第二章 压力容器基本结构

第二章压力容器基本结构第一节压力容器的结构形式一、球形容器优点：受力时其应力分布均匀，在相同的压力载荷下，球壳体的应力仅为直径相同的圆筒形壳体的1/2，即如果容器的直径、工作压力、制造材料相同时，球形容器所需的计算壁厚仅为圆筒形容器的1/2,另外，相同的容积，球形的表面积最小。综合面积及厚度的因素，故球形容器与相同容积工作压力、材料的圆筒形容积相比，可节省材料30%—40%。缺点：球形容器制造复杂、拼焊要求高，而且作为传质、传热或反应的容器时，因工艺附件难以安装，介质流动困难，故广泛用作大型贮罐。二、圆筒形容器

其几何形状特点是轴对称，外观没有形状突变，因而受载应力分布也较为均匀，承载能力较高，与球形容器相比，受力状态虽不如球形容器，但制造方便，质量易得到保证，工艺内件易于安排装拆，可用作任何用途的容器。与其他型式容器相比，受力状态要理想得多。故圆筒形容器是目前使用最广泛的一种。三、箱形容器

箱形结构容器分为正方形结构及长方形结构两种。由于其几何形状突变，应力分布不均匀，转角处局部应力较高，所以这类容器结构不合理，较少使用。一般仅用作压力较低的容器，如蒸汽消毒柜(图，2-3)及化纤设备的加热箱体。四、锥形容器一般使用的是由锥形体与圆筒体组合而成的组合结构(图2-4)。第二节压力容器的组成

常见压力容器一般由筒体、封头(管板)、法兰、接管、人(手)孔、支座等部分组成，如图2-5-所示。一、筒体

筒体是压力容器最主要的组成部分与封头或端盖共同构成承压壳体，是贮存物料或完成化学反应所需要的压力空间。筒体直径较小时(一般＜500毫米）可用无缝钢管制作，直径较大时，可用钢板在卷板机上先卷成圆筒然后焊接而成。便于成批生产，筒体直径的大小已标准化，可按表2-1、2-2中所示的公称直径选用(带括号的尺寸应尽量不采用)。对焊接筒体表中公称直径是指它的内径，而用无缝钢管制作的筒体，表中公称直径则是指它的外径。圆柱形筒体按其结构又可分为整体式和组合式两大类。二、封头与端盖凡与筒体焊接连接而不可拆的，称为封头;与筒体及法兰等连接而可拆的则称为端盖。

封头按形状可以分为三类，即凸形封头、锥形封头和平板封头。1.凸形封头凸形封头有半球形、碟形、椭圆形和无折边球形封头之分。(1)半球形封头;相同直径和相同压力下，所需板厚最小。除用于压力较高、直径较大的贮罐及其他有特殊要求的容器外，一般较少采用。(2)椭圆形封头椭圆形封头是目前压力容器使用最普遍的一种。(3)碟形封头

