《過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教案-4壓力容器

1、過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教案4壓力容器設(shè)計(jì)課程名稱：過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 專 業(yè)：過程裝備與控制工程任課教師： 第4章 壓力容器設(shè)計(jì)本章主要介紹壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、常規(guī)設(shè)計(jì)方法和分析設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)是常規(guī)設(shè)計(jì)的基本原理和設(shè)計(jì)方法。4-1 概述主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時(shí)數(shù)1、壓力容器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2、壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求3、壓力容器設(shè)計(jì)條件4、壓力容器設(shè)計(jì)文件講授自學(xué)2教學(xué)目的和要求1、了解壓力容器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、基本要求2、了解壓力容器設(shè)計(jì)條件、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)壓力容器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和基本要求課外作業(yè)思考題4.1概述教學(xué)重點(diǎn):壓力容器設(shè)計(jì)的基本概念、設(shè)計(jì)要求教學(xué)難點(diǎn)：無壓力容器發(fā)展趨勢

2、越來越大型化、高參數(shù)、選用高強(qiáng)度材料，本章著重介紹壓力容器設(shè)計(jì)思想、常規(guī)設(shè)計(jì)方法和分析設(shè)計(jì)方法。什么是壓力容器的設(shè)計(jì)？壓力容器設(shè)計(jì)是指根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，遵循現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)正確地選取材料，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)（剛）度和密封設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，滿足制造、檢驗(yàn)、裝配和維修等要求。強(qiáng)（剛）度設(shè)計(jì)-確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，以確保容器安全、可靠地運(yùn)行。密封設(shè)計(jì)-選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料保證密封性能良好。4.1.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的基本要求是安全性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，安全是前提，經(jīng)濟(jì)是目標(biāo)，在充分保證安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)性包括材料的節(jié)

3、約、經(jīng)濟(jì)的制造過程和經(jīng)濟(jì)的安裝維修。4.1.2設(shè)計(jì)文件壓力容器的設(shè)計(jì)文件包括：設(shè)計(jì)圖樣 技術(shù)條件 設(shè)計(jì)計(jì)算書 必要時(shí)包括設(shè)計(jì)或安裝使用說明書. 分析設(shè)計(jì)還應(yīng)提供應(yīng)力分析報(bào)告強(qiáng)度計(jì)算書包括： 設(shè)計(jì)條件、所用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、材料、腐蝕裕量、計(jì)算厚度、名義厚度、計(jì)算應(yīng)力等。 裝設(shè)安全泄放裝置的壓力容器，還應(yīng)計(jì)算壓力容器安全泄放量安全閥排量和爆破片泄放面積。 當(dāng)采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，軟件必須經(jīng)“壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”評審鑒定，并在國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局認(rèn)證備案，打印結(jié)果中應(yīng)有軟件程序編號、輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果等內(nèi)容。設(shè)計(jì)圖樣包括：總圖和零部件圖總圖包括壓力容器名稱、類別、設(shè)計(jì)條件；主要受壓元件設(shè)計(jì)材料

4、牌號及材料要求；主要受壓元件材料牌號及材料要求；主要特性參數(shù)（如容積、換熱器換熱面積和程數(shù)）制造要求；熱處理要求；防腐蝕要求；無損檢測要求；耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)要求；安全附件的規(guī)格；壓力容器銘牌位置；包裝、運(yùn)輸、現(xiàn)場組焊和安裝要求；以及其他特殊要求。4.1.3設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件可用設(shè)計(jì)條件圖表示(設(shè)計(jì)任務(wù)所提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求)設(shè)計(jì)條件圖包含設(shè)計(jì)要求、簡圖、接管表等簡圖-示意性的畫出容器本體、主要內(nèi)件部分結(jié)構(gòu)尺寸、接管位置、支座形式及其他需要表達(dá)的內(nèi)容。設(shè)計(jì)要求-工作介質(zhì)、壓力和溫度、操作方式與要求和其他。為便于填寫，設(shè)計(jì)條件圖又分為一般設(shè)計(jì)條件圖換熱器條件圖：應(yīng)注明換熱管規(guī)格、管長及根數(shù)、

