化工设备课件第四章强度设计

1、第三节 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 v 在压力容器的设计中，一般都是根据工艺的要求确定其公称直径。强度设计的任务是选择合适的材料，然后根据给定的工程直径以及设计压力和设计温度，设计出合适的厚度，以保证设备安全可靠地运行。关于弹性失效的设计准则v 设计压力容器时，确定容器壁内允许应力的限度（即容器判废的标准）有不同的理论依据和准则。对于中、低压薄壁容器，目前通用的是弹性失效理论。依据这一理论，容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点，容器即告破坏。也就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内保证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的屈服点，既： v (3-3) v t=tn当

2、强度理论极其相应的强度条件v 压力容器零部件中各点的受力大多数是二向应力状态或三向应力状态。 建立这种应力状态的强度条件，必须借助于强度理论，将二向和三向应力状态转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力。 v欲建立式（3-1)所表示的强度条件，必须解决两方面的互：一是根据应力状态确定主应力；二是确定材料的许用应力。对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力为： 第一强度理论极其相应的强度条件v相应的强度条件v v (3-2)v第三强度理论极其相应的强度条 相应的强度条件 (3-3)第四强度理论及其相应的强度条件v相应的强度条 v (3-5)v 上述第一强度理论适用于脆性材料；第三和第四强度理论适用于塑

3、性材料；而第二强度理论与实际相差很大，目前已很少采用。压力容器都是采用塑性材料制造的，应该采用第三和第四强度理论。内压薄壁圆筒与封头的强度设计v 一 强度计算公式v若取第三强度理论，可得:v 将上式中的平均直径换算为圆筒内径，D=Di十S，压力P换为计算压力Pc ，并考虑焊接制造因素 ，即得到圆筒的计算壁厚公式: v v （3-6）再开虑腐蚀裕量C2 ，于是，得到圆筒的设计壁厚为 同理，若取第四强度理论，可得 v 对于薄壁容器，式(4-5)和式（4-6）的计算结果相差不大，我国国家标准钢制压力容器中规定采用式（4-5),最后加上钢板负偏差C2，再根据钢板标准规格向上圆整，确定选用钢板的厚度，此

4、厚度称为名义壁厚，以Sn表示，它即是图纸上标注的厚度。v 根据式(3-6)。可以得到对已有设备进行强度校核和确定最大允许工作压力的计算公式分别为：v v (3-7)v v (3-8) ()2ttPc DcSeSe 2tSePwDiSev 采用无缝钢管作圆筒体时，其公称直径为钢管的外径。将Di=D0-S代入 中，并考虑焊缝因素 ，可以得到以外径为基准的公式： 022tPcDSCPc 0()2ttPc DSeSe 02tSePwDSe 02tPcDSPcvPc 计算压力，MPavDi-圆筒或球壳的内径，mmvDo 圆筒或球壳的外径，mmv p w圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa;vS 圆筒或球

5、壳的计算厚度，mm（习惯上将圆筒的厚度称作壁厚，其他一律称作厚度）；vSd圆筒或球壳的设计厚度，mm，它是计算厚度与腐蚀裕量C，之和；vSn圆筒或球壳的名义厚度，mm，v它是将设计厚度加上钢板厚度的负偏差C,，并向上圆整至钢板标准规格的厚度，即图纸上标注的厚度；vSe 圆筒或球壳的有效厚度，mm，它是名义厚度Sn与厚度附加量C之差；vt 圆筒或球壳材料在设计温度下的许用应力，M Pa;v t 设计温度下圆筒或球壳的计算应力，M Pav-焊接接头系数；vC2 -腐蚀裕量，m m;vC1-钢板厚度负偏差，m mvC厚度附加量，m m,C= C1 + C2 对于球形容器，由于其主应力v利用上述推导方法，可以得到球形容器厚度设计计算公式，v （4-12）v v （4-12a）v v （4-13）v v （4-1