碟形封头又称带折边球形封头。(4)无折边球形封头

只适用于直径较小，压力较低的容器上。2.锥形封头锥形封头有带折边(图2-7b、c)和无折边(图2-7a)两种。3.平板封头

平板封头受力时强度录低，相同直径、相同压力下所需的厚度最大，除用做人孔盖以及一些高压容器外，一般很少采用。三、法兰

法兰通过螺栓、楔口等连接件压紧密封件保证容器的密封。故法连接是由法兰、螺栓、螺母及密封元件所组成的密封连接件。法兰按照所连接的部件可分为容器法兰及管道法兰。法兰按其整体性程度，分成三种型式:整体法兰、松式法兰及任意式法兰。法兰按其密封面型式又可分为平面法兰，凹凸面法兰及榫槽面法兰。不同的密封元件和不同的连接件相组配，构成了各种不同的密封结构。(1)强制密封(2)自紧密封(3)半自紧密封。四、接管常用的接管有三种型式，即螺纹短管、法兰短管与平法兰接管。接管与容器的连接有贴合式和插人式两种型式。五、人孔和手孔人孔和手孔按其形状可分为圆形及椭圆形两种，按其封闭形式可分为外闭式(图2-8)及内闭式(图2-9)两种。开孔补强方法有整体补强和局部社强两种。六、支座支座是用于支承容器重量并将它固定在基础上的附加部件，一般分为三大类:即立式容器支座、卧式容器支座及球形容器支座。常用了用的立式容器支座有悬挂式支座(耳式支座)(图2-10a)、支承式支座(图2-10b,c)、裙式支座(图2-10d)及腿式支座垂(图2-10e)。第二章复习与思考题1.构成一台完整的压力容器应包括哪些最基本的组成部分?各部分的功能是什么?答：筒体、封头（管板）、法兰、接管、人（手）孔、支座等部分组成。a、筒体是压力容器最主要的组成部分，与封头或端盖共同构成承压壳体，是贮存物料或完成化学反应所需要的压力空间。b、封头与端盖凡是与筒体焊连接而不可拆的，称为封头。与筒体及法兰等连接而可拆的则称为端盖。c、接管用于介质的进出、安全附件的安装等。d、人孔、手孔用于容器的定期检验、检查或清除污物。e、支座用于支承容器的重量并将它固定在基础上的附加部件，其结构形式决定于容器的安装方式、容器重量及其他载荷。2.试叙述密封件的作用原理，其结构型式有哪些？答：密封元件是放在两法兰接触面之间或封头与筒体顶部的接触面之间，借助于螺栓等连接件的压紧力达到密封的目的。结构形式：⑴强制密封⑵自紧密封⑶半自紧密封3.对容器开孔有何要求?为什么开孔应补强?答：手孔的大小要使人的手能自由通过，并考虑手上还可能握有装卸工具和供安装的零件，一般手孔的直径不小于150mm。对于内径大于等于1000mm的容器，如不能利用其他可拆装置进行的内部检验和清洗时，应开设人孔，人孔的大小应能使人能够钻入。人孔和手孔的尺寸应符合有关标准规定。容器的筒体或封头开孔后，不但减小了容器壁的受力面积而且还因为开孔造成结构不连续而引起的应力集中，使开孔边缘处的应力大大增加，孔边的最大应力要比器壁上的平均应力大几倍，对容器的安全运行极为不利。为了补偿开孔处和薄弱部位，就需要进行补强措施。开孔补强方法有整体补强和局部补强。4.压力容器常见的支座型式有哪几种(简图表示)?答：常用的有悬挂式（耳式）支承式、裙式、腿式5.高压容器筒体的主要结构型式有哪几种?答：锻焊式、多层板式、绕制式。6.压力容器常见的封头型式有哪些?各有何优缺点?答：分为三类，即凸形封头、锥形封头和平板封头。⑴凸形封头有半球形、碟形、椭圆形和无折边球形封头之分。优点：相同直径和相同压力下，所需板厚最小。⑵由于其曲率半径连续变化，没有形状突变，受力情况仅次于半球形封头。⑶碟形封头又称带折边球形封头通常用于压力较低，直径较大的容器。⑷无折边球形封头结构简单、制造方便。锥形封头证气体介质在容器中均匀分布或改变流体流速。7.密封结构如何分类?几种常用的密封结构是什么?答：按照密封机理的不同，密封结构可分为强制密封、自紧密封两大类。前者是通过坚固端盖与筒体端部的螺栓等连接件强制将密封面压紧来达到密封的目的；后者是利用容器内介质的压力使密封面产生压紧力来达到密封目的。常用的结构：平垫密封、卡扎里密封、双锥密封、伍德密封、“O”形环密封。8.你厂压力容器的连接结构中主要采用了哪几种密封结构形式?答：a、平垫密封b、卡扎里密封c、“O”形环密封9.试说明压力容器的几种类型及其优缺点？答：a、球形容器优点：受力均匀、相同的压力载荷球壳体的应力仅为直径相同的圆筒形壳体的1/2节省材料。b、圆筒形容器：轴对称外观没有形状突变因而受应力分布均匀，承载能力较高与球形容器相比制造方便，质量易保证，工艺内件易于安排装拆，可用作任何用途的容器。c、箱形容器d、锥形容器10.高压容器密封结构的特点是什么?