壓力容器的可靠性設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)壓力容器的可靠性設(shè)計(jì)壓力容器的可靠性設(shè)計(jì)摘要摘要：本文闡述了可靠性設(shè)計(jì)在壓力容器設(shè)計(jì)中的重要性。介紹了常規(guī)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)的區(qū)別，利用可靠性設(shè)計(jì)的概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，應(yīng)用可靠性理論中的強(qiáng)度應(yīng)力干涉模型，將可靠性方法運(yùn)用于壓力容器設(shè)計(jì)，指出了可靠性設(shè)計(jì)目標(biāo)，闡述了設(shè)計(jì)的具體步驟。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：壓力容器, 強(qiáng)度干涉模型, 可靠性The Reliability Design of Pressure VesselAbstract:Abstract: This paper describes the importance of the reliability des

2、ign of pressure vessel design. The difference between conventional design and reliability design, the probability of the statistical basis of the reliability design, the strength of the application of reliability theory - stress interference model, the reliability of methods used in pressure vessel

3、design, pointed out that the reliability design goals described design of specific steps.Keywords:Keywords: Pressure Vessel ，Intensity-Stress Interferencemodel ，Reliability寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1 前 言.11.1 選此課題的背景.11.2 壓力容器的應(yīng)用.11.3 選此課題目的、來(lái)源和意義.11.3 本次設(shè)計(jì)的模型及數(shù)據(jù).12 壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì).42.1 主要元件材料的選擇.42.2 設(shè)備厚度的

4、設(shè)計(jì).42.3 筒體的封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).52.4 鞍座的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).62.5 接管、法蘭、墊片、螺栓和人孔的選擇.62.6 容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì).82.7 容器強(qiáng)度的校核.162.8 液化石油氣儲(chǔ)罐的焊接.173 壓力容器的可靠性設(shè)計(jì).173.1 可靠性設(shè)計(jì)的原理.183.2 圓筒厚度的可靠性設(shè)計(jì).183.3 橢圓形封頭的可靠性設(shè)計(jì).183.4 開孔補(bǔ)強(qiáng)的可靠性設(shè)計(jì).204 結(jié)論.25參考文獻(xiàn).26致 謝.27外文翻譯.28附 件.41寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)1 前言前言1.1 選此課題的背景二次世界大中，由于雷達(dá)經(jīng)常出現(xiàn)故障, 推動(dòng)

5、了電子設(shè)備的可靠性研究。五十年代奠定了可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。此后,可靠性技術(shù)在國(guó)外發(fā)展迅速，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于宇航、核電站、機(jī)械等工業(yè)中。1在石油化學(xué)工業(yè)中, 壓力容器的安全性十分重要。世界工業(yè)先進(jìn)國(guó)家, 壓力容器事故率為臺(tái)年，我國(guó)則高達(dá)臺(tái)年，可見問題嚴(yán)重。分析事51042 102故原因，有設(shè)計(jì)、材質(zhì)、制造、使用、檢驗(yàn)等，而不按可靠性設(shè)計(jì)也是因素之一。目前國(guó)內(nèi)外壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范均系常規(guī)設(shè)計(jì)。可靠性設(shè)計(jì)又稱概率設(shè)3 4計(jì), 是一種新的設(shè)計(jì)方法。目前，我國(guó)壓力容器大都按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，將各參數(shù)視為確定量，依據(jù)給定的安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種常規(guī)的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單直觀，并具有較高的安全性，但也存在如下不足之處：1

6、，由于沒有考慮壓力容器的強(qiáng)度、應(yīng)力及各幾何參數(shù)的不確定性引起的誤差而與實(shí)際情況不符，不能保證絕對(duì)安全；2，安全系數(shù)根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)定出，一般較為保守，容易造成材料的浪費(fèi)；3，簡(jiǎn)單的安全系數(shù)沒有反映出壓力容器的可靠性程度以及影響其安全的因素。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，壓力容器強(qiáng)度與載荷的測(cè)試水平不斷提高，根據(jù)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，人們對(duì)各參數(shù)的隨機(jī)性有了一定的認(rèn)識(shí)，因此把可靠性設(shè)計(jì)方法引入壓力容器的設(shè)計(jì)已成為發(fā)展趨勢(shì)。所謂可靠性設(shè)計(jì)是假設(shè)各參量都為隨機(jī)變量，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及工作環(huán)境確定其概率特征，再按照由壓力容器的重要性定出的可靠度進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。1.2 壓力容器的應(yīng)用石油、化工、醫(yī)藥等產(chǎn)品是按照一定的

7、工藝過程，在一定的條件下利用與之相匹配的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，特別是國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域持續(xù)穩(wěn)定，壓力容器已在石油、化工、輕工、醫(yī)藥、環(huán)保、冶金、食品、生物工程及國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域以及人們的日常生活中得到廣泛應(yīng)用，且數(shù)量日益增大，大容器的設(shè)備也越來(lái)越多。例如，生產(chǎn)尿素就需要與之配套寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)的合成塔、換熱器、分離器、反應(yīng)器、儲(chǔ)罐等壓力容器；加工原油就需要與原油生產(chǎn)工藝配套的精餾塔、換熱器、加熱爐等壓力容器；此外，用于精餾、解析、吸收、萃取等工藝的各種塔類設(shè)備也為壓力容器；用于流體加熱、冷卻、液體汽化、蒸汽冷凝及廢熱回收的各種熱交換器仍屬于壓

8、力容器；石油化工中三大合成材料生產(chǎn)中的聚合、加氫、裂解等工藝用的反應(yīng)設(shè)備，用于原料、成品及半成品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、計(jì)量的各種設(shè)備等都是壓力容器。據(jù)統(tǒng)計(jì)，化工廠中80%左右的設(shè)備都屬于壓力容器的范疇。壓力容器種類多，操作條件復(fù)雜，有真空容器，也有高壓超高壓設(shè)備和核能容器；溫度也存在從低溫到高溫的較大范圍，處理的介質(zhì)大多具有腐蝕性、或易燃、易爆、有毒、甚至劇毒。這種多樣性的操作特點(diǎn)給壓力容器從選材、制造、檢驗(yàn)到使用、維護(hù)以致管理等諸多方面造成了復(fù)雜性，因此對(duì)壓力容器的制造、現(xiàn)場(chǎng)阻焊、檢驗(yàn)等諸多環(huán)節(jié)提出了愈來(lái)愈高的要求。壓力容器涉及各個(gè)學(xué)科，綜合性很強(qiáng)，一臺(tái)壓力容器從參數(shù)確定到投入正常使用，要通過很多環(huán)

