīng)濟的制造過程設(shè)計計算書 必要時包括設(shè)計或安裝使用說明書 . 分析設(shè)計還應(yīng)提供應(yīng)力分析報告強度計算書 包括： 設(shè)計條件、所用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、材料、腐蝕裕量、計算厚度、名義厚 度、計算應(yīng)力等。 裝設(shè)安全泄放裝置的壓力容器， 還應(yīng)計算壓力容器安全泄放量安全閥 排量和爆破片泄放面積。 當(dāng)采用計算機軟件進行計算時， 軟件必須經(jīng)“ 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委 員會” 評審鑒定， 并在國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局認(rèn)證備案，打印結(jié)果中應(yīng) 有軟件程序編號、輸入數(shù)據(jù)和計算結(jié)果等內(nèi)容。設(shè)計

4、圖樣包括：總圖和零部件圖 總圖 包括壓力容器名稱、類別、設(shè)計條件；主要受壓元件設(shè)計材料牌號及材料要求；主要受壓元件材料牌號及材料要求；主要特性參數(shù)（如容積、換熱器換熱面積和程數(shù)）制造要求；熱處理要求；防腐蝕要求；無損檢測要求；耐壓試驗和氣密 性試驗要求；安全附件的規(guī)格；壓力容器銘牌位置；包裝、運輸、現(xiàn)場組焊和安裝要求；以及其他特殊要求。4.1.3 設(shè)計條件設(shè)計條件可用設(shè)計條件圖表示(設(shè)計任務(wù)所提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求) 設(shè)計條件圖包含設(shè)計要求、簡圖、接管表等 簡圖 - 示意性的畫出容器本體、主要內(nèi)件部分結(jié)構(gòu)尺寸、接管位置、支座形 式及其他需要表達的內(nèi)容。設(shè)計要求 - 工作介質(zhì)、壓力和溫度、操作

5、方式與要求和其他。為便于填寫，設(shè)計條件圖又分為 一般設(shè)計條件圖 換熱器條件圖：應(yīng)注明換熱管規(guī)格、管長及根數(shù)、排列形式、換熱面積與程數(shù)等 塔器條件圖： 應(yīng)注明塔型、 塔板數(shù)量及間距、 基本風(fēng)壓和地震設(shè)計烈度和場地土 類別 攪拌容器條件圖：應(yīng)注明攪拌器形式及轉(zhuǎn)向、軸功率等。一、壓力容器設(shè)計的基本內(nèi)容1、基本設(shè)計內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足工藝、制造、使用、檢驗等方面的要求，設(shè)計簡單、合理、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式。強度和剛度設(shè)計通過強度和剛度計算，確定零部件結(jié)構(gòu)尺寸，選擇合適的材料。密封設(shè)計選擇或設(shè)計合理的密封結(jié)構(gòu)，選擇合適的密封材料。2、壓力容器設(shè)計的基本步驟：用戶提出技術(shù)要求分析容器的工作條件，確定設(shè)計參數(shù)結(jié)構(gòu)分析

6、、初步選材選擇合適的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力分析和強度計算確定構(gòu)件尺寸和材料繪制圖紙，提供設(shè)計計算書和其它技術(shù)文件 二、壓力容器設(shè)計的基本要求設(shè)計基本要求安全性 經(jīng)濟性基本原則：安全是前提和核心，經(jīng)濟是設(shè)計的目標(biāo)，在充分保證壓力容器安全的前提下應(yīng)盡可能做到經(jīng)濟。三、壓力容器設(shè)計條件1、設(shè)計條件圖容器條件圖設(shè)計條件圖換熱器條件圖 塔器條件圖攪拌容器條件圖2、基本設(shè)計要求工作介質(zhì)設(shè)計要求壓力和溫度計壽命、腐蝕速率、保溫條件等）操作方式和要求其它（容積、材料、設(shè)常規(guī)設(shè)計方法四、壓力容器設(shè)計方法分析設(shè)計方法 疲勞分析設(shè)計方法斷裂力學(xué)分析設(shè)計方法設(shè)計圖樣五、壓力容器設(shè)計文件設(shè)計計算書它文件安裝、使用說明書及其 4

