化工設(shè)備基礎(chǔ)-第四章王紹良教案

1、第四章第四章壓力容器壓力容器一、容器的分類與結(jié)構(gòu)（一）結(jié)構(gòu)圖圖 2-1臥式容器的結(jié)構(gòu)簡圖臥式容器的結(jié)構(gòu)簡圖（二）分類第一種：按設(shè)計壓力分類按承壓方式，壓力容器可分為內(nèi)壓容器與外壓容器。內(nèi)壓容器又可按設(shè)計壓力（P）大小分為四個壓力等級。外壓容器中，當(dāng)容器的內(nèi)壓力小于 0.1MPa 時又稱為真空容器。第二種：按作用原理（即用途）分類第三種：按安全技術(shù)管理分類第四種：按容器壁溫分類，可分為常溫、中溫、高溫和低溫容器四種。第五種：按壁厚分類，分為薄壁容器（/Di0.1）和厚壁容器/Di0.1二、容器機(jī)械設(shè)計的基本要求在進(jìn)行壓力容器機(jī)械設(shè)計時,它的總體尺寸、 零部件尺寸由工藝條件決定或由經(jīng)驗所得，因此我

2、們這里主要是指結(jié)構(gòu)設(shè)計。要求有以下幾個方面。（一）安全性1、強(qiáng)度：強(qiáng)度就是容器抵抗外力破壞的能力。容器應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，否則造成事故。2、剛度：是指容器或構(gòu)件在外力作用下維持原有形狀的能力。承受壓力的容器或構(gòu)件，必須保證足夠的穩(wěn)定性，以防止被壓癟或出現(xiàn)折皺。3、密封性：設(shè)備密封的可靠性是安全生產(chǎn)的重要保證之一，因為化工廠中所處理的物料中很多是易燃、易爆或有毒的，設(shè)備內(nèi)的物料如果泄漏出來，不但會造成生產(chǎn)上的損失，更重要的是會使操作人員中毒，甚至引起爆炸；反過來，如果空氣混入負(fù)壓設(shè)備，亦會影響工藝過程的進(jìn)行或引起爆炸事故。因此， 化工設(shè)備必須具有可靠的密封性， 以保證安全和創(chuàng)造良好的勞動環(huán)境以及維持

3、正常的操作條件。4、耐久性：化工設(shè)備的設(shè)計使用年限一般為 10 年一 15 年，但實際使用年限往往超過這個數(shù)字，腐蝕、疲勞、蠕變或振動等，都會影響耐久性，尤其是腐蝕，所以以后的設(shè)計中會看到考慮腐蝕余量。（二）可行性包括制造、安裝、操作、維修及運輸?shù)目赡苄?、方便性。（三）?jīng)濟(jì)性指五個方面。單位生產(chǎn)能力；消耗系數(shù)；設(shè)備價格；管理費用：包括勞動工資、維護(hù)和檢修費用等。管理費用降低，產(chǎn)品成本也隨之降低。但管理費用不是一個孤立的因素，例如有時采用高度自動化的設(shè)備，管理費用是降低了，但投資則會增加。產(chǎn)品總成本：是生產(chǎn)中一切經(jīng)濟(jì)效果的綜合反映。一般要求產(chǎn)品的總成本愈低愈好，但如果一個化工設(shè)備是生產(chǎn)中間產(chǎn)品，

4、則為了使整個生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的總成本為最低， 此中間產(chǎn)品的成本就不一定選擇最低的指標(biāo)，而應(yīng)從整個生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果來確定。三、容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化1標(biāo)準(zhǔn)化的意義組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段之一。實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，有利于成批生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本從而提高產(chǎn)品的競爭能力。標(biāo)準(zhǔn)化為組織專業(yè)化生產(chǎn)提供了有利條件。有利于合理地利用國家資源，節(jié)省原材料，能夠有效地保障人民的安全與健康；采用國際性的標(biāo)準(zhǔn)化 可以消除貿(mào)易障礙提高競爭能力， 實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化可以增加零部件的互換性。有利于設(shè)計、制造、安裝和檢修，提高勞動生產(chǎn)率。我國有關(guān)部門已經(jīng)制定了一系列容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)，例如圓簡體、封頭、法蘭、支座、人孔、手孔

