《化工設備機械基礎》(第2版)董大勤編著課件《外壓》ppt

1、第十一章 外壓容器的穩(wěn)定計算,第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例第二節(jié) 外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算第三節(jié) 封頭的穩(wěn)定計算第四節(jié) 真空容器加強圈,第一節(jié) 穩(wěn)定的概念與實例,,一、外壓容器的失穩(wěn),殼體橫斷面由原來的圓形被壓癟而呈現(xiàn)曲波形，其波形數(shù)可以等于兩個、三個、四個……。,容器失穩(wěn): 容器強度足夠卻突然失去了原有的形狀，筒壁被壓癟或發(fā)生褶縐，筒壁的圓環(huán)截面一瞬間變成了曲波形。這種在外壓作用下，筒體突然失去原有形狀的現(xiàn)象稱彈性失穩(wěn)。,

2、,二、容器失穩(wěn)形式,環(huán)向失穩(wěn),,環(huán)向失穩(wěn)、由于均勻側向外壓引起失穩(wěn)叫 (周向失穩(wěn),側向失穩(wěn))。,軸向失穩(wěn),,薄壁圓筒承受軸向外壓，當載荷達到某一數(shù)值時，也會喪失穩(wěn)定性。,局部失穩(wěn),在支座或其他支承處以及在安裝運輸中由于過大的局部外壓也可能引起局部失穩(wěn)。,三、臨界壓力的計算,臨界壓力：導致筒體失穩(wěn)的外壓，Pcr外壓低于Pcr，變形在壓力卸除后能恢復其原先形狀，即發(fā)生彈性變形。達到或高于Pcr時，產(chǎn)生的曲波形將是不可能恢復的。,1、長圓

3、筒,兩端剛性構件對筒體中部變形不起有效支撐最容易失穩(wěn)壓癟，出現(xiàn)波紋數(shù)n=2的扁圓形。,E-操作溫度下圓筒材料的廣義彈性模量， MPa,二、臨界壓力計算,,,2、 短圓筒,兩端封頭對筒體變形有約束作用 失穩(wěn)破壞波數(shù)n>2，出現(xiàn)三波、四波等的曲波.,,3、臨界長度,長圓筒短圓筒,L：筒體計算長度，指兩剛性構件之間的距離；對與封頭相連接的那段筒體，應計入凸形封頭中的1/3的凸面高度。,4、 計算長度,,5、對Pcr的討論 1

4、）Pcr與Ps比較2）影響因素,,,第二節(jié)外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計算,一、算法概述1、許可外壓2、穩(wěn)定計算3、設計思路二、外壓容器的設計,,,,,外壓圓筒的穩(wěn)定計算,假設筒體的名義厚度δn,計算有效厚度δe；按 確定A； 據(jù)材料類別，選取相應的B-A曲線，找出A點位置，確定B；若A在曲線左側，按式計算[p];若A在曲線右側，從B-A曲線上查取B，計算[p];比較許用外壓[p]與

5、設計外壓p,比較許用外壓[p]與設計外壓p若p≤[p]，假設的厚度δn可用，若小得過多，可將δn適當減小，重復上述計算若p＞[p]，需增大初設的δn ，重復上述計算，直至使[p]＞p且接近p為止。,,,,,,,第三節(jié) 封頭的穩(wěn)定計算,,一、外壓球殼與凸型封頭的穩(wěn)定計算,1、外壓球殼,,外壓球殼的穩(wěn)定計算,按 確定A；據(jù)材料類別，選取相應的B-A曲線，找出A點位置，確定Bs；

6、若A在曲線左側，按式計算[p];若A在曲線右側，從B-A曲線上查取Bs;計算比較許用外壓[p]與設計外壓p,比較許用外壓[p]與設計外壓p若p≤[p]，假設的厚度δn可用，若小得過多，可將δn適當減小，重復上述計算若p＞[p]，需增大初設的δn ，重復上述計算，直至使[p]＞p且接近p為止。,2、外壓凸型封頭,穩(wěn)定計算與球殼相同球型封頭、不帶折邊和帶折邊的凸型封頭與球殼相同，以球面半徑代替球殼半徑橢圓形封頭取當量球殼

7、半徑RR=K Di， K 由長短軸比值決定，標準橢圓形封頭 K =0.9,,系數(shù)K,二、外壓帶折邊錐形封頭,當量圓筒當量直徑當量長度當量厚度,三、防止內壓凸型封頭失穩(wěn)的規(guī)定,標準橢圓形計算厚度:不小于封頭內直徑的0.15％。碟形封頭計算壁厚：不小于封頭內直徑的0.15-0.3％,第四節(jié) 真空加強圈,一、作用：裝上一定數(shù)量的加強圈，利用圈對筒壁的支撐作用，可以提高圓筒的臨界壓力，從而提高其工作外壓。,二、結構與材

