锥形夹套容器加强结构设计.pdf

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1、740化工机械2012年锥形夹套容器加强结构设计宋鸣4陈卫华(兰州理工大学机电工程学院)摘要基于外压锥壳和圆筒连接处的加强结构设计原理，给出了设置加强圈时锥壳段稳定性设计方法，并指出在进行加强圈惯性矩计算时，可通过将加强圈及其中心线至相邻加强圈中心线距离之半范国内的锥壳处理成当量圆筒。再按外压圆筒加强圈所需惯性矩设计方法进行计算。通过实例进一步时锥形夹套容器的加强结构设计及加强圈在锥壳上的布置进行了系统的分析。关键词外压锥壳夹套容器加强圈惯性矩中圈分类号TQ053．2文献标识码A文章编号0254-6094(20

2、12)06-0740-04夹套容器的内筒壁厚往往取决于设计外压和筒体的外压计算长度，当夹套容器的内筒是锥筒时，为减小内筒锥壳的设计壁厚，需在锥壳上设置一定数量的加强圈。文献[I一6]对外压锥壳两端连接处加强设计原理、外压锥壳上设置加强圈的设计方法、外压锥壳上加强圈的布置方式及夹套容器的几种加强结构等问题进行了论述。笔者以某装置中锥形混合器为例，对锥形夹套容器上设置加强圈的结构、所需惯性矩的计算方法和加强圈在锥壳上的布置进行分析。并进一步对夹套容器夹套压力较大或加强圈的结构尺寸受到限制时加强结构的设计进行了讨论。

3、1外压锥壳设计方法1．1锥壳与圆筒连接处的外压加强设计当无折边锥壳大端或小端与圆筒连接时，由于几何形状的突变，会在连接处产生附加弯矩和剪切力，它们与外压一起构成连接处所承受的载荷，因此需计算加强面积，文献[7]分别给出了锥壳大、小端与圆筒连接处所需加强面积的计算方法。锥壳与圆筒连接处的加强结构若作为一个支撑线来考虑，则要对连接处的稳定性进行计算(即加强件所需的惯性矩设计)。如果在连接线附近锥壳和圆筒绕平行于圆筒轴线的惯性矩不足，则可能导致在锥壳和圆筒连接处周向失稳，所以应分别校核锥壳大、小端与圆筒连接处是否有足

4、够的惯性矩，以保证锥壳连接处的周向稳定性⋯。1．2锥壳段的稳定性计算不管锥壳两端是否设置加强件，若将两端连接处作为支撑线来考虑(即两端处于简支状态)，则外压锥壳的轴向长度应取两相邻支撑线之间的长度(图Ia)。文献[7]中外压锥壳稳定性的设计是按当量圆筒的原理采用图算法进行计算的，即将锥筒等价为当量圆筒进行计算，其计算步骤具体如下：a．假设锥壳的名义厚度8。。；b．计算锥壳的当量有效厚度8。。=占。COSOt(8。=6。。一c，艿。为有效计算厚度，c为厚度附加量，Ot为锥壳半顶角)；c．锥壳承受外压作用时，锥壳的

5、计算长度均以当量长度正。计算，对于图1b所示的无折边锥壳，锥壳当量长度为￡。=≥(1+安)(D。为锥壳段大端外径，D。为锥壳段小端外径，￡。为轴向长。度，6。。为锥壳当量有效厚度，L。为锥壳的当量长度)；d．根据L。／D。和D。朋。。查外压圆筒的几何参数计算图得到外压应变系数A值；e．按所用材料和对应的外压圆筒厚度计算·宋鸣，男，1972年6月生，讲师。甘肃省兰州市，730050。第39卷第6期化工机械74l图，由A值查取外压应力系数曰值；f-根据B值，计算许用外压[p]=—D旦一，计L／6算得到的许用外压[]

6、应不小于设计外压e，cPP，否则就需增大锥壳的名义厚度或增加加强圈的数量以减小锥壳的计算长度，然后重复上述计算，直到满足设计要求为止。a．存折边b．无折边图1锥壳的当量长度1．3外压锥壳上加强圈的设计为减小外压锥壳的设计壁厚，一般需在锥壳段上设置一定数量的加强圈，以减小锥壳的计算长度。在锥壳段上设置了加强圈，则加强圈就作为支撑线，承受加强圈中心线至相邻连接线或加强圈中心线距离之半范围内的外压载荷。因此，可把加强圈及其附近一定范围内的锥壳看成受径向压缩载荷的圆筒，按圆筒周向不失稳所需要的惯性矩进行设计。加强圈所需

7、惯性矩按以下步骤确定：a．选定加强圈材料与截面尺寸，计算其横截面积A；；b．计算加强圈与筒体有效段组合截面的实有惯性矩，。，，。应由该加强圈截面A。以及从加强圈中心线起上、下两侧各为o．55瓶08。o范围内的锥壳截面共同组成的有效截面绕平行于锥壳轴线的该组合截面积的形心轴计算得出(D。为加强圈所在处筒体的外直径)；D02L。k+笋1，=——{∥A，其中，s应不小于，，否则需另选一具有较大惯性矩的加强圈，重复上述计算步骤，直到，；大于且接近，为止。按以上方法进行计算时，实际上是将外压作用在锥壳上形成的径向载荷近似

8、为外压作用在厚度为6。。、长度为￡。、直径为D。的圆筒上形成的径向载荷。2实例分析2．1设计参数锥形混合器的主要设计参数见表1，其结构尺寸如图2所示，内筒壁厚预设为8ram，夹套简体厚度预设为8mm。表l锥形混合器的主要设计参数c⋯雌一一者‰∽2⋯罴篙雌袱寸为设计外压，￡，为从加强圈中心线到相邻两侧加强圈中心线距离之和的一半)；d。根据得到的日值和加强圈的材料，从文献[7]中相关的图表