5、、視鏡和液面計等。2、容器零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)公稱直徑 DN 和公稱壓力 PN。公稱直徑：是將容器及管子直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑。A 壓力容器(筒體、封頭)的公稱直徑：由鋼板卷制的筒體，公稱直徑是指它的內(nèi)徑；B當(dāng)筒體的直徑較小， 直接采用無縫鋼管制作時， 容器的公稱直徑應(yīng)是指無縫鋼管的外徑；封頭的公稱直徑與筒體一致。B管子：公稱直徑既不是它的內(nèi)徑，也不是外徑，而是小于管于外徑的一個數(shù)值。只要管子的公稱直徑一定， 它的外徑也就確定了， 而管子的內(nèi)徑則根據(jù)壁厚的不同有多種尺寸，它們大都接近于管子的公稱直徑。C 其它零部件的公稱直徑：有些零部件的公稱直徑，如壓力容器法蘭，鞍式支座等就是指與它相

6、配的筒體與封頭的公稱直徑。D 而管法蘭、手孔等則是指與它相配的管子的公稱直徑。公稱壓力：是將所能承受的壓力范圍分為若干個等級，因為公稱直徑相同的同類零件，只要它們的工作壓力不相同， 那么它們的其他尺寸也就不會一樣。 所以規(guī)定了若干個壓力等級，這種規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級就是公稱壓力，以 PN 表示。四、壓力容器相關(guān)的法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定近 300 個，其中 GB150-1998鋼制壓力容器是我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)體系中的核心標(biāo)準(zhǔn)。在壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定中，一部分是技術(shù)性的規(guī)定，另一部分是法規(guī)性的規(guī)定（有強(qiáng)制性） ，目前法規(guī)性規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)有 3 個：GB150-1998鋼制壓力容器 ； 特種設(shè)備安全監(jiān)察條

7、例 ；壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 。第三章第三章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析本章重點本章重點：薄膜理論及其應(yīng)用本章難點本章難點：薄膜理論公式推導(dǎo)建議學(xué)時：建議學(xué)時：6 學(xué)時工程實際中，應(yīng)用較多的是薄壁容器，并且，這些容器的幾何形狀常常是軸對稱的，而且所受到的介質(zhì)壓力也常常是軸對稱的， 甚至于它的支座， 或者說約束條件都對稱于回轉(zhuǎn)軸，我們把幾何形狀、所受外力、約束條件都對稱于回轉(zhuǎn)軸的問題稱為軸對稱問題。第一節(jié)第一節(jié)回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析薄膜應(yīng)力理論薄膜應(yīng)力理論一、一、薄膜容器及其應(yīng)力特點薄膜容器及其應(yīng)力特點(一) 內(nèi)壓薄壁容器的結(jié)構(gòu)與受力：(二) 內(nèi)壓薄壁容器的變形：

8、(三) 內(nèi)壓薄壁容器的內(nèi)力：結(jié)論在任何一個壓力容器中，總存在著兩類不同性質(zhì)的應(yīng)力：薄膜應(yīng)力、邊緣應(yīng)力二、基本概念與基本假設(shè)二、基本概念與基本假設(shè)(一一)回轉(zhuǎn)殼體中的基本的幾何概念回轉(zhuǎn)殼體中的基本的幾何概念1、面（1）中間面： 平分殼體厚度的曲面稱為殼體的中間面， 中間面與殼體內(nèi)外表面等距離，它代表了殼體的幾何特性。（2）回轉(zhuǎn)曲面： 由平面直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周所形成的曲面。（3）回轉(zhuǎn)殼體：由回轉(zhuǎn)曲面作中間面形成的殼體稱為回轉(zhuǎn)殼體。2、線（1）母線：繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)形成中間面的平面曲線。（2）經(jīng)線：過回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面的交線。（3）法線：過中間面上的點且垂直于中間面的直線稱為中

