第二章中低压容器设计

1、化工人才的摇篮第二章第二章 中低压容器设计中低压容器设计课件设计：葛永生课件设计：葛永生化工人才的摇篮第一节第一节 旋转壳体的应力分析旋转壳体的应力分析第二节第二节 内压薄壁容器的设计计算内压薄壁容器的设计计算化工人才的摇篮第一节第一节 旋转壳体的应力分析旋转壳体的应力分析化工人才的摇篮 （一）旋转壳体定义（一）旋转壳体定义 所谓回转壳体，指壳体中间面是由直线所谓回转壳体，指壳体中间面是由直线或平面曲线绕其回转轴线旋转一周而形成的或平面曲线绕其回转轴线旋转一周而形成的壳体。中间面代表壳体的几何特性。两曲面壳体。中间面代表壳体的几何特性。两曲面之间的距离称为壳体的厚度，用之间的距离称为壳体的厚度

2、，用表示。表示。一、旋转壳体的基本概念化工人才的摇篮（二）一般旋转壳体的几何要素（二）一般旋转壳体的几何要素一般旋转壳体中间面示意图（由平面曲线一般旋转壳体中间面示意图（由平面曲线AO绕轴线绕轴线OO而成）：而成）：化工人才的摇篮 OA、OA 母线、经线；OO 回转轴； O（中面与回转轴交点）极点； 纬线正交圆锥面（母线K2B）与回转曲面截交所得圆； 法线通过经线上任意点且垂直于中面在该点的切平面的直线，其延长线必与旋转轴相交。 r平行圆半径；平行圆是指垂直 于回转轴的平面（横截面）与中面 的交线，过同一点的纬线与平行圆 同一个圆；化工人才的摇篮 R1第一曲率半径（经线在B点的曲率半径，如线段

3、BK1）； R2第二曲率半径，R2=r/sin（与经线在B点处的切线相垂直的平面截交回转曲面得一平面曲线，该平面曲线在B点的曲率半径,如线段BK2） ；考虑到壁厚，含纬线的正交圆锥面能截出真实壁厚，含平 行圆的横截面不能截出真实壁厚。化工人才的摇篮（三）（三） 常见旋转壳体的曲率半径常见旋转壳体的曲率半径 化工人才的摇篮（四）薄壳与厚壳和薄壁圆筒与厚（四）薄壳与厚壳和薄壁圆筒与厚 壁圆筒壁圆筒薄壳：薄壳：/R1/10厚壳：厚壳：/R1/101、薄壳与厚壳、薄壳与厚壳 -壳体厚度壳体厚度 R-中间面曲率半径中间面曲率半径薄壁圆筒：薄壁圆筒：Do/Di1.1厚壁圆筒：厚壁圆筒：Do/Di1.12、

4、薄壁圆筒与厚壁圆筒、薄壁圆筒与厚壁圆筒Do-圆筒外径圆筒外径i-圆筒内径圆筒内径化工人才的摇篮 二、无力矩理论及应用化工人才的摇篮 无力矩理论亦称为薄膜理论，它假设壳体无力矩理论亦称为薄膜理论，它假设壳体厚度比直径小得多（厚度比直径小得多（/R/R1/101/10），可将壳），可将壳壁当成薄膜，认为它只能承受接拉应力和压壁当成薄膜，认为它只能承受接拉应力和压应力，而不能承受弯曲应力的作用，并假定应力，而不能承受弯曲应力的作用，并假定这种拉（压）应力（即薄膜应力）沿壁厚方这种拉（压）应力（即薄膜应力）沿壁厚方向是均匀分布的。这种忽略弯曲应力的影响向是均匀分布的。这种忽略弯曲应力的影响，只考虑拉（

5、压）应力的分析问题的方法称，只考虑拉（压）应力的分析问题的方法称之，用该理论求得的壳体中的应力称为薄膜之，用该理论求得的壳体中的应力称为薄膜应力。应力。 工程上，常用无力矩理论来处理薄壁壳体工程上，常用无力矩理论来处理薄壁壳体的强度问题。的强度问题。（一）无力矩理论的基本概念（一）无力矩理论的基本概念化工人才的摇篮（二）无力矩理论的基本方程（二）无力矩理论的基本方程1、微体平衡方程式、微体平衡方程式化工人才的摇篮 abcd壳体微元体。由三对截面截取：壳体内外表面、两个相邻的夹角为d的经线平面、两个相邻的夹角为d的纬线锥面。ab = d l1 = R1d; bd = d l2 = R2d 微元面

