外壓容器設(shè)計課件

2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology1主要內(nèi)容：外壓圓筒圖算法原理外壓封頭的計算真空容器加強圈的計算例題第四節(jié)外壓容器的設(shè)計2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology2

關(guān)于外壓容器臨界壓力計算圓筒的類型；不同類型圓筒的臨界壓力計算公式不同。解析法求解需用應(yīng)力，首先假設(shè)名義壁厚，計算臨界長度，判斷長、短圓筒，然后再進行計算臨界壓力，與設(shè)計壓力進行比較，是一個非常復(fù)雜的試算過程。彈性范圍內(nèi)。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology3為了避免解析法設(shè)計的不足，各國均推薦采用圖算法。圖算法是工程設(shè)計中常用的方法，它適用于彈性及彈塑性失穩(wěn)設(shè)計。圖解法是以勃萊斯公式和拉默公式為基礎(chǔ)的。1外壓圓筒圖算法原理2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology4（1）臨界壓力計算2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology5（2）臨界應(yīng)力計算2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology6為了避開E值，其在塑性狀態(tài)下為變值。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology7臨界應(yīng)變與材料的E沒有關(guān)系，僅是筒體幾何尺寸的函數(shù)；建立的臨界壓應(yīng)變與L/Do，Do/Se的函數(shù)關(guān)系，是以于勃萊斯公式和拉默公式為基礎(chǔ)的。因此，只適用于僅存在周向應(yīng)力、不存在軸向應(yīng)力的情況。一旦建立了圖形，則適用于不同的材料。如果在彈性范圍內(nèi)，就可用公式（5）（6），計算，否則需要查圖計算。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology82023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology9②計算圖的繪制

繪制關(guān)系圖注意：曲線圖中的D用外徑D0

代替。橫坐標(biāo)用字母A代替。S0以代替。

圖3-1外壓或軸向受壓圓筒和管子幾何參數(shù)計算圖（用于所有材料）

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology10鋼制長圓筒，在圖上是垂直于橫坐標(biāo)的直線部分。鋼制短圓筒：對應(yīng)不同參數(shù)，ε不同。反映出米賽斯或拉默公式的適用范圍，是一條斜線。本圖與材料的E值無關(guān)。鋼材取μ＝0.3，普遍使用。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology11求解出臨界應(yīng)變后，可以通過材料的拉伸曲線求解臨界應(yīng)力。（3）許用外壓的確定，此為外壓計算的目的。

工程實際中：①長圓筒或者管子存在橢圓度，一般壓力達到1/3~1/2臨界壓力就會被壓癟；②在操作時由于操作條件的破壞，殼體實際承受的壓力會比計算的壓力大。

m值根據(jù)我國設(shè)計規(guī)定取為3.0。

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology122023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology132023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology142023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology152封頭的穩(wěn)定性計算

（1）外壓球殼2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology162023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology172023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology18（2）外壓凸形封頭

外壓凸形封頭的穩(wěn)定性計算與球殼相同，所考慮的僅是如何確定計算中涉及到的球殼半徑R?！竦畏忸^，僅球冠部分為壓應(yīng)力，因此以球冠的內(nèi)半徑作為計算半徑Ri；●橢圓形封頭，取當(dāng)量計算半徑Ri=KDi，其中標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭為K=0.9。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology19（3）外壓錐形封頭

1、對于

60

的外壓錐形封頭，按承受外壓的等效圓柱形筒體計算。

2、

>60

的外壓錐形封頭按平板封頭計算。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology203真空容器加強圈設(shè)計

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology21將長圓筒轉(zhuǎn)化為短圓筒，或者減少短圓筒的計算長度，目的是提高臨界壓力，有效地減少壁厚，提高穩(wěn)定性；設(shè)計主要是確定加強圈的間距、截面尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計。間距就是保證必須將其轉(zhuǎn)換為短圓筒，注意增加加強圈后的計算長度的計算；2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology22裝有加強圈的筒體，受外壓作用時，作用在加強圈兩側(cè)各L/2的外壓力由何物承擔(dān)？2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology23整個筒體和型鋼制作的加強圈同時承擔(dān)？筒體不承擔(dān)，只有加強圈承擔(dān)？壓力是由筒體的有效段與加強圈所組成的具有組合截面的剛性環(huán)承擔(dān)？

GB150采用的第三種。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology24①

加強圈可采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼等材料供應(yīng)方便且型鋼具有較大的截面慣性矩。②

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。③

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。當(dāng)加強圈設(shè)置在筒體外時，焊縫長度不小于1/2周長，設(shè)置在筒內(nèi)時，焊縫總長度不少于1/3周長。

（1）加強圈結(jié)構(gòu)設(shè)計2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology25④

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。因安裝或設(shè)備結(jié)構(gòu)需要割斷時，其弧長應(yīng)不小于相關(guān)規(guī)定數(shù)值。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology262023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology272023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology28（2）加強圈所需最小截面慣性矩的計算

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology29I的含義為：為使在設(shè)計壓力P的作用下圓環(huán)不失穩(wěn)，該圓環(huán)截面所必需具有的最小軸慣性矩。求解上式時必須知道材料的E值，而E值只能在證明在純彈性狀態(tài)下失穩(wěn)時，才能從手冊中查取。解決的辦法，采用圖算法。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology302023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology31

由于引入了A，則可以根據(jù)B-A曲線求取A，而B可以根據(jù)計算壓力，圓筒外徑和預(yù)先假設(shè)的型鋼尺寸求取。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology322023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology33（3）加強圈實際提供的截面慣性矩的計算

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology342023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology352023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology362023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology37

有關(guān)此方面的設(shè)計，有興趣的同學(xué)請參閱文獻：壓力容器設(shè)計手冊，董大勤主編，465-475。對此有進一步的討論。2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology38例題

2023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology392023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology402023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology412023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology422023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology432023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology442023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology452023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology46172023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofscienceandtechnology472023/8/1QingdaoUniversityof2023/8/13QingdaoUniversityofsci