5、排列形式、換熱面積與程數(shù)等塔器條件圖：應(yīng)注明塔型、塔板數(shù)量及間距、基本風(fēng)壓和地震設(shè)計(jì)烈度和場地土類別攪拌容器條件圖：應(yīng)注明攪拌器形式及轉(zhuǎn)向、軸功率等。一、壓力容器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2、壓力容器設(shè)計(jì)的基本步驟：用戶提出技術(shù)要求分析容器的工作條件，確定設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)構(gòu)分析、初步選材選擇合適的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算確定構(gòu)件尺寸和材料繪制圖紙，提供設(shè)計(jì)計(jì)算書和其它技術(shù)文件二、壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求基本原則：安全是前提和核心，經(jīng)濟(jì)是設(shè)計(jì)的目標(biāo)，在充分保證壓力容器安全的前提下應(yīng)盡可能做到經(jīng)濟(jì)。三、壓力容器設(shè)計(jì)條件1、設(shè)計(jì)條件圖2、基本設(shè)計(jì)要求4-2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時(shí)數(shù)1、壓力容器的失效2、

6、壓力容器失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則講授自學(xué)2教學(xué)目的和要求1、了解壓力容器失效的基本形式2、了解壓力容器的強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)壓力容器失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則課外作業(yè)思考題1、強(qiáng)度失效由于材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效。（1）韌性斷裂壓力容器在載荷作用下，應(yīng)力達(dá)到或接近材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。特點(diǎn)：材料斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，容器發(fā)生鼓脹。容器斷口處厚度減薄。斷裂時(shí)幾乎沒有碎片。失效原因：容器厚度不夠。壓力過大（大于最大工作壓力）。（2）脆性斷裂（低應(yīng)力脆斷）容器中的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。特點(diǎn)：斷口平齊，且與最大應(yīng)力方向垂直。斷裂時(shí)

7、可能碎裂成碎片飛出。斷裂時(shí)應(yīng)里很低，安全附件不起作用，具有突發(fā)性。失效原因：容器材料的脆性。材料中存在缺陷。（3）疲勞斷裂在交變載荷作用下，材料原有的或萌生的裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致容器發(fā)生的斷裂。特點(diǎn)：斷口有貝殼狀的疲勞條紋。斷裂時(shí)容器無明顯的塑性變形，容器整體應(yīng)力較低。斷裂具有突發(fā)性，危害性較大。失效原因：交變載荷。高應(yīng)力區(qū)形成疲勞裂紋。（4）蠕變斷裂壓力容器長時(shí)間在高溫下受載，材料的蠕變變形會(huì)隨著時(shí)間不斷增大，使容器厚度明顯減薄，發(fā)生鼓脹變形，最終導(dǎo)致容器發(fā)生斷裂。特征：在恒定載荷和低應(yīng)力條件下也會(huì)發(fā)生蠕變斷裂。斷裂前材料會(huì)產(chǎn)生蠕變脆化。斷裂前材料具有韌性斷裂的特征，斷裂時(shí)材料具有脆性斷裂的特征。（

8、5）腐蝕斷裂由于材料受到介質(zhì)腐蝕，造成容器整體厚度減薄，或局部凹坑、裂紋等，由此引起的斷裂稱為腐蝕斷裂。全面腐蝕點(diǎn)腐蝕晶間腐蝕應(yīng)力腐蝕2、剛度失效構(gòu)件發(fā)生過度彈性變形引起的失效3、失穩(wěn)失效彈性失穩(wěn)非彈性失穩(wěn)4、泄漏失效5、交互失效腐蝕疲勞蠕變疲勞二、壓力容器的失效判據(jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、失效判據(jù) 判斷壓力容器是否失效 兩個(gè)必需的條件：力學(xué)分析結(jié)果 失效數(shù)值2、壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（2）剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（3）穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（4）泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4-3 常規(guī)設(shè)計(jì)主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時(shí)數(shù)1、壓力容器設(shè)計(jì)概述2、圓筒設(shè)計(jì)3、封頭設(shè)計(jì)4、密封裝置設(shè)計(jì)5、開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)6、支座和檢查孔7、安全泄放裝置8、