9、間面在該點的法線。（法線的延長線必與回轉(zhuǎn)軸相交）（4）緯線： 以法線為母線繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周所形成的圓錐法截面與中間面的交線平行圓：垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與（5）中間面的交線稱平行圓。顯然，平行圓即緯線。3、點4、半徑（1）第一曲率半徑： 中間面上任一點 M 處經(jīng)線的曲率半徑為該點的“第一曲率半徑”R1，R1=MK1。圖圖 3-1 內(nèi)壓薄膜容器內(nèi)壓薄膜容器數(shù)學(xué)公式：23211yyR （2）第二曲率半徑：通過經(jīng)線上一點 M 的法線作垂直于經(jīng)線的平面與中間面相割形成的曲線 MEF，此曲線在 M 點處的曲率半徑稱為該點的第二曲率半徑R2。第二曲率半徑的中心落在回轉(zhuǎn)機(jī)上，其長度等于法線段 MK2，即 R2=

10、MK2。二、回轉(zhuǎn)殼體的無力矩理論及兩個基本方程式（一） 殼體理論的基本概念殼體在外載荷作用下，要引起殼體的彎曲，這種變形由殼體內(nèi)的彎曲和中間面上的拉或壓應(yīng)力共同承擔(dān)， 求出這些內(nèi)力或內(nèi)力矩的理論稱為一般殼體理論或有力矩理論， 比較復(fù)雜；但是，對于殼體很薄，殼體具有連續(xù)的幾何曲面，所受外載荷連續(xù)，邊界支承是自由的，殼體內(nèi)的彎曲應(yīng)力與中間面的拉或壓應(yīng)力相比， 中到可以忽略不計， 認(rèn)為殼體的外載荷只是由中間面的應(yīng)力來平衡，這種處理方法，稱為薄膜理論或無力矩理論。1 有力矩理論不要求。2 無力矩理論（應(yīng)用無力矩理論，要假定殼體完全彈性，材料具有連續(xù)性、均勻性各各向同性，此外，對于薄壁殼體，通常采用以下

11、三點假設(shè)使問題簡化）1）小位移假設(shè)2）直法線假設(shè)3）不擠壓假設(shè)（二） 回轉(zhuǎn)殼體應(yīng)力分析及基本方程式（1）微體平衡方程式pRRm21取微元體由三對曲面截取而得截面 1：殼體的內(nèi)外表面；截面 2：兩個相鄰的，通過殼體軸線的經(jīng)線平面；截面 3：兩個相鄰的，與殼體正交的圓錐法截面受力分析和平衡方程分析計算后可得pRRm21殼體的壁厚，mm；1R回轉(zhuǎn)殼體曲面在所求應(yīng)力點的第一曲率半徑，mm；2R回轉(zhuǎn)殼體曲面在所求應(yīng)力點的第二曲率半徑，mm；m經(jīng)向應(yīng)力，MPa；環(huán)向應(yīng)力，MPa；p殼體的內(nèi)壓力，MPa.上式稱為微體平衡方程式， 也稱拉普拉斯方程式， 它說明回轉(zhuǎn)殼體上任一點處的m、與內(nèi)壓p及該點曲率半徑1R