6、积dA=dl1dl2=R1R2dd径向应力， =N/(dl2t)， 或N=tR2d环向应力， =N/(dl1t) 或N=tR1d化工人才的摇篮 根据无力矩理论，微元体上仅有环向内力N及径向内力N因壳体是轴对称，故N不随角变化，即截面ab与cd的N相等 因壳体沿经线的曲率常有变化，故N随变化，因abcd是微元体，故N随的变化量很小，可忽略，则+d；N+dNN 微元平衡方程：微元体所受薄膜 应力在法线方向的分量等于微元 面积所受的介质压力： 则： N d+Nd=pdA化工人才的摇篮N d+Nd=pdA，将前式代入：tR2dd+tR1dd=pR1R2dd，tR2+rR1=pR1R2， 各项除以R1R

7、2t： 微体平衡方程，微体平衡方程， 即拉普拉斯方程（公式即拉普拉斯方程（公式2-1）化工人才的摇篮2、区域平衡方程式、区域平衡方程式化工人才的摇篮 mom由纬经锥面mdm截取的部分壳体，称为区域壳体。 rm纬线mm的平行圆半径 意义同前 方向线与回转轴oo的夹角，=90，sin=r/R2 nn由两个正交锥面切割得到的、经向宽度为dl的环带 r 、dr nn 环带的平行圆半径及其增量化工人才的摇篮 在微元环带nn的内表面，作用着介质压力p，在oo轴方向的分量为dv=2rpdlcos=2rpdr 将dv在整个区域壳体上积分得区域壳体的介质压力的轴向分量： 区域壳体在mm截面（壁厚为t） 上的内力

8、在oo轴方向的分量为: v=2r m t cos化工人才的摇篮平衡条件下V=V ：rm2p=2rmtcosv=2r m t cos 区域平衡方程式（公式区域平衡方程式（公式2-2）公式（2-1）（2-2）是无力矩理论 的两个基本方程，也是薄壁壳体应 力计算的基本公式。化工人才的摇篮（三）典型壳体的薄膜应力（三）典型壳体的薄膜应力 （无力矩理论的应用）（无力矩理论的应用） 承受气体内压的回转薄壳将区域平衡方程代入微元平衡方程：化工人才的摇篮（三）典型壳体的薄膜应力（三）典型壳体的薄膜应力1.仅受气体内压作用的壳体 （1）受气体内压作用的圆筒形壳体 （2）受气体内压作用的球形壳体 （3）受气体内压

9、作用的锥形壳体 （4）受气体内压作用的椭球形壳体2.受液体压力作用的壳体3.无力矩理论的应用条件化工人才的摇篮1、仅受气体内压作用的壳体、仅受气体内压作用的壳体（1）受气体内压作用的圆筒形壳）受气体内压作用的圆筒形壳体体化工人才的摇篮 此时，R1=，R2=D/2，代入混合方程得：=2 代入公式2-1和2-2得：经向应力：=pR/2=pD/4(2-3)环向应力：= pR/=pD/2(2-4) 结论：内压薄壁圆筒形容器的环向 应力是经向应力的2倍。由此说明并 实践证明，圆筒形内压薄壁容器从 强度薄弱的纵向破裂，因此可知， 筒体的纵向焊缝质量必须重点保证。化工人才的摇篮1、仅受气体内压作用的壳体、仅

10、受气体内压作用的壳体 （2）受气体内压作用的球形壳体）受气体内压作用的球形壳体 壳体上各点的第一曲率半径与第二曲率半径相等，即R1=R2=R， 代入混合方程得：= 代入区域方程得：=pR/2=pD/4(2-5) 结论：比较公式（2-4）与（2-5）可知，在承受相同的内压力p时，球壳的环向应力要比同直径、同厚度的圆筒壳的环向应力小一半，这是球壳显著优点。化工人才的摇篮1、仅受气体内压作用的壳体、仅受气体内压作用的壳体（3）受气体内压作用的锥形壳体）受气体内压作用的锥形壳体化工人才的摇篮 母线为直线，R1=，R2= 将R1、R2代入混合方程得：=2 A点处的薄膜应力为=pr/2cosa =pr/c