9、節(jié)及相關(guān)部門的各類技術(shù)人員的共同努力才能實(shí)現(xiàn)。1.3 選此課題目的、來(lái)源和意義通常人們所說(shuō)的“可靠性”指的是“可以信賴的”或是“可以信任的”。人們經(jīng)常提到“萬(wàn)無(wú)一失”、“經(jīng)久耐用”、“堅(jiān)固牢靠”等，就反映了人們對(duì)可靠性的需求。因此設(shè)備的可靠性，特別是一些重要的設(shè)備，如國(guó)防軍工設(shè)備、石油化工設(shè)備、核動(dòng)力工程裝備等的可靠性與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)和人身安全息息相關(guān)?？梢哉f(shuō)，可靠性時(shí)時(shí)刻刻在我們身邊。因此研究設(shè)備的可靠性顯得十分重要和迫切。一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)，如航天器的發(fā)射和飛行，核電站的運(yùn)行，石油化工生產(chǎn)等都是一個(gè)相當(dāng)龐大的系統(tǒng)，其中都有若干分系統(tǒng)，而各個(gè)分系統(tǒng)又有多臺(tái)整機(jī)組成，而每臺(tái)整機(jī)又由許多個(gè)零部件組成

10、，各個(gè)零部件又有許多個(gè)元器件與管道、導(dǎo)線等相連，只要其中有一件失效，就可能造成整個(gè)機(jī)組和全系統(tǒng)發(fā)生故障，甚至釀成災(zāi)難性事故。如1986年美國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛船的機(jī)毀人亡事故，就是由燃料系統(tǒng)密封圈的失效引起的。它在起飛后73s爆炸，造成七名宇航員喪生和12億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失。5對(duì)于過程裝備及其控制系統(tǒng)而言，可靠性具有更特殊的意義。因?yàn)檫^度裝備所處理的物料大多是易燃、易爆、有毒、有害的危險(xiǎn)化學(xué)品。一旦發(fā)生故障，其后果將十分嚴(yán)重。為了提高安全性，降低風(fēng)險(xiǎn)值，近年來(lái)對(duì)于過程裝備及其寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)都提出了嚴(yán)格的可靠性要求。如核電設(shè)備，故障率都應(yīng)控制在/臺(tái)710年一

11、下，石油化工也一樣。常規(guī)設(shè)計(jì)無(wú)法計(jì)算壓力容器的安全可靠度, 有時(shí)為了安全, 盲目加大安全系數(shù), 這種做法不一定達(dá)到預(yù)期效果。可靠性設(shè)計(jì)一可對(duì)安全系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理, 按指定的安全可靠度進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。反之也可按設(shè)備尺寸, 核算容器的可靠度。故采用可靠性設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)出來(lái)的不僅節(jié)省了材料，而且會(huì)更加合理。1.4 本次設(shè)計(jì)的模型及數(shù)據(jù)隨著我國(guó)化學(xué)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各地建立了大量的液化氣儲(chǔ)配站。對(duì)于儲(chǔ)存量小于 5003m 或單罐容積小于 1503m時(shí)一般選用臥式圓筒形儲(chǔ)罐。液化氣儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存易燃易爆介質(zhì)直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要設(shè)備。因此屬于設(shè)計(jì)、制造要求高、檢驗(yàn)要求嚴(yán)的三類壓力容器。本次設(shè)計(jì)的為 100

12、3m液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)即為此種情況。液化石油氣貯罐是盛裝液化石油氣的常用設(shè)備, 由于該氣體具有易燃易爆的特點(diǎn), 因此在設(shè)計(jì)這種貯罐時(shí), 要注意與一般氣體貯罐的不同點(diǎn), 尤其要注意安全, 還要注意在制造、安裝等方面的特點(diǎn)。目前我國(guó)普遍采用常溫壓力貯罐, 常溫貯罐一般有兩種形式: 球形貯罐和圓筒形貯罐。球形貯罐和圓筒形貯罐相比: 前者具有投資少, 金屬耗量少, 占地面積少等優(yōu)點(diǎn), 但加工制造及安裝復(fù)雜, 焊接工作量大, 故安裝費(fèi)用較高。一般貯存總量大于 5003m或單罐容積大于 2003m時(shí)選用球形貯罐比較經(jīng)濟(jì); 而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡(jiǎn)單, 安裝費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn), 但金屬耗量大占地面積大, 所

13、以在總貯量小于 5003m, 單罐容積小于 1003m時(shí)選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。圓筒形貯罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。在一般中、小型液化石油氣站內(nèi)大多選用臥式圓筒形貯罐, 只有某些特殊情況下(站內(nèi)地方受限制等) 才選用立式。本文主要討論臥式圓筒形液化石油氣貯罐的設(shè)計(jì)，臥式液化石油氣貯罐設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。臥式液化石油氣貯罐也是一個(gè)儲(chǔ)存壓力容器, 也應(yīng)按 GB150鋼制壓力容器進(jìn)行制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收; 并接受勞動(dòng)部頒發(fā)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(簡(jiǎn)稱容規(guī)) 的監(jiān)督。液化石油氣貯罐, 不論是臥式還是球罐都屬第三類壓力容器。貯罐主要有筒體、封頭、人孔、支座以及各種接管組成。貯罐上設(shè)有液相管、液相回液管、氣相管

