容器设计基础ppt课件

1、第四章：容器设计根底容器是各种设备外部壳体的总称概述 容器的构造 容器分类 按器壁厚度、压力性质、压力大小、接受温度、分类。 容器机械设计的根本要求 容器的规范化第一节：内压薄壁圆筒的设计一、内压圆筒的应力分析二、内压圆筒的设计与计算三、压力实验一、内压圆筒的应力分析 在工艺给定的压力p下，p垂直作用于器壁外表，容器将产生拉长，胀大的趋势。如圆柱筒体、平盖封头容器，在轴向产生拉长；在环向产生胀大，并产生弯矩Mo。 假设不思索Mo弯矩的影响，称无力矩壁厚，反之称为有力矩壁厚。圆柱筒体、平面封头： 环向 d c 轴向 a b m T N T n n m W 从壳体上截出一微元体abcd，进展受力分

2、析：环向应力2 ，轴向应力1 。 2 2 2 1 1 M0 M0 2 假设：在应力是均匀的，壁厚很薄的条件下，可略去Mo弯矩的影响。 对薄壁容器，构造尺寸取其中径D中。 D中=(Do+Di)/2=Di+ =(Do-Di)/2 环向应力：2=pD中/2 y 2 T l x p d W 轴向应力：1= pD中/4 y N p 1 z T x二、内压圆筒的设计与计算 圆筒壁厚的计算公式 壁厚的其他影响要素 设计厚度 设计参数确实定 圆筒壁厚的计算公式 式中 计算厚度，mm； pc 设计压力，MPa； Di 圆筒内径，mm； t 设计温度下资料的 许用应力，MPa； 焊缝系数，查P127表9-6。pD

3、pctic 壁厚的其他影响要素 1、钢板的负偏向，c1；(如：80.8mm) 详见P128，表9-10钢板厚度负偏向。 2、腐蚀裕量，c2；在设计运用年限内的 腐蚀量。n年mm/a c2 = n (mm) 3、加工中的减薄量，c3。 设计厚度 设计厚度(d)=计算厚度()+腐蚀裕量(c2) 即：cpDpccticd222 将设计厚度 d 加上c1、 c3后，向上圆整至钢板规范规格厚度，称为名义厚度或实践厚度n。 n = d +c1+c3+=+c1+c2+c3+ 有效厚度e e=+= n -c1-c2-c3 压力容器最小厚度：min(不包括c2、c3) 计算厚度，是内压圆筒仅从强度要素得出的。而

4、最小厚度是综合思索刚度要求提出的。 对碳素钢、低合金钢制容器， min3mm； 对高合金钢制容器， min2mm。 设计参数确实定 1、设计压力pc； 2、设计温度T； 3、许用应力； 4、焊缝系数； 5、厚度附加量c。三、压力实验 进展液压实验时实验压力确实定 进展气压实验时实验压力确实定 液压实验方法与过程控制 气压实验方法与过程控制 气密性实验 对所确定的实验压力进展强度校核液压实验时的实验压力 且 pTpC + 0.1MPa 其中25. 1tcTpp8 . 1t式中pT 实验压力，MPa；pC 设计压力，MPa； 实验温度下资料的许用应力， MPa；t 设计温度下资料的许用应力， MP

5、a。气压实验时的实验压力 其中8 . 1t15. 1tcTpp液压实验方法与过程控制 将容器充溢液体，最高点设排气口。缓慢将压力升到规定实验压力后，保压半小时，降压到规定实验压力的80%，坚持足够长的时间，以便对一切焊缝和衔接部位进展检查。气压实验方法与过程控制 对不适宜作液压实验的容器，才采用气压实验。缓慢升压到规定实验压力的10%，且不超越0.05MPa，坚持10分钟，查验一切焊缝及衔接部位，多次检查。合格后，升到实验压力的50%，而后每次晋级为实验压力的10%，直到实验压力。坚持10分钟，然后降至实验压力的87%，检查焊缝情况。气密性实验 容器须经液压实验后，方可进展气密实验。方法是缓慢

6、升压至实验压力，坚持10分钟，然后降至设计压力。同时进展检查。气体温度应不低于5。实验压力的强度校核一液压实验时气压实验时)(9 . 02)(2 . 0seeiTTDP)(8 . 02)(2 . 0seeiTTDP实验压力的强度校核二液压实验时气压实验时)(9 . 02)(2 . 0seeiTTDP)(8 . 02)(2 . 0seeiTTDP第二节：内压容器封头的设计一、边缘应力概念二、凸形封头三、平板封头四、封头的构造特性及选择一、边缘应力概念 产生本质 存在联接边缘；联接处二者变形 大小不同。 特点 部分性；自限性。 对边缘应力的处置二、凸形封头 半球封头 椭圆形封头 碟形封头 球冠形封