7、-2 設(shè)計準(zhǔn)則主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時數(shù)1、壓力容器的失效講授2 2、壓力容器失效設(shè)計準(zhǔn)則自學(xué)1、了解壓力容器失效的基本形式教學(xué)目的和要求 2、了解壓力容器的強度失效設(shè)計準(zhǔn)則、剛度失效設(shè)計準(zhǔn)則、穩(wěn)定失效設(shè)計準(zhǔn)則和泄漏失效設(shè)計準(zhǔn)則教學(xué)重點和難點壓力容器失效設(shè)計準(zhǔn)則思考題課外作業(yè)強度失效 剛度失效一、壓力容器的失效形式失穩(wěn)失效泄漏失效 交互失效 1、強度失效由于材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效。韌性斷裂 脆型斷裂 強度失效形式 疲勞斷裂 蠕變斷裂 腐蝕斷裂（1）韌性斷裂壓力容器在載荷作用下，應(yīng)力達到或接近材料的強度極限而發(fā)生的斷裂。特點：材料斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，容器發(fā)生鼓脹。容器斷口處厚度

8、減薄。斷裂時幾乎沒有碎片。失效原因：容器厚度不夠。壓力過大（大于最大工作壓力）。（2）脆性斷裂（低應(yīng)力脆斷）容器中的應(yīng)力遠低于材料的強度極限而發(fā)生的斷裂。特點：斷口平齊，且與最大應(yīng)力方向垂直。斷裂時可能碎裂成碎片飛出。斷裂時應(yīng)里很低，安全附件不起作用，具有突發(fā)性。失效原因：容器材料的脆性。材料中存在缺陷。（3）疲勞斷裂在交變載荷作用下，材料原有的或萌生的裂紋擴展導(dǎo)致容器發(fā)生的斷裂。特點：斷口有貝殼狀的疲勞條紋。斷裂時容器無明顯的塑性變形，容器整體應(yīng)力較低。斷裂具有突發(fā)性，危害性較大。失效原因：交變載荷。高應(yīng)力區(qū)形成疲勞裂紋。（4）蠕變斷裂壓力容器長時間在高溫下受載，材料的蠕變變形會隨著時間不斷

9、增大，使容器厚度明顯減薄，發(fā)生鼓脹變形，最終導(dǎo)致容器發(fā)生斷裂。特征：在恒定載荷和低應(yīng)力條件下也會發(fā)生蠕變斷裂。斷裂前材料會產(chǎn)生蠕變脆化。斷裂前材料具有韌性斷裂的特征，斷裂時材料具有脆性斷裂的特征。（5）腐蝕斷裂由于材料受到介質(zhì)腐蝕，造成容器整體厚度減薄，或局部凹坑、裂紋等，由此引 起的斷裂稱為腐蝕斷裂。全面腐蝕 點腐蝕 晶間腐蝕 應(yīng)力腐蝕2、剛度失效構(gòu)件發(fā)生過度彈性變形引起的失效3、失穩(wěn)失效 彈性失穩(wěn) 非彈性失穩(wěn)4、泄漏失效 5、交互失效 腐蝕疲勞 蠕變疲勞二、壓力容器的失效判據(jù)和設(shè)計準(zhǔn)則1、失效判據(jù)判斷壓力容器是否失效兩個必需的條件：力學(xué)分析結(jié)果失效數(shù)值彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則 塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則 爆