11、osa可见： 平行圆半径 r 越小，应力、 也越小，锥顶处应力为零 倾角越小，应力、也 越小，=0时，与圆筒应力相同， =90时，与平板应力相同化工人才的摇篮1.仅受气体内压作用的壳体仅受气体内压作用的壳体 （4）受气体内压作用的椭球形壳）受气体内压作用的椭球形壳体体工程上的椭球壳主要是用它的一半作封头，故认为是由1/4椭圆曲线作为母线绕短轴回转而成（绕长轴会得到深碗状封头，不易制造）。已知椭圆曲线方程为x2/a2+y2/b2=1， 可分别求出一阶、二阶导数y、y， 经数学推导得椭球曲面的第一、第二 曲率半径R1、R2：化工人才的摇篮椭球壳结构示意图化工人才的摇篮式中：化工人才的摇篮将R1和R

12、2代入混合方程得：二式称为胡金伯格方程胡金伯格方程化工人才的摇篮椭球壳上各点的应力不相等椭圆长短轴之比a/b影响壳体应力化工人才的摇篮经向应力在任何a/b值下均为拉应力， 在极点最大，在赤道最小环向应力在a/b 2时为压应力，此时有可能导致大直径薄壁椭圆形封头出现局部屈曲，应加大壁厚或采用环状加强筋。常用的标准椭圆形封头，a/b=2， 在极点处=Pa/t， 在赤道上=Pa/t化工人才的摇篮受内压作用的各种结构椭球壳应力分布图化工人才的摇篮2.受液体压力作用的壳体受液体压力作用的壳体储存液体的回转薄壳储存液体的回转薄壳气压作用气压作用各处压力相等各处压力相等液体静压作用液体静压作用压力随液面深度

13、变化压力随液面深度变化化工人才的摇篮（1）支座以上的圆筒中任意点A处的薄膜应力经向应力=PoR/2环向应力=PoR2 /=Po+g(H-y1)R/（2）支座以上的圆筒中任意点B处的薄膜应力经向应力=R（Po+gH）/2环向应力=PoR2 /=Po+g(H-y2)R/ 结论：分析上式可知：环向应力的大小与支座位置无关。当支座直接置地时，其壳体上各点的经向应力是相同的，均为=PoR/2化工人才的摇篮3、无力矩理论的应用条件、无力矩理论的应用条件（1）壳体的厚度、中面曲率和载荷均应连续、没有突变，材料物理性能相同；（2）壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩作用；（3）壳体的边界处的约束沿经线的 切向

14、方向，不得限制边界处的转角 与挠度；化工人才的摇篮（4）壳体边界的固定形式应该是自由支承；（5）/Di0.1.注：实际中同时满足这五个条件非常困难，即理想的无矩状态并不存在。应对的方法是按无力矩理论计算壳体应力，同时对弯矩较大的区域再用有力矩理论修正。化工人才的摇篮 三、旋转薄壳的边缘问题化工人才的摇篮（一）有力矩理论（一）有力矩理论 在工程实际中，理想的薄壁壳体是不存在的。实际容器的壳体在形状、受载和边界条件等方面难以满足无力矩理论应用的条件。 相对的就是“有力矩理论”，又 称为“弯曲理论”，认为壳体虽 然很薄，但有一定的抗弯刚度， 承受载荷的壳体内仍有弯矩和弯 曲应力存在，故不能忽略。化工

15、人才的摇篮 如图所示，在壳体形状或载荷有突变处，以及受到集中力作用处，因自由变形不连续，存在有较大的不连续力和不连续力矩，需用有力矩理论进行分析。化工人才的摇篮（二）边缘应力及处理（二）边缘应力及处理1、边缘效应与边缘应力的概、边缘效应与边缘应力的概念念化工人才的摇篮 容器由于结构的不连续性（如图所示）而在连接边缘的局部区域出现应力升高的现象，称为“边缘问题”或“边缘效应”，由此而引起的局部应力称为“边缘应力”或“不连续应力”。 产生边缘应力的根本原因是两个 不同结构的连接边缘其弹性变形 不一致导致相互约束而引起的。化工人才的摇篮（二）边缘应力及处理（二）边缘应力及处理 2、边缘应力的特征、边

