化工设备机械基础第四版第章内压薄壁圆筒与封头的

第4章内压薄壁圆筒与封头的强度设计第一节、强度设计的基本知识第二节、内压薄壁圆筒与球壳的强度设计第三节、内压圆筒封头的设计第一节、强度设计的基本知识强度设计：根据给定的公称直径以及计算压力和温度，设计出合适的壁厚，以保证设备安全可靠地运行。新压力容器强度计算的内容：确定设计参数；选择所使用的材料；确定容器的结构形式；计算筒体与封头壁厚；选取标准件；绘制设备图纸。再用压力容器的强度校核：我国对压力容器实施定期检查制度。压力容器在使用一定年限后会因腐蚀而导致壁厚减薄，所以在每次检查时，应根据实测壁厚进行强度校核，其目的是：判定在下一个检验周期内，或在剩余寿命期间，容器是否能够在原设计条件下安全使用；当容器已被判定不能在原设计条件下使用，应通过强度计算，提出容器监控使用的条件；当容器针对某一使用条件需要判废时，应提出判废标准。弹性失效：内压容器一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点时，容器即为受到破坏，也就是说，容器的每一部分都必须处于弹性变形范围之内；设计准则：为了保证安全，必须留有一定的安全裕度：1.关于弹性失效的设计准则2.强度理论及其相应的强度条件环向应力轴向应力径向应力对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为：2.1第一强度理论根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力所在的截面发生脆性断裂，也就是说，不论在什么样的应力状态下，只要三个主应力中最大拉应力σ1达到了材料的极限应力，材料就发生破坏；强度条件：在17世纪提出，最早的强度理论，也称为最大拉应力理论；只适用于脆性材料。认为材料沿最大主应力方向破坏并不是由最大主应力达到某一极限值所引起的，而是由于最大拉伸应变达到某一极限所引起的；也称为最大主应变理论；因为应变难以测量，因此第二强度理论用得不多。2.2第二强度理论根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大剪应力所在的截面滑移而发生流动破坏；不论在什么样的应力状态下，只要最大剪应力达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏；强度条件：也称为最大剪应力理论。2.3第三强度理论根据：不论在什么样的应力状态下，只要构件内一点的形状改变比能达到了材料的极限值，就会引起材料的流动破坏；形状改变比能：随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量，如拉满的弓、机械表的发条被拧紧时；强度条件：也称为形状改变比能理论。2.4第四强度理论第二节、内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计1.内压薄壁圆筒壳的强度条件若取第三强度理论，整理得到计算壁厚S的公式，基于内径的圆筒计算壁厚公式同样取第三强度理论，整理得到计算壁厚S的公式，基于外径的圆筒计算壁厚公式若基于内径：若基于外径：若考虑腐蚀裕量C2，得到设计壁厚Sd，名义壁厚有效壁厚对已有设备进行强度校核：强度校核最大允许工作压力：2.内压球形容器的强度条件相同压力、直径条件下，球壳的计算壁厚约为相同条件下圆筒壁厚的一半；在相同的壁厚、直径条件下，球壳的耐压能力是圆筒的两倍。3.设计参数的确定3.1设计压力工作压力：是指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力；由工艺过程决定的；设计压力：标注在设备铭牌上的压力，其值不低于工作压力；根据具体条件而规定的；计算压力：在相应设计条件下，用以确定元件厚度的压力，包括液体静压力。设计压力的取值设计温度是指容器在正常工作温度下，设定的元件的金属温度；标注在产品铭牌上的设计温度，应该是壳体在金属设计温度的最高值或最低值；设计温度虽然不直接反映在上述计算公式中，但它是设计中选择材料和确定许用应力时不可缺少的一个参数。3.2设计温度设计温度的确定极限应力的取法取决于材料的类型：3.3许用应力与安全系数塑性材料制成的承压件：一般以屈服点为许用应力；脆性材料制成的容器，一般以抗拉强度为许用应力；对于锅炉和压力容器的承压部件，一般也以抗拉强度作为许用应力。许用应力极限应力安全系数材料性能的稳定、可靠性及其可能存在偏差的大小；估算的载荷状态及其数值上的偏差；计算方法的精确程度；制造工艺及其允许的偏差；检验手段及其严格的程度；使用操作的经验。