壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)李洪亮

1壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)壓力容器《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》第九十九條第（二）款：壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于0.2MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于1.0MPa·L的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于60℃液體的氣瓶；氧艙等。2壓力容器2壓力容器TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》1.3條：工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓，不含液體靜壓力，下同）；工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L；盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。3壓力容器3壓力容器的分類根據(jù)生產(chǎn)裝置中工藝單元過程分類非均相（液固、氣固）分離攪拌與混合制冷與深冷熱量傳遞蒸發(fā)結(jié)晶蒸餾吸收與解析萃取吸附干燥反應(yīng)貯存4壓力容器的分類4壓力容器的分類根據(jù)生產(chǎn)過程中的作用原理分類反應(yīng)容器（R）換熱容器（E）分離容器（S）儲(chǔ)存容器（C）（球罐B）5壓力容器的分類5壓力容器的分類根據(jù)壓力等級(jí)分類低壓容器（L）中壓容器（M）高壓容器（H）超高壓容器（U）常壓容器6壓力容器的分類6壓力容器的分類根據(jù)溫度分類GB150：≤-20℃低溫容器日本：＜-10℃英國(guó)：＜0℃德國(guó)：＜-10℃7壓力容器的分類7壓力容器的分類根據(jù)《容規(guī)》分類Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類8壓力容器的分類8壓力容器的分類根據(jù)“壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可證”分類A類：A1（超高壓容器、高壓容器）、A2（第三類低、中壓容器）、A3（球形儲(chǔ)罐）、A4（非金屬壓力容器）；C類：C1（鐵路罐車）、C2（汽車罐車或長(zhǎng)管拖車）、C3（罐式集裝箱）；D類：D1（第一類壓力容器）、D2（第二類低、中壓容器）；SAD類：壓力容器分析設(shè)計(jì)。9壓力容器的分類9壓力容器的分類根據(jù)“壓力容器制造許可證”分類A類：A1（超高壓容器、高壓容器）、A2（第三類低、中壓容器）、A3（球形儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)組焊或球殼板制造）、A4（非金屬壓力容器）A5（醫(yī)用氧倉(cāng)）；B類：B1（無縫氣瓶）、B2（焊接氣瓶）、B3（特種氣瓶）；C類：C1（鐵路罐車）、C2（汽車罐車或長(zhǎng)管拖車）、C3（罐式集裝箱）；D類：D1（第一類壓力容器）、D2（第二類低、中壓容器）。10壓力容器的分類10壓力容器的分類其他分類方法按容器主體材料按容器結(jié)構(gòu)型式按容器截面形狀按容器主軸線方向按容器壁厚11壓力容器的分類11壓力容器工作條件及特點(diǎn)溫度條件液氫裝置：-253℃液態(tài)空氣及其他氣體的制?。?196℃苯乙烯裝置中SMART反應(yīng)器：650℃乙烯生產(chǎn)裝置中的管式裂解爐：1100℃12壓力容器工作條件及特點(diǎn)12壓力容器工作條件及特點(diǎn)壓力條件超高壓人造水晶釜：~200MPa低密度聚乙烯反應(yīng)釜：~300MPa低真空：100kPa~3kPa（絕壓）中真空：3kPa~0.1Pa（絕壓）高真空：0.1Pa~0.1mPa（絕壓）甚高真空：0.1mPa~0.1μPa（絕壓）超高真空：≤0.1μPa（絕壓）13壓力容器工作條件及特點(diǎn)13壓力容器工作條件及特點(diǎn)介質(zhì)腐蝕條件同一種材料在不同介質(zhì)中，不同材料在同一介質(zhì)中，同一種材料同一種介質(zhì)在不同內(nèi)部、外部條件下都會(huì)表現(xiàn)出不同的腐蝕規(guī)律。碳鋼在稀硫酸中極不耐蝕，但在濃硫酸中卻很穩(wěn)定；鉛耐稀硫酸，但不能在濃硫酸中使用；不銹鋼在中、低濃度的硝酸中耐蝕，但不耐濃硝酸的腐蝕；碳鋼在稀硫酸中是均勻腐蝕，奧氏體不銹鋼在氯化物的水溶液中會(huì)由于應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生裂紋。14壓力容器工作條件及特點(diǎn)14壓力容器工作條件及特點(diǎn)介質(zhì)的危害性在石油、化工、天然氣的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，參與過程的絕大部分是易燃、易爆、有毒或有腐蝕性的物質(zhì)，同時(shí)這些物質(zhì)的狀態(tài)在工藝過程中受溫度、壓力的控制不斷變化。15壓力容器工作條件及特點(diǎn)15壓力容器工作條件及特點(diǎn)其他載荷條件風(fēng)載荷、地震載荷有些設(shè)備可能是在循環(huán)載荷作用下運(yùn)行，同時(shí)還可能承受熱應(yīng)力循環(huán)作用設(shè)備及其內(nèi)件、附件自重設(shè)備內(nèi)盛裝的物料重量，試驗(yàn)狀態(tài)下的液體重量來自支承、連接管道及相鄰設(shè)備的作用載荷設(shè)備運(yùn)輸、安裝、維修時(shí)可能承受的作用載荷16壓力容器工作條件及特點(diǎn)16壓力容器工作條件及特點(diǎn)裝置的大型化煉油裝置中的減壓蒸餾塔直徑10000長(zhǎng)40000乙烯裝置中的丙烯塔直徑10000高94000重量1100噸氨合成塔直徑2500長(zhǎng)22000壁厚200甲醇反應(yīng)器直徑6500長(zhǎng)14000壁厚220核工業(yè)中的沸水反應(yīng)堆直徑7800壁厚190重量1000噸煤液化加氫反應(yīng)器直徑4810壁厚338重量2040噸乙二醇列管式反應(yīng)器直徑5000長(zhǎng)10000管數(shù)9000立式圓筒形油品貯罐直徑100000高21800容積150000m317壓力容器工作條件及特點(diǎn)17壓力容器工作條件及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)多樣性臥式、立式、換熱器、塔器、圓筒形貯槽、球罐、空冷器、余熱鍋爐等換熱器：固定管板式、浮頭式、填函式、U形管式；單管程、多管程；雙管板、帶導(dǎo)流筒、帶膨脹節(jié)18壓力容器工作條件及特點(diǎn)18壓力容器工作條件及特點(diǎn)主要結(jié)構(gòu)組成受內(nèi)壓或外壓的圓筒殼各種形式的封頭、平蓋開孔及其補(bǔ)強(qiáng)元件法蘭連接膨脹節(jié)19壓力容器工作條件及特點(diǎn)19近代壓力容器的發(fā)展趨勢(shì)大型化,高參數(shù)高溫蠕變低應(yīng)力脆斷疲勞問題20近代壓力容器的發(fā)展趨勢(shì)20對(duì)壓力容器的基本要求滿足（工藝）使用要求安全可靠性強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、密封性、耐蝕性合理的經(jīng)濟(jì)成本21對(duì)壓力容器的基本要求21壓力容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則有三種觀點(diǎn)彈性失效——常規(guī)設(shè)計(jì)（GB150等）

認(rèn)為殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達(dá)到材料屈服限時(shí)該殼體即失效，將應(yīng)力限制在彈性范圍，按照強(qiáng)度理論把筒體限制在彈性變形階段。塑性失效——分析設(shè)計(jì)（JB4732）

將容器的應(yīng)力限制在塑性范圍，認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致容器發(fā)生破壞，只有當(dāng)容器內(nèi)外壁面全屈服時(shí)才為承載的最大極限。

爆破失效——高壓、超高壓設(shè)計(jì)