8、料扁鋼、角鋼、工字鋼等,三、加強圈安裝制造,加強圈可設置在容器的內部或外部。焊接或鉚接，必須與筒體緊密貼合不得隨意削弱或切斷,加強圈可設置在容器內部或外部。連續(xù)或間斷焊接，當加強圈在外面時，每側間斷焊接的總長度不應小于圓筒外圓周長的1/2；在里面，焊縫總長度不應小于內圓周長度1/3。間斷焊最大間距，外加強圈不能大于筒體名義厚度8倍；內加強圈不能大于筒體名義厚度12倍,,,,四、加強圈設計間距尺寸,加強圈間距：,1、 外壓

9、圓筒加強圈間距已選定，可按上述圖算法確定出筒體厚度；2、如果筒體的D0/δe已確定，可從下式解出加強圈最大間距：,,,加強圈尺寸,,－組合圓環(huán)失穩(wěn)時單位弧長上的作用力；Ｎ／ｍｍＩ－　組合圓環(huán)對與筒軸線平行的形心軸的軸慣性矩；ｍｍ４Ｅ－　組合圓環(huán)設計溫度下的彈性模量；ＭＰａＤ環(huán)－組合圓環(huán)截面形心圓直徑；ｍｍ,,,,,,,,1．一夾套反應釜如圖示，釜體公稱直徑為1200mm，長度為1000mm（包括封頭直邊），設計壓力p=5MPa

10、，夾套內徑Di=1300mm，設計壓力為夾套內飽和水蒸汽壓力p=4MPa，；夾套和釜體材料均為16MnR，單面腐蝕裕量C2=1mm，焊縫系數(shù)Φ=1，設計溫度為250℃，設計出夾套筒體及夾套封頭名義厚度為24mm，試設計確定釜體圓筒及標準橢圓形封頭名義厚度。,分析,內筒的危險工況1、 正常操作時：內壓容器 5MPa2、檢修前后泄壓或充壓時：外壓容器 4MPa （設計溫度）3、夾套壓力實驗時：外壓容器1.25P[σ]/ [

11、σ]t （常溫）,設計思路：,分為筒體和封頭分別進行：1、內壓強度設計δn=24 mm2 、外壓穩(wěn)定性校核[p]=2.21MPaP4、夾套水壓試驗穩(wěn)定性校核試驗壓力PT=1.25P[σ]/ [σ]t=5.54MPa筒體常溫[p]=5.30MPa<PT夾套水壓試驗時，內筒充壓0.24MPa,,例：一臺在用壓力容器，原設計圖樣丟失，容器材質為碳鋼，具體鋼號不清，容器在常溫下工作，經(jīng)對焊接接頭無損檢測，未發(fā)現(xiàn)超標缺陷，各

12、部分尺寸測量如下：通體內徑1.6m，長度2m，壁厚11.2mm，兩端均為球形封頭，封頭實測厚度8.3mm，介質對金屬的腐蝕速率為0.2mm/a，現(xiàn)使用該容器至下一檢驗周期（6年），最高允許內壓和外壓分別是多大？,分析,最高允許內壓按強度來確定最高允許外壓按穩(wěn)定性確定常溫，材質按Q235-A(有溫度，壓力，介質，厚度等使用限制條件）有效厚度按實測厚度確定δe= δc-2nλ筒體8.8mm封頭5.9mm,內壓,,筒體封頭,外壓筒

13、體的穩(wěn)定計算,計算參數(shù) ，確定A；據(jù)材料類別，選取相應的B-A曲線，找出A點位置，確定B；若A在曲線左側，計算B若A在曲線右側，從B-A曲線上查取B;計算,外壓球殼的穩(wěn)定計算,按 確定A；據(jù)材料類別，選取相應的B-A曲線，找出A點位置，確定Bs；若A在曲線左側，按式計算[p];若A在曲線右側，從B-A曲線上查取Bs;計算比較許用外壓[p]與設計外壓p,,某反應釜，內徑1400mm

14、，工作溫度5-150℃，工作壓力1.5 MPa，釜體裝安全閥，材料為，雙面對接焊，全部無損檢驗，確定筒體和封頭厚度。,,①假設筒體的名義厚度δn；②計算有效厚度δe；③求出臨界長度Lcr，將圓筒的外壓計算長度L與Lcr進行比較，判斷圓筒屬于長圓筒還是短圓筒；④然后根據(jù)圓筒類型，選用相應公式計算臨界壓力 Pcr； ⑤再選取合適的穩(wěn)定性安全系數(shù)m，計算許用外壓[p]= ⑥比較設計壓力p和[p]的大小。若p小于等于[p]且較