10、破失效設(shè)計準(zhǔn)則（1）強度失效設(shè)計準(zhǔn)則 彈塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則 疲勞失效設(shè)計準(zhǔn)則 蠕變失效設(shè)計準(zhǔn)則 脆性斷裂失效設(shè)計準(zhǔn)則2、壓力容器設(shè)計準(zhǔn)則（2）剛度失效設(shè)計準(zhǔn)則（3）穩(wěn)定失效設(shè)計準(zhǔn)則（4）泄漏失效設(shè)計準(zhǔn)則 4-3 常規(guī)設(shè)計主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時數(shù)1、壓力容器設(shè)計概述 2、圓筒設(shè)計 3、封頭設(shè)計4、密封裝置設(shè)計講授18 5、開孔和開孔補強設(shè)計自學(xué)6、支座和檢查孔7、安全泄放裝置 8、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 9、壓力試驗1、了解壓力容器設(shè)計的基本內(nèi)容 2、掌握壓力容器筒體和封頭設(shè)計方法 3、掌握螺栓法蘭連接的設(shè)計方法 教學(xué)目的和要求 4、掌握開孔和開孔補強設(shè)計方法 5、了解支座、檢查孔、安全泄放裝置的作用、

11、結(jié)構(gòu)和選用 6、掌握焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 7、掌握壓力試驗的方法和計算 1、壓力容器筒體和封頭設(shè)計計算教學(xué)重點和難點2、螺栓法蘭連接的設(shè)計計算 3、開孔和開孔補強設(shè)計計算4、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計課外作業(yè)思考題；習(xí)題T1、T2、T 3、T 5 、T 7一、概述（1）壓力容器常規(guī)設(shè)計方法（2）壓力容器分析設(shè)計方法；（3）彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則二、圓筒設(shè)計（一）結(jié)構(gòu)單層卷焊式單層式整體鍛造式 單層瓦片式無縫鋼管式圓筒結(jié)構(gòu)形式 多層包扎式 熱套式 組合式 繞板式 整體多層包扎式繞帶式槽形繞帶 扁平鋼帶傾角錯繞式1、單層式圓筒 優(yōu)點：不存在層間松動等薄弱環(huán)節(jié)，能較好地保證筒體的強度。缺點：（1）對制造設(shè)備的要求高。（2）

12、材料的浪費大。（3）存在較深的縱、環(huán)焊縫，不便于焊接和檢驗。圓筒 層板包扎式：優(yōu)點：（1）對加工設(shè)備的要求不高。（ 2）壓縮預(yù)應(yīng)力可防止裂紋的擴展。（ 3）內(nèi)筒可采用不銹鋼防腐。（4）層板厚度薄，韌性好，不易發(fā)生脆性斷裂。缺點：（1）包扎工序繁瑣，費工費時，效率低。（ 2）層板材料利用率低。（ 3）層間松動問題 熱套式 優(yōu)點：（1）套合層數(shù)少，效率高，成本低。（2）縱焊縫質(zhì)量容易保證。缺點：（1）只能套合短筒，筒節(jié)間深環(huán)焊縫多。（2）要求準(zhǔn)確的過盈量，對筒節(jié)的制造要求高。操作簡便，材料利用率高。（2）縱焊縫少。缺點：（1）繞板薄，不宜制造壁厚很大的容器。（2）層間松動問題。繞板式 優(yōu)點：（1）

13、機械化程度高，槽形繞帶式 優(yōu)點：（1）筒壁應(yīng)力分布均勻且能承受一部分由內(nèi)壓產(chǎn)生的軸向力。（ 2）機械化程度高，材料利用率高。缺點：（1）鋼帶成本高，公差要求嚴(yán)格。（ 2）繞帶時鋼帶要求嚴(yán)格嚙合，否則無法貼緊。扁平鋼帶傾角錯繞式 特點：（1）機械化程度高，材料利用率高。（2）整體繞制，無環(huán)焊縫。（3）帶層呈網(wǎng)狀，不會整體裂開。（4）扁平鋼帶成本低，繞制方便。（二）強度計算1、單層圓筒（1）D壁厚計算1P cDt4Di，引入焊縫系數(shù)P c(Di)t4得：cpp cDi2tp c計算壓力焊接接頭系數(shù)適用范圍：設(shè)計厚度：名義厚度：有效厚度：pc0.4 td= +C 2 n= d + C1+ = + C

