第五章 外压容器

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1、第五章外压容器的设计本章要求：一、熟悉外压容器的失效形式及设计准则;二、熟练掌握临界压力的概念及影响临界压力的因素;三、掌握外压筒体设计的两种方法：解析法、图算法;四、了解外压凸型封头的设计方法。5.1外压容器的稳定性一、外压容器的失效形式筒体承受均匀侧向外压作用时，未产生失稳时，将产生两向应力：经向应力　　　　、环向应力　　　，且为压应力。应力分析见图１。p图1当侧向外压达到一定值后，往往外压容器的强度足够，而其自的几何形状却产生了永久性的压瘪和折皱，上述现象称之为容器丧失了稳定性，简称失稳。因此外压容器的失效形式主要是失稳。使容器产生失稳时的

2、外压力称为临界压力，筒体在临界压力作用下产生的最大应力称为临界应力。临界应力的大小为：筒体发生失稳后，横截面由圆形变成波浪形。二、外压容器的设计准则设计外压容器时除了满足强度条件外，还要满足：p-设计外压；外压容器取最大压差、真空外压容器取1.25倍最大压差或0.1MPa两者中较小者(有安全装置)。[p]-许用外压；m-稳定系数（筒体取3、封头取15）三、影响临界压力的因素赛洛璐通过实验证实，影响临界压力的因素主要有：制造筒体使用的材质(E)、筒体的几何尺寸(Do/Se、L/Do)。影响长圆筒临界压力的因素：材质(E)、Do/Se影响短圆筒临界压

3、力的因素：材质(E)、Do/Se、L/Do5.2外压圆筒的设计---试差法一、长圆筒壁厚的设计长圆筒的临界压力：由得：考虑壁厚附加量C有：二、短圆筒壁厚的设计短圆筒的临界压力：由得：考虑壁厚附加量C有：三、圆筒临界长度Lcr当时，则有：若L＞Lcr，则为长圆筒；L＜Lcr，则为短圆筒。四、外压圆筒壁厚的设计----简化公式设计法5.3外压圆筒的设计---图算法设壁厚为＜＞合理5.4外压封头的设计外压封头的设计方法是借助外压圆筒设计计算图，并以公式作校核计算。一、外压凸形封头包括半球封头、椭圆形封头和碟形封头，它们的临界压力按下式计算：对于碳钢制造

4、的封头时式中：Rv——为凸形封头的当量半径，对于半球形封头Rv取其内半径Ri;对于椭圆形封头,这里Di是与封头联接筒体的内径。K值值由下表查取。对于碟形封头和无折边球形封头Rv，取球面部分的半径Ri。设计时要使设计外压p小于许用外压，即：式中：[p]—当封头失稳时的临界应力在材料比例极限内时，稳定系数m取15，则：当封头失稳时的临界应力超出材料比例极限时：式中B由算图查得，查图步骤是：(1)假设壁厚，计算出，并根据封头形状确定Rv(2)按下式算出值，(3)根据所选材料，选定相应的算图。从A查取B。若A点落在曲线左边，可按下式直接计算出[p]。若A

5、点落在曲线右边，按下式计算出[p]。(4)将p与[p]进行比较若p=[p]，则假设壁厚合理；反之不合理，重新设计。二、外压锥形封头(锥形壳体)受外压的锥形封头及锥形壳体均按卞列方法计算：(1)当半锥顶角时锥体壁厚按外压圆筒计算，以圆筒长度和外径参阅下图。当无加强圈时，L等于锥体的轴向长度，D。等于锥体的大端直径。当有加强圈时，L等于加强圈轴向间距。D。等于加强圈较大截面处直径。(2)当半锥顶角时锥体壁厚仍按承受外压圆筒计算，此时该圆筒的外径等于锥体的最大外直径。筒体长度L取值：锥体尺寸当无加强圈时，L等于等于锥体截面的最大内径；当有加强圈时，L等

6、于加强圈中心线间的锥体轴线长度或加强围间锥体截面的最大内直径，两者中的较小者。5.5加强圈的设计利用加强圈可以提高外压长圆筒临界压力，方法是将具有一定刚性的钢环焊在筒壁内面或外侧，借以支撑作用改善受压圆筒的稳定性。加强圈设计的主要内容：选择合适的钢材，确定间距和截面尺寸。一、加强圈间距由短圆筒的临界压力公式：可知，外压圆筒的临界压力是随着筒体计算长度L的缩短而增大，L是指加强圈或可以起加强作用的刚性构件(法兰、封头等)之间的距离。在给定设计外压下，若已知L，则可以按外压圆筒的图算法设计筒体壁厚。若已知筒体的，使筒体安全工作所需加强圈的最大间距L可

7、由式和短圆筒的临界压力公式导出：设计时使加强圈的实际间距L≤。二、加强圈尺寸