9、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9、壓力試驗(yàn)講授自學(xué)18教學(xué)目的和要求1、了解壓力容器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2、掌握壓力容器筒體和封頭設(shè)計(jì)方法3、掌握螺栓法蘭連接的設(shè)計(jì)方法4、掌握開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法5、了解支座、檢查孔、安全泄放裝置的作用、結(jié)構(gòu)和選用6、掌握焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法7、掌握壓力試驗(yàn)的方法和計(jì)算教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1、壓力容器筒體和封頭設(shè)計(jì)計(jì)算2、螺栓法蘭連接的設(shè)計(jì)計(jì)算3、開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算4、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課外作業(yè)思考題；習(xí)題T1、T2、T 3、T 5、T 7一、概述（1）壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)方法（2）壓力容器分析設(shè)計(jì)方法；（3）彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 二、圓筒設(shè)計(jì)（一）結(jié)構(gòu)1、單層式圓筒優(yōu)點(diǎn)：不存在層間松動(dòng)等薄弱環(huán)節(jié)，能

10、較好地保證筒體的強(qiáng)度。缺點(diǎn)：（1）對制造設(shè)備的要求高。（2）材料的浪費(fèi)大。（3）存在較深的縱、環(huán)焊縫，不便于焊接和檢驗(yàn)。2、多層式圓筒層板包扎式：優(yōu)點(diǎn)：（1）對加工設(shè)備的要求不高。（2）壓縮預(yù)應(yīng)力可防止裂紋的擴(kuò)展。（3）內(nèi)筒可采用不銹鋼防腐。 （4）層板厚度薄，韌性好，不易發(fā)生脆性斷裂。缺點(diǎn)：（1）包扎工序繁瑣，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，效率低。（2）層板材料利用率低。（3）層間松動(dòng)問題熱套式優(yōu)點(diǎn)：（1）套合層數(shù)少，效率高，成本低。（2）縱焊縫質(zhì)量容易保證。缺點(diǎn)：（1）只能套合短筒，筒節(jié)間深環(huán)焊縫多。（2）要求準(zhǔn)確的過盈量，對筒節(jié)的制造要求高。繞板式優(yōu)點(diǎn)：（1）機(jī)械化程度高，操作簡便，材料利用率高。（2）縱焊

11、縫少。缺點(diǎn)：（1）繞板薄，不宜制造壁厚很大的容器。（2）層間松動(dòng)問題。槽形繞帶式優(yōu)點(diǎn)：（1）筒壁應(yīng)力分布均勻且能承受一部分由內(nèi)壓 產(chǎn)生的軸向力。（2）機(jī)械化程度高，材料利用率高。缺點(diǎn)：（1）鋼帶成本高，公差要求嚴(yán)格。（2）繞帶時(shí)鋼帶要求嚴(yán)格嚙合，否則無法貼緊。扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式特點(diǎn)：（1）機(jī)械化程度高，材料利用率高。（2）整體繞制，無環(huán)焊縫。（3）帶層呈網(wǎng)狀，不會(huì)整體裂開。（4）扁平鋼帶成本低，繞制方便。（二）強(qiáng)度計(jì)算1、單層圓筒（1） 壁厚計(jì)算得：設(shè)計(jì)厚度：d=+C2 名義厚度：n= d + C1+= + C1 +C2+有效厚度：e= += n- C1 -C2上述四個(gè)厚度之間的關(guān)系：dC2C

