第二章 壓力容器基本結(jié)構(gòu)

第二章壓力容器基本結(jié)構(gòu)第一節(jié)壓力容器的結(jié)構(gòu)形式一、球形容器優(yōu)點：受力時其應(yīng)力分布均勻，在相同的壓力載荷下，球殼體的應(yīng)力僅為直徑相同的圓筒形殼體的1/2，即如果容器的直徑、工作壓力、制造材料相同時，球形容器所需的計算壁厚僅為圓筒形容器的1/2,另外，相同的容積，球形的表面積最小。綜合面積及厚度的因素，故球形容器與相同容積工作壓力、材料的圓筒形容積相比，可節(jié)省材料30%—40%。缺點：球形容器制造復(fù)雜、拼焊要求高，而且作為傳質(zhì)、傳熱或反應(yīng)的容器時，因工藝附件難以安裝，介質(zhì)流動困難，故廣泛用作大型貯罐。二、圓筒形容器

其幾何形狀特點是軸對稱，外觀沒有形狀突變，因而受載應(yīng)力分布也較為均勻，承載能力較高，與球形容器相比，受力狀態(tài)雖不如球形容器，但制造方便，質(zhì)量易得到保證，工藝內(nèi)件易于安排裝拆，可用作任何用途的容器。與其他型式容器相比，受力狀態(tài)要理想得多。故圓筒形容器是目前使用最廣泛的一種。三、箱形容器

箱形結(jié)構(gòu)容器分為正方形結(jié)構(gòu)及長方形結(jié)構(gòu)兩種。由于其幾何形狀突變，應(yīng)力分布不均勻，轉(zhuǎn)角處局部應(yīng)力較高，所以這類容器結(jié)構(gòu)不合理，較少使用。一般僅用作壓力較低的容器，如蒸汽消毒柜(圖，2-3)及化纖設(shè)備的加熱箱體。四、錐形容器一般使用的是由錐形體與圓筒體組合而成的組合結(jié)構(gòu)(圖2-4)。第二節(jié)壓力容器的組成

常見壓力容器一般由筒體、封頭(管板)、法蘭、接管、人(手)孔、支座等部分組成，如圖2-5-所示。一、筒體

筒體是壓力容器最主要的組成部分與封頭或端蓋共同構(gòu)成承壓殼體，是貯存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的壓力空間。筒體直徑較小時(一般＜500毫米）可用無縫鋼管制作，直徑較大時，可用鋼板在卷板機(jī)上先卷成圓筒然后焊接而成。便于成批生產(chǎn)，筒體直徑的大小已標(biāo)準(zhǔn)化，可按表2-1、2-2中所示的公稱直徑選用(帶括號的尺寸應(yīng)盡量不采用)。對焊接筒體表中公稱直徑是指它的內(nèi)徑，而用無縫鋼管制作的筒體，表中公稱直徑則是指它的外徑。圓柱形筒體按其結(jié)構(gòu)又可分為整體式和組合式兩大類。二、封頭與端蓋凡與筒體焊接連接而不可拆的，稱為封頭;與筒體及法蘭等連接而可拆的則稱為端蓋。

封頭按形狀可以分為三類，即凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。1.凸形封頭凸形封頭有半球形、碟形、橢圓形和無折邊球形封頭之分。(1)半球形封頭;相同直徑和相同壓力下，所需板厚最小。除用于壓力較高、直徑較大的貯罐及其他有特殊要求的容器外，一般較少采用。(2)橢圓形封頭橢圓形封頭是目前壓力容器使用最普遍的一種。(3)碟形封頭