14、1 +C2+e= + = n- C1 -C2上述四個厚度之間的關(guān)系：C2 d n e C1+C1+C 2 （2）強度校核工作應(yīng)力：tpc(Diee)t2最大允許工作壓力：p w2etD ie容器的最小厚度：碳素鋼、低合金鋼制容器： min3mm 高合金鋼制容器： min2mm 規(guī)定容器的最小壁厚，在經(jīng)濟上是合理的，因為對于壁后很薄的容器，在制造過程（例如兩個筒節(jié)的對接）和運輸過程中，為了維持必要的圓度和剛度，要是用大量的輔助鋼材把筒節(jié)撐圓，這些鋼材所需費用要計入容器的制造成本中去。（3）壓力試驗壓力試驗?zāi)蛪涸囼炓簤涸囼灇鈮涸囼灇饷苄栽囼炓簤涸囼炘囼瀴毫Γ簝?nèi)p T1.25p 壓容器：外 壓 容

15、器 和t真空容器：pT1.25p注意：*夾套容器：視內(nèi)筒為內(nèi)壓或外壓容器，分別按內(nèi)壓或外壓容器的試驗壓力公式確定試驗壓力；夾套按內(nèi)壓容器確定試驗壓力。*需校核內(nèi)筒在夾套液壓試驗壓力下的穩(wěn)定性，如不滿足穩(wěn)定性要求，則需在夾套液壓試驗時，內(nèi)筒內(nèi)保持一定的壓力。Tp T(Diee)0.9S(02.)2如果直立容器臥置進行液壓試驗，則在應(yīng)力校核時，柱壓力。PT 應(yīng)加上容器立置充滿水時的最大液p T1. 15pTpT(Diee)08.S(0.2)t2氣壓試驗內(nèi)壓容器：裝置，氣密性試驗壓力外壓容器和真空容器：強度校核： 氣密性試驗容器上沒有安全泄放PT=1.0P 容器上設(shè)置了安全泄放裝置，氣密性試驗壓力應(yīng)

16、低于安全閥的開啟壓力或爆破片的設(shè)計爆破壓力。通常取 PT=1.0PW。（三）設(shè)計參數(shù)的確定1、設(shè)計壓力 P （1）設(shè)計壓力 工作壓力 工作壓力由工藝過程決定，其大小在工作過程中可能有變化，在容器頂部和底部工作壓力也可能不同。設(shè)計由具體工作條件規(guī)定，通常為定值。（2）最大工作壓力 PW 指容器在正常工作情況下其頂部可能出現(xiàn)的最高表壓力。要求： P PW（3）裝有安全閥的容器，P（1.051.1）PW 裝有爆破膜的容器，P=（1.151.75）PW 裝有液化氣的容器，按可能達到最高溫度下介質(zhì)的飽和蒸汽壓確定 P 裝有液體的容器， 當(dāng)受壓元件所在截面處的液柱靜壓力達到或超過設(shè)計壓力的 5%時，液柱靜

17、壓力應(yīng)計入設(shè)計壓力。即： P= P + PL 2、設(shè)計溫度 t 正常工作情況下及相應(yīng)設(shè)計壓力下設(shè)定的受壓元件的溫度。容器的設(shè)計溫度一般由工藝 條件給出。3、焊縫系數(shù)反映由于焊縫存在，容器材料受到削弱的程度，其值主要考慮焊縫形式和對焊縫進行無 損檢驗的要求。見表 43。4、壁厚負(fù)偏差見表 4-2 5、許用應(yīng)力 y，極限強度安全系數(shù)(1)當(dāng)材料溫度低于蠕變溫度時，表示材料抵抗塑性變形能力的強度指標(biāo)是屈服極限表示材料抵抗斷裂能力的強度指標(biāo)是強度極限b。當(dāng)材料溫度高于蠕變溫度時，表示材料高溫下抵抗塑性變形能力的強度指標(biāo)是蠕變極限 n，表示材料高溫下抵抗斷裂能力的強度指標(biāo)是持久極限D(zhuǎn)。(2)安全系數(shù)的規(guī)