12、、2R、壁厚的關(guān)系。（2）區(qū)域平衡方程式22pRm用截面法將殼體沿經(jīng)線的法線方向切開，即在平行園直徑 D 處有垂直于經(jīng)線的法向圓錐面截開，取下部作脫離體，建立靜力平衡方程式分析可得：22PRm（三）薄膜理論的適用條件1、殼轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是軸對稱,殼體厚度無突變；曲率半徑是連續(xù)變化的，材料是各向同性的，且物理性能（主要是 E 和）應(yīng)當(dāng)是相同的；2、載荷在殼體曲面上的分布是軸對稱和連續(xù)的；3、殼體邊界的固定形式應(yīng)該是自由支承的；4、殼體的邊界力應(yīng)當(dāng)在殼體曲面的切平面內(nèi)，要求在邊界上無橫剪力和彎矩。5、/Di0.1第二節(jié)第二節(jié)薄膜理論的應(yīng)用薄膜理論的應(yīng)用一、受氣體圖圖 3-5回轉(zhuǎn)殼體上的徑向應(yīng)力

13、分析回轉(zhuǎn)殼體上的徑向應(yīng)力分析內(nèi)壓的圓筒形殼體 1R22DrR 422pDpRm 22pDpR 22pRm pRRm 21，討論： 環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力的 2 倍， 所以環(huán)向承受應(yīng)力更大， 環(huán)向上就要少削弱面積，故開設(shè)橢圓孔時，橢圓孔之短軸平行于向體軸線，如圖所以應(yīng)力與/D 成反比，不能只看壁厚大小。二、受氣體內(nèi)壓的球形殼體DppD/22 DppD/22 21DR 22DR 22pRm pRRm 21 4pD 4pDm 討論：對相同的內(nèi)壓，球殼的環(huán)向應(yīng)力要比同直徑、同厚度的圓筒殼的環(huán)向應(yīng)力小一半，這是球殼顯著的優(yōu)點。三、受氣體內(nèi)壓的錐形殼體圓錐形殼半錐角為圓錐形殼半錐角為，A 點處平行圓半徑點處平

14、行圓半徑 r，則在，則在 A 點處：點處： cos2prm cos pr 1R cos2rR 22pRm pRRm 21討論： （1）應(yīng)力隨 r 的增大而增大，在錐底處 r=D/2 時，應(yīng)力最大,在錐頂處，應(yīng)力為零。因此，一般在錐頂開孔。（2）應(yīng)力隨半錐角 a 的增大而增大，故 a 角要選擇合適，不宜太大。（3）錐形殼體環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力兩倍。四、受氣體內(nèi)壓的橢球殼2第二曲率半徑采用作圖法，如圖，自任意點 A（x,y）作經(jīng)線的垂線，交回轉(zhuǎn)軸于 O 點，則 OA 即為2R，根據(jù)幾何關(guān)系，得3、應(yīng)力計算公式a,b分別為橢球殼的長、短半徑，mm ;x 橢球殼上任意點距橢球殼中心軸的距離 mm ；其它

15、符號意義與單位同前。五、受氣體內(nèi)壓的碟形殼【例例 3-1】有一外徑為219 的氧氣瓶，最小壁厚為=6.5mm,材質(zhì)為 40Mn2A,工作壓力為15MPa,試求氧氣瓶筒壁內(nèi)的應(yīng)力。解氣瓶筒身平均直徑為5 .2125 . 62190DDmm經(jīng)向應(yīng)力：m=4PD=5 . 645 .21215=122.6(MPa)環(huán)向應(yīng)力：=2PD=5 . 625 .21215=245.2(MPa)【例例 3-2】有圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，已知圓筒平均直徑 D=2020m 壁厚=20mm,工作壓力 p=2MPa。(1)試求筒身上的經(jīng)向應(yīng)力m和環(huán)向應(yīng)力(2)如果橢圓形封頭的 a/b 分別為 2，2和 3，封頭厚度

16、為 20mm，分別確定封頭上最大經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力及最大應(yīng)力所在的位置。)(22224baxabpm )(2)(2222442224baxaabaxabp 解：解：求筒身應(yīng)力求筒身應(yīng)力經(jīng)向應(yīng)力：經(jīng)向應(yīng)力：)(5 .50204202024MPapDm 環(huán)向應(yīng)力：環(huán)向應(yīng)力：)(101202202022MPapD 2 2求封頭上最大應(yīng)力求封頭上最大應(yīng)力a/b=2a/b=2 時，時，a=1010mm,b=505mma=1010mm,b=505mm)(101220210102)(2MPabapam )(5 .50202101022MPapam )(101)42(20210102)2(222MPabapa