認(rèn)為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，只有達(dá)到爆破時(shí)才是容器承載最大極限。22壓力容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則有三種觀點(diǎn)22圓筒內(nèi)的應(yīng)力關(guān)于回轉(zhuǎn)薄殼的無力矩理論壓力容器應(yīng)力分類簡(jiǎn)述壓力容器設(shè)計(jì)及相關(guān)問題23圓筒內(nèi)的應(yīng)力23一壓力容器殼體厚度為δ，內(nèi)半徑為Ri(內(nèi)直徑為Di)，受氣體壓力p作用的殼體。如圖所示：圓筒內(nèi)的應(yīng)力δ24一壓力容器殼體厚度為δ，內(nèi)半徑為Ri(內(nèi)直徑為Di)，受氣體在圓筒中間沿徑線平面切開為兩段（如圖）在研究的殼體上作用有外力p（流體壓力）殼體厚度上存在內(nèi)力，單位面積上為應(yīng)力σφ在軸線方向作力的平衡圓筒內(nèi)的應(yīng)力25在圓筒中間沿徑線平面切開為兩段（如圖）圓筒內(nèi)的應(yīng)力25在圓筒中間沿軸線平面切開為兩段（如圖）在研究的殼體上作用有外力p（流體壓力）殼體厚度上存在內(nèi)力，單位面積上為應(yīng)力σθ在軸線方向作力的平衡圓筒內(nèi)的應(yīng)力26在圓筒中間沿軸線平面切開為兩段（如圖）圓筒內(nèi)的應(yīng)力26受內(nèi)壓的圓筒體的殼體中的軸向和周向應(yīng)力：周向應(yīng)力時(shí)軸向應(yīng)力的2倍。如果控制周向應(yīng)力σθ不超過許用應(yīng)力，即：則可得容器的強(qiáng)度尺寸為：圓筒內(nèi)的應(yīng)力27受內(nèi)壓的圓筒體的殼體中的軸向和周向應(yīng)力：圓筒內(nèi)的應(yīng)力27彈性失效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論：第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論）材料不論在什么復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，只要三個(gè)主應(yīng)力中有一個(gè)達(dá)到軸向拉伸或壓縮中破壞應(yīng)力的數(shù)值時(shí)，材料就要發(fā)生破壞。第二強(qiáng)度理論（最大變形理論）材料的破壞取決于最大線應(yīng)變，即最大相對(duì)伸長(zhǎng)或縮短。第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論）無論材料在什么應(yīng)力狀態(tài)下，只要最大剪應(yīng)力達(dá)到在軸向拉伸中破壞時(shí)的數(shù)值，材料就發(fā)生破壞。第四強(qiáng)度理論（剪切變形能理論）材料的破壞取決于變形比能，把材料的破壞歸結(jié)為應(yīng)力與變形的綜合。圓筒內(nèi)的應(yīng)力28彈性失效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論：圓筒內(nèi)的應(yīng)力28根據(jù)第一強(qiáng)度理論，最大主應(yīng)力（周向應(yīng)力）小于等于許用應(yīng)力，承壓容器就是安全的。但是該公式所計(jì)算出的最大應(yīng)力值，與精確值相比相差較大（大約小23％），將內(nèi)徑換為中徑，計(jì)算值與精確值相差減?。s為3.8％）容器的中徑

D=Di+δ,則有按照第一強(qiáng)度理論，用中徑公式計(jì)算壓力容器的壁厚圓筒內(nèi)的應(yīng)力29根據(jù)第一強(qiáng)度理論，最大主應(yīng)力（周向應(yīng)力）小于等于許用應(yīng)力，承基本概念殼體：以兩個(gè)曲面為界，且曲面間的距離遠(yuǎn)小于其他方向尺寸的物體殼體厚度：兩曲面間的距離中面：平分殼體曲面的曲面薄殼：殼體厚度δ與中面曲率半徑R之比δ/R≤0.1的殼體回轉(zhuǎn)殼：中面由一根平面曲線繞一根在平面內(nèi)的定軸旋轉(zhuǎn)而成的殼體軸對(duì)稱問題：幾何形狀、承受載荷、邊界支承均對(duì)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的力學(xué)問題回轉(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念30基本概念回轉(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念30薄膜內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面的拉伸、壓縮和剪切變形的內(nèi)力（在軸對(duì)稱情況下由于對(duì)稱性，不存在剪切內(nèi)力）。彎曲內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面產(chǎn)生曲率、扭率改變的內(nèi)力（在軸對(duì)稱情況下不存在扭矩和橫向剪力）。無力矩理論：殼體的應(yīng)力狀態(tài)僅由法向內(nèi)力確定的薄殼應(yīng)力理論。有力矩理論：殼體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)同時(shí)由薄膜內(nèi)力和彎曲內(nèi)力確定的薄殼應(yīng)力理論?；剞D(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念31薄膜內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面的拉伸、壓縮和剪切變形的內(nèi)力（在軸回轉(zhuǎn)殼的幾何特性母線形成中間面的平面曲線經(jīng)線通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面，其與殼體中間曲面相交所得的交線形狀與母線相同經(jīng)線平面經(jīng)線平面的位置θ法線通過經(jīng)線上任意一點(diǎn)M垂直于中間面的直線MN，稱為中間面在該點(diǎn)的法線法線的延長(zhǎng)線必與回轉(zhuǎn)軸相交薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式32回轉(zhuǎn)殼的幾何特性薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式32緯線與錐截面過M點(diǎn)作圓錐面與殼體中間面正交，所得的交線是一個(gè)圓，稱其為回轉(zhuǎn)面的緯線。過M點(diǎn)作垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面相交形成的交線也是一個(gè)圓，稱為回轉(zhuǎn)面的平行圓。從形成的相交線來說，緯線和平行圓是同一條圓周曲線。用與殼體正交的圓錐截面截取殼體，得到殼體的厚度——錐截面。用垂直于軸線的平面截取殼體，得不到殼體的真實(shí)厚度——橫截面。薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式33緯線與錐截面薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式33第一曲率半徑R1中間面上任一點(diǎn)M處經(jīng)線的曲率半徑曲率中心必在過M點(diǎn)的法線上第二曲率半徑R2通過經(jīng)線上一點(diǎn)M的法線作垂直于經(jīng)線的平面，其與中間面相交得平面曲線CM，CM的曲率半徑即第二曲率半徑第二曲率半徑的中心在MN上，且在回轉(zhuǎn)軸上薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式34第一曲率半徑R1薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式34平行圓半徑r平行圓圓心在回轉(zhuǎn)軸上薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式35平行圓半徑r薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式35回轉(zhuǎn)殼體受軸對(duì)稱的內(nèi)壓力p經(jīng)線和緯線均發(fā)生伸長(zhǎng)變形經(jīng)線方向產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力σφ緯線方向產(chǎn)生周向應(yīng)力（環(huán)向應(yīng)力）σθ經(jīng)向應(yīng)力作用在錐截面上環(huán)向應(yīng)力作用在經(jīng)線平面與殼體相截形成的縱向截面上由于對(duì)稱性，在同一緯線上各點(diǎn)經(jīng)線應(yīng)力均相等，周向應(yīng)力也相等薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式36回轉(zhuǎn)殼體受軸對(duì)稱的內(nèi)壓力p薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式36經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式作用在錐截面上的經(jīng)向應(yīng)力在軸線方向的合力薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式37經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式3經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式作用在分離體上的外力（內(nèi)壓）在軸線方向的合力

——Q力的大小只取決于截面處的橫截面面積與氣體壓強(qiáng)p，而與截取殼體承壓的內(nèi)表面形狀與尺寸無關(guān)薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式38經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式3經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式

注意：適用于承受氣體介質(zhì)壓力的殼體薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式39經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式注意：適用于承受氣體介質(zhì)壓周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式用三對(duì)截面從殼體上切出一微體作為分離體殼體的內(nèi)外表面相鄰的經(jīng)線平面相鄰的與殼體正交的錐截面薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式40周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式bc和ad上作用有經(jīng)向應(yīng)力σφab和cd上作用有周向應(yīng)力σθ內(nèi)表面作用有內(nèi)壓力p外表面不受力由于所取微體足夠小，認(rèn)為應(yīng)力在截面上分布均勻σφ可由區(qū)域平衡方程求得薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式41周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式在微體abcd面積上內(nèi)壓力p所產(chǎn)生的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式42周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式在bc、cd截面上經(jīng)向應(yīng)力σφ的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式43周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式在bc、cd截面上經(jīng)向應(yīng)力σθ的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式44周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式微體平衡方程式（拉普拉斯方程式）45周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式微只要回轉(zhuǎn)殼體任一點(diǎn)的R1、R2以及殼體壁厚為已知，則該點(diǎn)由介質(zhì)內(nèi)壓力p產(chǎn)生分經(jīng)向應(yīng)力和周向應(yīng)力就可求出；兩個(gè)應(yīng)力方程式的導(dǎo)出都以應(yīng)力沿壁厚均勻分布為前提，而這種情況只有在殼壁較薄以及離兩個(gè)不同形狀的殼體聯(lián)接區(qū)稍遠(yuǎn)處才是正確的。薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論基本方程式46只要回轉(zhuǎn)殼體任一點(diǎn)的R1、R2以及殼體壁厚為已知，則該點(diǎn)由介薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)用條件是回轉(zhuǎn)殼體，而且回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是對(duì)稱的，殼壁厚度無突變；曲率半徑是連續(xù)變化的；材料的物理性能是相同的。載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)的，沒有突然變化。殼體幾何形狀及載荷分布的對(duì)稱性和連續(xù)性薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式47薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)用條件薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式47承受氣體壓力的球形殼體無矩理論的應(yīng)用球殼是中心對(duì)稱的，各處應(yīng)力相等——強(qiáng)度最好48承受氣體壓力的球形殼體無矩理論的應(yīng)用球殼是中心對(duì)稱的，各處應(yīng)承受氣體壓力的圓筒形殼體無矩理論的應(yīng)用圓筒形殼體周向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的兩倍49承受氣體壓力的圓筒形殼體無矩理論的應(yīng)用圓筒形殼體周向應(yīng)力是軸承受氣體壓力的圓筒形殼體焊接的圓筒壓力容器，其縱向（軸向）焊縫的強(qiáng)度應(yīng)高于橫向（周向）焊縫的強(qiáng)度；開設(shè)橢圓形人孔時(shí)，應(yīng)將短軸放在軸線方向，以盡量減小縱截面強(qiáng)度削弱程度；殼壁應(yīng)力大小與δ/R成反比——δ/R的大小體現(xiàn)著圓筒承壓能力的高低。無矩理論的應(yīng)用50承受氣體壓力的圓筒形殼體無矩理論的應(yīng)用50承受氣體壓力的圓錐形殼體α↑→σ↑，α不宜過大，一般α≤45°r↑→σ↑，錐底應(yīng)力最大，錐頂應(yīng)力最小σθ＝2σφ無矩理論的應(yīng)用51承受氣體壓力的圓錐形殼體無矩理論的應(yīng)用51承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用52承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用52承受氣體壓力的橢圓形殼體橢球殼中的σφ、σθ是坐標(biāo)（x,y）的函數(shù)橢球殼上應(yīng)力是連續(xù)變化的橢球殼中應(yīng)力的大小及分布與a/b有關(guān)a/b=1，橢球殼即為球殼，應(yīng)力分布均勻a/b↑→σ↑，受力狀況變差無矩理論的應(yīng)用53承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用53承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用54承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用54承受氣體壓力的橢圓形殼體橢圓形封頭