12、1+nC1+C2e（2）強(qiáng)度校核工作應(yīng)力： 最大允許工作壓力：容器的最小厚度：碳素鋼、低合金鋼制容器：min3mm高合金鋼制容器：min2mml 規(guī)定容器的最小壁厚，在經(jīng)濟(jì)上是合理的，因?yàn)閷τ诒诤蠛鼙〉娜萜?，在制造過程（例如兩個(gè)筒節(jié)的對接）和運(yùn)輸過程中，為了維持必要的圓度和剛度，要是用大量的輔助鋼材把筒節(jié)撐圓，這些鋼材所需費(fèi)用要計(jì)入容器的制造成本中去。（3）壓力試驗(yàn)液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力： 內(nèi)壓容器：外壓容器和真空容器：注意：*夾套容器：視內(nèi)筒為內(nèi)壓或外壓容器，分別按內(nèi)壓或外壓容器的試驗(yàn)壓力公式確定試驗(yàn)壓力；夾套按內(nèi)壓容器確定試驗(yàn)壓力。*需校核內(nèi)筒在夾套液壓試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性，如不滿足穩(wěn)定性要求，則

13、需在夾套液壓試驗(yàn)時(shí)，內(nèi)筒內(nèi)保持一定的壓力。強(qiáng)度校核：如果直立容器臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)，則在應(yīng)力校核時(shí)，PT應(yīng)加上容器立置充滿水時(shí)的最大液柱壓力。氣壓試驗(yàn) 內(nèi)壓容器：外壓容器和真空容器：強(qiáng)度校核：氣密性試驗(yàn)容器上沒有安全泄放裝置，氣密性試驗(yàn)壓力PT=1.0P容器上設(shè)置了安全泄放裝置，氣密性試驗(yàn)壓力應(yīng)低于安全閥的開啟壓力或爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力。通常取PT=1.0PW。（三）設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1、設(shè)計(jì)壓力P（1）設(shè)計(jì)壓力工作壓力工作壓力由工藝過程決定，其大小在工作過程中可能有變化，在容器頂部和底部工作壓力也可能不同。設(shè)計(jì)由具體工作條件規(guī)定，通常為定值。（2）最大工作壓力PW 指容器在正常工作情況下其頂部可能

14、出現(xiàn)的最高表壓力。 要求：P PW（3）裝有安全閥的容器，P（1.051.1）PW裝有爆破膜的容器，P=（1.151.75）PW裝有液化氣的容器，按可能達(dá)到最高溫度下介質(zhì)的飽和蒸汽壓確定P裝有液體的容器，當(dāng)受壓元件所在截面處的液柱靜壓力達(dá)到或超過設(shè)計(jì)壓力的5%時(shí)，液柱靜壓力應(yīng)計(jì)入設(shè)計(jì)壓力。即：P= P + PL2、設(shè)計(jì)溫度t 正常工作情況下及相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下設(shè)定的受壓元件的溫度。容器的設(shè)計(jì)溫度一般由工藝條件給出。3、焊縫系數(shù) 反映由于焊縫存在，容器材料受到削弱的程度，其值主要考慮焊縫形式和對焊縫進(jìn)行無損檢驗(yàn)的要求。見表43。4、壁厚負(fù)偏差 見表4-25、許用應(yīng)力 (1)當(dāng)材料溫度低于蠕變溫度時(shí)，

15、表示材料抵抗塑性變形能力的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服極限y，表示材料抵抗斷裂能力的強(qiáng)度指標(biāo)是強(qiáng)度極限b。 當(dāng)材料溫度高于蠕變溫度時(shí)，表示材料高溫下抵抗塑性變形能力的強(qiáng)度指標(biāo)是蠕變極限n，表示材料高溫下抵抗斷裂能力的強(qiáng)度指標(biāo)是持久極限D(zhuǎn)。 (2)安全系數(shù)的規(guī)定碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金鋼： nb3.0 ns1.6 nD1.5 nn1.0奧氏體高合金鋼：nb3.0 ns1.5 nD1.5 nn1.0見表4-4 (3)許用壓力 (4)對于不銹鋼復(fù)合板或多層板 （四）容器的耐壓試驗(yàn) 1、強(qiáng)度試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力 為了確保耐壓實(shí)驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，應(yīng)校核容器中的薄膜應(yīng)力：l 直立容器臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，PT還應(yīng)