17、 最大應(yīng)力有兩處最大應(yīng)力有兩處：一處在橢圓形封頭的頂點一處在橢圓形封頭的頂點，即即 x=0 x=0 處處；一處在橢圓形封一處在橢圓形封頭的底邊，即頭的底邊，即 x=ax=a 處。如圖處。如圖 3-19a3-19a 所示。所示。a/b=a/b=時，時，a=1010mm,b=714mma=1010mm,b=714mm)(4 .71220210102)(2MPabapam )(5 .50202101022MPapam 0)22(20210102)2(222 bapa 最大應(yīng)力在最大應(yīng)力在 x=0 x=0 處，如圖處，如圖 3-19b3-19b 所示。所示。2a/b=a/b= 3 3時，時，a=101

18、0mm,b=337mma=1010mm,b=337mm)(5 .151320210102)(2MPabapam )(5 .50202101022MPapam )(5 .353)32(20210102)2(2222MPabapa 最大應(yīng)力在最大應(yīng)力在 x=ax=a 處，如圖處，如圖 3-19c3-19c 所示。所示。第三節(jié)第三節(jié)內(nèi)壓圓筒邊緣應(yīng)力的概念內(nèi)壓圓筒邊緣應(yīng)力的概念一、邊緣應(yīng)力的概念二、邊緣應(yīng)力的特點局部性、自限性三、對邊緣應(yīng)力的處理ts，容器即告失效(失去正常的工作能力)，也就是說，容器的每一部分必須處于彈性變形范圍內(nèi)。 保證器壁內(nèi)的相當(dāng)應(yīng)力必須小于材料由單向拉伸時測得的屈服點， 即當(dāng)s

19、。2強(qiáng)度安全條件：為了保證結(jié)構(gòu)安全可靠地工作，必須留有一定的安全裕度，使結(jié)構(gòu)中的最大工作應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力之間滿足一定的關(guān)系。即n0當(dāng)= 0極限應(yīng)力（由簡單拉伸試驗確定）n安全系數(shù) 許用應(yīng)力當(dāng)相當(dāng)應(yīng)力，由強(qiáng)度理論來確定。二、強(qiáng)度理論及其相應(yīng)的強(qiáng)度條件以圓筒形容器作例第一強(qiáng)度理論最大主應(yīng)力理論（適用于脆性材料）21PD當(dāng)?shù)诙?qiáng)度理論最大變形理論（與實際相關(guān)較大，未用） 21 pD 42 pDm 03 r 第三強(qiáng)度理論最大剪應(yīng)力理論（適用于塑性材料）20231PDPDIII當(dāng)?shù)谒膹?qiáng)度理論能量理論（適用于塑性材料）21323222121IV當(dāng)3 . 243212221PDPD壓力容器都采用塑性材料

20、制造，應(yīng)采用第三或第四強(qiáng)度理論，我國采用第三強(qiáng)度理論。第二節(jié)第二節(jié)內(nèi)壓薄壁圓殼體與球殼的強(qiáng)度設(shè)計內(nèi)壓薄壁圓殼體與球殼的強(qiáng)度設(shè)計一、設(shè)計計算（一）圓筒形容器1、 強(qiáng)度設(shè)計公式根據(jù)前面所講的第三強(qiáng)度理論，有20231PDPDIII當(dāng)將平均直徑換為圓筒內(nèi)徑 iDD將壓力p換為計算壓力cp；考慮焊接制造因素，將 換為 t則有：tcipD2故： cticpDp2其中計算壁厚,mm t材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa2、厚度的定義計算厚度 cticpDp2設(shè)計厚度2Cd名義厚度圓整值圓整值CCdn1有效厚度CSne其中1C鋼板壁厚負(fù)偏差；2C腐蝕裕度；C=1C+2C如圖所示最小厚度：殼體加工成形后，不包

