化工设备机械基础(第四版)第5章外压圆筒与封头的设计

1、第第5 5章章 外压圆筒与封头的设计外压圆筒与封头的设计第一节、外压圆筒的临界压力第一节、外压圆筒的临界压力第二节、外压圆筒的工程设计第二节、外压圆筒的工程设计第三节、外压球壳与凸形封头的工程设计第三节、外压球壳与凸形封头的工程设计第四节、外压圆筒加强圈的设计第四节、外压圆筒加强圈的设计第一节、外压圆筒的临界压力第一节、外压圆筒的临界压力1. 1. 压杆稳定问题压杆稳定问题v 稳定是就平衡而言的，平衡分为两种：稳定平衡与不稳定平衡。v 正是由于平衡有两种，所以在设计构件时，不但要满足强度条件与刚度条件，还要考虑其平衡是否稳定，因为稳定也是保持构件安全正常工作的条件。v 拉杆只会因为强度不够而破

2、坏，不会因为它维持不了直线形状下的平衡而失去工作能力；v 对于压杆，情况则不同：当P2，出现三波、四波等的曲形波，这种圆筒称短圆筒。，出现三波、四波等的曲形波，这种圆筒称短圆筒。5.2 5.2 短圆筒短圆筒ooetcrDLDSEp5 . 259. 2其中，其中，L为计算长度为计算长度若筒体较短，筒壁较厚，即若筒体较短，筒壁较厚，即L/D0较小，较小，Se/D0较大，容器的刚性好，不会因较大，容器的刚性好，不会因失稳而破坏，这种圆筒称为刚性筒。刚性筒只可能遭到强度破坏，计算时失稳而破坏，这种圆筒称为刚性筒。刚性筒只可能遭到强度破坏，计算时只要满足强度要求即可，其强度校核公式与内压圆筒相同。只要满

3、足强度要求即可，其强度校核公式与内压圆筒相同。5.3 5.3 刚性圆筒刚性圆筒eitewSDSp压2 实际的外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度实际的外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度Lcr来判定。来判定。 当圆筒处于临界长度当圆筒处于临界长度Lcr时，则用长圆筒公式计算所得的临界压力时，则用长圆筒公式计算所得的临界压力Pcr值和用短圆筒公式计算的临界压力值和用短圆筒公式计算的临界压力Pcr值应相等。值应相等。5.4 5.4 临界长度临界长度Lcr eoocrSDDL17. 15 . 200305 . 22 . 2DSLDEDSEecrtetetetcrSDSEL03 . 1压当

4、LLcr时，长圆筒；LcrLLcr时，短圆筒；若LLcr时，刚性圆筒。 某一钢制圆筒，外径为某一钢制圆筒，外径为Do=1580mm，高，高L=7060mm（切（切线间长度），厚度线间长度），厚度Se=11mm，已知釜体材料在设计温度，已知釜体材料在设计温度下的弹性模量下的弹性模量E=206103MPa。由工艺条件已知该反应。由工艺条件已知该反应釜作为非刚性的外压圆筒使用，试确定该釜体的最大允釜作为非刚性的外压圆筒使用，试确定该釜体的最大允许外压力。许外压力。 例例 题题 当当Se/D0较小时较小时(绝大多数使用范围内的长圆筒绝大多数使用范围内的长圆筒)，Pcrp，则须再假设壁厚重新上述计算步骤

5、，直至p大于且接近于Pc为止。 3.3.外压圆筒和管子壁厚的图外压圆筒和管子壁厚的图算法算法3.1 对于对于D0/Se20的外压圆筒及外压管的外压圆筒及外压管 用与D0/Se20相同的方法得到系数B，但对D0/Se4的圆筒及管子应按式(5-13)计算系数A值；系数A0.1时，取A=0.1； 计算pl和p2。取pl和p2中的较小值为许用外压p式中：0取两式中的较小值。 p应大于或等于p，否则必须重新假设Sn重复上述计算，直至使pp且接近p为止。3.2 对于对于D0/Sep，则须再假设壁厚重新上述计算步骤，直至p大于且接近于Pc为止。第三节、外压球壳与凸形封头的设计第三节、外压球壳与凸形封头的设计

6、1.1.外压球壳与球形封头的设计外压球壳与球形封头的设计22221. 1132RSERSEpeecr临界压力：临界压力：)/(125. 00eSRA2.2.外压凸形封头的设计外压凸形封头的设计它的直径取等于锥体大端外直径，并用Do表示；它的筒体长度叫当量长度，并按下式计算：3.3.外压锥形封头的设计外压锥形封头的设计3.1 当半顶角当半顶角60o时，按时，按“相当的圆筒体相当的圆筒体”计算：计算： osoeDDLL12它的计算壁厚：cosCSSn3.2 当半顶角当半顶角60o时，按平板封头计算。时，按平板封头计算。 D0LDSO加强圈是为了减少筒体的计算长度，从而提高圆筒的临界压力；加强圈的材

7、料可比圆筒的材料稍差；加强圈要求刚性较好，常用扁钢、角钢、工字钢。第四节、外压圆筒加强圈的设计第四节、外压圆筒加强圈的设计若已知圆筒的直径与壁厚，给出了加强圈的间距就可以计算临界压力(公式法或图算法)；通常计算压力是由工艺条件确定的，又已知圆筒的直径与壁厚，那么该筒体安全承受所规定的外压Pc所需加强圈的最大间距LS就可解出：1.1.加强圈的间距加强圈的间距5 . 286. 0oeotSDSpDEL加强圈的实际间距若小于LS， 则表示该圆筒安全承受计算外压。需要加强圈的个数等于不设加强圈的计算长度L除以所需加强圈间距LS再减去1。即加强圈的个数n1SLLn根据圆筒的外压计算，Do、LS、Se均为已知，选定加强圈材料与截面尺寸并计算其横截面积AS和加强圈与圆筒有效段