鋼板沖壓成型

a/b↑→淺易制造σ↑

a/b↓→深制造難σ↓標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭a/b=2最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力在數(shù)值上相等，等于筒體上周向應(yīng)力——封頭與筒體等強(qiáng)度無矩理論的應(yīng)用55承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用55承受氣體壓力的橢圓形殼體封頭是與筒體相連接的。在連接部位，由于封頭和筒體的變形不協(xié)調(diào)，將產(chǎn)生邊緣力和力矩，引起封頭內(nèi)的附加應(yīng)力。無矩理論的應(yīng)用56承受氣體壓力的橢圓形殼體無矩理論的應(yīng)用56受壓薄殼部件獨(dú)立變形情況如圖左受壓薄殼整體實(shí)際變形情況如圖右等厚度薄殼產(chǎn)生變形不一致的原因應(yīng)力突變（如球殼的周向應(yīng)力比圓筒殼的周向應(yīng)力小，球殼的周向應(yīng)變比圓筒殼的周向應(yīng)變小，導(dǎo)致球殼的半徑增大小于圓筒殼的半徑的增大量）曲率突變（球殼的曲率半徑為有限定值，而圓筒的第一曲率半徑無限大，力學(xué)分析證明曲率變化引起彎曲應(yīng)力）薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述M0M0M0M0P0P0P0P057受壓薄殼部件獨(dú)立變形情況如圖左薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述M0一般回轉(zhuǎn)薄殼產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的原因應(yīng)力突變幾何曲率突變剛度突變（如圓平板與圓筒殼的連接，平板在其面內(nèi)的剛度比圓筒在同一面內(nèi)的剛度大得多，平板的徑向應(yīng)變比圓筒小很多）殼體厚度突變載荷突變（如支承處）、載荷不對(duì)稱、存在集中力和力偶、存在圓周方向的法向線性分布載荷材料性能突變均勻應(yīng)力引起曲殼的拉伸，使其曲率發(fā)生變化，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。由于變形限制在彈性范圍內(nèi)，這一彎曲應(yīng)力相對(duì)薄膜應(yīng)力是微量。薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述58一般回轉(zhuǎn)薄殼產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的原因薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述58邊緣應(yīng)力的概念不連續(xù)部位：殼體連接處和支承處不連續(xù)部位的力學(xué)分析法（力法）：把殼體的解分解為薄膜解和有矩解。薄膜解用無力矩理論求解。有矩解采用如圖計(jì)算模型，求解保證不連續(xù)部位的變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的邊緣力P0和邊緣彎矩M0。分別建立在P0和M0以及介質(zhì)壓力作用下，使不連續(xù)部位的兩殼體的徑向位移和轉(zhuǎn)角保持相等的兩個(gè)方程，可求出P0和M0。然后把它們代入有力矩解方程中，求出它們產(chǎn)生的應(yīng)力。邊緣應(yīng)力：由邊緣力和邊緣彎矩引起的應(yīng)力薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述M0M0M0M0P0P0P0P059邊緣應(yīng)力的概念薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述M0M0M0M0P0邊緣應(yīng)力的類型和特點(diǎn)邊緣應(yīng)力的類型：使不連續(xù)部位發(fā)生轉(zhuǎn)角變化的是彎曲應(yīng)力，沿殼體厚度線性變化；使平行圓脹縮的主要是沿壁厚均勻分布的應(yīng)力，屬薄膜應(yīng)力。邊緣應(yīng)力的局部性：邊緣應(yīng)力僅局限在不連續(xù)部位附近，稱為邊緣應(yīng)力的局部性。其作用范圍與同一量級(jí)。理論分析表明，邊緣應(yīng)力在邊緣附近區(qū)域較大，很快衰減到零.邊緣應(yīng)力的自限性：當(dāng)殼體材料具有良好的塑性，在邊緣附近邊緣應(yīng)力值很高時(shí)，會(huì)使材料發(fā)生屈服，自動(dòng)使邊緣應(yīng)力限制在一定范圍。又因邊緣應(yīng)力的局部性，屈服區(qū)被廣大彈性區(qū)包圍，從而不致使塑性區(qū)發(fā)生整體性塑性流動(dòng)，造成殼體破裂。薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述60邊緣應(yīng)力的類型和特點(diǎn)薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述60回轉(zhuǎn)薄殼無力矩理論的適用條件殼體的幾何：殼體厚度、曲率半徑不得有突變；殼體的材料：殼體材料的物理性能相同；受力情況：不能有集中力、不能有垂直于殼面法向的力和力矩、分布面力必須軸對(duì)稱；邊界支承情況：只可有沿切線方向的約束，而且邊界處轉(zhuǎn)角與撓度不應(yīng)受到約束。薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述61回轉(zhuǎn)薄殼無力矩理論的適用條件薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述61“規(guī)則設(shè)計(jì)”對(duì)邊緣應(yīng)力的處理方法殼體連接處采用撓性結(jié)構(gòu)：如圓弧過渡、不等厚板削薄連接；局部加強(qiáng)措施：如錐殼的加厚段；減少外界引起的附加應(yīng)力：如焊接殘余應(yīng)力、支座處的集中應(yīng)力、開孔接管處的應(yīng)力集中。薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述62“規(guī)則設(shè)計(jì)”對(duì)邊緣應(yīng)力的處理方法薄殼壓力容器有力矩問題簡(jiǎn)述6在半徑為R、厚度為t、承受軸對(duì)稱橫向載荷pZ的圓平板中，用半徑為r和r+dr的兩個(gè)圓柱以及夾角為dθ的兩個(gè)徑向截面，從圓板中截出一微圓體，見圖：平板問題63在半徑為R、厚度為t、承受軸對(duì)稱橫向載荷pZ的圓平板中，用半平板問題64平板問題64受軸對(duì)稱均布載荷薄圓平板的應(yīng)力有以下特點(diǎn)：板內(nèi)為二向應(yīng)力σr，σθ，平行于中面各層相互之間的正應(yīng)力及剪力引起的切應(yīng)力均可予以忽略；正應(yīng)力σr、σθ沿板厚度呈直線分布，在板的上下表面有最大值，是純彎曲應(yīng)力；應(yīng)力沿半徑的分布與周邊支承方式有關(guān)，在工程實(shí)際中的圓平板周邊支承是介于固支和簡(jiǎn)支兩者之間的形式；薄板結(jié)構(gòu)的最大彎曲應(yīng)力σmax與(R/t)2成正比，而薄殼的最大拉(壓)應(yīng)力與R/t成正比，故在相同R/t條件下，薄板所需厚度比薄殼大。平板問題65受軸對(duì)稱均布載荷薄圓平板的應(yīng)力有以下特點(diǎn)：平板問題65對(duì)于周邊簡(jiǎn)(鉸)支情況來說，最大撓度和最大應(yīng)力均發(fā)生在圓板中心處，而對(duì)于周邊固支情況來說，最大撓度發(fā)生在中心處，最大應(yīng)力發(fā)生在圓板周邊處，如圖所示。