14、、排污管以及安全閥、壓力表、溫度計(jì)、液面計(jì)等。在此，我們以液化石油氣儲(chǔ)罐為例，其已知參數(shù)如表 2-1 所示：寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)表 1-1：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值單位備注1名稱403m液化石油氣儲(chǔ)罐2用途液化石油氣儲(chǔ)配站3設(shè)計(jì)壓力1.57MPa4工作溫度20C。5公稱直徑2400mm6公稱容積403m7單位容積充裝量0.42t/3m8裝量系數(shù)0.99工作介質(zhì)液化石油氣（易燃）10其他要求100%無(wú)損檢測(cè)寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)2 2 壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)2.1 主要元件材料的選擇2.1.1 圓筒體材

15、料的選擇根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)附表 4-1 壓力容器材料，選用筒體材料為低合金鋼16MnR（鋼材標(biāo)準(zhǔn)為 GB6654） 170tMPa。16MnR 適用范圍：用于介質(zhì)含有少量硫化物，具有一定腐蝕性,壁厚較大（8mm）的壓力容器。2.1.2 鞍座材料的選擇根據(jù) JB/T4731,鞍座選用材料為 Q235-B，其許用應(yīng)力 147saMPa。2.1.3 地腳螺栓材料的選擇地腳螺栓選用符合 GB/T 700 規(guī)定的 Q235，Q235 的許用應(yīng)力 147btMPa。2.2 設(shè)備厚度的設(shè)計(jì)2.2.1 圓筒厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算壓力cP：液柱靜壓力: 1550 9.81 2.412949.2PghPa 461/1.29

16、492 10 /1.57 105%PP 故液柱靜壓力可以忽略，即。1.57cPPMPa圓筒的厚度在 616mm 范圍內(nèi)，查過程設(shè)備設(shè)計(jì)表 4-1 鋼板許用應(yīng)力，可得：在設(shè)計(jì)溫度下，屈服極限強(qiáng)度345sMPa， 許用應(yīng)力20C t170MPa。該容器需 100%探傷，所以取其焊接系數(shù)為1.0。利用中徑公式，計(jì)算厚度：。1.57 240011.132 2 170 1.57citcPDmmP 查標(biāo)準(zhǔn) HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表 7-1 知，鋼板厚度寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)負(fù)偏差為 0.25mm，而有 GB150-1998 中 3.5.5.1 知，當(dāng)鋼材的厚度

17、負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的 6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)，故取10C 。查標(biāo)準(zhǔn) HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定表 7-5 知,在無(wú)特殊腐蝕情況下，腐蝕裕量2C不小于 1mm。在這取2C=1。則筒體的設(shè)計(jì)厚度，圓整后，取1211.130 112.13nCCmm 名義厚度，查標(biāo)準(zhǔn)取。有效厚度。13nmm14nmm1213enCCmm2.2.2 封頭厚度的設(shè)計(jì)查標(biāo)準(zhǔn) JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表 1，得公稱直徑，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,型號(hào)代號(hào)為 EHA，則 22iiDh，根2400iDNDmm據(jù) GB150-1998 中橢圓形封頭計(jì)算中式：1.57

18、 240011.12 0.52 1 1700.5 1.57citcPDmmP 同上，取21Cmm，10C 。則封頭的設(shè)計(jì)厚度圓整后，取封頭的名義厚度11.10 112.1dmm ，查標(biāo)準(zhǔn)取。有效厚度。封頭型記作：EHA 13nmm14nmm13emm2400 x14-16MnR JB/T4746。2.3 筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1 封頭的結(jié)構(gòu)尺寸（封頭結(jié)構(gòu)如圖 2-1）：根據(jù)公稱直徑 DN 查標(biāo)準(zhǔn) JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.1 EHA 橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積，如下表 2-2：表 2 ：EHA 橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積公稱直徑 DN /mm總深度 H /mm內(nèi)表面

19、積 A/2m容積V封/3m24006406.54531.9905寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)圖 2-1由，得。22()DiHh24006404044iDhHmm2.3.2 筒體的長(zhǎng)度計(jì)算，而充裝系數(shù)為 0.9，則：224iVDLV封2V=D0.94iLV封即 計(jì)算得 L=5.6m。240=2.41.99050.94L2.4 鞍座的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1 鞍座選型支座采用 JB/T 4712鞍式支座中鞍式支座，該臥式容器采用雙鞍式支座。根據(jù) JB/T 4731，鞍座選用材料為 Q235-B，其許用應(yīng)力。 147saMPa估算鞍座的負(fù)荷：儲(chǔ)罐總質(zhì)量12342mmmmm筒體質(zhì)量：1m

20、。331= DL=3.14 2.4 9.4 14 107.85 10 =7785.14kgm2m單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn) JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭中表B.2 EHA 橢圓形封頭質(zhì)量，可知，。2=706.0kgm3m充液質(zhì)量：液化石油氣水，故243=1000 (2.49.42 1.9905)=4.648 10 kg4mV 水寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)4m附件質(zhì)量：查表 23-1-31 人孔質(zhì)量為 297kg，其他接管質(zhì)量總和估為400kg，即。4=697kgm綜上所述，4123425.28 10mmmmmkg,每個(gè)鞍座承受的重量為。35.1744 10GmgKN

21、32.5872 10 KN由此查 JB4712.1-2007 容器支座，選取輕型，焊制為 BI,包角為，有墊120板的鞍座。查 JB4712.1-2007 表 6 得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表 2-3：表 2-3：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DN2400腹板2104b400允許載荷Q/kN4363l26648鞍座高度h2502b208墊板e(cuò)501l17203b288螺栓間距2l15201b240筋板38螺孔/孔長(zhǎng)D/l24/54底板112墊板弧長(zhǎng)2800鞍座質(zhì)量Kg2092.4.2 鞍座位置的確定因?yàn)楫?dāng)外伸長(zhǎng)度 A=0.207L 時(shí)，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，從而使上述兩截

22、面上保持等強(qiáng)度，考慮到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，面且支座截面處應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨距中間圓筒的彎矩，通常取尺寸 A 不超過 0.2L 值，為此中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) JB 4731鋼制臥式容器規(guī)定 A0.2L=0.2（L+2h） ，A 最大不超過 0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。由標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭2,402()4iiDDmmHh有h=H -故0.2(2 )0.2(110002 40)2216ALhmm 鞍座的安裝位置如圖 2-2 所示：此外，由于封頭的抗彎剛度大于圓筒的抗變鋼度，故封頭對(duì)于圓筒的抗彎鋼度具有局部的加強(qiáng)作用。若支座靠近封頭，則可充分利