16、加上立置時(shí)的液柱壓力，再進(jìn)行校核。試驗(yàn)溫度耐壓試驗(yàn)時(shí)，為避免材料的低溫脆性破裂，試驗(yàn)環(huán)境和水溫必須高于材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度（NDT），根據(jù)目前我國壓力容器用材情況，對于碳素鋼、16MnR、正火15 MnVR，試驗(yàn)溫度不得低于5；對于其它低合金鋼容器，試驗(yàn)溫度不得低于15。2、致密性試驗(yàn) 氣密性試驗(yàn)：容器上無安全泄防裝置 PT=1.0P 容器上有安全泄防裝置 PT=1.0Pw（氣壓試驗(yàn)合格的容器可不做致密性試驗(yàn)）（五）外壓圓筒設(shè)計(jì)1、解析法解析法的缺點(diǎn)：要經(jīng)過多次試算，計(jì)算過程繁瑣； 彈性范圍的判斷；2、圖算法（1）幾何參數(shù)計(jì)算圖幾何參數(shù)計(jì)算圖： 平行于縱軸的直線代表長圓筒，斜線代表短圓筒。 A

17、僅與圓筒的幾何參數(shù)有關(guān)，與材料無關(guān)。 幾何參數(shù)圖對長圓筒和短圓筒都適用。（2）壁厚計(jì)算圖 不同材料有不同的-曲線，故有不同的B-A曲線。 同一材料在不同溫度下的-曲線不同，所以每張圖中都有一組與不同溫度對應(yīng)的曲線。 每條曲線均有兩部分組成，直線部分代表彈性變形階段，可直接計(jì)算得B（比查圖準(zhǔn)確），曲線部分代表非彈性變形階段，需由A查圖得B。（3）圖算法的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 假設(shè)n，e=n-C 計(jì)算（D0/e）、（L/ D0）,由幾何參數(shù)計(jì)算圖查A 由壁厚計(jì)算圖A-B（彈性變形階段和非彈性變形階段） P=B(e/D0)，比較PC和P，若PC小于P且較接近，則假設(shè)n合適，否則重新假設(shè)n，重復(fù)以上步驟，直到

18、滿足要求。3、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定（1）設(shè)計(jì)壓力 真空容器有安全裝置時(shí)：無安全裝置時(shí)：p=0.1Mpa 帶夾套的真空容器p取真空容器的設(shè)計(jì)壓力加上夾套壓力3、其它外壓容器（包括帶夾套的外壓容器）p應(yīng)不小于容器正常工作過程中可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓力差即：p(p0-pi)max注意：最大內(nèi)外壓差的取值（2）穩(wěn)定性安全系數(shù)根據(jù)GB150的規(guī)定對于圓筒：m=3.0（周向外壓） m=4.0（軸向外壓）對于球殼：m=14.52（3）計(jì)算長度圖（4-11）4、加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)步驟：1、初步取加強(qiáng)圈的數(shù)目和間距 2、計(jì)算加強(qiáng)圈和圓筒組合而成的當(dāng)量圓筒所需的組合慣性矩I3、選擇加強(qiáng)圈材料，按型鋼規(guī)格初定

19、加強(qiáng)圈的截面形狀和尺寸，計(jì)算實(shí)際組合截面慣性矩IS。4、比較IS和I，若IS I且比較接近，則加強(qiáng)圈的尺寸、數(shù)目和間距滿足要求，否則重新選擇加強(qiáng)圈，重復(fù)以上步驟，直到滿足要求為止。（2）加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1、加強(qiáng)圈可采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼，這樣材料供應(yīng)方便且型鋼具有較大的截面慣性矩。加強(qiáng)圈可設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部，并應(yīng)環(huán)繞容器整個(gè)圓周。2、加強(qiáng)圈和殼體的連接必須足夠緊密，以保證加強(qiáng)圈和殼體一起承載，加強(qiáng)圈和殼體之間可采用連續(xù)焊或間斷焊。3、為保證筒體和加強(qiáng)圈的穩(wěn)定性，加強(qiáng)圈不得被任意削弱或割斷。三、封頭設(shè)計(jì)封頭按形狀分類1、凸形封頭（1）半球形封頭（2） 橢圓形封頭K-應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)最小