平板問題66對(duì)于周邊簡(jiǎn)(鉸)支情況來說，最大撓度和最大應(yīng)力均發(fā)生在圓板中支承的影響：周邊簡(jiǎn)(鉸)支板的最大正應(yīng)力大于周邊固支板的應(yīng)力，周邊簡(jiǎn)(鉸)支板的最大撓度遠(yuǎn)大于周邊固支板的撓度。通常最大撓度和最大應(yīng)力與圓平板的材料(E、μ)、半徑、厚度有關(guān)。因此，若構(gòu)成板的材料和載荷已確定，則減小半徑或增加厚度都可減小撓度和降低最大正應(yīng)力。欲提高平板的強(qiáng)度和剛度。多是采用改變其周邊支承結(jié)構(gòu)，使它更趨近于固支條件；增加圓平板厚度或用正交柵格、圓環(huán)肋加固平板等方法來實(shí)現(xiàn)。平板問題67支承的影響：周邊簡(jiǎn)(鉸)支板的最大正應(yīng)力大于周邊固支板的應(yīng)力壓力容器的應(yīng)力分類應(yīng)力分類的原因：應(yīng)力產(chǎn)生的原因不同：如薄膜應(yīng)力是由于與外力平衡而產(chǎn)生的；邊緣應(yīng)力是由于保持不連續(xù)處的變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的；應(yīng)力沿殼體壁厚的分布規(guī)律不同：如薄膜應(yīng)力是均勻分布；邊緣彎曲應(yīng)力是線性分布；對(duì)殼體失效的貢獻(xiàn)不同：與外力平衡產(chǎn)生的應(yīng)力無自限性，對(duì)失效的貢獻(xiàn)大；有自限性的應(yīng)力對(duì)失效的貢獻(xiàn)小。壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述68壓力容器的應(yīng)力分類壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述68壓力容器的應(yīng)力分類應(yīng)力分類的原則：按應(yīng)力產(chǎn)生的原因按應(yīng)力的分布按對(duì)失效的影響壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述69壓力容器的應(yīng)力分類壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述69應(yīng)力分類：

一次應(yīng)力二次應(yīng)力峰值應(yīng)力一次應(yīng)力（P）：平衡壓力與其它機(jī)械載荷的應(yīng)力。它是維持結(jié)構(gòu)各部分平衡直接需要的應(yīng)力，無自限性，隨外載荷增加而增加，直至容器破壞。一次總體薄膜應(yīng)力（Pm）一次彎曲應(yīng)力（Pb）一次局部薄膜應(yīng)力（PL）壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述70應(yīng)力分類：壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述70一次總體薄膜應(yīng)力（Pm）沿厚度方向均勻分布，影響范圍遍及整個(gè)受壓元件，一旦達(dá)到屈服點(diǎn)，受壓元件整體發(fā)生屈服，應(yīng)力不重新分布，一直到整體破壞。例如：薄壁圓筒中由內(nèi)壓引起的環(huán)向薄膜應(yīng)力。一次彎曲應(yīng)力（Pb）是平衡壓力或其他機(jī)械載荷所需沿厚度方向線性分布的彎曲應(yīng)力。例如：周邊簡(jiǎn)支的受側(cè)面壓力的圓平板中心處的彎曲應(yīng)力。壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述71一次總體薄膜應(yīng)力（Pm）壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述71一次局部薄膜應(yīng)力（PL）是應(yīng)力水平超過一次總體薄膜應(yīng)力而影響范圍僅限于結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的一次薄膜應(yīng)力。由內(nèi)壓和其它機(jī)械載荷引起的薄膜應(yīng)力及邊緣應(yīng)力中的薄膜應(yīng)力部分的統(tǒng)稱，即局部應(yīng)力區(qū)中薄膜應(yīng)力的總量。例如：殼體與固定支座或與接管連接處由外加載荷引起的薄膜應(yīng)力。壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述72一次局部薄膜應(yīng)力（PL）壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述72二次應(yīng)力（Q）為滿足相鄰元件間的約束或結(jié)構(gòu)自身變形的連續(xù)性要求的應(yīng)力，具有局部性和自限性。即滿足變形協(xié)調(diào)要求的附加應(yīng)力。如邊緣應(yīng)力、溫差引起的應(yīng)力。只要不重復(fù)加載，二次應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。在結(jié)構(gòu)內(nèi)的一次應(yīng)力能確保安全承受外載以及材料有足夠的延伸性的前提下，二次應(yīng)力水平的高低對(duì)結(jié)構(gòu)承受靜載能力并無影響。只在循環(huán)和交變載荷下，二次應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失安定。壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述73二次應(yīng)力（Q）壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述73峰值應(yīng)力（F）附加在一次加二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量。此增量源于局部不連續(xù)或局部熱應(yīng)力的影響。沿殼體厚度方向非線性分布，影響到1/4厚度范圍內(nèi)，數(shù)值很大。具有局部性和自限性。是疲勞裂紋產(chǎn)生的根源或可能斷裂的原因，危險(xiǎn)程度較低。例如在接管根部的應(yīng)力峰值存在峰值應(yīng)力。壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述74峰值應(yīng)力（F）壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述74壓力容器分析設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制Pm≤Sm（許用應(yīng)力強(qiáng)度）PL≤1.5Sm（極限載荷限制）Pm或PL+Pb≤1.5Sm（極限載荷限制）(Pm或PL+Pb)+Q≤3Sm（安定性限制）(Pm或PL+Pb)+Q+F≤(2)Sa（疲勞壽命限制—許用應(yīng)力幅）壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述75壓力容器分析設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制壓力容器應(yīng)力分析方法壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述76壓力容器應(yīng)力分析方法簡(jiǎn)述76規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則GB150各部件單獨(dú)設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)的附加應(yīng)力，以應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)和形狀系數(shù)的形式引入壁厚計(jì)算式，并將這些局部應(yīng)力控制在許用范圍內(nèi)GB150采用彈性失效準(zhǔn)則的最大主應(yīng)力理論壓力容器設(shè)計(jì)77規(guī)則設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則壓力容器設(shè)計(jì)77分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則：JB4732各部件單獨(dú)設(shè)計(jì)厚度，然后再詳細(xì)考慮需要進(jìn)行應(yīng)力分析的部位，準(zhǔn)確計(jì)算容器內(nèi)重要部位的應(yīng)力分布情況，然后根據(jù)產(chǎn)生應(yīng)力的原因不同，對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分類對(duì)不同類別的應(yīng)力采用不同的強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行限制壓力容器設(shè)計(jì)78分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、方法和強(qiáng)度準(zhǔn)則：壓力容器設(shè)計(jì)78壓力容器設(shè)計(jì)的內(nèi)容GB150按承壓性質(zhì)分內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)和外壓容器設(shè)計(jì)容器材料選擇；內(nèi)壓容器按強(qiáng)度設(shè)計(jì)，采用薄殼理論。對(duì)總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位，在壁厚計(jì)算式中，考慮邊緣處應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)或形狀系數(shù)進(jìn)行修正；外壓容器的失效屬穩(wěn)定性破壞，GB150采用圖解法迭代計(jì)算；開孔接管、支座處的局部應(yīng)力，采用局部處理或整體簡(jiǎn)化模型處理。如開孔補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)立式容器校核支座處局部應(yīng)力，對(duì)于臥式容器除校核支座處應(yīng)力外，采用Zick的簡(jiǎn)化模型對(duì)筒體進(jìn)行校核；法蘭密封和強(qiáng)度設(shè)計(jì)；支座設(shè)計(jì)。壓力容器設(shè)計(jì)79壓力容器設(shè)計(jì)的內(nèi)容壓力容器設(shè)計(jì)79壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)

正確選材

正確設(shè)計(jì)正確制造嚴(yán)格檢驗(yàn)按照規(guī)范要求減少內(nèi)應(yīng)力減少不連續(xù)應(yīng)力無損探傷保證焊縫質(zhì)量材料的韌性80壓力容器設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)正確選材正確設(shè)計(jì)正確制造嚴(yán)格檢驗(yàn)內(nèi)壓球殼強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算厚度計(jì)算應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)81內(nèi)壓球殼強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)81內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算厚度計(jì)算應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)82內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)82內(nèi)壓橢圓形封頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算厚度設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力為保證內(nèi)壓下的穩(wěn)定，還應(yīng)滿足：對(duì)于Di/2hi≤2的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.15％Di；對(duì)于Di/2hi>2的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.30％Di；已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，可不受此限制。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)83內(nèi)壓橢圓形封頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)83內(nèi)壓碟形封頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算厚度設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作壓力為保證內(nèi)壓下的穩(wěn)定，還應(yīng)滿足：對(duì)于Ri/r≤5.5的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.15％Di；其他的封頭，有效厚度應(yīng)不小于0.30％Di；已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)，可不受此限制。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)84內(nèi)壓碟形封頭（凹面受壓）強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)84GB150其它受內(nèi)壓封頭球冠形封頭(凹面受壓)（用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式）直接作封頭分隔兩獨(dú)立受壓室的中間封頭內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)85GB150其它受內(nèi)壓封頭內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)85錐形封頭（半錐角α＞60°時(shí)按平蓋計(jì)算）無折邊錐殼：當(dāng)半錐角α≤30°時(shí)可采用（大小端如需增強(qiáng)，用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式）；大端折邊錐殼：當(dāng)半錐角30°＜α≤45°時(shí)采用，過渡段轉(zhuǎn)角半徑r≥10%Di，且不小于該過渡段厚度的3倍（小端如需增強(qiáng)，用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式）；小端折邊錐殼：當(dāng)α＞45°時(shí)采用，用增強(qiáng)系數(shù)修正筒體壁厚計(jì)算式計(jì)算過渡段壁厚，小端過渡段轉(zhuǎn)角半徑rs≥5%Dis，且不小于該過渡段厚度的3倍。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)86錐形封頭（半錐角α＞60°時(shí)按平蓋計(jì)算）內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)86GB150其它封頭變徑段平蓋內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)87GB150其它封頭內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)87外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)D0/δe≥20的圓筒假定δn，令δe=δn-C，定出L/D0和D0/δe；在外壓圓筒和管子的幾何參數(shù)計(jì)算圖的左方找到L/D0值，過此點(diǎn)沿水平方向右移與D0/δe線相交（遇中間值用內(nèi)插法），若L/D0值大于50，則用L/D0=50查圖，若L/D0值小于0.05，則用L/D0=0.05查圖；過此交點(diǎn)沿垂直方向下移，在圖的下方得到系數(shù)A；外壓容器設(shè)計(jì)88外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)88外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)D0/δe≥20的圓筒按所用材料選用適當(dāng)?shù)牟牧嫌?jì)算圖，在圖的下方找到系數(shù)A；