23、用罐體封頭對(duì)支座處寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)圓筒截面的加強(qiáng)作用。因此，JB 4731 還規(guī)定當(dāng)滿足 A0.2L 時(shí)，最好使 A0.5R m（2RinmR）,即 ,由技術(shù)特性尺寸可知A=R120071207mmm。550mm圖 2-22.5 接管、法蘭、墊片、螺栓和人孔的選擇2.5.1 接管和法蘭液化石油氣儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置排污口，氣相平衡口，氣相口，出液口，進(jìn)液口，人孔，液位計(jì)口，溫度計(jì)口，壓力表口，安全閥口，排空口。接管和法蘭布置如圖 2-3 所示，法蘭簡(jiǎn)圖如圖 2-4 所示：圖 2-3查 HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表 8.2 3-1 PN10 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，選

24、取各管口公稱直徑，查得各法蘭的尺寸。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)查 HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中附錄 D 中表 D-3,得各法蘭的質(zhì)量。查 HG/T 20592-2009鋼制管法蘭中表 3.2.2，法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封） 。圖 2-4接管和法蘭尺寸如表 2-4：表 2-4：接管和法蘭尺寸法蘭頸序號(hào)名稱 公稱直徑DN鋼管外徑法蘭焊端外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑 L螺栓孔數(shù)量n（個(gè)）螺栓Th法蘭厚度CNS1HR法蘭高度H法蘭質(zhì)量a排污口 8089B200160188M16201053.2106504b氣相平衡口8089B200160188M

25、16201053.2106504c氣相口 8089B200160188M16201053.2106504d出液口 8089B200160188M16201053.2106504e進(jìn)液口 8089B200160188M16201053.2106504f人孔500530B670620 26 20 M24285627.1161290 39.5g1-2 液位計(jì)口3238B140100184M1218402.364402h溫度計(jì)口2025B10575144M1218402.364401m 壓力表口2025B10575144M1218402.364401n安全閥口100108B220180188M1620

26、1313.6128524.5s排空口 5057B165125184M1618742.985452.52.5.2 墊片寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)查 HG/T 20609-2009鋼制管法蘭用金屬包覆墊片 ，得如表 2-5：表 2-5 墊片尺寸表符號(hào)管口名稱公稱直徑內(nèi)徑 D1外徑 D2a排污口80109.5142b氣相平衡口80109.5142c氣相口80109.5142d出液口80109.5142e進(jìn)液口80109.5142f人孔g1-2液位計(jì)口3261.582h溫度計(jì)口2045.561m壓力表口2045.561n安全閥口80109.5142s排空口5077.5107注：1：包覆

27、金屬材料為純鋁板，標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 3880，代號(hào)為 L3。 2：填充材料為有機(jī)非石棉纖維橡膠板。3：墊片厚度均為 3mm。2.5.3 螺栓（螺柱）的選擇查 HG/T 20613-2009 鋼制管法蘭用緊固件中表 5.0.7-9 和附錄中表A.0.1,得螺柱的長(zhǎng)度和平墊圈尺寸如表 2-6：表 2-6 螺栓及墊片緊固件用平墊圈 mm公稱直徑螺紋螺柱長(zhǎng)1d2dha80M169017303b80M169017303c80M169017303d80M169017303e80M169017303f500M2412525444寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)g1-232M168517303h20

28、M127513242.5m20M127513242.5n80M169017303s50M1685173032.5.4 人孔的選擇根據(jù) HG/T 21518-2005回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔 ，查表 3-1，選用凹凸面的法蘭，其明細(xì)尺寸見下表 2-7： 表 2-7 人孔尺寸表 單位：mm密封面型式凹凸面MFMD7301b430d30公稱壓力 PN MPa101D6602b48螺柱數(shù)量20公稱直徑 DN5001H280A405螺母數(shù)量40wds530 122H123B200螺柱尺寸33 2 170M d504b44L300總質(zhì)量 kg3022.6 容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)根據(jù) GB150 中 8.3，當(dāng)設(shè)

29、計(jì)壓力小于或等于 2.5MPa 時(shí)，在殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑不大于 89mm時(shí)，接管厚度滿足要求，不另行補(bǔ)強(qiáng)，故該儲(chǔ)罐中只有 DN=500mm 的 人孔需要補(bǔ)強(qiáng)。2.6.1 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法判別按 HG/T 21518-2005,選用回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔。開孔直徑225002 2504iddCmm 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)2400120022iDdmm故可以采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管材料選用 10 號(hào)鋼，其許用應(yīng)力，根據(jù) GB150-1998 中式 108tMPa8-1，其中：殼體開孔處的計(jì)算厚度，接管的(1)etrAdf

30、=11.13mm有效厚度。1212etntCCmm強(qiáng)度削弱系數(shù)，所以開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為： 1080.635 170tnrrf22(1)504 142 12 14 0.3657178.64etrAdfmm 2.6.2 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍(1) 有效寬度 B 的確定按 GB150 中式 8-7，得：121222 5041008225042 142 12556max(,)1008nntBdmmBdmmBB Bmm (2) 有效高度的確定A 外側(cè)有效高度的確定1h根據(jù) GB150 中式 8-8，得：1504 1277.8nthdmm=接管實(shí)際外伸高度= 1h1270Hmm111min(,)77.8hh hm

31、mB 內(nèi)側(cè)有效高度的確定2h根據(jù) GB150-1998 中式 8-9，得：2504 1277.8nthdmm，。20h211min(,)0hh h2.6.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 根據(jù) GB150 中式 8-10 式 8-13，分別計(jì)算如下：123eAAAA寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(1) 筒體的多余面積1A12()()2()(1)(1008504)(12 11.13)2 12(12 11.13)(1 0.635)430.86eeterABdfmm (2) 接管多余的面積2A接管厚度：1.57 5002.32 0.52 170 1 0.5 1.57cittcPDmmP 212222 (