16、缘应力的特征（1）局部性）局部性 边缘应力只存在于连接处附近的局部区域，随着离边缘距离x的增加，各内力呈指数函数迅速衰减以至消失（如右上图所示），这种性质称之。 R、为壳体回转半径与壁厚（t）时，边缘力矩M已衰减掉95.7%，完全可以忽略边缘应力，而 与R相比是很小的。化工人才的摇篮（2）自限性）自限性 对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部区域产生塑性变形，这种弹性约束就开始缓解，变形不再继续增，边缘应力自动限制，这种性质称之。化工人才的摇篮3、降低边缘应力的措施、降低边缘应力的措施（1）采用合理的结构设计）采用合理的结构设计减少两连接件的刚度差；尽量采用圆弧过渡；采取局部区域补强；选择

17、合适的开孔方位。（2）减少附件传递的局部载）减少附件传递的局部载荷荷（3）减少结构中的缺陷）减少结构中的缺陷化工人才的摇篮第二节：内压薄壁容器的设计计算第二节：内压薄壁容器的设计计算化工人才的摇篮1 1、内压薄壁圆筒壁厚计算、内压薄壁圆筒壁厚计算 = = （PcPc0.40.4t t）（公式）（公式2-32-3） 2 2、球壳壁厚计算、球壳壁厚计算（PcPc0.4t0.4t）= = （PcPc0.6t0.6t）（公式）（公式2-42-4） 式中：式中：圆筒的计算厚度，圆筒的计算厚度，mm;mm; Pc Pc圆筒的计算压力，圆筒的计算压力，Pa;Pa; Di Di圆筒的内径，圆筒的内径，mm;m

18、m; t t圆筒材料在设计温度下的许用应力圆筒材料在设计温度下的许用应力MPaMPa; ; 圆筒的焊接接头系数，圆筒的焊接接头系数，0.10.1一、容器的设计计算一、容器的设计计算化工人才的摇篮3 3、两者比较、两者比较 由此可知：在相同压力作用由此可知：在相同压力作用和使用材料相同的条件下，球壳和使用材料相同的条件下，球壳形内压容器厚度是圆筒形内压容形内压容器厚度是圆筒形内压容器厚度的一半。器厚度的一半。化工人才的摇篮 1 1、确定设计温度下圆筒的最大允许工作压力，、确定设计温度下圆筒的最大允许工作压力，对容器进行强度校核。对容器进行强度校核。设计温度下圆筒的最大允许工作压力及校核条件为Pw

19、 =2et/ (Di+e)Pc （公式2-5） 设计温度下球壳的最大允许工作压力及校核条件为Pw =4et/ (Di+e)Pc （公式2-6）二、容器的校核计算二、容器的校核计算化工人才的摇篮2 2、计算设计温度下的计算应力，判定在指定压、计算设计温度下的计算应力，判定在指定压力下圆筒体的安全可靠性。力下圆筒体的安全可靠性。设计温度下圆筒的计算应力为t = Pc（(Di+e)）/2et（公式2-7）设计温度下球壳的计算应力为t = Pc（(Di+e)）/4et（公式2-8）式中：e为壳体的有效厚度,mm.化工人才的摇篮 1 1、各厚度的含义与相互关系、各厚度的含义与相互关系计算厚度：按强度公式

20、计算所得的厚度，它是保证容器强度要求的最小值。设计厚度d：指计算厚度与腐蚀裕量之和， 即d =+C2名义厚度n :指设计厚度加上钢村厚度负偏差，且圆整后所得钢材标准规格的厚度。即d+C1 圆整后得 n(钢材标准厚度) 有效厚度e：指名义厚度减去钢材厚度附加量，即e =n=n（）三、容器厚度的确定三、容器厚度的确定化工人才的摇篮各厚度的相互关系图各厚度的相互关系图化工人才的摇篮2、容器最小厚度min为什么要规定容器最小厚度? 对于低压或常压容器，按照前述强度公式计算出来的厚度，能满足强度要求，但往往较薄是一导致刚度不够，在运输、吊装过程中不保持原来形状，二是导致在焊接时无法得到较高的焊接质量。容

21、器最小厚度是如何规定的？、对碳素钢、低合金钢制容器，不小于mm；对高合金钢制容器不小于2mm。、对标准椭圆形封头和碟形封头，其有效厚度应不小于封头内径的0.15%;对于其他椭圆形封头和碟形封头，其有效厚度应不小于封头内径的0.30%;。化工人才的摇篮第三第三节节 设计参数的确定设计参数的确定第四节第四节 内压封头的结构及强度计算内压封头的结构及强度计算化工人才的摇篮 第三节第三节 设计参数的确定设计参数的确定化工人才的摇篮第三节第三节 设计参数的确定设计参数的确定一、容器强度设计参数的确定标一、容器强度设计参数的确定标准准二、设计参数二、设计参数 （一）设计压力（一）设计压力 （二）设计温度（

