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文档简介

1、第三章容器设计1内压容器设计应力计算1如右图所示的薄壁筒体上开椭圆孔,如何开?答:应使其短轴与筒体的轴线平行,以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度,使环向应力不致=pD 14、.-2 = pD / 2、.增加很多。2、钢板卷制圆筒形容器,纵焊缝与环焊缝哪个易裂?答:筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝,故纵焊缝易裂,施焊时应予以 3、为什么大型贮罐制成球形较为经济?答:直径与内压相同,球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半,即球形壳体的丁 . - pD / 4 -2 二 pD 12:.厚度仅需圆筒容器厚度的一半。当容器容积相同时,球表面积最小。对于球而对于圆筒:pDG =:二 2 :462、内压容器的设计

2、计算2某化工厂欲设计一台石油气分高工程 青循塔° 工艺斐求为塔体内径=乙2MPa; 工作温度七=一320 Co大、温度在一 选用1 UlnFU 根2O =2.2x600L7O x 0.8 2,2考虑钢皈厚度员偏差q=O- 6mmM正取»=7e 水压试验时的应力1 <5MfiR的屁,月艮B艮c番=34S胡Pm C附录表厶 水压试骏时满足强度姜求。199933、边缘应力的概念和特点:概念:相邻两段性能不同,或所受温度或压力不同,导致两部分变形量不同,但又相互约 束,从而产生较大的剪力与弯矩。特点:1) 局限性一一大多数都有明显的衰减波特性,随离开边缘的距离增大, 边缘应力

3、迅速衰减。2 )自限性一一弹性变形相互制约,一旦材料产生塑性变形,弹性变形约束就会缓解,边缘 应力自动受到限制,即边缘应力的自限性。4、外压容器的设计与校核(1)失稳: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,筒壁的圆稳。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弹性失齡恤*移上侧向失稳 容器的失稳形式v*轴向失稳整体失稳 侧向失稳:f*局部失稳i) 由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。2 )壳体横断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形,其波形数可以等于两个、三个、四个轴向失稳:1)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。局部失稳:在

4、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。(2) 圆筒分类:按照失稳的破坏情况分为:长圆筒、短圆筒、刚性筒。长圆筒: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/Do较大,容器的刚性好,不会因失稳而破坏。(3) 临界压力的计算:阳二车(二)3 4 7 2长圆筒1-D。2.5Pc2.59E( e 0)(L/Do)短圆筒问:影响外压圆筒临界压力的因素有哪些?长圆筒的临界压力仅与圆筒的相对厚度de/

5、Do有关,而与圆筒的相对长度L/D。无关。短 圆筒则与两者均有关系。(4)临界长度计算(用两个等式相等)""252.20E(dT2.59E j17DoDo6e(5)图算法例4-3:分f留塔内径2000mm,塔身(不包括椭 圆形封头)长度为6000mn,封头深度500nmo 370匕及真空条件下操作中现库存有沢12、 14mm厚钢板。能否用这三种曾嚳厲*嫁的讨算uEEEIL = 6000+ 2x-x500 = 634()/ww钢板负偏差均为8mm钢板的腐蚀裕量取1 mmo 有效厚度为兀2、10. 2和12. 2mm 简化计算,有效厚度氛10和12查图3T5得A=0. 0000

6、85。20g钢板的 cys=25OMPa (查附录 6), 查图 317, A 值 点落在材料温度线得左方,故20g钢板37O°C时的后 1.69X 1 05MPaB=-X 1.69 X 10、x8.5x 10"3 x 3躺=0.033 Wq V01MPa, 所以9mm钢板不能用。6340瓦=2000 + 2x14 = 3 126查图3-15得A=0. 000018。查图3-17, A值所 在点仍在材料温度线得左方,故R2刃=莎亍亍xl.69xl0、x"10、169 = ° 12-p >0. 1MPa,所以,须采用14mm厚的 20g钢板制造。5、