若A值落在設(shè)計(jì)溫度下材料的右方，則過此點(diǎn)垂直上移，與設(shè)計(jì)溫度下的材料線相交（遇中間溫度值用內(nèi)插法），再過此交點(diǎn)水平方向右移，在圖的右方得到系數(shù)B，并按下式計(jì)算許用外壓力[p]：若A超出設(shè)計(jì)溫度曲線的最大值，取對(duì)應(yīng)溫度曲線右端點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為B值。外壓容器設(shè)計(jì)89外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)89外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)D0/δe≥20的圓筒按所用材料選用適當(dāng)?shù)牟牧嫌?jì)算圖，在圖的下方找到系數(shù)A；

若所得A值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的左方，則用下式計(jì)算許用外壓力[p]：

[p]應(yīng)大于或等于pc，否則須再假設(shè)δn，重復(fù)上述計(jì)算，直到[p]大于且接近pc為止外壓容器設(shè)計(jì)90外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)90外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)D0/δe<20的圓筒用與上面相同的步驟得到系數(shù)B值，但對(duì)D0/δe＜4.0的圓筒和管子按下式計(jì)算系數(shù)A值:

系數(shù)A＞0.1時(shí)，取A=0.1；外壓容器設(shè)計(jì)91外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)91外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)D0/δe<20的圓筒按下式計(jì)算許用外壓力[p]：

σ0應(yīng)力，取以下兩值中的較小值

[p]應(yīng)大于或等于pc,否則須再假設(shè)δn,重復(fù)上述計(jì)算,直到[p]大于且接近pc為止外壓容器設(shè)計(jì)92外壓圓筒和外壓管子設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)92GB150其它外壓殼體球殼外壓橢圓形封頭（凸面受壓），應(yīng)注意系數(shù)K1外壓碟形封頭（凸面受壓）球冠形封頭（凸面受壓）外壓錐殼封頭加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)外壓容器設(shè)計(jì)93GB150其它外壓殼體外壓容器設(shè)計(jì)93殼體厚度計(jì)算厚度δ：滿足容器強(qiáng)度剛度和穩(wěn)定性的厚度。設(shè)計(jì)厚度δd：計(jì)算厚度與腐蝕裕量C2之和。除上述要求外，還包括使用壽命。δd=δ+C2名義厚度δn：設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差C1向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即圖樣上注明的厚度，其值不小于設(shè)計(jì)厚度。有效厚度δe：δe=δn-C1-C2毛坯厚度：名義厚度加上加工減薄量壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)94殼體厚度壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)94各厚度之間的關(guān)系壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)95各厚度之間的關(guān)系壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)95設(shè)計(jì)壓力p設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為容器的基本設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。設(shè)計(jì)壓力的確定按GB150.1第4.3.3規(guī)定也可參照HG20581的規(guī)定（見下頁）計(jì)算壓力pc在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。工作壓力在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)96設(shè)計(jì)壓力p壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)96壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)97壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)97壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)98壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)98壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)99壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)99壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)100壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)100設(shè)計(jì)溫度容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。設(shè)計(jì)溫度的確定按GB150.1第4.3.4和4.3.5規(guī)定。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)101設(shè)計(jì)溫度壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)101焊接接頭系數(shù)φ表示焊縫區(qū)金屬?gòu)?qiáng)度與母材金屬?gòu)?qiáng)度的比值。對(duì)鋼制容器（對(duì)非鋼制容器按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定）：雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭100%無損探傷φ=1.0局部無損探傷φ=0.85單面焊的對(duì)接接頭(沿焊縫根部全長(zhǎng)具有緊貼基本金屬的墊板)100%無損探傷φ=0.9局部無損探傷φ=0.8壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)102焊接接頭系數(shù)φ壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)102鋼材厚度負(fù)偏差C1按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取。GB708（2～4mm）、GB709（4.5～60mm）、GB713規(guī)定厚度負(fù)偏差采用GB709中的B級(jí)。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)103鋼材厚度負(fù)偏差C1壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)103腐蝕裕量C2為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量；對(duì)有腐蝕或磨損的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量；容器各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，可采用不同的腐蝕裕量；介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量不小于1mm。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)104腐蝕裕量C2壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)104殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度對(duì)碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3mm對(duì)高合金鋼制容器，不小于2mm壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)105殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)105許用應(yīng)力按GB150.2和相應(yīng)引用標(biāo)準(zhǔn)選取。壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)106許用應(yīng)力壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)106安全系數(shù)《容規(guī)》3.8壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)107安全系數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)107安全系數(shù)《容規(guī)》3.8壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)108安全系數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)108安全系數(shù)《容規(guī)》3.8壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)109安全系數(shù)壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)109耐壓試驗(yàn)檢查容器在超工作壓力下的宏觀強(qiáng)度，包括材料的缺陷、容器各部分的變形和致密性。壓力試驗(yàn)的種類：液壓、氣壓、氣液組合。耐壓試驗(yàn)一般采用液壓試驗(yàn)，對(duì)不適宜進(jìn)行液壓試驗(yàn)的容器，可采用氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)。氣液組合試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力按氣壓試驗(yàn)。外壓容器以內(nèi)壓進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。對(duì)于有2個(gè)或2個(gè)以上壓力室組成的多腔容器，每個(gè)壓力室的試驗(yàn)壓力按其設(shè)計(jì)壓力確定，各壓力室分別進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。注意公用元件在試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性以及提高試驗(yàn)壓力時(shí)壓力腔的強(qiáng)度。壓力容器耐壓試驗(yàn)110耐壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)110液壓試驗(yàn)試驗(yàn)液體一般用水，試驗(yàn)合格后應(yīng)立即將水排凈吹干；無法完全排凈吹干時(shí)，對(duì)奧氏體不銹鋼制容器，應(yīng)控制水的氯離子含量不超過25ppm。也可采用不會(huì)導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的其他試驗(yàn)液體，但試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)，并有可靠的安全措施。試驗(yàn)溫度Q345R、Q370R、07MnMoVR制容器，試驗(yàn)液體溫度不得低于5℃；其他碳鋼和低合金鋼制容器試驗(yàn)液體溫度不得低于15℃；低溫容器試驗(yàn)液體溫度應(yīng)不低于殼體材料和焊接接頭的沖擊試驗(yàn)溫度加20℃；若由于板厚等因素造成材料無塑性轉(zhuǎn)變溫度升高，需相應(yīng)提高試驗(yàn)溫度。壓力容器耐壓試驗(yàn)111液壓試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)111氣壓試驗(yàn)和氣液組合試驗(yàn)試驗(yàn)用氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，試驗(yàn)液體與液壓試驗(yàn)相同。試驗(yàn)溫度同液壓試驗(yàn)。壓力容器耐壓試驗(yàn)112氣壓試驗(yàn)和氣液組合試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)112耐壓試驗(yàn)壓力內(nèi)壓容器液壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)壓力容器耐壓試驗(yàn)外壓容器液壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)113耐壓試驗(yàn)壓力壓力容器耐壓試驗(yàn)113耐壓試驗(yàn)壓力對(duì)于立式容器采用臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)計(jì)入立置試驗(yàn)時(shí)的液柱靜壓力；工作條件下內(nèi)裝介質(zhì)的液柱靜壓力大于液壓試驗(yàn)的液柱靜壓力時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮相應(yīng)增加試驗(yàn)壓力；容器銘牌上規(guī)定有最高允許工作壓力時(shí)，以其代替設(shè)計(jì)壓力p；容器各主要受壓元件材料不同時(shí)，[σ]/[σ]t取最小值；[σ]t不應(yīng)低于材料受抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度控制的許用應(yīng)力最小值。壓力容器耐壓試驗(yàn)114耐壓試驗(yàn)壓力壓力容器耐壓試驗(yàn)114耐壓試驗(yàn)應(yīng)力校核如果采用大于上述規(guī)定的試驗(yàn)壓力，在耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)校核各受壓元件在試驗(yàn)條件下的應(yīng)力水平，例如對(duì)殼體元件校核最大總體薄膜應(yīng)力σT液壓試驗(yàn)σT≤0.9ReLφ氣壓試驗(yàn)或氣液組合試驗(yàn)σT≤0.8ReLφ壓力容器耐壓試驗(yàn)115耐壓試驗(yàn)應(yīng)力校核壓力容器耐壓試驗(yàn)115耐壓試驗(yàn)的免除不能按規(guī)定進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的容器，設(shè)計(jì)單位應(yīng)提出在確保容器安全運(yùn)行的前提下免除耐壓試驗(yàn)所應(yīng)采取的安全措施，經(jīng)設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，并在圖樣上注明。什么情況下耐壓試驗(yàn)可以免除？需要采取哪些措施？壓力試驗(yàn)的免除是僅僅針對(duì)那些不可能進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)組焊的大型壓力容器，如催化裂化裝置中的有隔熱層大型反應(yīng)器和再生器，基礎(chǔ)不能承受試驗(yàn)液體重量的壓力容器等，不能作為一般在制造廠內(nèi)生產(chǎn)的壓力容器不進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的依據(jù)。