22、二）设计温度 （三）许用应力（三）许用应力 （四）焊接接头系数（四）焊接接头系数 （五）厚度附加量（五）厚度附加量C化工人才的摇篮一、容器强度设计参数的确一、容器强度设计参数的确定标准定标准 GB150-1998钢制压力容器及有关规定。化工人才的摇篮（一）设计压力（一）设计压力 1、工作压力、工作压力Pw 指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高表压力，也称为最高工作压力。二、设计参数二、设计参数化工人才的摇篮2、计算压力、计算压力Pc 指相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液压静压。通常情况下，计算压力等于设计P加上液柱静压力Pl,即:Pc=P+Pl.当元件所承受的液柱静压小于

23、5%设计压力时,可忽略不计,此时计算压力即为设计压力。化工人才的摇篮3、设计压力、设计压力P 指设定的容器顶部的最高工作压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。实际计算时，可按压力容器安全技术监察规程等有关规定来确定相应的设计压力。化工人才的摇篮（二）设计温度（二）设计温度 是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度（指元件金属截面厚度的温度平均值），它用以确定材料的许可应力。 当压力容器具有不同的操作工况时，应按最苛刻的工况条件下设计压力与设计温度的组合设定容器的设计条件。化工人才的摇篮（三）许用应力（三）许用应力 是容器壳体、封头等受压元

24、件的材料允许的最高强度，它是根据材料各项性能指标分别除以相应的标准中所规定的安全系数来确定的。而安全系数主要是为了保证受压元件的强度有足够的安全储备量，是考虑到材料的力学性能、载荷条件、设计计算方法、加工制造以及操作使用中的不确定因素后确定的。化工人才的摇篮1、公式法：、公式法： b / nbt = （取二者小值） s / ns 安全系数通常有：抗拉强度安全系数nb=3.0和屈服强度安全系数ns=1.6。化工人才的摇篮2、查表法：、查表法： P34表2-8钢板许用应力和 P36表2-9钢管许用应力。（1）第一步：找到所选材料牌号；（2）第二步：假设所选材料厚度，并在表中查到其所在厚度范围；（3

25、）第三步：查找设计温度的位置；（4）第四步：找到在温度和材料交叉点，该位置上的数字即为所需的许用应力。如表中未列出，可采用插入法进行查找。化工人才的摇篮（四）焊接接头系数（四）焊接接头系数 为了补偿焊接时可能出现的焊接缺陷对容器强度的影响，引入了焊接接头系数，它等于焊缝金属材料强度与母材强度的比值，反映了由于焊接连接对材料强度的削弱程度。其值的大小由焊接焊接接头的形式接头的形式及无损检测的长无损检测的长度比例度比例确定。化工人才的摇篮1、双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头： A、100%无损检测 ：=1.0； B、局部无损检测：=0.85。2、单面焊对接接头（有垫板）： A、100%

26、无损检测 ：=0.9； B、局部无损检测：=0.8。 具体按表和图2-14所示接头类型选取 。化工人才的摇篮（五）厚度附加量（五）厚度附加量CC=C1+C2C1:钢板厚度负偏差C2:腐蚀裕量化工人才的摇篮1、钢板厚度负偏差、钢板厚度负偏差C1 钢板或钢管在轧制过程中，其厚度可能会出现偏差，若出现负偏差则会使实际厚度偏小，影响其强度，因此要引入钢板厚度负偏差进行预先增厚。如教材中P39表2-11、表2-12和表2-13。 当厚度负偏差不大于0.25mm,且不超过名义厚度6%时,负偏差可忽略不计,即C1=0.化工人才的摇篮2、腐蚀裕量、腐蚀裕量C2 由于容器多与工作介质接触,为防止由于腐蚀、机械磨