18、定 碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金鋼：nb3.0 ns1.6 nD1.5 nn1.0 奧氏體高合金鋼：nb3.0 ns1.5 nD1.5 nn1.0 見表 4-4 bminnb或t ssnsnsnt或tDnnnD(3)許用壓力(4)對于不銹鋼復(fù)合板或多層板t(tniCC2 i)i(tni2 i)（四）容器的耐壓試驗壓力試驗?zāi)蛪涸囼炓簤涸囼灇鈮涸囼灇饷苄栽囼?、強度試驗 試驗壓力液壓：P T.1 25 P且不小于（P.0 )1MPat氣壓：P T1.15 P且不小于（P.0 1 )MPat為了確保耐壓實驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，應(yīng)校核容器中的薄膜應(yīng)力：直立容器臥置進行液壓試驗時，PT還應(yīng)加上立置

19、時的液柱壓力，再進行校核。TP TD i i n(n)C)09.YMPa（液壓）C08.YMPa（氣壓）2 (試驗溫度耐壓試驗時， 為避免材料的低溫脆性破裂，試驗環(huán)境和水溫必須高于材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度（ NDT ），根據(jù)目前我國壓力容器用材情況，對于碳素鋼、16M nR、正火 15 M nVR，試驗溫度不得低于 5；對于其它低合金鋼容器，試驗溫度不得低于 15。2、致密性試驗氣密性試驗：容器上無安全泄防裝置 PT=1.0P 容器上有安全泄防裝置 PT=1.0Pw（氣壓試驗合格的容器可不做致密性試驗）（五）外壓圓筒設(shè)計1、解析法解析法的缺點：要經(jīng)過多次試算，計算過程繁瑣；彈性范圍的判斷；2、圖算

20、法（1）幾何參數(shù)計算圖臨界壓力：長圓筒：P cr.22E(e)325.D 0(e)短圓筒：P cr.259ED0)(LD0臨界壓力：長圓筒：cr.11 E(e)2D0短圓筒：cr.13 E(De)1 5.0(L)D0臨界應(yīng)變：長圓筒：cr.1(1e)2D03(e)1 5.短圓筒：cr.1D0)(LD0幾何參數(shù)計算圖： 平行于縱軸的直線代表長圓筒，斜線代表短圓筒。 A 僅與圓筒的幾何參數(shù)有關(guān)，與材料無關(guān)。 幾何參數(shù)圖對長圓筒和短圓筒都適用。（2）壁厚計算圖 不同材料有不同的- 曲線，故有不同的B-A曲線。 同一材料在不同溫度下的 線。- 曲線不同，所以每張圖中都有一組與不同溫度對應(yīng)的曲 每條曲線

21、均有兩部分組成，直線部分代表彈性變形階段，可直接計算得B（比查圖準(zhǔn)確） ，曲線部分代表非彈性變形階段，需由A 查圖得 B。（3）圖算法的設(shè)計計算步驟 假設(shè) n， e= n-C 計算（ D0/ e）、（L/ D 0）, 由幾何參數(shù)計算圖查 A 由壁厚計算圖 A-B（彈性變形階段和非彈性變形階段） P=B( e/D 0) ，比較 PC和P ，若 PC小于 P 且較接近，則假設(shè) n 合適，否則重新假設(shè) n，重復(fù)以上步驟，直到滿足要求。3、設(shè)計參數(shù)的確定（1）設(shè)計壓力真空容器有安全裝置時：1 . 25 ( p 0 p i ) max p min 0 . 1 MPa無安全裝置時：p=0.1Mpa帶夾套的

