压力容器技术进展概要课件.ppt

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1、第四章压力容器的现代设计技术1压力容器的发展简要回顾JamesWatt(1736-1819)2化工及石油化工发展的需求大型化高参数高强材料3近代压力容器的发展趋势-大型化,高参数大型化高参数核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为15MPa，工作温度为300ºC，容器内直径7800mm，壁厚317mm，重650吨；煤气化液化装置中的压力容器工作压力为20MPa，工作温度为500ºC，最大内直径达5000mm，壁厚为400mm，重2600吨；炼油厂加氢反应器的直径达4.5mm,厚280mm,重约1000吨。高

2、温蠕变低应力脆断疲劳问题4传统容器设计方法都基于弹性失效设计准则，将容器中最大应力限制在弹性范围内可保证安全。这种“规则设计”方法对设计的容器基本上是安全的，主要着眼于限制容器中的最大薄膜应力或其他由机械载荷直接产生的弯曲应力及剪应力等。这种方法仍是现今设计规范的主流。但应当看到，这种设计方法对容器中的某些应力，例如结构不连续应力，开孔接管部位的集中应力等并不逐一进行强度校核，特别是当载荷(压力或温度)有交变可能引起结构的疲劳失效时也未对这些应力进行安全性校核。化工容器的应力分析设计压力容器技术进展现代设计技术一

3、、分析设计法概述随着技术的发展，核容器和大型化的高参数化工容器的广泛使用，工程师们逐步认识到各种不同的应力对容器的失效有不同的影响。应从产生应力的原因、作用的部位及对失效的影响几方面将容器中的应力进行合理的分类，形成了“应力分类”的概念和相应的工程设计方法。按不同类别的应力可能引起的失效模式建立起弹性失效、塑性失效、弹塑性失效及疲劳失效的设计与校核方法，并给出不同的应力限制条件。这就是应力分析设计的总体思想。这套方法的基础首先要对容器中关键部位逐一进行应力分析，然后才能进行应力分类。压力容器技术进展现代设计技术6

4、应力分析设计的指导思想——容器上存在不同载荷及不同的应力，而且对容器失效的影响又各不相同，因此就应当更为科学地将应力进行分类，并按不同的失效形式和设计准则进行应力强度校核。分析设计法——按这种设计思想进行容器设计时必先进行详细的应力分析，将各种外载荷或变形约束产生的应力分别计算出来，然后进行应力分类，再按不同的设计准则来限制，保证容器在使用期内不发生各种形式的失效，这就是以应力分析为基础的设计方法。压力容器技术进展现代设计技术7(一)容器的载荷与应力由压力载荷引起的应力由机械载荷引起的应力由不连续效应引起的不连续

5、应力由温差产生的热应力由应力集中引起的集中应力压力容器技术进展现代设计技术8(三)各种应力对容器失效的影响爆破总发生在远离封头的圆筒体中部，从中央向两头撕裂封头与筒体连接处存在较大的不连续应力，但爆破不从这里开始不同的应力引起容器失效的形式不同。压力容器技术进展现代设计技术9内压产生的应力使容器在总体范围内发生弹性失效或塑性失效，即膜应力可使筒体屈服变形，以致爆破。外压引起总体刚性失稳，即形状失稳。其他机械载荷产生的局部应力使容器发生局部范围弹性失效或塑性失效。总体结构不连续应力，由于相邻部位存在相互约束，可能使

6、部分材料屈服进入弹塑性状态，可造成弹塑性失效。总体热应力也会造成容器的弹塑性失效。应力集中(局部结构不连续)及局部热应力使局部材料屈服，虽然可以造成弹塑性失效，但只涉及范围极小的局部，不会造成容器过度变形。在交变载荷作用下，这种应力再叠加上压力载荷的应力及不连续应力会使容器出现疲劳裂纹，主要危害是导致疲劳失效。压力容器技术进展现代设计技术10二、容器的应力分类化工容器中的应力进行分类的基本原则是：①应力产生的原因，是外载荷直接产生的还是在变形协调过程中产生的；②应力的分布，是总体范围还是局部范围的，沿壁厚的分布是

7、均匀的还是线性的或非线性的；③对失效的影响，即是否会造成结构过度的变形，及是否导致疲劳、韧性失效。应力分类法将容器中的应力分为三大类：①一次应力；②二次应力；③峰值应力。压力容器技术进展现代设计技术11第六章压力容器设计技术进展12二、容器的应力分类(一)一次应力P(Primarystress)一次应力P也称基本应力，是为平衡压力和其他机械载荷所必需的法向应力或剪应力，可由与外载荷的平衡关系求得，由此一次应力必然直接随外载荷的增加而增加。对于理想塑性材料，载荷达到极限状态时即使载荷不再增加，仍会产生不可限制的塑性

8、流动，直至破坏。这就是一次应力的“非自限性”特征。压力容器技术进展现代设计技术二、容器的应力分类(一)一次应力P(Primarystress)——一次应力还可以再分为如下三种：一次总体薄膜应力Pm(Generalprimarymembranestress)一次弯曲应力Pb(Primarybendingstress)一次局部薄膜应力PL(Generallocalmembra