27、损而导致厚度削弱减薄，需要考虑腐蚀裕量，是由介质的腐蚀性及容器的设计寿命来确定的。 C2=腐蚀速度腐蚀速度使用年限。使用年限。 一般情况下，考虑单面腐蚀时，C2=1mm；双面腐蚀时，C2=2mm。具体可见教材P表2-1。 必须明确的是：腐蚀裕量只对防止发生均匀腐蚀破坏有意义。化工人才的摇篮 第四节第四节 内压封头的结构及强度计内压封头的结构及强度计算算 化工人才的摇篮一、封头概述1、封头类型(按结构形状分 ) 半球形封头 椭圆形封头 凸形封头 碟形封头 球冠形封头 锥形封头 平板封头化工人才的摇篮2、封头特点及比较 （1）从制造角度比较：平板形封头、无折边锥形封头较凸形封头加工制造容易； （2

28、）从承压能力角度比较：半球形封头、椭圆形封头最好，碟形封头、带折边的碟形封头次之，而球冠形封头、不带折边的碟形封头和平板形封头较差。化工人才的摇篮各种封头结构型式化工人才的摇篮二、封头结构及强度计算（一）半球形封头1、结构 半球形封头是由半个球壳构成。直径较小、器壁较薄的半球形封头可整体热压成形。大直径的则先分瓣冲压，再焊接组合。化工人才的摇篮 壳体 焊缝化工人才的摇篮2、强度计算半球形封头强度计算公式壁厚计算公式4citp Dp化工人才的摇篮()4cpD iee 4 tepDie 计算应力公式 最大许用压力公式化工人才的摇篮特点： 优点：薄膜应力为相同直径圆筒体的一半，最理想的结构形式。 缺

29、点：深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。应用：高压容器化工人才的摇篮（二）椭圆形封头 1、结构 组成：半个椭球面和短圆筒（直边），高度ho。 直边的作用： 保证封头的制造质量； 避免焊缝处附加边缘应力。 化工人才的摇篮 椭球部分 直边hih0DN化工人才的摇篮标准椭圆形封头：长轴半径a和短轴半径b之比a/b=2，曲面深度hi=Di /4。标准椭圆形封头的直边高度h0/mm封头公称直径DN20002000封头直边高度h0 2540化工人才的摇篮2、椭圆形封头强度计算公式 壁厚计算公式 420.5ciiticpDDhp 化工人才的摇篮标准椭圆形封头的壁厚计算式：

30、非标准椭圆形封头的壁厚计算式：式中K形状系数（或应力增强系数），见P42表2-16。20 .5ccitK p Dp化工人才的摇篮 212()62iiDKh 2 0.5teiepD (0 .5)2cpD iee计算应力公式最大许用压力公式 化工人才的摇篮为预防失为预防失稳，标准稳，标准椭圆形封椭圆形封头的计算头的计算厚度不得厚度不得小于封头小于封头内径的内径的0.15，即：即：iD10005 . 1min化工人才的摇篮（三）碟形封头 1、结构 半径为Rc的球面体、半径为r的过渡圆弧（即折边）、高度为h0的短圆筒（即直边）Rch0hrDi化工人才的摇篮 球体部 折边 直边化工人才的摇篮2、特点：

31、优点：过渡圆弧降低了封头深度，方便成型，且压制碟形封头的钢模加工简单，应用广泛。 缺点：不连续曲面，存在较大边缘应力。边缘应力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其它部位，故受力状况不佳。 边缘应力的大小与r/Ri有关，该值越大，边缘应力越小。通常取Ri=0.9Di，r0.1，且r3n。 化工人才的摇篮 3、碟形封头强度计算公式 在相同条件下，与椭圆形封头比较，边缘应力大，封头壁厚大，引入碟形封头形状系数M，见P43表2-17。式中 Ri：球面内半径 r：折边半径 表2-17蝶形封头形状系数蝶形封头形状系数M1(3)4iRMrr/Rci0.150.170.2M1.41.361.31化工人才的

32、摇篮 壁厚计算公式 标准蝶形封头：Ri=0.9Di，r=0.17Di，此时，M=1.325。1( 3)4iRMr1 .220 .5citcp Dp化工人才的摇篮计算应力公式最大许用压力公式(0 .5)2cieepM R20 .5teiepM R化工人才的摇篮碟形封头的厚度如果太薄，也会碟形封头的厚度如果太薄，也会发生内压下的弹性失稳。故要求最发生内压下的弹性失稳。故要求最小壁厚：小壁厚： M1.34时，e0.15%Di； M 1.34时，e0.30%Di。化工人才的摇篮（四）锥形封头（四）锥形封头轴对称锥壳轴对称锥壳无折边锥壳无折边锥壳22cD2带带折边锥壳：有过渡圆折边锥壳：有过渡圆弧（折边