22、真空容器 p 取真空容器的設(shè)計壓力加上夾套壓力 3、其它外壓容器（包括帶夾套的外壓容器）p 應(yīng)不小于容器正常工作過程中可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓力差即： p(p 0-p i )max 注意：最大內(nèi)外壓差的取值（2）穩(wěn)定性安全系數(shù) 根據(jù) GB150 的規(guī)定 對于圓筒： m=3.0（周向外壓）m=4.0（軸向外壓）對于球殼： m=14.52 （3）計算長度 圖（ 4-11）4、加強圈的設(shè)計計算（1）加強圈設(shè)計步驟：1、初步取加強圈的數(shù)目和間距nLL1LsnL1I max2、計算加強圈和圓筒組合而成的當(dāng)量圓筒所需的組合慣性矩3、選擇加強圈材料，按型鋼規(guī)格初定加強圈的截面形狀和尺寸，計算實際組合截面慣性矩

23、IS。4、比較 I S和 I ，若 I S I 且比較接近，則加強圈的尺寸、數(shù)目和間距滿足要求，否則重新 選擇加強圈，重復(fù)以上步驟，直到滿足要求為止。（2）加強圈結(jié)構(gòu)設(shè)計：1、加強圈可采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼，這樣材料供應(yīng)方便且型鋼具有較大的截 面慣性矩。加強圈可設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部，并應(yīng)環(huán)繞容器整個圓周。2、加強圈和殼體的連接必須足夠緊密，以保證加強圈和殼體一起承載，加強圈和殼體之間 可采用連續(xù)焊或間斷焊。3、為保證筒體和加強圈的穩(wěn)定性，加強圈不得被任意削弱或割斷。三、封頭設(shè)計 封頭按形狀分類半球形封頭內(nèi)壓封頭凸形封頭半橢球（橢圓形）封頭頭帶折邊球形（碟形）封錐形封頭無折邊球形封頭

24、無折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭平板形封頭 1、凸形封頭（1）半球形封頭計算厚度：4P CDiP C直邊）t（2）橢圓形封頭計算厚度：2KP CDi. 5 P Ct0K-應(yīng)力增強系數(shù)如果a.102. 6b則K12(Di)262hh i封頭內(nèi)表面高度（不含標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：K1P W2 it.0eeKD5最小厚度：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭： 非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：e0.15%D i e0.30%D i（3）碟形封頭MPCR i計算厚度：2t0.5P CM- 應(yīng)力增強系數(shù)（4）錐形封頭M13RM1. 325計算厚度：C2P CDCP C1tcos4rr過渡區(qū)半徑標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：無折邊錐形封頭 Q-應(yīng)力增強系數(shù) 帶折邊

25、錐形封頭若需加強，則：C2QP CDiP C錐體計算厚度：tfP CDi5 P C0 .tf系數(shù)（）過渡段：t2KcP CDiP Ct0. 5 K-應(yīng)力增強系數(shù)（表4-6 ）（5）平板形封頭周邊固支：max3PR2）0. 188P(D)2(D).03 )0. 3)42周邊簡支：max（38 tPR20. 31P(2(2tD 2 t則：max KP ( ) KP C得：P D c t K- 結(jié)構(gòu)特征系數(shù)（表 4-8 ）Dc-封頭的有效直徑（表 4-8 ）* 在封頭直徑較大時，采用平板形封頭其壁厚將非常大，不僅浪費材料，而且笨重，給運輸和安裝帶來不便。 所以盡管平板形封頭結(jié)構(gòu)簡單、制造容易， 但承