7、加强圈的作用及设定原则1)加强圈的作用(外压圆筒上设置加强圈的目的是什么?)装上一定数量的加强圈, 利用圈对筒壁的支撑作用,可以提高圆筒的临界压力, 从而提高其工作外压。2) 设定原则2.59ED0e )2.51 )加强圈的实际间距如小于或等于算出的间距,表明该圆筒l二Do能安全承受设计压力。mp2)外加强圈不能大于筒体名义厚度8倍;内加强圈不能大于筒体名义厚度12倍。6、常见封头形式及受力特点简答题:常用封头形式有哪些种?各有什么特点?(1) 封头形式凸形封头對 头分粪 I平皈瑋對 头1节球形封头濮形封头球冠形封头(2)受力特点1)半球形封头但为焊接方便以及降低边缘压力,半球形封头常和筒体球

8、形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半。取相同的厚度。2)椭圆形封头a)直边保证封头制造质量和避免边缘应力作用且大多数椭圆封头壁厚与筒体相同,或比筒 体稍厚。b)还应保证封头的有效壁厚de满足:对标准椭圆形封头不小于封头内直径的0.15%。3)碟形封头相同受力,碟形封头壁厚比椭圆形封头壁厚要大些,而且碟形封头存在应力不连续4)球冠形封头5)锥形封头(分为无折边锥形封头、大端折边锥形封头、折边锥形封头)A、无折边锥形封头(适用于锥壳半锥角 a_300)大端和小端如果需要加强则:锥壳加强段和圆筒加强段厚度相同。B、折边锥形封头或锥形筒体可降低应力集中,适用于锥壳大端半锥角a>300,小端半锥角a>

9、;450锥形封头的小端与接口管相连,一般不加过渡弧,但接口管应增厚,厚度取锥体厚度6)平板封头相同(R/d)和受载下,薄板应力比薄壳大得多,即平板封头比凸形封头厚得多。简答题:该塔Di=600mm;设计压力 p= 2.2MPa ;工作温度t = -3-20°C, dn=7mm。试确 定其封头型式与尺寸。答:工艺操作对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头边缘应力较大,平板封头厚度 较大,故不宜采用。1 )半球形封头受力最好, 壁厚最薄、重量轻,但深度大制造难,中、低压小设备不宜采用;2)碟形封头深度可调节, 适合于加工,但曲率不连续,局部应力,故受力不如椭圆形封头;3 )标准椭圆形

10、封头制造比较容易,受力状况比碟形封头好,故可采用标准椭圆形封头。(简答题:比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的受力情况。)p = 2.2MPa; Di=600mm ;s20=170MPa; j=1.0, C2=1.0mm考虑钢板厚度负偏差,取C1=0.6mm(估计壁厚6mm) 代入并经圆整后用 dn=6mm钢板。7、法兰的密封原理压紧应力到一定数值使垫片变形,密封面上微隙被填满,形成初始密封条件。垫片越宽,为保证比压力,预紧力越大,螺栓和法兰尺寸也越大,所以垫片不应过宽。工作状态时,压 紧应力降低。垫片若足够回弹,补偿变形,预紧密封比压值不小于某一值,保持良好密封。 反之,回弹不足,则此密封

11、失效。8影响法兰密封的因素螺栓预紧力;密封面型式;垫片性能;法兰刚度;操作条件。(1)螺栓预紧力预紧力使垫片压紧并实现初始密封。预紧力过大则垫片被压坏或挤出。(2)密封面型式(简答题:法兰密封面型式有哪些?各适用什么场合?)1)平面接触面积大,预紧时垫片容易往两边挤,不易压紧。2)凹凸面凸面和凹面相配合,凹面上放置垫片,防止垫片被挤出,适用于压力较高。3)榫槽面槽中垫片不被挤动。螺栓力较小。获得良好的密封效果。结构较复杂,更换垫片较困难。榫面容易损坏,4)全平面(FF)与环连接面全平面:(PNW 1.6MPa);环连接面(6.3MPaW PNW 25.0MPa)5)其他:球面(透镜)和椭圆或八

