内压力容器筒体的椭圆度控制

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1、内压力容器筒体的椭圆度控制侯莲香   摘要：从压力容器椭圆度引起周向附加弯曲应力出发，推导出检测和控制椭圆度值的方法，使其达到安全工作的目的，为工业生产及检测部门提供依据。   关键词：压力容器；弯曲应力；椭圆度   1．引言   压力容器在工业领域中被广泛应用，它的安全运行与人民生命财产的安全休戚相关，因此对压力容器的误差检测与控制显得尤为重要。对于内压力容器，制造完工以后的筒体应该是真正的圆形。筒体由于存在椭圆度(Dmax—Dmin)，在内压作用下会引起周向的附加弯曲应力，所以应严加控制。由于正负偏差值和筒体椭

2、圆度值之间有一定联系，所以从限制周向附加弯曲应力的观点出发，控制筒体的椭圆度值已能起到控制筒体周向附加弯曲应力的作用。本文主要探讨对于内压力容器的筒体，如何通过控制筒体椭圆度值来控制其附加弯曲应力的问题。   内压力容器筒体在内压作用下总是使筒体趋向正圆形，但由于椭圆度值的存在，会引起周向附加弯曲应力。该周向附加弯曲应力与内压在筒体上直接引起的周向薄膜应力共同作用，使筒体的周向拉伸总应力趋于增大，从应力分析角度考虑，为保证筒体的安全，应将此周向总应力限于材料的屈服强度矶以下。因此，根据这一观点，可以对内压力容器椭圆

3、度的允许值进行确定。   2．圆筒初始椭圆度值所引起的周向附加弯曲应力   当长圆筒存在初始椭圆度值而导致圆筒的径向偏差值为W0时（如图1所示），由圆筒在周向失稳时的挠曲微分方程，得到在外压F作用下圆筒上的最大周向弯矩Mmax按下式求值      Fcr为当圆筒具有真正圆形时的临界压力      相应的在圆筒上所引起的周向附加弯曲应力为      圆筒上的周向压缩总应力可由周向附加弯曲应力以及由F引起的周向压缩应力相叠加而得，即      为保证圆筒不发生屈服，应把周向压缩总应力限于材料的屈服强度σS之下，即   

4、   如图2所示，当圆筒制成如图2a所示的椭圆形时圆筒的初始径向偏差      如制成图2b所示的形状，即发生局部凹陷或外凸时，圆筒的初始偏差      因此对于一般情况，可取   W0=(0.25~0.5)(Dmax—Dmin)           (8)   从而得到圆筒所能承受的最大压力值。只要控制该压力值，从工程设计角度分析应该是安全的。   3．圆筒实际形状与真正圆形之间正负偏差e的最大允许值   当圆筒在周向失稳时，可形成如图3失稳波形，即n=2，3，4，……的波形。失稳时的轴向断面可看成为2n根首尾相

5、衔接的周向受压而失稳的“压杆”，因此“压杆”的长度为   式中：l——圆筒在周向失稳时的半波长。   该“压杆”的长细比可表示为l/r，其中r为“压杆”的回转半径，对于壁厚为δe的圆筒，可看成半径为r=δe/，则      若e表示每根“压杆”的初始偏心距，并假设偏心度e/r对“压杆”稳定性的影响和长细比1/r对“压杆”稳定性的影响相当，即e/r∝l/r，则      实验证明，当圆筒的δe/D0为定值时，周向失稳时的e／δe值随着圆筒长径比l/D0的增大而增大。随着圆筒一民径比l/D0值由中等长度进一步增加，l/

6、D0对e／δe值并无影响，而随着l/D0的减小，e／δe值略为提高，因此应对公式（11）进行修正，即      所以在确定圆筒实际形状与正圆形之间的最大允许正负偏差e值时，可根据公式（12）决定。最大允许e值和圆筒周向失稳时的波数n，亦即和圆筒的结构尺寸1/D0、D0/δe有关。图3所示给出n=4的圆筒周向失稳波形。   因此现行压力容器标准规定对内压力容器只控制其椭圆度就能保证安全要求，以圆弧半径相当于筒节内半径，弦长等于1/6Dg且不少于300mm的弓形样板进行测量，并规定许用棱角值为E≤(0.1δ+2)mm且

7、不大于5mm。限制内压圆筒的周向附加弯曲应力和失稳压力的下降，要求对内压筒体控制其椭圆度≤1%Dg且不大于25mm。参考文献：[1]JawadMH，FarrJR.StructuralanalysisanddesignofProcessequipment[J]．IEEETransactionsonReliabihty，1998，7(3)：451-456.[2]贺匡国．压力容器分析设计基础[M]．北京：机械工业出版社，1995.