26、壓設(shè)備一般都不采用平板形封頭，只有壓力容器的人孔蓋、手孔蓋及接管所用盲板等處采用平板結(jié)構(gòu)。外壓凸形封頭1、半球形封頭2、橢圓形封頭彈性階段：P 0 . 0833 E(e)2按半球形封頭計算壁厚 R 0=K1D03、碟形封頭假設(shè)neA0 .125 (e)壁厚計算圖D0D0非彈性階段：PB(e)D0PP?調(diào)整n直到滿足要求按半球形封頭計算壁厚，R0 取球面部分外半徑。4、無折邊球形封頭按半球形封頭計算壁厚四、密封裝置設(shè)計（一）密封機理及分類密機封理螺栓預(yù)緊力 壓緊墊片 墊圈變形 達到初始密封條件介質(zhì)壓力作用 法蘭向分離方向移動 依靠螺栓力使墊圈上保持一定比壓泄漏形式：界面泄漏 滲透泄漏影響密封的因

27、素：螺栓預(yù)緊力、墊圈性能、壓緊面形式、法蘭剛度、操作條件等。（二）墊片特性與選擇（1）預(yù)緊密封比壓 y (Mpa) -預(yù)緊工況下，形成初始密封條件時，墊圈單位面積上所需的最小壓緊力。壓緊力太大會導(dǎo)致墊片變形破壞。）（墊圈的壓緊力必須合適，壓緊力太小會導(dǎo)致泄漏，預(yù)緊密封比壓 y由試驗確定，是計算螺栓預(yù)緊力的重要參數(shù)。（2）墊片系數(shù) m -操作時，為保證密封，墊圈上必須維持的比壓與介質(zhì)壓力的比值。墊片參數(shù) m的物理意義表示在操作狀況下，實現(xiàn)密封的難易程度。2-9 。預(yù)緊密封比壓 y和墊片參數(shù)的值見表 保證密封的條件：預(yù)緊時，法蘭密封面上的比壓不低于預(yù)緊密封比壓 y；工作時，法蘭密封 面上的比壓不低

28、于 m倍的介質(zhì)壓力。（3）墊片的類型墊片形狀：平面形、O形、波形、齒形、八角形、橢圓形等 墊片類型 非金屬墊片 常用材料：石棉橡膠板、橡膠板、聚四氟乙烯、合成纖維、石墨等。 金屬墊片 常用材料：銅、鋁、低碳鋼、不銹鋼、合金等。 組合式墊片 包括：金屬包墊片；纏繞式墊片；帶骨架的非金屬墊片；（三）螺栓法蘭連接設(shè)計1、壓緊面選擇（1）平面形壓緊面（2）凹凸形壓緊面（3）榫槽形壓緊面（4）梯形槽壓緊面 2、螺栓設(shè)計（1）螺栓材料螺栓是法蘭密封連接中的重要元件，對其基本要求是強度要高、韌性要好。 螺母更換比螺栓容易，且螺母價廉，所以要求螺栓材料的強度比螺母高。 為避免螺栓和螺母咬死或膠合，要求螺栓材料

29、的硬度比螺母高 HB30以上。 對于 t -20 的螺栓，要求選用低合金鋼，并進行夏比 螺栓常用材料和許用應(yīng)力見附錄。（2）螺栓載荷 預(yù)緊時 F a= bDG y b 06.4mm時， b= b 0，DG=墊片接觸面平均直徑b06.4 mm 時，b6. 4 b02. 53b 0DG=墊片接觸面外徑-2b FPDGb(2m)p操作時 螺栓載荷 : 預(yù)緊時 : Wa=Fa 操作時 : WPFFPD2pC2DGbmpG4（3）螺栓直徑與個數(shù) 預(yù)緊時（按常溫計算） AaWab b-螺栓材料常溫時的許用應(yīng)力操作時（按設(shè)計溫度計算） APWPt b t-b螺栓材料設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力螺栓所需總截面積：A