33、）和直边弧（折边）和直边 边锥形封头边锥形封头 局部加强的不带折边锥形封头局部加强的不带折边锥形封头 带折边锥形封头带折边锥形封头化工人才的摇篮化工人才的摇篮 1、结构 不带折边锥形封头与筒体连接处存在较大边界应力，尽管连接处附近的边缘应力数值很高，但却具有局部性和自限性，所以这里发生小量的塑性变形是允许的。 降低边界应力的方法： 1）局部加强； 2）加折边和直边。化工人才的摇篮 2、锥形封头应力分析及强度计算 应力分析22iDsD化工人才的摇篮 受均匀内压的锥形壳体的最大薄膜应力位于锥体大端；若不考虑封头与圆筒连接处的边界应力，则： 将上式中的压力p换成计算压力pc，将锥壳大端中径D换成锥壳

34、计算内径Dc，得到锥壳计算厚度：式中：Dc 锥壳计算内径，mm，锥壳段大端内径，无折边时， Dc = Di。12 c o sctpD12c o scctcpDp化工人才的摇篮强度计算 受内压无折边锥形封头 A、锥壳大端 当半顶角30时，可采用无折边结构； 当半顶角 30时，应采用带过渡段的折边结构。 无折边锥壳大端与圆筒连接时，连接处锥壳大端壁厚的确定方法：化工人才的摇篮a、交点位于曲线上方，不必局部加强，按下式计算：12c o scctcpDp化工人才的摇篮b、交点位于曲线下方，需要局部加强，且锥壳和圆筒加强段厚度相同，加强段厚度计算公式：式中，Q为系数，其值由P46图2-18查得，中间值用

35、内插法。2 citcQ pDp化工人才的摇篮B、锥壳小端 当半顶角45时，可采用无折边结构； 当半顶角 45时，应采用带过渡段的折边结构。 折边锥壳小端与圆筒连接时，连接处锥壳小端壁厚的确定方法。 化工人才的摇篮a、交点位于曲线上方时，不需局部加强b、交点位于曲线下方时，需局部加强，且锥壳和圆筒加强段厚度相同，加强段厚度计算公式 式中：Dis锥壳小端内直径，mm；Q系数，其值由图2-20查得，中间值用内插法。 2ci stcQ pDp化工人才的摇篮Qtp/锥形封头大端与圆筒连接处锥形封头大端与圆筒连接处Q值图值图化工人才的摇篮受内压带折边锥形封头 当锥壳大端半顶角30，锥壳小端半顶角45，需采

36、用带过渡段的折边结构。 大端折边锥壳的过渡段转角内半径r：不小于封头大端内直径Di的10%，且不小于该过渡段厚度的3倍； 小端折边锥壳的过渡段转角内半径r：不小于封头小端内直径Dis的5%，且不小于该过渡段厚度的3倍。化工人才的摇篮A、锥壳大端 折边锥壳大端厚度按以下公式计算，取其较大值。 a、过渡段厚度计算公式：20 .5ccitK p Dp化工人才的摇篮b、与过渡段相接处的锥壳厚度计算公式：式中，K系数，其值由P48表2-18查得。f系数，其值由表P482-19查得。2 0 .5citcfpDp化工人才的摇篮B、锥壳小端a、当锥形封头半顶角45时 若采用小端无折边，其小端厚度与无折边锥形封

37、头小端厚度计算方法相同；如需采用小端有折边，其小端厚度按加强厚度计算公式计算。b、当锥形封头半顶角4560时 小端过渡厚度按加强厚度计算公式计算，式中Q按P49图2-21查取。 化工人才的摇篮 c、当锥形封头半顶角60时 按平板封头设计。（五）圆形平板封头（或平盖） 1、形式 圆形（最常用）、椭圆形、矩形、方形。化工人才的摇篮2、特点 与其他封头相比，在内压作用时发生弯曲变形，产生的弯曲应力大且分布不均匀。因此，在相同情况下，它比各种凸形封头和锥形封头的厚度在大得多，承压设备一般不采用它。 但其结构简单，制造方便，故压力容器上常需拆卸的人孔、手孔的盖板、操作时需用盲板封闭的地方以及某些换热设备