7、头半球封头 母线绕o轴回转而成球体，其恣意时辰停留线均为经线。1= 2 = o 2 1 Dz Di o半球、球壳计算厚度公式 外力 = 内力pDpDDDpDDpcticiztzczzc4442 实践运用时，筒体与半球形封头厚度一样，主要是思索边缘应力和焊接工艺。 等厚焊接可以降低边缘联接处的边缘应力。 半球形封头多用于直径较大，或压力较高的容器。椭圆形封头由区域平衡方程得：由微体平衡方程得：椭圆方程：pRRm2122Rpm12222byax取分别体 z R2 m R2 m p D由 z 轴方向的平衡条件，得 Nz - Pz = 0 即 mDsin- D2p/4 = 0 ( a ) sin= D

8、/2 R2 D = 2 R2 sin 代入( a )式得到 22Rpm经向应力计算公式 式中 m 经向应力，MPa； 壳体厚度，mm； R2 所求应力点的第二曲率半径，mm； p 壳体所受的内压力，MPa。22Rpm取微元体 R2 m R1 d2 d1 m 回转壳体应力分析 m dl2 d2 d1 dl1 p dl1 dl1 dl2 m dl2经向应力m与环向应力 d1 m d1 /2 p R1 n m R2 p n d2 d2 /2根据法线 n 方向上力的平衡条件，得到 Pn Nmn Nn = 0即 pdl1dl2 - 2 m dl2sin d1 /2 - 2 dl1sin d2 /2 =

9、0 (b)由于夹角d1与d2很小，可取 sin d1 /2 d1 /2 = dl1/2 R1 sin d2 /2 d2 /2 = dl2/2 R2将以上两式代入(b)式，并化简，整理得pRRm21环向应力计算公式式中 环向应力，MPa； R1 所求应力点的第一曲率半径，mm。pRRm21椭圆封头应力分析又椭圆方程：由第一曲率半径：12222byaxyyR 2/321)1 (2/3222441)(1baxaaRb第二曲率半径：R2= -x /sin y R1 A x b a R22/122242)(1baxaRb 由 得22RpmpRRm21)2(22)(1212221RRRRRRRmmmpp将

10、代入 与得2/3222441)(1baxaaRb2/122242)(1baxaRb2/1222421)(22baxaRbppm22Rpm)2(12RRm)(2)2(22244122baxaaRRmm 顶点 边缘 X=0 X=a轴向环向m122pa)(2bapa)2(222bapa)(2bapa轴向应力分布图 y y h h0 x b x a )(2bapam2pam环向应力分布图当 时，此时 y x 0)2(22ba2ba当 当 y y x x2ba21ba当 时，为规范椭圆封头 y y x x 轴向应力 环向应力2ba椭圆封头计算厚度公式当a/b=2时，K=1，为规范椭圆封头。规范椭圆封头计

11、算厚度公式：pDpcticK5 . 02pDpctic5 . 02碟形封头 又称带有折边的球形封头。设有折边是为了缓解边缘应力。 折边 r h h0 Ri 直边，取值 Di 25、40、50 mm。碟形封头厚度计算公式 思索到球面部分与过渡区联接处的部分高应力，规定RiDi，r/Di0.1，且r3n。厚度计算公式碟形封头外形系数)3(415 .02rMMRpRpictic规范碟形封头厚度计算公式 当 Ri = 0.9Di，r = 0.17Di，称为规范碟形封头，此时 M = 1.325。 规范碟形封头计算厚度公式pDpctic5.022.1球冠形封头 球面部分直接焊在筒体上，也称无折边球形封头

12、。可降低封头高度，但存在较大的部分边缘应力。 Ri=(0.71.0)Di，圆筒加强段L的厚度与封头厚度等厚。 Di Ri L三、平板封头 圆形平盖 非圆形平盖圆形平盖 平盖封头主要用于常压和低压的设备上，或直径较小的设备。 一种是不可拆的固定平盖，其最大应力是轴向弯曲应力，产生在圆板边缘。 另一种是可拆平盖，其最大应力产生在平板中心。 上述两类问题简化为板边缘构造特征系数K来思索。 由于 圆形平盖计算厚度22maxtcctccpDDpKK式中 Dc 计算直径，见表10-4 K 构造特征系数，见表10-4 Pc 设计压力，MPa t 设计温度下的许用应力，MPa 焊缝系数 平盖计算厚度非圆形平盖