碟形封頭又稱帶折邊球形封頭。(4)無折邊球形封頭

只適用于直徑較小，壓力較低的容器上。2.錐形封頭錐形封頭有帶折邊(圖2-7b、c)和無折邊(圖2-7a)兩種。3.平板封頭

平板封頭受力時強(qiáng)度錄低，相同直徑、相同壓力下所需的厚度最大，除用做人孔蓋以及一些高壓容器外，一般很少采用。三、法蘭

法蘭通過螺栓、楔口等連接件壓緊密封件保證容器的密封。故法連接是由法蘭、螺栓、螺母及密封元件所組成的密封連接件。法蘭按照所連接的部件可分為容器法蘭及管道法蘭。法蘭按其整體性程度，分成三種型式:整體法蘭、松式法蘭及任意式法蘭。法蘭按其密封面型式又可分為平面法蘭，凹凸面法蘭及榫槽面法蘭。不同的密封元件和不同的連接件相組配，構(gòu)成了各種不同的密封結(jié)構(gòu)。(1)強(qiáng)制密封(2)自緊密封(3)半自緊密封。四、接管常用的接管有三種型式，即螺紋短管、法蘭短管與平法蘭接管。接管與容器的連接有貼合式和插人式兩種型式。五、人孔和手孔人孔和手孔按其形狀可分為圓形及橢圓形兩種，按其封閉形式可分為外閉式(圖2-8)及內(nèi)閉式(圖2-9)兩種。開孔補(bǔ)強(qiáng)方法有整體補(bǔ)強(qiáng)和局部社強(qiáng)兩種。六、支座支座是用于支承容器重量并將它固定在基礎(chǔ)上的附加部件，一般分為三大類:即立式容器支座、臥式容器支座及球形容器支座。常用了用的立式容器支座有懸掛式支座(耳式支座)(圖2-10a)、支承式支座(圖2-10b,c)、裙式支座(圖2-10d)及腿式支座垂(圖2-10e)。第二章復(fù)習(xí)與思考題1.構(gòu)成一臺完整的壓力容器應(yīng)包括哪些最基本的組成部分?各部分的功能是什么?答：筒體、封頭（管板）、法蘭、接管、人（手）孔、支座等部分組成。a、筒體是壓力容器最主要的組成部分，與封頭或端蓋共同構(gòu)成承壓殼體，是貯存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的壓力空間。b、封頭與端蓋凡是與筒體焊連接而不可拆的，稱為封頭。與筒體及法蘭等連接而可拆的則稱為端蓋。c、接管用于介質(zhì)的進(jìn)出、安全附件的安裝等。d、人孔、手孔用于容器的定期檢驗、檢查或清除污物。e、支座用于支承容器的重量并將它固定在基礎(chǔ)上的附加部件，其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定于容器的安裝方式、容器重量及其他載荷。2.試敘述密封件的作用原理，其結(jié)構(gòu)型式有哪些？答：密封元件是放在兩法蘭接觸面之間或封頭與筒體頂部的接觸面之間，借助于螺栓等連接件的壓緊力達(dá)到密封的目的。結(jié)構(gòu)形式：⑴強(qiáng)制密封⑵自緊密封⑶半自緊密封3.對容器開孔有何要求?為什么開孔應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)?答：手孔的大小要使人的手能自由通過，并考慮手上還可能握有裝卸工具和供安裝的零件，一般手孔的直徑不小于150mm。對于內(nèi)徑大于等于1000mm的容器，如不能利用其他可拆裝置進(jìn)行的內(nèi)部檢驗和清洗時，應(yīng)開設(shè)人孔，人孔的大小應(yīng)能使人能夠鉆入。人孔和手孔的尺寸應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。容器的筒體或封頭開孔后，不但減小了容器壁的受力面積而且還因為開孔造成結(jié)構(gòu)不連續(xù)而引起的應(yīng)力集中，使開孔邊緣處的應(yīng)力大大增加，孔邊的最大應(yīng)力要比器壁上的平均應(yīng)力大幾倍，對容器的安全運(yùn)行極為不利。為了補(bǔ)償開孔處和薄弱部位，就需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)措施。開孔補(bǔ)強(qiáng)方法有整體補(bǔ)強(qiáng)和局部補(bǔ)強(qiáng)。4.壓力容器常見的支座型式有哪幾種(簡圖表示)?答：常用的有懸掛式（耳式）支承式、裙式、腿式5.高壓容器筒體的主要結(jié)構(gòu)型式有哪幾種?答：鍛焊式、多層板式、繞制式。6.壓力容器常見的封頭型式有哪些?各有何優(yōu)缺點?答：分為三類，即凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。⑴凸形封頭有半球形、碟形、橢圓形和無折邊球形封頭之分。優(yōu)點：相同直徑和相同壓力下，所需板厚最小。⑵由于其曲率半徑連續(xù)變化，沒有形狀突變，受力情況僅次于半球形封頭。⑶碟形封頭又稱帶折邊球形封頭通常用于壓力較低，直徑較大的容器。⑷無折邊球形封頭結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。錐形封頭證氣體介質(zhì)在容器中均勻分布或改變流體流速。7.密封結(jié)構(gòu)如何分類?幾種常用的密封結(jié)構(gòu)是什么?答：按照密封機(jī)理的不同，密封結(jié)構(gòu)可分為強(qiáng)制密封、自緊密封兩大類。前者是通過堅固端蓋與筒體端部的螺栓等連接件強(qiáng)制將密封面壓緊來達(dá)到密封的目的；后者是利用容器內(nèi)介質(zhì)的壓力使密封面產(chǎn)生壓緊力來達(dá)到密封目的。常用的結(jié)構(gòu)：平墊密封、卡扎里密封、雙錐密封、伍德密封、“O”形環(huán)密封。8.你廠壓力容器的連接結(jié)構(gòu)中主要采用了哪幾種密封結(jié)構(gòu)形式?答：a、平墊密封b、卡扎里密封c、“O”形環(huán)密封9.試說明壓力容器的幾種類型及其優(yōu)缺點？答：a、球形容器優(yōu)點：受力均勻、相同的壓力載荷球殼體的應(yīng)力僅為直徑相同的圓筒形殼體的1/2節(jié)省材料。b、圓筒形容器：軸對稱外觀沒有形狀突變因而受應(yīng)力分布均勻，承載能力較高與球形容器相比制造方便，質(zhì)量易保證，工藝內(nèi)件易于安排裝拆，可用作任何用途的容器。c、箱形容器d、錐形容器10.高壓容器密封結(jié)構(gòu)的特點是什么?