外压容器设计..ppt

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1、化工容器设计第四章外压容器设计潘家祯华东理工大学机械与动力工程学院1第四章外压容器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2第四章外压容器设计第一节概述一、外压容器的失效形式外压容器的失效形式有两种：发生压缩屈服破坏;当外压达到一定的数值时，壳体的径向挠度随压缩应力的增加急剧增大，直至容器压扁，这种现象称为外压容器的失稳或屈曲。3第四章外压容器设计第一节概述二、临界压力外压容器发生失稳时的相应压力称为临界压力。薄壁圆筒受侧向均布外力作用，一旦达到临界压力时，沿周向将形成几个波。外压圆筒的失稳形态4第四章外压容器设计第一节概

2、述临界压力临界压力除与圆筒材料的E、μ有关外，主要和圆筒长度与直径之比值、壁厚与直径的比值有关。早期对外压圆筒的分析是按照理想圆柱壳线性小挠度理论进行的，但失稳实验表明该分析结果不正确，根本原因壳体失稳本质上是几何非线性问题，所以失稳分析应按非线性大挠度来考虑。5第四章外压容器设计第一节概述临界压力表述与许用设计外压的确定[p]Pcr/m[P]－许用设计外压，MPaPcr－临界压力，MPam－稳定系数，我国钢制压力容器标准取m=36第四章外压容器设计第一节概述外压容器的设计参数1、设计压力和液压试验压力设计压力P设：正常工作过程中可能产生的最大内外压差真空容器：有安全装置，取（1.25

3、Pmax，0.1MPa）中的较小值；无有安全装置，取0.1MPa夹套容器：内部真空，真空容器设计压力＋夹套设计压力考虑容器可能出现的最大压差的危险工况。如内筒泄漏、夹套液压试验等工况…7第四章外压容器设计第一节概述1、设计压力和液压试验压力试验压力PT：不带夹套的外压容器，按内压试验；带夹套外压容器，夹套试验压力按外压容器，但必须校核内筒的稳定性；真空容器以内压作压力试验；8第四章外压容器设计外压容器的设计参数2、外压筒体计算长度L：指筒体上两个刚性构件如封头、法兰、加强圈之间的最大距离。对于凸形端盖：L＝圆筒长＋封头直边段＋端盖深度对于法兰：L＝两法兰面之间的距离对于加强圈：L＝加强圈中心

4、线之间的距离第一节概述9第四章外压容器设计外压容器的设计参数3、外压容器的设计计算“设计规定”稳定性系数m＝3，此时要求圆筒的不圆度e0.5%Dg，且e25mm.第一节概述10第四章外压容器设计第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力三、轴向受压圆筒的临界应力11第四章外压容器设计第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力基本概念：长圆筒与短圆筒当圆筒的长度与直径之比较大时，其中间部分将不受两端封头或加强圈的支持作用，弹性失稳时形成n=2的波数，这种圆筒称为长圆筒，长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒厚度

5、与直径的比值有关。长圆筒临界压力：当圆筒的长度与直径之比较小，失稳波数大于2时，称为短圆筒。短圆筒临界压力：Do为圆筒外径12第四章外压容器设计(一)圆环的临界载荷当圆筒的长度与直径之比较大时，其中间部分将不受两端封头或加强圈的支持作用，弹性失稳时横截面形成n＝2的波数，这种圆筒称为长圆筒。长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒壁厚与直径的比值有关第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力当圆筒的相对长度较小，两端的约束作用不能忽视，临界压力不仅和壁厚与直径之比有关，而且和长度与直径之比有关，失稳的波数n大于2，称为短圆筒。13第四章外压容器设计第二节外压薄壁圆筒的稳定

6、性计算一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力(一)圆环的临界载荷圆环临界载荷的表达式：圆环的惯性矩圆筒的抗弯刚度钢质圆筒，μ=0.3高度为1的圆环14第四章外压容器设计(一)未加强圆筒的临界压力第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力Mises在1914年按线性小挠度理论导出短圆筒的临界压力公式：15第四章外压容器设计(一)未加强圆筒的临界压力第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力16第四章外压容器设计(二)临界长度第二节外压薄壁圆筒的稳定性计算二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力图4-617第四章外压容器设计(二)带加强圈的圆筒第二节外压

7、薄壁圆筒的稳定性计算二、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力在既定直径与材料下，提高外压容器的临界压力，可增加筒体厚度或减小计算长度，从减轻容器重量、节约贵重金属出发，减小计算长度更有利。在结构上即是在圆筒的内部或外部相隔一定的距离焊接用型钢做的加强圈，如图所示。因为计算假设圆筒与加强圈同时发生失稳，所以它们达到失稳的必要条件是加强圈必须有足够的刚度或截面惯性矩。每一加强圈可考虑承受圈两侧Ls/2距离内的外载荷。