30、mnd2maxA abA P4V形缺口低溫沖擊試驗。d04Amn（4）螺栓間距的限制f -S min(3 . 54 )dBf5 )S max2dB6(m.0法蘭厚度（5）螺栓設(shè)計載荷操作： W=W預(yù)緊：WA m2A bb3、法蘭結(jié)構(gòu)類型及標(biāo)準(zhǔn)（1）法蘭結(jié)構(gòu)類型松式法蘭法蘭類型 整體法蘭任意式法蘭（2）法蘭標(biāo)準(zhǔn)法蘭標(biāo)準(zhǔn)容器法蘭標(biāo)準(zhǔn) 鋼制管法蘭標(biāo)準(zhǔn) 公稱壓力 (PN) 和公稱直徑 (DN) 法蘭的公稱壓力-與法蘭相配的筒體、封頭及管子的公稱直徑。對于鋼板卷焊制成的筒體和與其相配的封頭： DN=Di 對于鋼管， DN通常介于外徑和內(nèi)徑之間 壓力容器法蘭最大允許工作壓力 -表示一定材料和溫度的法蘭的最

31、大操作壓力，其值可能與 PN相同，也可能不同。 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)和容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)不同，既使 PN和 DN相同， 其尺寸也不相同，所以一對相配的法蘭必須選用同一標(biāo)準(zhǔn)。（3）法蘭的強度設(shè)計計算方法Timoshenko 法（了解）*Waters 法 載荷 a、 螺栓載荷 b、 墊片反力 c、 內(nèi)壓載荷 力學(xué)模型 基本假設(shè) a、 中面假設(shè) b、 線彈性假設(shè) c、 小變形假設(shè) 計算方法 a、 法蘭力矩的計算 軸向力 力臂 力矩 b、 法蘭應(yīng)力的計算 c、 法蘭強度校核 法蘭強度校核條件：H2min1.5tftf2.5tRtnfTtfHR（四）高壓密封設(shè)計 1、高壓密封的基本要求：工作可靠，在正常壓力和溫度波動范

32、圍內(nèi)均能保證密封。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝拆、維修方便。密封元件能耐介質(zhì)腐蝕且價格便宜。2、高壓密封的基本特點：金屬密封元件窄面或線接觸密封自緊或半自緊密封 3、高壓密封的結(jié)構(gòu)型式平墊密封特點： 強制式密封 采用窄面金屬墊片 主螺栓直徑大 適用范圍： t 200oC Di 1000mm 卡扎里密封優(yōu)點： 螺紋套筒代替主螺栓，承載能力大，裝拆方便。螺紋套筒可能銹蝕 而拆卸困難。（螺紋套筒可用主螺栓代替）適用范圍：大直徑、高壓力 雙錐密封 g 的大小 錐環(huán)剛度錐環(huán)尺寸 預(yù)緊力的大小 雙錐密封特點： 結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便、密封可靠。 半自緊密封，主螺栓直徑較小。 壓力和溫度波動時也能保證良好密封。適用范圍：

33、P=6.435MPa t =0400oC Di =4002000mm 伍德密封優(yōu)點： 預(yù)緊螺栓直徑小缺點： 全自緊式密封，壓力和溫度的波動不會影響密封可靠性。 取消了主螺栓，使筒體端部尺寸減小。缺點：零件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。C形環(huán)密封O形環(huán)密封其它密封結(jié)構(gòu)高壓管道密封 改善密封接觸表面提高高壓密封性能的措施 改進墊片結(jié)構(gòu) 采用焊接密封元件五、開孔和開孔補強設(shè)計 開孔接管部位的應(yīng)力集中：強度削弱 不連續(xù)應(yīng)力 局部應(yīng)力 焊接缺陷和殘余應(yīng)力 1、補強結(jié)構(gòu) 補強圈補強 厚壁管補強 整鍛件補強 2、開孔補強計算（1）開孔補強設(shè)計準(zhǔn)則 等面積補強在有小補強范圍內(nèi)，可起補強作用的金屬截面積A e應(yīng)大于或等于開孔所削弱的金屬截面積A ，即要求 A eA 極限分析補強（2）等面積補強計算B et n e h1 t Cdi+2C Ch2C1+2C2 nt 允許不另行補強的最大開孔直徑 允許開孔的范圍