壓力容器耐壓試驗(yàn)116耐壓試驗(yàn)的免除壓力容器耐壓試驗(yàn)116耐壓試驗(yàn)的免除壓力試驗(yàn)免除相當(dāng)于減少了壓力容器制造過程中的一個(gè)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施以保證壓力容器的安全質(zhì)量。所采取的措施取決于使用者和設(shè)計(jì)者對(duì)容器的要求，一般性的措施如下：(1)提高對(duì)壓力容器材料的要求：化學(xué)成分、力學(xué)性能和檢驗(yàn)要求。(2)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：盡量采用全焊透接頭，避免嚴(yán)重的幾何不連續(xù)。(3)提高無損檢測(cè)的比例和級(jí)別。(4)提高容器的超壓泄放的能力。壓力容器耐壓試驗(yàn)117耐壓試驗(yàn)的免除壓力容器耐壓試驗(yàn)117泄漏試驗(yàn)?zāi)蛪涸囼?yàn)合格后，對(duì)于介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者設(shè)計(jì)上不允許有微量泄漏的壓力容器，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行泄漏試驗(yàn)HG20584規(guī)定應(yīng)作氣密性試驗(yàn)的壓力容器為⑴介質(zhì)為易燃易爆的；⑵介質(zhì)毒性程度為極度或高度危害的；⑶較高真空度要求的；⑷有微量泄漏危機(jī)容器安全（襯里容器）和正常操作的。氣密性試驗(yàn)壓力等于設(shè)計(jì)壓力。壓力容器泄漏試驗(yàn)118泄漏試驗(yàn)壓力容器泄漏試驗(yàn)118泄漏試驗(yàn)試驗(yàn)方法：以空氣或其他惰性氣體，加壓至設(shè)計(jì)壓力（氣密性試驗(yàn)）；氨滲漏檢測(cè)：以氨為介質(zhì)，用試紙檢查泄漏的方法（A、B、C法）；鹵素檢漏；氦質(zhì)譜泄漏試驗(yàn)。壓力容器泄漏試驗(yàn)119泄漏試驗(yàn)壓力容器泄漏試驗(yàn)119節(jié)能要求TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》3.7規(guī)定:壓力容器的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮節(jié)能降耗原則，并且符合以下要求：充分考慮壓力容器的經(jīng)濟(jì)性，合理選材，合理確定結(jié)構(gòu)尺寸；對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高傳熱效率，滿足能效要求；對(duì)有保溫或者保冷要求的壓力容器，要在設(shè)計(jì)文件中提出有效地保溫或者保冷措施。其他問題120節(jié)能要求其他問題120關(guān)于充裝系數(shù)對(duì)于液化石油氣體，當(dāng)容器內(nèi)剩有≥5％的氣相空間，溫度升高1℃，容器內(nèi)的飽和蒸氣壓就升高0.02～0.03MPa。由于超量灌裝，隨著溫度升高，液化石油氣的液體就會(huì)充滿整個(gè)容器，此時(shí)溫度再升高，容器內(nèi)就變成了液體膨脹的壓力，每當(dāng)溫度升高1℃，容器內(nèi)的壓力就升高2～3MPa，與未超量灌裝相比，容器內(nèi)飽和蒸汽壓升高幾乎100倍。其他問題121關(guān)于充裝系數(shù)其他問題121壓力容器分類第一組介質(zhì)：毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。第二組介質(zhì)：除第一組以外的介質(zhì)。其他問題122壓力容器分類其他問題122其他問題123其他問題123其他問題124其他問題124第一組介質(zhì)其他問題條件類別V＜25L；1.4條范圍。ⅠV≥25L,P＜10MPa且中壓時(shí)PV<50000MPaL；P<1.6MPa，且低壓時(shí)PV<1000000MPaL。ⅡV≥25L,高壓；中壓時(shí)PV≥50000MPaL、P=1.6MPa,V≥31250L；低壓時(shí)PV≥1000000MPaL、P=0.1MPa,V≥10000m3。Ⅲ125第一組介質(zhì)其他問題條件類別V＜25L；ⅠV≥25L,P＜10第二組介質(zhì)其他問題條件類別V＜25L；P<1.6MPa且PV<5000000MPaL；1.4條范圍。ⅠV≥25L，中壓且PV<500000MPaL。ⅡV≥25L，高壓；中壓且PV≥500000MPaL；低壓時(shí)PV≥5000000MPaL；中壓P=1.6MPa,V≥312500L；低壓P=0.1MPa,V≥50000m3。Ⅲ126第二組介質(zhì)其他問題條件類別V＜25L；ⅠV≥25L，中壓且P設(shè)計(jì)文件包括的內(nèi)容：⑴設(shè)計(jì)任務(wù)書；⑵設(shè)計(jì)條件及條件圖；⑶設(shè)計(jì)計(jì)算書；⑷設(shè)計(jì)圖樣；⑸設(shè)計(jì)校審記錄；⑹設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)定卡；⑺安裝與適用維修說明（必要時(shí)）。其他問題127設(shè)計(jì)文件包括的內(nèi)容：其他問題127填空題薄殼的厚度δ與中面曲率半徑R之比δ/R≤0.1。設(shè)計(jì)厚度δd是：計(jì)算厚度δ加上腐蝕裕量C2（或δ+C2）。設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷。考慮到內(nèi)壓失穩(wěn)問題，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度（最?。┎粦?yīng)小于封頭內(nèi)直徑的0.15%。壓力試驗(yàn)的種類有：液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)、氣液組合試驗(yàn)兩種。滿足容器強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的厚度為計(jì)算厚度。相關(guān)復(fù)習(xí)思考題128填空題相關(guān)復(fù)習(xí)思考題128選擇題回轉(zhuǎn)薄殼的軸對(duì)稱力學(xué)問題要求幾何形狀、承受載荷、邊界支承均對(duì)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱。

A承受載荷B坐標(biāo)軸C旋轉(zhuǎn)軸D面力載荷回轉(zhuǎn)薄殼有矩理論的內(nèi)力有：橫向剪力Qφ、彎矩Mθ和彎矩Mφ。

A橫向剪力QφB扭矩MTφC彎矩MθD橫向剪力Qθ下列哪些是一般回轉(zhuǎn)薄殼產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的原因：殼體厚度突變、殼體幾何曲率突變、材料性能突變、存在圓周方向的法線性分布載荷。

A存在圓周方向的法線性分布載荷B殼體幾何曲率突變

C沿對(duì)稱軸方向分布面力載荷連續(xù)變化D材料性能突變相關(guān)復(fù)習(xí)思考題129選擇題相關(guān)復(fù)習(xí)思考題129選擇題一次應(yīng)力包括：一次總體薄膜應(yīng)力、一次彎曲應(yīng)力、局部薄膜應(yīng)力。

A一次總體薄膜應(yīng)力B一次彎曲應(yīng)力

C局部薄膜應(yīng)力D保持殼體變形連續(xù)性的應(yīng)力GB150中壓力試驗(yàn)的壓力，規(guī)定的是：最低值。在內(nèi)壓容器的試驗(yàn)壓力計(jì)算式中，容器各元件所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料[σ]/[σ]t比值中的最小者。