20、厚度：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：e0.15%Di非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：e0.30%Di（3） 碟形封頭M-應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)（4）錐形封頭 無折邊錐形封頭 Q-應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)帶折邊錐形封頭 K-應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)（表4-6）（5）平板形封頭K-結(jié)構(gòu)特征系數(shù)（表4-8）Dc-封頭的有效直徑（表4-8）* 在封頭直徑較大時(shí)，采用平板形封頭其壁厚將非常大，不僅浪費(fèi)材料，而且笨重，給運(yùn)輸和安裝帶來不便。所以盡管平板形封頭結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但承壓設(shè)備一般都不采用平板形封頭，只有壓力容器的人孔蓋、手孔蓋及接管所用盲板等處采用平板結(jié)構(gòu)。外壓凸形封頭 1、半球形封頭 2、橢圓形封頭按半球形封頭計(jì)算壁厚 R0=K1D0 3、碟形封頭按半

21、球形封頭計(jì)算壁厚，R0取球面部分外半徑。 4、無折邊球形封頭 按半球形封頭計(jì)算壁厚 四、密封裝置設(shè)計(jì)（一）密封機(jī)理及分類密機(jī)封理 螺栓預(yù)緊力 壓緊墊片 墊圈變形 達(dá)到初始密封條件 介質(zhì)壓力作用 法蘭向分離方向移動(dòng) 依靠螺栓力使墊圈上保持一定比壓泄漏形式： 界面泄漏 滲透泄漏影響密封的因素：螺栓預(yù)緊力、墊圈性能、壓緊面形式、法蘭剛度、操作條件等。（二）墊片特性與選擇（1）預(yù)緊密封比壓y (Mpa) -預(yù)緊工況下，形成初始密封條件時(shí)，墊圈單位面積上所需的最小壓緊力。 （墊圈的壓緊力必須合適，壓緊力太小會(huì)導(dǎo)致泄漏，壓緊力太大會(huì)導(dǎo)致墊片變形破壞。）預(yù)緊密封比壓y由試驗(yàn)確定，是計(jì)算螺栓預(yù)緊力的重要參數(shù)。

22、（2）墊片系數(shù)m -操作時(shí)，為保證密封，墊圈上必須維持的比壓與介質(zhì)壓力的比值。 墊片參數(shù)m的物理意義表示在操作狀況下，實(shí)現(xiàn)密封的難易程度。 預(yù)緊密封比壓y和墊片參數(shù)的值見表2-9。保證密封的條件：預(yù)緊時(shí)，法蘭密封面上的比壓不低于預(yù)緊密封比壓y；工作時(shí)，法蘭密封面上的比壓不低于m倍的介質(zhì)壓力。（3）墊片的類型墊片形狀：平面形、O形、波形、齒形、八角形、橢圓形等墊片類型 非金屬墊片 常用材料：石棉橡膠板、橡膠板、聚四氟乙烯、合成纖維、石墨等。 金屬墊片 常用材料：銅、鋁、低碳鋼、不銹鋼、合金等。 組合式墊片包括：金屬包墊片；纏繞式墊片；帶骨架的非金屬墊片；（三）螺栓法蘭連接設(shè)計(jì)1、壓緊面選擇（1）

23、平面形壓緊面（2）凹凸形壓緊面（3）榫槽形壓緊面（4）梯形槽壓緊面2、螺栓設(shè)計(jì)（1）螺栓材料 螺栓是法蘭密封連接中的重要元件，對其基本要求是強(qiáng)度要高、韌性要好。 螺母更換比螺栓容易，且螺母價(jià)廉，所以要求螺栓材料的強(qiáng)度比螺母高。 為避免螺栓和螺母咬死或膠合，要求螺栓材料的硬度比螺母高HB30以上。 對于t-20的螺栓，要求選用低合金鋼，并進(jìn)行夏比V形缺口低溫沖擊試驗(yàn)。 螺栓常用材料和許用應(yīng)力見附錄。（2）螺栓載荷預(yù)緊時(shí) Fa=bDGy b06.4mm時(shí)，b= b0，DG=墊片接觸面平均直徑 DG=墊片接觸面外徑-2b操作時(shí)螺栓載荷:預(yù)緊時(shí): Wa=Fa操作時(shí):（3）螺栓直徑與個(gè)數(shù)預(yù)緊時(shí)（按常溫計(jì)