32、)2()2 77.8(122.3) 0.6350958.4ettretrAhfhCfmm(3) 焊縫金屬截面積3A焊角取，6.0mm223162362Amm2.6.4 補(bǔ)強(qiáng)面積2123=430.86958.436=1425.26eAAAAmm因?yàn)?，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng)。27178.64eAAmm所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積：247178.64 1425.265753.38eAAAmm補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)：根據(jù) DN500 取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑。因?yàn)椋栽谟行аa(bǔ)強(qiáng)范840DmmBD圍。補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑,補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：5302532dmm,圓整取名義厚度為。45753.3815.7840532AmmDd16mm2.7 容器強(qiáng)度的校核2

33、.7.1 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核試驗(yàn)應(yīng)力： 則，1.25TPP1.25 1.571.9625TPMPa61.9625(550 9.81 2.4 10 )2.09TTPPghMPa為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須校核試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力，則T寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)，()2.09 (2400 12)210.04522 13TieTPDMPae又 。0.90.9 1 345310.5TsMPa 所以，液壓試驗(yàn)合格。2.7.2 圓筒軸向彎矩、應(yīng)力計(jì)算及校核A 圓筒彎矩計(jì)算工作時(shí)支座反力1258.722FGKN 600ihHhmm圓筒中間截面上的彎矩：22122212(

34、)44413258.72 9.4 12 (1.2070.6 )/9.44 0.55560.57414 0.6/3 9.49.4aiiRhF LAMhLLKNm 鞍座處橫截面彎矩：222220.551.2070.6119.42 0.55 9.42258.72 0.5545.1544 0.6113 9.43miiRhALALMFAKNmhL 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)圖 2-5B 筒體軸向應(yīng)力計(jì)算及校核（1）圓筒中間橫截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力最高點(diǎn)處： 11221.57 1.2075.6075021.4122 0.0133.14 1.2070.013caeaePRMM

35、PaR 最低點(diǎn)處：12221.57 1.2075.60750167.222 0.0133.14 1.2070.013cmemePRMMPaR（2）由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力因鞍座平面上0.5mAR，即筒體被封頭加強(qiáng)，查 JB/T 4731-2005 表 7-1 可得K1=1.0，K2=1.0鞍座橫截面最高處點(diǎn)軸向應(yīng)力：232211.57 1.20745.15148.822 0.0133.14 1.2070.013cmemePRMMPakR鞍座橫截面最低點(diǎn)處軸向應(yīng)力：1223.042cmemePRMMPaR 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（3）筒體軸向應(yīng)力校核因軸向許用臨界應(yīng)力由

36、30.0940.094 131.018 101200eaAR根據(jù)圓筒材料查圖 4-8 可得53222 101.018 10135.733BEAMPa ， min( , )135.7ttcrBMPa0 min(0.8,)135.7creLRBMPa， 合格。23, 170tMPa ， 合格。14|,| 130tcrMPa， 合格。14|,| 130TTcrMPa2.7.3 筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力計(jì)算與校核因m2RA，帶來(lái)的加強(qiáng)作用，查 JB/T4731-2005 表 7-2 得K3=0.88，K4=0.401，其最大剪應(yīng)力位于靠近鞍座邊角處，因圓筒=0.8，3360.88 258.72 101

37、4.51207 13 10mek FMPaR ，故有，切向剪應(yīng)力校核合格。 0.8 170136tMPa 136tMPa2.7.4 封頭中附加拉伸應(yīng)力346258.72 100.4016.61207 13 10hmeFKMPaR由內(nèi)壓力引起的拉伸應(yīng)力 （K=1.0）1 1.572.4144.922 0.013iheKPDMPa， 合格。1.25 1.25 170 144.967.6thh2.7.5 筒體的周向應(yīng)力計(jì)算與校核圓筒的有效寬度，當(dāng)容器焊在支座上時(shí)，取1 . 0k，查2208bmmJB/4731-2005 表 7-3 可得560.76,0.0132KK。(1).鞍座在橫截面最低點(diǎn)處周向

38、應(yīng)力寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)35520.1 0.76 258.72 107.270.013 0.208ekK FMPab (2).鞍座角邊處的周向應(yīng)力因?yàn)?，則94007.78881207aLR662221225872012 0.0132 2587268.544 0.013 0.0289.4 0.013meeK FRFMPabL (3).應(yīng)力校核56| 7.27 170| 68.51.25 1.25 170212.5,ttMPaMPa合格2.7.6 鞍座應(yīng)力計(jì)算與校核（1）腹板水平應(yīng)力及強(qiáng)度校核：由可得，水平分力12090.204K ，90.204 258.7252.78sFK

39、FKN計(jì)算高度，11min(,)min(1207,250)25033smHRH鞍座腹板厚度，010bmm鞍座有效斷面平均應(yīng)力：。9052780=21.112250 10ssFMPaH b（2）鞍座有效斷面應(yīng)力校核 s鞍座材料 Q235-B 的許用應(yīng)力=235MPa s，合格。9221.112 156.673sMPa（3）腹板與筋板組合截面應(yīng)力計(jì)算及校核圓筒中心線至基礎(chǔ)表面距離：4120725081465vmHRhmm查表知：地震強(qiáng)度為 7 度（0.1g）時(shí)，水平地震影響系數(shù)0.08，則軸向力。0.08 517.4441.4EFGKN寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)筋板面積：21232

40、08 81664Abmm 腹板面積：221213313213(20)(172020) 1017000/ 2 10 151720/ 2 10 152668561/ 2561 8/ 2565565266831Almmxllmmzxmmzzlmm則：21266 1664 1700026984saAAAmm形心：1226()/ 26 1644 (208 10)/ 240.3326984csaA bymmA22208 1040.3368.6722ccbyymm33222321112332292(20)23()1212208 810(172020)231664 (565831 )12127.45 10yb