A最高值B最低值C最大者D最小者相關(guān)復(fù)習(xí)思考題130選擇題相關(guān)復(fù)習(xí)思考題130是非判斷題薄膜應(yīng)力沿殼體厚度均勻分布。()承受氣體壓力的圓錐殼體內(nèi)，經(jīng)向應(yīng)力是周向應(yīng)力的1/2。()承受氣體壓力的橢圓形殼體周向應(yīng)力在任何a/b值下均為拉應(yīng)力。()在任何a/b值下，作用內(nèi)壓的橢圓形殼體的失效形式均是強(qiáng)度破壞。()GB150規(guī)定容器殼體的名義厚度包含加工減薄量。()相關(guān)復(fù)習(xí)思考題131是非判斷題相關(guān)復(fù)習(xí)思考題131簡(jiǎn)答題一般情況下，內(nèi)壓容器的失效屬哪種失效形式？外壓容器的失效又屬哪種失效形式？

答：內(nèi)壓容器屬?gòu)?qiáng)度失效。外壓容器屬穩(wěn)定性失效。GB150的強(qiáng)度計(jì)算采用的是哪種失效準(zhǔn)則和強(qiáng)度理論？

答：采用的是彈性失效準(zhǔn)則，最大主應(yīng)力（第一強(qiáng)度）理論。什么情況下應(yīng)作泄漏試驗(yàn)？

答：介質(zhì)毒性程度為極度或高度危害的容器，應(yīng)在壓力試驗(yàn)合格后進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。（另外可參照HG20584《化工壓力容器制造技術(shù)條件》9.3設(shè)計(jì)。）相關(guān)復(fù)習(xí)思考題132簡(jiǎn)答題相關(guān)復(fù)習(xí)思考題132簡(jiǎn)答題什麼是容器的計(jì)算厚度？

答：滿足容器強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的厚度為計(jì)算厚度。相關(guān)復(fù)習(xí)思考題133簡(jiǎn)答題相關(guān)復(fù)習(xí)思考題133計(jì)算題已知一臺(tái)圓筒形容器的內(nèi)徑Di＝3800mm.設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa（不計(jì)液體靜壓力），設(shè)計(jì)溫度為20℃,盛裝輕度危害介質(zhì)，采用符合GB/T25198－2010的橢圓封頭,材料為GB713-2008中的鋼板,σs=345MPa,σb=510MPa，腐蝕裕量1mm，封頭鋼板為拼接，沖壓后100％射線無損檢測(cè)，焊縫合格級(jí)別為Ⅲ級(jí)，根據(jù)GB150.1~4-2011《壓力容器》規(guī)定，試確定該封頭的計(jì)算厚度，設(shè)計(jì)厚度和名義厚度？（應(yīng)寫出計(jì)算過程）。相關(guān)復(fù)習(xí)思考題134計(jì)算題相關(guān)復(fù)習(xí)思考題134謝謝大家135謝謝大家135演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！136壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)李洪亮

137壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)壓力容器《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》第九十九條第（二）款：壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于0.2MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于1.0MPa·L的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于60℃液體的氣瓶；氧艙等。138壓力容器2壓力容器TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》1.3條：工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓，不含液體靜壓力，下同）；工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L；盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。139壓力容器3壓力容器的分類根據(jù)生產(chǎn)裝置中工藝單元過程分類非均相（液固、氣固）分離攪拌與混合制冷與深冷熱量傳遞蒸發(fā)結(jié)晶蒸餾吸收與解析萃取吸附干燥反應(yīng)貯存140壓力容器的分類4壓力容器的分類根據(jù)生產(chǎn)過程中的作用原理分類反應(yīng)容器（R）換熱容器（E）分離容器（S）儲(chǔ)存容器（C）（球罐B）141壓力容器的分類5壓力容器的分類根據(jù)壓力等級(jí)分類低壓容器（L）中壓容器（M）高壓容器（H）超高壓容器（U）常壓容器142壓力容器的分類6壓力容器的分類根據(jù)溫度分類GB150：≤-20℃低溫容器日本：＜-10℃英國(guó)：＜0℃德國(guó)：＜-10℃143壓力容器的分類7壓力容器的分類根據(jù)《容規(guī)》分類Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類144壓力容器的分類8壓力容器的分類根據(jù)“壓力容器壓力管道設(shè)計(jì)許可證”分類A類：A1（超高壓容器、高壓容器）、A2（第三類低、中壓容器）、A3（球形儲(chǔ)罐）、A4（非金屬壓力容器）；C類：C1（鐵路罐車）、C2（汽車罐車或長(zhǎng)管拖車）、C3（罐式集裝箱）；D類：D1（第一類壓力容器）、D2（第二類低、中壓容器）；SAD類：壓力容器分析設(shè)計(jì)。145壓力容器的分類9壓力容器的分類根據(jù)“壓力容器制造許可證”分類A類：A1（超高壓容器、高壓容器）、A2（第三類低、中壓容器）、A3（球形儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)組焊或球殼板制造）、A4（非金屬壓力容器）A5（醫(yī)用氧倉(cāng)）；B類：B1（無縫氣瓶）、B2（焊接氣瓶）、B3（特種氣瓶）；C類：C1（鐵路罐車）、C2（汽車罐車或長(zhǎng)管拖車）、C3（罐式集裝箱）；D類：D1（第一類壓力容器）、D2（第二類低、中壓容器）。146壓力容器的分類10壓力容器的分類其他分類方法按容器主體材料按容器結(jié)構(gòu)型式按容器截面形狀按容器主軸線方向按容器壁厚147壓力容器的分類11壓力容器工作條件及特點(diǎn)溫度條件液氫裝置：-253℃液態(tài)空氣及其他氣體的制?。?196℃苯乙烯裝置中SMART反應(yīng)器：650℃乙烯生產(chǎn)裝置中的管式裂解爐：1100℃148壓力容器工作條件及特點(diǎn)12壓力容器工作條件及特點(diǎn)壓力條件超高壓人造水晶釜：~200MPa低密度聚乙烯反應(yīng)釜：~300MPa低真空：100kPa~3kPa（絕壓）中真空：3kPa~0.1Pa（絕壓）高真空：0.1Pa~0.1mPa（絕壓）甚高真空：0.1mPa~0.1μPa（絕壓）超高真空：≤0.1μPa（絕壓）149壓力容器工作條件及特點(diǎn)13壓力容器工作條件及特點(diǎn)介質(zhì)腐蝕條件同一種材料在不同介質(zhì)中，不同材料在同一介質(zhì)中，同一種材料同一種介質(zhì)在不同內(nèi)部、外部條件下都會(huì)表現(xiàn)出不同的腐蝕規(guī)律。碳鋼在稀硫酸中極不耐蝕，但在濃硫酸中卻很穩(wěn)定；鉛耐稀硫酸，但不能在濃硫酸中使用；不銹鋼在中、低濃度的硝酸中耐蝕，但不耐濃硝酸的腐蝕；碳鋼在稀硫酸中是均勻腐蝕，奧氏體不銹鋼在氯化物的水溶液中會(huì)由于應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生裂紋。150壓力容器工作條件及特點(diǎn)14壓力容器工作條件及特點(diǎn)介質(zhì)的危害性在石油、化工、天然氣的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，參與過程的絕大部分是易燃、易爆、有毒或有腐蝕性的物質(zhì)，同時(shí)這些物質(zhì)的狀態(tài)在工藝過程中受溫度、壓力的控制不斷變化。151壓力容器工作條件及特點(diǎn)15壓力容器工作條件及特點(diǎn)其他載荷條件風(fēng)載荷、地震載荷有些設(shè)備可能是在循環(huán)載荷作用下運(yùn)行，同時(shí)還可能承受熱應(yīng)力循環(huán)作用設(shè)備及其內(nèi)件、附件自重設(shè)備內(nèi)盛裝的物料重量，試驗(yàn)狀態(tài)下的液體重量來自支承、連接管道及相鄰設(shè)備的作用載荷設(shè)備運(yùn)輸、安裝、維修時(shí)可能承受的作用載荷152壓力容器工作條件及特點(diǎn)16壓力容器工作條件及特點(diǎn)裝置的大型化煉油裝置中的減壓蒸餾塔直徑10000長(zhǎng)40000乙烯裝置中的丙烯塔直徑10000高94000重量1100噸氨合成塔直徑2500長(zhǎng)22000壁厚200甲醇反應(yīng)器直徑6500長(zhǎng)14000壁厚220核工業(yè)中的沸水反應(yīng)堆直徑7800壁厚190重量1000噸煤液化加氫反應(yīng)器直徑4810壁厚338重量2040噸乙二醇列管式反應(yīng)器直徑5000長(zhǎng)10000管數(shù)9000立式圓筒形油品貯罐直徑100000高21800容積150000m3153壓力容器工作條件及特點(diǎn)17壓力容器工作條件及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)多樣性臥式、立式、換熱器、塔器、圓筒形貯槽、球罐、空冷器、余熱鍋爐等換熱器：固定管板式、浮頭式、填函式、U形管式；單管程、多管程；雙管板、帶導(dǎo)流筒、帶膨脹節(jié)154壓力容器工作條件及特點(diǎn)18壓力容器工作條件及特點(diǎn)主要結(jié)構(gòu)組成受內(nèi)壓或外壓的圓筒殼各種形式的封頭、平蓋開孔及其補(bǔ)強(qiáng)元件法蘭連接膨脹節(jié)155壓力容器工作條件及特點(diǎn)19近代壓力容器的發(fā)展趨勢(shì)大型化,高參數(shù)高溫蠕變低應(yīng)力脆斷疲勞問題156近代壓力容器的發(fā)展趨勢(shì)20對(duì)壓力容器的基本要求滿足（工藝）使用要求安全可靠性強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、密封性、耐蝕性合理的經(jīng)濟(jì)成本157對(duì)壓力容器的基本要求21壓力容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則有三種觀點(diǎn)彈性失效——常規(guī)設(shè)計(jì)（GB150等）