13、(a)表10-4中，式中：z 非圆平盖外形系数 z = 3.4-2.4a/b，且z2.5 a 非圆平盖的短轴长度 b 非圆平盖的长轴长度2tcpKza(b)表10-4中2tcpKa四、封头的构造特性及选择 封头的构造方式是由工艺过程、承载才干、制造方便等方面的要求而决议。 从受力情况看：半球最好，椭圆、碟形其次，球冠、锥形更次之，而平板最差。 从制造方便看：平板最易，球冠、锥形、碟形、椭圆较易，半球最难。第三节：外压圆筒的设计一、外压容器的稳定性二、外压圆筒的简化公式计算法三、外压圆筒图算设计方法四、外压圆筒图算设计方法阐明五、外压圆筒厚度表六、外压容器的试压一、外压容器的稳定性 圆筒失稳的方

14、式 周向失稳；轴向失稳；部分失稳。 临界压力 设计外压 影响临界压力的要素 筒体尺寸；资料性能；筒体外形。二、外压圆筒的简化公式计算法 钢制长圆筒 钢制短圆筒 刚性圆筒 临界长度 计算法步骤钢制长圆筒 指圆筒的中央吸瘪时，临界压力pcr不受两端盖的影响。 L/D0值较大，pcr与e/D0有关，而 与 L/D0无关。设计准那么名义厚度cmpentcrccrcrcDEpppppe)(032 . 233钢制短圆筒 指圆筒的中央吸瘪时，临界压力pcr受其两端盖的支撑作用。 pcr与e/D0有关，也与 L/D0有关。设计准那么名义厚度cLmpenetcrccrcrcDDEpppppe00259. 233

15、刚性圆筒 指圆筒破坏缘由是由于在外压力作用下，相应所产生的压应力，其值超越资料的屈服极限所致。而不会发生失稳。 L/D0值较小，e/D0较大，pcr值趋于无穷大。 当e/D00.04时，即以为是刚性 圆筒。此时， e可按内压圆筒公式 进展计算。ecticpDpc2临界长度 在一样的e/D0下，长、短圆筒的区别在于能否受边境端盖的支撑作用。当短圆筒的长度逐渐添加到不受其两端盖的影响时，即进入长圆筒，在此临界处，可用短圆筒计算，也可用长圆筒计算。此时的长度称为临界长度Lcr，且两种计算结果一样。即临界长度 当实践圆筒的计算长度LLcr时，就属于长圆筒，反之那么属于短圆筒，据此判别应选择的计算公式。

16、ecrecrttDDLDDLEDEee00002317. 159. 22 . 2)(0计算法步骤由工艺计算知：Di，L及p任务pc， D0=Di+2e1、假设有效壁厚e ，根据外径D0计算 临界长度Lcr值，比较L与Lcr ，判别长、 短圆筒；ecrDDL0017. 12、按相应长短圆筒公式求出pcr值。长圆筒短圆筒etcrtcrDDEpDEpLee002359. 22 . 2)(03、比较 p任务pc p = pcr/m ，阐明 假设e正确。否那么重新假设e ， 重新计算。 p任务pc，但数值应较为接近。 假设相差过大，也要重新计算。相关参数的含义计算长度 L=L1+2h/3+2h0 L h

17、/3 h L1 h0三、外压圆筒图算设计方法 几何参数计算图 壁厚计算图 Doe20的圆筒和管子 Doe20的圆筒和管子 Doe4.0的圆筒和管子几何参数计算图图11-5壁厚计算图图11-711-10Doe20的圆筒和管子1、假设n，令e = n - c，计算出L/D0 和D0/ e 。2、由算图11-5，查A值， 假设L/D0 50，那么取 L/D0 = 50； 假设L/D0 0.5，那么取 L/D0 = 0.5。3、由A值及相应的任务温度， 查算图11-7算图11-10，得B值。 假设A值落在温度-资料线右方， 可得B值，那么计算许用外力eDBp0 假设A值落在温度-资料线左方， 得不到B

18、值，此时，B=2AEt/3。 那么许用外力eteteDEDEDAABp00032324、比较pc p能否成立，成立那么假设 n符合设计要求，否那么重新计算， 直到p大于且接近pc为止。 留意n与p的单位为：mm，MPa。Doe20的圆筒和管子此时为刚性圆筒。1、与上述一样的步骤查得B值。 但对Doe4.0的圆筒和管子此时 为厚壁容器，应按下式计算A值。 ，A0.1时，取A=0.1 然后，查B值。)(021 . 1eDA 2、按下式计算许用压力式中：0表示应力， 取以下两值中的较小值。3、p应大于或等于pc。否那么重新计算。11 2,0625. 025. 2min0000eeeDDDBp)(9 .0 ,2min2 .00tst四、外压圆筒图算设计方法阐明 习题11-1，159页 厚壁容器与薄壁容器，长圆筒、短圆筒、刚性圆筒，几何参数计算图，150页 弹性失稳与非弹性失稳，壁厚计算图，152页五、外压圆筒厚度表 真空筒体厚度计算表，154页 带夹套的受压筒体厚度计算表六、外压容器试压外压容器和真空容器