影响安全系数的主要因素按照科技发展的总趋势，安全系数将逐渐变小。3.4焊接接头系数对于壁厚不超过38mm的容器，对其接头的焊接处，采用射线探伤；由于结构不明，不能采用射线探伤的，采取超声波探伤。钢板出火厂时标大注的厚嫌度是钢摇板的名苹义厚度康，钢板智的实际类厚度可枝能大于责名义厚默度(正回偏差)烈，也有叠可能小目于名义览厚度(啄负偏差隔)。钢鸽板的标标准中规歌定了允抽许的正践、负偏牧差值。础因此如酬果按照躺设计壁态厚去购董置钢板略，就有侦可能购址得实际庆厚度小俱于设计伴壁厚的丧钢板。乔为了杜朽绝这种卷情况，喇在确定之筒体壁贺厚时，桂应在设淡计壁厚虑的基础锡上将钢晋板的负遵偏差加桑上去。3.5海壁爽厚附加始量C=C1+C23.5.蚊1钢勿板负偏差C1由于容务器在使机用过程换中会受姑到介质悼的腐蚀涨，因此笑必须考平虑一定赴的腐蚀隶裕量；介质不掉同、材骄料不同叔，所考只虑的腐唉蚀裕量摸值也不租尽相同铲。3.5.史2腐想蚀裕量C2设计时寸，必须团考虑钢灯板厚度迷标准问叮题，否仓则可能妙提高制丸造成本裤。3.6锋钢板厚剂度对于容器晨，不能认异为器壁越孩薄就越能丈节省钢材输、降低造词价。因为颠越是薄的默圆筒，在份制造过程殊中为了维仙持必要的剂圆度，在票运输过程相中为了保剖持必要的掉刚度，都歼必须使用革大量的辅抹助钢材，幸将圆筒撑充圆，而这洪些钢材所咱需费用都卡要计入设鸭备的制造宏成本中去姜，所以规的定容器的肆最小壁厚寇在经济上巾是合理的醒。GB15拾0-19锤98规定奶：3.7裳容器的源最小壁厚碳素钢和低合金钢制容器，取高合金钢制容器，取为了检拿查容器突的宏观肿强度和耳有无渗辉漏情况山，容器述投入使显用之前表，必须职作压力撤试验或封气密性侦试验；压力试验瘦一般采用绘液压试验咳，对于不扑适合液压朴试验的容那器，可进伙行气压试着验；与气压试迎验相比，伟液压试验招相对安全喜。4.运压力试雕验及其只强度校锹核最高不钱超过1率.8，速若超过猎1.8既，也按稼1.8跳计算；当设计泡温度低打于20喷0℃时，钩可以异忽略不纽奉计。4.1览试验压岁力液压试验：气压试验：4.2念压力试方验的应力伙校核液压试验采：气压试验神：第三节、内压圆是筒封头水的设计所需的壁棚厚是相同明压力、直打径圆筒的怀一半，但骡在实际中佛，为了减凯少边缘应坛力，往往被采取与圆倡筒相同的雅厚度；半球形致封头多异用于压比力较高扮的贮罐址上；制造方法必：1.牧半球形柄封头直径较卡小、器除壁较薄负的半球区形封头倒可以整赔体热压荐成型；大直径案的半球山形封头衰需先分摔瓣冲压弊、再焊上接的工输艺；分关瓣冲压师可使模宵具尺寸抗减小，示降低对符水压机惠吨位的性要求，芬但加工邮质量不掌如整体群热压好璃。GB规定腰：在工程菜应用上，箩K<2.倦6；标准衰椭圆形的大形状系数枣K=1；2.取椭圆形尼封头计算壁走厚：形状系洋数：最大允许应工作压力糠：GB还戏规定：菌标准椭估圆形封粱头的有预效壁厚蛇应不小酸于内直刻径的0爽.15浙%，其秤它椭圆洒形封头报壁厚应慈不小于砍其内径洲的0.奇30%喇，为什占么？这是因筋为：受亿内压后帽，椭圆壁形封头蜡有变圆似的趋势杰，因而雕在赤道临处产生车环向压篮缩薄膜里应力，虚其值与该顶点处假所产生桑的最大旬拉伸薄拳膜应力驴相等。跨当半个怪椭球作碧为封头学使用时抗，虽然寻在其赤鄙道处有吵圆柱形偷短节(柜直边封警头)与丛其相连例，但如滥果封头价厚度过宰薄，赤症道处的衔环向压肯缩应力纪仍有可牲能将封目头压出昼褶皱，蒜这个现火象称为勤“失稳悼”。当碟形束封头的着球面内篇半径Ri=0.9低Di，过度键圆弧内齿半径r=0.镜17Di时，称为谱标准碟形但封头，此匪时，M=1.堡325。３.蛋碟形封窝头４.争球冠形国封头锥形封头拣广泛应用待于许多化璃工设备(丹如蒸发器并、喷雾干昨燥器、结蹲晶器及沉浸降器等)借的底盖，终它的优点主是便于收盆集与卸除死这些设备去中的固体滔物料。此葡外，有一搞些塔设备系上、下部幻玉分的直径异不等，也金常用锥形窄壳体将直船径不等的债两段塔体歉连接起来纠，这时的括圆锥形壳抚体称为变娱径段。锥形封辈头分为搂无折边替锥形封腹头和带搂折边锥桂形封头怒两种。５.锥盏形封头以无折边膀锥形封头甘为例：5.1.棋1锥攀壳大端连毅接处的壁随厚加强区豆计算壁松厚一般来讲捞，在相同换温度、载旅荷情况下每，平板封拦头所需的沿壁厚远远各大于其它堤凸形封头双；但是由振于其制忽造工艺属很简单芒，所以岸也被经泼常采用邪，特别章常常被竞用于作叔为盲板疼。６.驴平板封疑头几何方面赠；力学方牛面；制造与材亲料消耗方己面。7.封约头的选择谢谢观看/欢迎下载BY犁FAI陪TH淘IM芳EAN少A失VIS