41、lIA zzmm33322211233372(20)6()1212208 1010 (172020)6(1664 68.67)17000 40.3312123.75 10zccblIA yA ymm腹板與筋板組合截面斷面系數(shù)：max1max196max75max5/ 2 10240/ 2 10110/ 2 101720/ 2 10850/7.45/850 108.76 10/3.75/110 103.41 10min(,)3.41 10ryyrzzrryrzbmmZlmmZIZZIZZZ取鞍座底板與基礎(chǔ)間（水泥）靜摩擦系數(shù),0.4f 因?yàn)?，故，則 1fEFfmg寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011

42、屆畢業(yè)設(shè)計(jì)352(2 )258.72 1041.4 25041.4 1465269842 3.41 1026984 (94002 550)36.58EvEsasarsaF HF hFAZAlAMPa ，合格。| 1.2 1.2 235282sasMPa（4）地震引起的地腳螺栓應(yīng)力鞍座上地腳螺栓 n=2,筒體軸線兩側(cè)螺栓間距。21520lmm每個(gè)地腳螺栓的橫截面積：22213.14 24452.1644btADmm傾覆力矩：EVM=41.4 1.46560.65EvF HKNm地腳螺栓應(yīng)力：3660.65 10402 1.72 452.16 10EVbtbtMMPanlA地腳螺栓選 GB/T70

43、0 規(guī)定的 Q235， 147tMPa，合格。1.25 183.75bttMPa地腳螺栓切應(yīng)力：64140022.894 452.16 10EbtbtFMPan A，合格。0.8 117.6bttMPa2.8 液化石油氣儲(chǔ)罐的焊接筒體的焊接和封頭與筒體的焊接采用 X 型坡口，因?yàn)橥穸认聹p少焊接量約 1/2,焊接變形及產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力也小。殼體與鋼管的連接為角接接頭。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)3 3 壓力容器的可靠性設(shè)計(jì)壓力容器的可靠性設(shè)計(jì)壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法對(duì)于某些安全系數(shù)的選取帶有很大的主觀性和隨機(jī)性，另外，由于對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律缺乏了解，在設(shè)計(jì)時(shí)為了安全有可能將安全系數(shù)選取

44、偏大，這樣導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸偏大，成本提高。顯然，常規(guī)設(shè)計(jì)方法存在如下不足之處：1.安全系數(shù)根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)定出，一般較為保守，容易造成材料的浪費(fèi)；2.沒有考慮壓力容器的強(qiáng)度、所受壓力和溫度等參數(shù)的不確定性引起的誤差，不能保證絕對(duì)安全；3.選用某一特定安全系數(shù)所設(shè)計(jì)的壓力容器，其失效的概率為多少，或者到底有多大的可靠性，不得而知。事實(shí)上，實(shí)際的壓力容器強(qiáng)度、幾何尺寸均受到許多隨機(jī)因素的影響，如材料成分的不均勻性，生產(chǎn)工藝的波動(dòng)，幾何尺寸的隨機(jī)誤差等，同樣其所受的載荷也不可能為定值?？梢?，強(qiáng)度及應(yīng)力在多數(shù)情況下都是隨機(jī)變量。因此把可靠性設(shè)計(jì)方法引入壓力容器的設(shè)計(jì)已成為發(fā)展趨勢(shì)。所謂可靠性設(shè)計(jì)是假設(shè)各

45、參量都為隨機(jī)變量，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及工作環(huán)境確定其概率特征，再按照由壓力容器的重要性定出的可靠度進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。壓力容器的可靠性問題是一個(gè)綜合性問題，它與設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)及使用等各個(gè)階段密切相關(guān)。而設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品的可靠性水平，即產(chǎn)品的固有可靠度。3.1 可靠性設(shè)計(jì)的原理3.1.1 原理機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)，是以應(yīng)力一強(qiáng)度分布干涉理論為基礎(chǔ)的。由該理論的可靠度、失效概率計(jì)算可知，為了計(jì)算機(jī)械零件的可靠度，首先應(yīng)確定應(yīng)力分布與強(qiáng)度分布。當(dāng)應(yīng)力與強(qiáng)度均呈正態(tài)分布時(shí)，可靠度的計(jì)算便可大大簡(jiǎn)化，可以用聯(lián)結(jié)方程求出可靠性系數(shù)，然后利用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表求出可靠RZ6度。當(dāng)應(yīng)力 和強(qiáng)度 均呈正態(tài)分布時(shí)，隨機(jī)變量的概

46、率密度函數(shù)可分別表S達(dá)為 211( )exp() 22sssSuf SS 211( )exp() 22sssuf SS 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)式中，與分別為應(yīng)力及強(qiáng)度的均值與標(biāo)準(zhǔn)差。suu,s S令，則根據(jù)正態(tài)分布的加法定理可知，隨機(jī)變量也是正態(tài)分yS6y布的，且其均值與標(biāo)準(zhǔn)差分別為：，而隨機(jī)變yuy=ysuuu22ys量的概率密度函數(shù)則為:y 211( )exp() 22yyyyuh yS 當(dāng)或時(shí)產(chǎn)品可靠，故可靠度可表達(dá)為：S0ySR2011= (0)exp() 22yyyyuR P ydy令，則時(shí)，的下限為yyyuz0y z220=ysysuuuz當(dāng)時(shí)，的上限也是，即，

47、將上述關(guān)系代入，得y zz R22222211=22ysyszzuuuRedzedz式將應(yīng)力分布函數(shù)、強(qiáng)度分布參數(shù)和可靠度三者聯(lián)220=ysysuuuz系起來(lái)，稱為“聯(lián)結(jié)方程” ，是可靠性設(shè)計(jì)的基本公式。稱22sRsuuZz 為可靠性系數(shù)。由標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的對(duì)稱性，還可將寫為：R22222211=22sRsuuzzZRedzedz 已知可靠性系數(shù)值時(shí)，可從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表差得可靠度值，也可給定RZR值求可靠性系數(shù)。 RRZ3.1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)利用可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，要保證容器具有一定的可靠性，即應(yīng)滿足容器的實(shí)際可靠度,R是壓力容器的許用可靠度，確定許用可靠度時(shí)一般可按照R R 下述原則進(jìn)行：寧夏大學(xué)機(jī)械