12、角形截面金属垫片9、法兰的标准与选用(1)简答题:法兰的型式有哪些?各有什么特点?1)法兰的分类1818不带称环的182)特点平焊法兰:对焊法兰:更高压力范围(PN 0.6MPa6.4MPa)和直径范围(DN300mm2000mm),适用温度 范围为-20C450Co(2)法兰的选用公称直径 :压力容器法兰公称直径同压力容器(简答题:)法兰的公称压力:以16MnR在200C时的机械性能为基准确定法兰尺寸, 在200 C时,它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力 °简答题:塔身与封头的法兰。塔内径1000mm,操作温度280C,设计压力0.2MPa°Q235-A

13、° 根据操作温度、设计压力和所用材料,应按公称压力为0.6MPa查选尺寸。压力不高,直径不大,表 3-20 用甲型平焊法兰、平面密封面,垫片用石棉橡胶板。 法兰的各部尺寸从附录表 9中查,联接螺栓材料 Q235-A, M20 共36个。10、支座的类型和特点卧式容器支座 、立式容器支座 、 球形容器支座(1)卧式容器支座鞍座L/D较大,且无加强圈,应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用,取AW 0.25D;当筒体的L/D较小,d/D较大,或有加强圈时,取 AW 0.2L。鞍座包角120。或150 °,安放 稳定。高度 200、 300、 400 和 500mm 。圈座对于大直

14、径薄壁容器和真空容器,因其自身重量可能造成严重挠曲;多于两个支承的长容器。支腿连接处造成严重的局部应力,只适用于小型设备(DNW1600、 LW5m)o(2)立式容器支座耳式支座 (已经标准化)a. 当设备较大或器壁较薄。b. 不锈钢制设备,用碳钢作支座。支承式支座 (已经标准化)支承式支座分 A型和B型。裙式支座 (未标准化)11、补强方法及原则分为:整体补强补强圈补强(1)补强圈补强开孔周围贴焊一圈钢板,即补强圈。(2)补强的条件及原则:钢材的标准抗拉强度下限值 sbW 540MPa; 补强圈厚度小于或等于 1.5dn; 壳体名义厚度 dnW38mmo 附:手孔和人孔手孔直径150mm25

15、0mm,标准手孔公称直径有 DN150和DN250两种设备直径超过 900mm,有手孔也设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形。圆形人孔直径400mm600mm,椭圆形人孔(或称长圆形人孔)的最小尺寸为400mm x 300mm。第四章塔设备1、塔设备类型及常用附件(1)板式塔筛板塔、浮阀塔、泡罩塔和舌型塔1)塔盘塔盘结构分为整块式和分块式整块式:分为 定距管式 与重叠式2)降液管弓形:常用,平板加弧形板焊接在塔盘上。3)降液板4)受液盘2)填料塔1)液体分布装置喷洒型溢流型冲击型2)液体再分布装置(3)、塔填料1)散堆填料拉西环、鲍尔环、阶梯环、矩鞍环,金属鞍环,改进鲍尔环2)规整填料(4)填料的

16、支撑结构:孔管型、波纹型、栅板型、驼峰型(5)其他结构的设计1)接管结构进气管结构液相进料管和回流管出料管结构2)除沫装置 丝网除沫器2.影响塔设备强度的因素(1)操作压力;内压塔,周向及轴向拉应力; 夕卜压塔,周向及轴向压应力。 操作压力对裙座不起作用。(2)质量载荷;(3 )风载荷;迎风面拉应力,背风面压应力。(4)地震载荷; 计算地震力时,主要考虑水平地震力,并把塔设备看成是悬臂梁。(5)偏心载荷。塔顶冷凝器偏心安装、塔底外侧悬挂再沸器等引起轴向压应力和轴向弯矩Me3、塔设备筒体壁厚的应力分析(1)最大组合轴向应力(简答题: 简述内压塔操作时的危险工况及强度校合条件。 )内压塔设备外压塔设备正常操作停修

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