21、括腐蝕裕量的最小厚度min1碳素鋼、低合金鋼制容器min 3mm；2高合金鋼制容器min 2mm；3碳素鋼、低合金鋼制塔式容器minmaxiD10002, 4mm；不銹鋼制塔式容器minmaxiD10002, 3mm.3、校核公式若已知e，要計算一臺容器所能承受的載荷時teeictDp2 eietwDp24、采用無縫鋼管作圓體時，公稱直徑為鋼管的外徑，)( 20mmpDpctc)( 220mmCpDpctcd)(20MPaDpteect )(20MPaDpeetw上述公式的適用范圍為tcp 4 . 0C1C2圓整值加工減薄量C=C1+C2（二）球形容器對于球形容器，由于其主應(yīng)力為421pD利用

22、上述推導(dǎo)方法，可以得到球形容器壁厚設(shè)計計算公式，即)( 4mmpDpctic)( 42mmCpDpcticd)(4MPaDpteeict )(4MPaDpeietw上述球形容器計算公式的適用范圍為tcp 6 . 0二、設(shè)計參數(shù)的確定1、 壓力工作壓力wp：指在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。設(shè)計壓力p：指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，它與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不低于工作壓力。計算壓力cp：指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定殼體各部位厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)殼體各部位或元件所承受的液柱靜壓力小于 5%設(shè)計壓力時，可忽略不計。2、 設(shè)計溫度指容器在正常工作情況下，在相

23、應(yīng)的設(shè)計壓力下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面厚度的溫度平均值） 。設(shè)計溫度是選擇材料和確定許用應(yīng)力時不可少的參數(shù)。3、 許用應(yīng)力和安全系數(shù)（1）許用應(yīng)力的取法常溫容器 =minbbn,ssn2 . 0中溫容器 t=minsttsbtbnn2 . 0,高溫容器 t=minDtDntnsttsnnn,2 . 0（2）安全系數(shù)的取法安全系數(shù)是不斷發(fā)展變化的參數(shù)，科技發(fā)展，安全系數(shù)變??；要求記憶：常溫下，碳鋼和低合金鋼bn=3.0，sn=1.64、 焊接接頭系數(shù)焊縫區(qū)是容器上強(qiáng)度比較薄弱的地方。 焊縫區(qū)的強(qiáng)度主要決定于熔焊金屬、 焊縫結(jié)構(gòu)和施焊質(zhì)量。焊接接頭系數(shù)的大小決定于焊接接頭的型式和無損

24、檢測的長度比率。5、 厚度附加量C=1C+2C1C鋼板壁厚負(fù)偏差；按相應(yīng)的鋼板或鋼管標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于 0.25mm，且不超過名義厚度的 6%時，負(fù)偏差可以忽略不計。2C腐蝕裕量；為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量。三、壓力試驗與強(qiáng)度校核容器制成以后(或檢修后投入生產(chǎn)之前)必須作壓力試驗或增加氣密性試驗，其目的在于檢驗容器的宏觀強(qiáng)度和有無滲漏現(xiàn)象，即考查容器的密封性，以確保設(shè)備的安全運行。對需要進(jìn)行焊后熱處理的容器， 應(yīng)在全部焊接工作完成并經(jīng)熱處理之后， 才能進(jìn)行壓力試驗和氣密試驗，對于分段交貨的壓力容器，可分段熱處理在安裝工地組裝焊接，并對