48、工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)1） 零部件重要性對(duì)于故障引起的嚴(yán)重事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失的重要零部件，應(yīng)選較高R值。大多數(shù)的壓力容器屬于此類。對(duì)于故障僅使設(shè)備停止工作，不會(huì)引起嚴(yán)重事故而且易于更換維修的一般零部件，R可選小一些。2） 計(jì)算載荷類別當(dāng)按工作狀態(tài)最大載荷計(jì)算靜強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)選較高的R值；當(dāng)按非工作狀態(tài)最大載荷或特殊載荷（如安裝載荷、事故沖擊載荷等）進(jìn)行靜強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，可選取較小的R值。這是由于后2 種載荷出現(xiàn)的概率遠(yuǎn)小于第1 種載荷，而且即使發(fā)生故障，所造成的事故及經(jīng)濟(jì)損失也較工作狀態(tài)時(shí)發(fā)生故障為小。3） 經(jīng)濟(jì)性零件強(qiáng)度可靠性的提高，需要在材料、工藝和設(shè)備等方面采取相應(yīng)措施，這樣將會(huì)增加

49、生產(chǎn)費(fèi)用和成本，但是維修費(fèi)用卻由于可靠性的提高而減少了。若 表示生產(chǎn)費(fèi)用， 表示維護(hù)費(fèi)用，則總費(fèi)用 ，PCmCtPmCCC費(fèi)用與可靠度的關(guān)系可定性地表示為如圖3-1。最佳的R應(yīng)該是使得 最tC小。3.1.3 壓力容器可靠性設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行壓力容器可靠性設(shè)計(jì)具體步驟如下：1. 確定許用可靠度R及強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)n；2. 按R=R，計(jì)算零件的故障概率=1-R ；F3. 由 值查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表，確定可靠度指數(shù) ；F4. 確定材料承載能力（載荷）的分布參數(shù)；xx、5. 由 值求；y6. 由均值并根據(jù)應(yīng)力與尺寸的關(guān)系，確定相應(yīng)的壁厚尺寸。y具體過程圖框見圖3-2。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)圖3

50、-1 可靠性與費(fèi)用的關(guān)系圖3-2 可靠性設(shè)計(jì)過程圖框3.2 圓筒厚度的可靠性設(shè)計(jì)3.2.1 理論推導(dǎo)假設(shè)強(qiáng)度和應(yīng)力都為隨機(jī)變量，且服從正態(tài)分布，則由強(qiáng)度應(yīng)力干涉模型理論得可靠度，其中為可靠性指數(shù)，與可1212dtRe寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)靠度一一對(duì)應(yīng)：2222()()xyxyxyxxyycc式中，為強(qiáng)度均值；為應(yīng)力均值；為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；為應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差。xyxy為強(qiáng)度變差系數(shù)，為應(yīng)力變差系數(shù)。xxxcyc由壓力容器的應(yīng)力計(jì)算公式，筒體最大應(yīng)力，式中，為筒體RPyR半徑，為筒體承受的壓力，為筒體厚度。應(yīng)用基本函數(shù)法，應(yīng)力的均值和P標(biāo)準(zhǔn)差分別為：RPy 2222222222()()(

51、)()()()RPRPyPRyyyPR 式中，表示的平均值，表示的標(biāo)準(zhǔn)差。RP、RP、RP、RP、對(duì)于相對(duì)重要而且工作環(huán)境惡劣、承受應(yīng)力復(fù)雜的設(shè)備，考慮到?jīng)Q定載荷及應(yīng)力等現(xiàn)行計(jì)算方法具有一定的誤差，為了使零件具有一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備，可以把零件工作應(yīng)力的均值擴(kuò)大n 倍作為零件受力時(shí)的極限狀態(tài)，n 稱為強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)。必須指出，該系數(shù)不是常規(guī)設(shè)計(jì)中的安全系數(shù)。此時(shí)，式可改寫為。該式2222()()xyxyxyxxyycc22xyxyn揭示了可靠性指數(shù)與強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)之間的關(guān)系。式中強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)一般取n=1.0-1.25。3.2.2 具體設(shè)計(jì)計(jì)算殼體材料為，屈服極限值為，鋼板尺寸的變差系數(shù)16MnR325M

52、Pa=0.03-0.05，設(shè)計(jì)壓力=,其允許的變化范圍是溫度為CP1.57MPa0.49MPa，殼體內(nèi)徑，允許其變化范圍是，屈服強(qiáng)度變化系數(shù)20C2400Dmm4mm，焊縫系數(shù)取 1.0，我們要求此容器的允許破壞率為。設(shè)所有量0.07xC 1510皆服從正態(tài)分布，則有:圓筒半徑：，=1200Rmm20.6673Rmm寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力：，1.57PMPa0.490.1633PMPa材料強(qiáng)度：，325xMPa325 0.0722.75xMPa筒體壁厚：=0.04應(yīng)力均值：1200 1.571884=RPy 應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差：22222222222222()()()120

53、01.571200 1.57= () 0.163() 0.667() 0.04424.55=RPRPyPR （）允許破壞率為，則可靠度，查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)表得，5100.99999R =0.47選取強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù),即：1.0n 22221884325 1.0=0.47424.5522.75xyxyn （）解得：,將其圓整為。故此容器的壁厚為=。=7.83mm8mm8mm通過對(duì)圓筒的厚度進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的結(jié)果，與常規(guī)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行比較可以看出，可靠性設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了材料，更主要的是它定量地反映了容器的可靠程度或者說(shuō)容器的破壞概率。3.3 橢圓型封頭的可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)，是在零部件的強(qiáng)度計(jì)算中，考慮工作應(yīng)