24、算） b-螺栓材料常溫時(shí)的許用應(yīng)力操作時(shí)（按設(shè)計(jì)溫度計(jì)算） bt-螺栓材料設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力螺栓所需總截面積：（4）螺栓間距的限制 f-法蘭厚度（5）螺栓設(shè)計(jì)載荷操作：W=Wp3、法蘭結(jié)構(gòu)類型及標(biāo)準(zhǔn)（1） 法蘭結(jié)構(gòu)類型（2）法蘭標(biāo)準(zhǔn) 公稱壓力(PN)和公稱直徑(DN) 法蘭的公稱壓力-與法蘭相配的筒體、封頭及管子的公稱直徑。 對于鋼板卷焊制成的筒體和與其相配的封頭： DN=Di 對于鋼管，DN通常介于外徑和內(nèi)徑之間 壓力容器法蘭最大允許工作壓力 -表示一定材料和溫度的法蘭的最大操作壓力，其值可能與PN相同，也可能不同。 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)和容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)不同，既使PN和 DN相同，其尺寸也不相同，所以

25、一對相配的法蘭必須選用同一標(biāo)準(zhǔn)。（3）法蘭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算方法Timoshenko法（了解）*Waters法 載荷a、 螺栓載荷b、 墊片反力c、 內(nèi)壓載荷 力學(xué)模型 基本假設(shè)a、 中面假設(shè)b、 線彈性假設(shè)c、 小變形假設(shè) 計(jì)算方法a、 法蘭力矩的計(jì)算 軸向力 力臂 力矩b、 法蘭應(yīng)力的計(jì)算c、 法蘭強(qiáng)度校核法蘭強(qiáng)度校核條件：（四）高壓密封設(shè)計(jì)1、高壓密封的基本要求：工作可靠，在正常壓力和溫度波動(dòng)范圍內(nèi)均能保證密封。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝拆、維修方便。密封元件能耐介質(zhì)腐蝕且價(jià)格便宜。2、高壓密封的基本特點(diǎn)：金屬密封元件窄面或線接觸密封自緊或半自緊密封3、高壓密封的結(jié)構(gòu)型式平墊密封特點(diǎn)： 強(qiáng)制式密封 采

26、用窄面金屬墊片 主螺栓直徑大適用范圍：t 200C Di 1000mm卡扎里密封優(yōu)點(diǎn)： 螺紋套筒代替主螺栓，承載能力大，裝拆方便。 預(yù)緊螺栓直徑小缺點(diǎn)：螺紋套筒可能銹蝕而拆卸困難。（螺紋套筒可用主螺栓代替）適用范圍：大直徑、高壓力雙錐密封g的大小錐環(huán)剛度錐環(huán)尺寸預(yù)緊力的大小 雙錐密封特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便、密封可靠。 半自緊密封，主螺栓直徑較小。 壓力和溫度波動(dòng)時(shí)也能保證良好密封。適用范圍：P=6.435MPa t =0400C Di =4002000mm伍德密封優(yōu)點(diǎn)： 全自緊式密封，壓力和溫度的波動(dòng)不會(huì)影響密封可靠性。 取消了主螺栓，使筒體端部尺寸減小。缺點(diǎn)：零件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。C形環(huán)密封O形環(huán)密封其它密封結(jié)構(gòu)高壓管道密封提高高壓密封性能的措施 改善密封接觸表面 改進(jìn)墊片結(jié)構(gòu) 采用焊接密封元件五、開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)開孔接管部位的應(yīng)力集中：強(qiáng)度削弱 不連續(xù)應(yīng)力 局部應(yīng)力 焊接缺陷和殘余應(yīng)力1、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 補(bǔ)強(qiáng)圈