38、的端盖等常采用平板形封头。化工人才的摇篮3、平板封头的壁厚计算公式 pDcKPc/t式中 p 平板封头的计算壁厚，mm； Dc 平板形封头计算直径，mm； K 平盖结构特征系数，可查P50表2-20。 化工人才的摇篮三、封头的选择原则：主要根据设计对象的要求，并考虑经济技术指标。1、几何方面 单体容积的表面积，半球形的最小。2、力学方面 应力分布状况：半球形的最好，椭圆形的次之，碟形的缺点在于结构上有个较小的折边半径，平板最差。3、制造及耗材方面 封头愈深，直径与厚度愈大，制造愈困难。化工人才的摇篮 第五节第五节 容器的压力试验容器的压力试验 第二章小结第二章小结 化工人才的摇篮第第五节五节

39、容容器的压力试验器的压力试验化工人才的摇篮 由于材质、钢板弯卷、焊接及安装等加工制造过程的不完善，会导致容器有可能在规定的工作压力下出现过大变形或焊缝有渗漏现象等。 因此，新制造的容器或大检修后的容器在交付使用之前都必须进行压力试验。一、压力试验的原因及目的1、原因化工人才的摇篮检验在超过工作压力条件下容器的宏观强度；检验密封结构的可靠性及焊缝的致密性；观测压力试验后受压元件的母材及焊接接头的残余变形量，及时发现材料和制造过程中存在的缺陷。一、压力试验的原因及目的2、目的化工人才的摇篮二、压力试验的对象 1、根据工艺条件设计制造的新设备； 2、由于生产工艺条件的改变，导致设备在线使用的工艺参数

40、发生了变化，且按新工艺条件经强度校核合格的设备； 3、按设备管理要求进行了检修的设备；化工人才的摇篮 4、停用一段时间后重新启用的设备； 5、安装位置发生移动的设备； 6、需要更换衬里的设备； 7、其他有必要进行压力试验以确保安全的设备。化工人才的摇篮三、压力试验的方法及要求（一）液压试验1、液液压压试试验验示示意意图图化工人才的摇篮 2、试验压力的确定、试验压力的确定 试验压力是进行压力试验时规定容器应达到的压力，其值可按下式确定：P1.25P/t式中：P-液压试验压力，MPa； P-设计压力，MPa； -容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa； t-容器元件材料在设计温度下的许用应力，

41、MPa。化工人才的摇篮注意 容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式中应以最大允许工作压力替代设计压力； 容器各元件所有材料不同时，应取各元件材 料/t比值中最小者； 立式容器水平放置进行液压试验 时，当最大液柱静压力超过0.05MPa 时，其试验压力应为公式计算确定 的值再加上容器立置时圆筒所承受 的最大液体静压力。化工人才的摇篮 3、试验应力校核、试验应力校核 压力试验时，由于容器承受的压力高于设计压力，为防止容器产生过大的应力，要求在试验压力下圆筒产生的最大应力不超过圆筒材料在试验温度下屈服点的90%，即：P（Di+e）/2e0.9s式中:-试验压力下圆筒的应力，MPa； Di-圆筒内直

42、径，mm； e-圆筒的有效厚度，mm； s-材料在试验温度下的屈服点，MPa； -焊缝的焊接接头系数。化工人才的摇篮4、试验介质及要求、试验介质及要求 供试验的液体一般为洁净的水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。液体温度不得低于容器壳体材料的韧性转变温度。化工人才的摇篮、试验方法、试验方法充液并排气：充液同时将容器内的空气从顶部排气口充液并排气：充液同时将容器内的空气从顶部排气口排尽。排尽。关闭排气口，继续充液。关闭排气口，继续充液。缓慢升压，在升至规定试验压力的缓慢升压，在升至规定试验压力的10%后，暂停升压后，暂停升压，保压，保压5-10分钟并对所有焊缝和连接部位进行初次检查分钟并对所有焊缝和连接部位进行初次检查；如无泄漏可继续升压到规定试验压的；如无泄漏可继续升压到规定试验压的50%，如无异常，如无异常现象，其后按每级为规定试验压力的现象，其后按每级为规定试验压力的10%逐级升压到试逐级升压到试验压力，根据容积大小保压验压力，根据容积大小保压10-30分钟，然后降至设计分钟，然后降至设计压力，保压进行检查，其保压不小于压力，保压进行检查，其保压不小于