54、力和材料強(qiáng)度數(shù)據(jù)的離散性，并用概率統(tǒng)計(jì)理論，將零部件在工作過程中的故障概率，控制在很小的數(shù)值內(nèi)，從而獲得重量輕、體積小、可靠性高的零部件。壓力容器零部件的可靠性設(shè)計(jì)，就是把與設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)、變量、數(shù)據(jù)都看作是符合某種概率分布的的統(tǒng)計(jì)量，應(yīng)用概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論及強(qiáng)度理論，求出給定設(shè)計(jì)條件下零部件產(chǎn)生破壞的概率公式。應(yīng)用這些公式，就可以在給定可靠度下求出零部件的尺寸、壽命等或者有已知條件求出可靠度。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)3.3.1 理論推導(dǎo)以標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭為例，設(shè)橢圓形封頭的壁厚為，長(zhǎng)短軸之比為。t2ab在橢圓形封頭的頂點(diǎn)處有：且2,yaRRb( )2yPa aPaSStbt在

55、橢圓形封頭的赤道上有：22122,(2)()2yaPaPaaPaRRaSSbttbt 且，壓應(yīng)力已知長(zhǎng)軸的均值及標(biāo)準(zhǔn)差，壁厚 的均值及標(biāo)注差，則的均值及標(biāo)aauatat準(zhǔn)差為：6 aattuuu222221ataatttuuu所以頂點(diǎn)應(yīng)力的均值及標(biāo)準(zhǔn)差分別為： sPatuu u2222sPaaPttuu在標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的赤道上的應(yīng)力及標(biāo)準(zhǔn)差（因?yàn)閴簯?yīng)力，只考慮）:SrS 2rPsatuuu222212rsPaaPttuu對(duì)于橢圓形封頭頂點(diǎn)，可靠性系數(shù)為：22sssRu uZz 橢圓形封頭的赤道上，可靠性系數(shù)為：22srsrsRu uZz 由可靠性系數(shù)值，可從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表查得橢圓形封頭頂點(diǎn)的可

56、靠度RZ6和其赤道上的可靠度。RR3.3.2 具體的設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的內(nèi)徑，壁厚（常規(guī)(24004)iDamm(140.2)tmm寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壁厚） ，設(shè)計(jì)壓力，工作溫度為，材料，焊(1.570.5)PMPa20C16MnR縫系數(shù)，屈服極限均值，可靠度不小于，即失1.0325sMPa0.99999R 效概率不大于。在外界因素的影響下，內(nèi)徑、壁厚、設(shè)計(jì)壓力都有一定的510變化范圍。根據(jù)已知條件，得設(shè)計(jì)壓力的均值：P1.57PuMPa設(shè)計(jì)壓力標(biāo)準(zhǔn)差取壓力波動(dòng)數(shù)值的，則P1/360.5/30.167PMPa封頭壁厚的均值為：，封頭壁厚的標(biāo)準(zhǔn)差取偏差數(shù)值的,則1

57、4tumm61/3。0.20.0673tmm 根據(jù)，取的屈服極限作為工作強(qiáng)度，則強(qiáng)度的均值150 1998GB816MnRs為。325suMPa由變差系數(shù)的定義，取變差系數(shù)為0.07，則強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差為：60.070.07 32522.75suMPa又2400171.4314aattuuu222222221114024000014ataatttuuu 所以頂點(diǎn)應(yīng)力的均值及標(biāo)準(zhǔn)差分別為：1.57 171.43269.145sPatuu uMPa2222220 171.430.167819.61sPaaPttuuMPa在標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的赤道上的應(yīng)力及標(biāo)準(zhǔn)差:296.145148.072522rPsa

58、tuuuMPa寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)222211819.61409.822rsPaaPttuuMPa對(duì)于橢圓形封頭頂點(diǎn)，可靠性系數(shù)為：2222325 269.1456.8222.75819.61sssRu uZz 橢圓形封頭的赤道上，可靠性系數(shù)為：2222325 148.072510.6522.75409.8srsrsRu uZz 由可靠性系數(shù)和，可分別從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表查得橢圓6.82RZ 10.65RZ 6形封頭頂點(diǎn)的可靠度，橢圓形封頭的赤道上的，0.999991R 0.999991R 滿足強(qiáng)度可靠性校核要求。從計(jì)算結(jié)果可以看出，可靠性設(shè)計(jì)的失效概率小于，可靠度大于510

59、0.99999，橢圓形封頭的可靠度接近1，常規(guī)設(shè)計(jì)是偏安全的。3.4 開孔補(bǔ)強(qiáng)的可靠性設(shè)計(jì)壓力容器常常因?yàn)榫S修和操作的需要，設(shè)有各種形狀的開孔。例如為了測(cè)量壓力、溫度和液面高度，需要在壓力容器上安裝接管，以便連接各種測(cè)量?jī)x表；為了更換零部件及檢修后的清洗等，需要開有手孔、檢查孔和人孔。開孔后的壓力容器在器壁開孔附近應(yīng)力增加，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，給壓力容器的安全操作帶來(lái)隱患，通常需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。常規(guī)的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法是假設(shè)各個(gè)設(shè)計(jì)變量為確定量，根據(jù)給定的安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該方法容易造成材料的浪費(fèi)，并且由于沒有考慮壓力容器的應(yīng)力、強(qiáng)度和各幾何參數(shù)的不確定性引起的誤差與實(shí)際情況不符，因此安全性得不到保證

60、?；诳煽啃岳碚摰脑O(shè)計(jì)方法是假定設(shè)計(jì)變量為隨機(jī)變量，根據(jù)可靠度或失效概率進(jìn)行設(shè)計(jì)。該方法不僅能節(jié)省材料，還能提前估算出壓力容器的可靠程度。由于壓力容器的幾何尺寸、強(qiáng)度均受到很多隨機(jī)因素的影響，因此把可靠性理論引入壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)分析已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。壓力容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的基本要求是安全性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，在保證安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)性包括制造過程的經(jīng)濟(jì)和經(jīng)濟(jì)的維修?；诳煽啃岳碚搲毫θ萜鞯拈_孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)是考慮各種隨機(jī)因素的影響，將全部或大部分參數(shù)作為隨機(jī)變量進(jìn)行分析，通過分析建立統(tǒng)計(jì)模型，然后運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)方寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，使設(shè)計(jì)結(jié)果更符合實(shí)際需