25、焊接的環(huán)焊縫進(jìn)行局部熱處理之后，再進(jìn)行壓力試驗。壓力試驗的種類、要求和試驗壓力值應(yīng)在圖樣上注明。壓力試驗一般采用液壓試驗。對于不適合作液壓試驗的容器，例如容器內(nèi)不允許有微量殘留液體或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗。1試驗壓力2 壓力試驗的應(yīng)力校核3 壓力試驗的試驗要求與試驗方法各種類型例題共 3 個第三節(jié)第三節(jié)內(nèi)壓圓筒封頭的設(shè)計內(nèi)壓圓筒封頭的設(shè)計容器封頭又稱端蓋，按其形狀可分為三類；凸形封頭、錐形封頭和平板形封頭。其中凸形封頭包括半球形封頭、 橢圓形封頭、 碟形封頭(或稱帶折邊的球形封頭)和球冠封頭(無折邊球形封頭)四種。一、半球形封頭半球形封頭(圖 43)是由半個球殼構(gòu)成的，

26、它的計算壁厚公式與球殼相同cticpDp 4二、橢圓形封頭橢圓形封頭(圖 44)是由長短半袖分別為 a 和 b 的半橢球和高度為 h。 的短圓筒(通稱為直邊)兩部分所構(gòu)成。直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊受邊緣應(yīng)力作用。有以下結(jié)論：當(dāng)橢球殼的長短半軸 a/b2 時，橢球殼赤道上出現(xiàn)很大的環(huán)向應(yīng)力(圖 325(c)，其絕對值遠(yuǎn)大于頂點的應(yīng)力。從而引入形狀系數(shù) K。 （也稱應(yīng)力增加系數(shù)）根據(jù)強(qiáng)度理論（具體推導(dǎo)過程可參閱華南理工大學(xué) P57） ，受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭的計算厚度公式為： mm) ( 5 . 02cticpDKp標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 K=1（a/b=2） ，

27、計算厚度公式為 mm) ( 5 . 02cticpDp橢圓封頭最大允許工作壓力計算公式為：GB150-1998 規(guī)定：但當(dāng)確定封頭厚度時，已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制?，F(xiàn)行的橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)為 JBT473795。三、碟形封頭由三部分構(gòu)成：以iR為半徑的球面；以 r 為半徑的過渡圓弧(即折邊)；高度為0h的直邊。同樣，引入形狀系數(shù)rRMi341，則其計算厚度公式為) ( 5 . 0 2MPaKDpeietwieDK%15. 0,1時ieDK%30. 0,1時 mm 5 . 02cticpRMp標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：球面內(nèi)半徑iiDR9 . 0，過渡圓弧內(nèi)半徑 r=0.17Di，此時 M1.

28、325，計算壁厚公式：GB150-1998 規(guī)定：但當(dāng)確定封頭厚度時， 已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題， 可不受此限制。四、球冠形封頭五、錐形封頭錐形封頭廣泛應(yīng)用于許多化工設(shè)備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等)的底蓋，它的優(yōu)點是便于收集與卸除這些設(shè)備中的固體物料。此外，有一些塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體將直徑不等的兩段塔體連接起來，這時的錐形殼體稱為變徑段。六、平板封頭平板封頭是化工設(shè)備常用的一種封頭。平板封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，最常用的是圓形平板封頭。在各種封頭中， 平板結(jié)構(gòu)最簡單， 制造就方便， 但在同樣直徑、 壓力下所需的厚度最大，因此一般

29、只用于小直徑和壓力低的容器。但有時在高壓容器中，如合成塔中也用平蓋，這是因為它的端蓋很厚且直徑較小，制造直徑小厚度大的凸形封頭很困難。設(shè)計公式是半經(jīng)驗公式，推導(dǎo)不要求。平板封頭的計算厚度mm計算直徑mm計算壓力MPa焊接接頭系數(shù)結(jié)構(gòu)特征系數(shù)材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力MPa第四節(jié)第四節(jié)封頭的選擇封頭的選擇 mm 5 . 022 . 1cticpRpieDM%15. 0,34. 1時ieDM%30. 0,34. 1時mm tccpKpDptKcpcD一、幾何方面二、力學(xué)方面三、制造及材料消耗方面第五章第五章外壓圓筒與封頭的設(shè)計外壓圓筒與封頭的設(shè)計本章重點：本章重點：臨界壓力及外壓圓筒的工程設(shè)計方法

