化工机械基础第十四章课件.ppt

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1、第十四章外压容器石油分馏中的减压蒸馏塔多效蒸发中的真空冷凝器带有蒸汽加热夹套的反应釜真空干燥、真空结晶设备等14.1概述一、外压容器的稳定性容器所受外部压力大于内部压力。外压容器：石油、化工生产中外压操作，例如：◆外压容器的失效形式：（1）强度不够（2）稳定性不足及失稳外压薄壁容器失稳是主要的失效形式。一、外压容器的稳定性◆失稳的概念容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称失稳。容器发生失稳将使容器不能维持正常操作，造成

2、容器失效。●侧向失稳由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。◆容器失稳形式一、外压容器的稳定性●轴向失稳薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达到某一数值时，也会丧失稳定性。失稳，仍具有圆环截面，但破坏了母线的直线性，母线产生了波形，即圆筒发生了褶绉。●局部失稳在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压也可能引起局部失稳。◆容器失稳形式一、外压容器的稳定性二、外压容器的临界压力临界压力：导致容器失稳的最小外压力，Pcr临界应力：筒体在临界压力作用下，筒壁内的环向压缩应力，scr外压低于Pcr，变形在压力卸除后能恢复其原先形

3、状，即发生弹性变形。外压达到或高于Pcr时，产生的曲波形将是不可能恢复的。二、外压容器的临界压力◆影响临界压力的因素临界压力的大小与筒体几何尺寸（δe、Do、L）、材质及结构因素有关。圆筒壳的初始不圆和材料的不均匀，能使外压圆筒的临界压力降低。GB150对外压圆筒壳体制造时的形状偏差（圆度）要求比内压圆筒更高。14.2外压圆筒的稳定性计算一、外压圆筒的分类长圆筒：L/Do比较大，刚性封头对筒体中部变形不起有效支撑，最容易失稳压瘪，出现波纹数n=2的扁圆形。短圆筒：两端封头对筒体变形有约束作用，失稳破坏波数n>2，出现三

4、波、四波等的曲形波。刚性圆筒：若筒体较短，筒壁较厚，即L/D0较小，de/D0较大，容器的刚性好，不会因失稳而破坏，破坏形式为强度破坏。二、外压圆筒的临界压力计算Pcr：临界压力，MPa；de：筒体的有效厚度，mm；D0：筒体的外直径，mm；E：操作温度下圆筒材料的弹性模量，MPam：材料的泊松比。（1）长圆筒长圆筒的临界压力仅与圆筒的相对厚度de/D0有关，而与圆筒的相对长度L/D0无关对于钢制圆筒，m=0.3，则（1）长圆筒临界压力下，长圆筒的周向应力为：（1）长圆筒注意：以上所求临界压力必须满足：（2）短圆筒短圆

5、筒临界压力与相对厚度de/D0有关，也随相对长度L/D0变化。L/D0越大，封头的约束作用越小，临界压力越低。临界压力下，短圆筒的周向应力为：（2）短圆筒注意：以上所求临界压力必须满足：（3）刚性圆筒即三外压圆筒的临界长度实际外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度Lcr来判定。当圆筒处于临界长度Lcr时，长圆筒公式计算临界压力Pcr值和短圆筒公式计算临界压力Pcr值应相等得：当筒长度L≥Lcr，Pcr按长圆筒当筒长度L≤Lcr时，Pcr按短圆筒公式按规则圆形推的，实际圆筒总存在一定的不圆度，公式的使用范围必须要求限

6、制筒体的圆度e。一、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：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Pmax，0.1MPa）中的较小值；无有安全装置，取0.1MPa14.3外压容器的工程设计14.3外压容器的工程设计2、试验压力外压容器依然以内压力进行压力试验，其试验压力为：液压试验气压试验圆筒应力校核hi/3hi/3hihiLLLLLLhi/3hihi/33、外压圆筒的计算长度(a)(b)(c)(d)(e)(f)4、稳定安全系数m主要考虑两个因素：一个是计算公式的可靠

7、性；另一个是制造上所能保证的圆度。GB150的规定m=3容器的稳定条件为：二．外压圆筒设计容器的稳定条件为：(1)先假定一个δn，(通常大于或等于强度计算所得的名义厚度)，则δe=δn-C，并根据工艺条件可知内径和筒体长度，算出筒体的临界长度1、解析法：（2）将临界长度与筒体计算长度比较，确定属于长圆筒还是短圆筒，再代入相应计算式计算临界压力。1、解析法（续）：（3）求出相应的[p]1、解析法（续）：（4）然后比较[p]是否大于且接近设计压力p，以判断假设是否合理，若不合理则重新设定δn。注意：1、解析法（续）：以上解

8、析法成立的条件是：否则，属于非弹性失稳长、短圆筒临界压力计算式均可纳为K为特征系数外压圆筒在临界压力下的周向应力为2、图算法：临界应变令：A=εcr已知εcr=A类似于材料力学中的拉伸、压缩曲线2、图算法（续）：临界压力Pcr，稳定性安全系数m，许用外压力[p]，故pcr=m[p]令B=2、图算法（续）：GB150，ASMEⅧ-1