30、本章難點：本章難點：臨界壓力建議學(xué)時：建議學(xué)時：6 學(xué)時第一節(jié)第一節(jié)概述概述一、外壓容器的失穩(wěn)1、外壓容器的定義2、外壓薄壁容器的受力對于薄壁殼體來講，內(nèi)壓薄壁圓筒受的是拉應(yīng)力，即4pDm，2pD。而外壓薄壁圓筒所受的是壓應(yīng)力，這種壓縮應(yīng)力的數(shù)值與內(nèi)壓容器相同，只是改變了應(yīng)力的方向，然而，正是由于方向的改變，使得外壓容器失效形式與內(nèi)壓不同。外壓容器很少因為強(qiáng)度不足發(fā)生破壞，常常是因為剛度不足而發(fā)生失穩(wěn)。下面我們來看看失穩(wěn)的定義。3、失穩(wěn)及其實質(zhì)失穩(wěn)：承受外壓載荷的殼體，當(dāng)外壓載荷增大到某一數(shù)值時，殼體會突然失去原來的形狀，被壓扁或出現(xiàn)波紋，載荷卸除后，殼體不能恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱為外壓殼體的失

31、穩(wěn)（Instability）二、容器失穩(wěn)型式的分類1、 按受力方向分為側(cè)向失穩(wěn)與軸向失穩(wěn)（容器由均勻側(cè)向外壓引起的失穩(wěn)，叫側(cè)向失穩(wěn)，特點是失穩(wěn)時，殼體橫斷面由原來的圓形變?yōu)椴ㄐ危〝?shù)可以是兩個、三個、四個，如圖所示）2、 按壓應(yīng)力作用范圍分為整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)第二節(jié)第二節(jié)臨界壓力臨界壓力一、臨界壓力的概念二、影響臨界壓力的因素（一） 筒體幾何尺寸的影響（二） 筒體材料性能的影響圓筒失穩(wěn)時，在絕大多數(shù)情況下，筒壁內(nèi)的壓應(yīng)力并沒有達(dá)到材料的屈服點。 （是彈性失穩(wěn)）故這種情況失穩(wěn)與材料的屈服點無關(guān)，只與材料的彈性模數(shù) E 和泊松比有關(guān)。材料的彈性模數(shù) E 和泊松比越大，其抵抗變形的能力就越強(qiáng)，因而其

32、臨界壓力也就越高。但是，由于各種鋼材的 E 和值相差不大，所以選用高強(qiáng)度鋼代替一般碳素鋼制造外壓容器，并不能提高筒體的臨界壓力（三） 筒體橢圓度和材料不均勻性的影響1、穩(wěn)定性的破壞并不是由于殼體存在橢圓度或材料不均勻而引起的。無論殼體的形狀多么精確，材料多么均勻，當(dāng)外壓力達(dá)到一定數(shù)值時也會失穩(wěn)。2、但是殼體的橢圓度與材料的不均勻性能使其臨界壓力的數(shù)值降低，使失穩(wěn)提前發(fā)生。三、長圓筒、短圓筒、鋼性圓筒的定性描述相對幾何尺寸兩端邊界影響臨界壓力失穩(wěn)波形數(shù)長圓筒L/D0較大忽略只與 Se/D0有關(guān)，與 L/D0無關(guān)2短圓筒L/D0較小顯著與 Se/D0有關(guān)，與L/D0有關(guān)大于 2 的整數(shù)剛性圓筒L/D0較小 Se/D0較大不失穩(wěn)四、臨界壓力的理論計算公式（一） 長圓筒對鋼制長圓筒,由于3 . 0 ,則有推論：從長圓筒