認(rèn)為殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達(dá)到材料屈服限時(shí)該殼體即失效，將應(yīng)力限制在彈性范圍，按照強(qiáng)度理論把筒體限制在彈性變形階段。塑性失效——分析設(shè)計(jì)（JB4732）

將容器的應(yīng)力限制在塑性范圍，認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致容器發(fā)生破壞，只有當(dāng)容器內(nèi)外壁面全屈服時(shí)才為承載的最大極限。

爆破失效——高壓、超高壓設(shè)計(jì)

認(rèn)為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，只有達(dá)到爆破時(shí)才是容器承載最大極限。158壓力容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則有三種觀點(diǎn)22圓筒內(nèi)的應(yīng)力關(guān)于回轉(zhuǎn)薄殼的無力矩理論壓力容器應(yīng)力分類簡(jiǎn)述壓力容器設(shè)計(jì)及相關(guān)問題159圓筒內(nèi)的應(yīng)力23一壓力容器殼體厚度為δ，內(nèi)半徑為Ri(內(nèi)直徑為Di)，受氣體壓力p作用的殼體。如圖所示：圓筒內(nèi)的應(yīng)力δ160一壓力容器殼體厚度為δ，內(nèi)半徑為Ri(內(nèi)直徑為Di)，受氣體在圓筒中間沿徑線平面切開為兩段（如圖）在研究的殼體上作用有外力p（流體壓力）殼體厚度上存在內(nèi)力，單位面積上為應(yīng)力σφ在軸線方向作力的平衡圓筒內(nèi)的應(yīng)力161在圓筒中間沿徑線平面切開為兩段（如圖）圓筒內(nèi)的應(yīng)力25在圓筒中間沿軸線平面切開為兩段（如圖）在研究的殼體上作用有外力p（流體壓力）殼體厚度上存在內(nèi)力，單位面積上為應(yīng)力σθ在軸線方向作力的平衡圓筒內(nèi)的應(yīng)力162在圓筒中間沿軸線平面切開為兩段（如圖）圓筒內(nèi)的應(yīng)力26受內(nèi)壓的圓筒體的殼體中的軸向和周向應(yīng)力：周向應(yīng)力時(shí)軸向應(yīng)力的2倍。如果控制周向應(yīng)力σθ不超過許用應(yīng)力，即：則可得容器的強(qiáng)度尺寸為：圓筒內(nèi)的應(yīng)力163受內(nèi)壓的圓筒體的殼體中的軸向和周向應(yīng)力：圓筒內(nèi)的應(yīng)力27彈性失效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論：第一強(qiáng)度理論（最大主應(yīng)力理論）材料不論在什么復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，只要三個(gè)主應(yīng)力中有一個(gè)達(dá)到軸向拉伸或壓縮中破壞應(yīng)力的數(shù)值時(shí)，材料就要發(fā)生破壞。第二強(qiáng)度理論（最大變形理論）材料的破壞取決于最大線應(yīng)變，即最大相對(duì)伸長(zhǎng)或縮短。第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論）無論材料在什么應(yīng)力狀態(tài)下，只要最大剪應(yīng)力達(dá)到在軸向拉伸中破壞時(shí)的數(shù)值，材料就發(fā)生破壞。第四強(qiáng)度理論（剪切變形能理論）材料的破壞取決于變形比能，把材料的破壞歸結(jié)為應(yīng)力與變形的綜合。圓筒內(nèi)的應(yīng)力164彈性失效準(zhǔn)則下的四個(gè)強(qiáng)度理論：圓筒內(nèi)的應(yīng)力28根據(jù)第一強(qiáng)度理論，最大主應(yīng)力（周向應(yīng)力）小于等于許用應(yīng)力，承壓容器就是安全的。但是該公式所計(jì)算出的最大應(yīng)力值，與精確值相比相差較大（大約小23％），將內(nèi)徑換為中徑，計(jì)算值與精確值相差減?。s為3.8％）容器的中徑

D=Di+δ,則有按照第一強(qiáng)度理論，用中徑公式計(jì)算壓力容器的壁厚圓筒內(nèi)的應(yīng)力165根據(jù)第一強(qiáng)度理論，最大主應(yīng)力（周向應(yīng)力）小于等于許用應(yīng)力，承基本概念殼體：以兩個(gè)曲面為界，且曲面間的距離遠(yuǎn)小于其他方向尺寸的物體殼體厚度：兩曲面間的距離中面：平分殼體曲面的曲面薄殼：殼體厚度δ與中面曲率半徑R之比δ/R≤0.1的殼體回轉(zhuǎn)殼：中面由一根平面曲線繞一根在平面內(nèi)的定軸旋轉(zhuǎn)而成的殼體軸對(duì)稱問題：幾何形狀、承受載荷、邊界支承均對(duì)旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的力學(xué)問題回轉(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念166基本概念回轉(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念30薄膜內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面的拉伸、壓縮和剪切變形的內(nèi)力（在軸對(duì)稱情況下由于對(duì)稱性，不存在剪切內(nèi)力）。彎曲內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面產(chǎn)生曲率、扭率改變的內(nèi)力（在軸對(duì)稱情況下不存在扭矩和橫向剪力）。無力矩理論：殼體的應(yīng)力狀態(tài)僅由法向內(nèi)力確定的薄殼應(yīng)力理論。有力矩理論：殼體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)同時(shí)由薄膜內(nèi)力和彎曲內(nèi)力確定的薄殼應(yīng)力理論?；剞D(zhuǎn)薄殼無力矩與有力矩理論概念167薄膜內(nèi)力：引起薄殼結(jié)構(gòu)中面的拉伸、壓縮和剪切變形的內(nèi)力（在軸回轉(zhuǎn)殼的幾何特性母線形成中間面的平面曲線經(jīng)線通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面，其與殼體中間曲面相交所得的交線形狀與母線相同經(jīng)線平面經(jīng)線平面的位置θ法線通過經(jīng)線上任意一點(diǎn)M垂直于中間面的直線MN，稱為中間面在該點(diǎn)的法線法線的延長(zhǎng)線必與回轉(zhuǎn)軸相交薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式168回轉(zhuǎn)殼的幾何特性薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式32緯線與錐截面過M點(diǎn)作圓錐面與殼體中間面正交，所得的交線是一個(gè)圓，稱其為回轉(zhuǎn)面的緯線。過M點(diǎn)作垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面相交形成的交線也是一個(gè)圓，稱為回轉(zhuǎn)面的平行圓。從形成的相交線來說，緯線和平行圓是同一條圓周曲線。用與殼體正交的圓錐截面截取殼體，得到殼體的厚度——錐截面。用垂直于軸線的平面截取殼體，得不到殼體的真實(shí)厚度——橫截面。薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式169緯線與錐截面薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式33第一曲率半徑R1中間面上任一點(diǎn)M處經(jīng)線的曲率半徑曲率中心必在過M點(diǎn)的法線上第二曲率半徑R2通過經(jīng)線上一點(diǎn)M的法線作垂直于經(jīng)線的平面，其與中間面相交得平面曲線CM，CM的曲率半徑即第二曲率半徑第二曲率半徑的中心在MN上，且在回轉(zhuǎn)軸上薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式170第一曲率半徑R1薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式34平行圓半徑r平行圓圓心在回轉(zhuǎn)軸上薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式171平行圓半徑r薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式35回轉(zhuǎn)殼體受軸對(duì)稱的內(nèi)壓力p經(jīng)線和緯線均發(fā)生伸長(zhǎng)變形經(jīng)線方向產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力σφ緯線方向產(chǎn)生周向應(yīng)力（環(huán)向應(yīng)力）σθ經(jīng)向應(yīng)力作用在錐截面上環(huán)向應(yīng)力作用在經(jīng)線平面與殼體相截形成的縱向截面上由于對(duì)稱性，在同一緯線上各點(diǎn)經(jīng)線應(yīng)力均相等，周向應(yīng)力也相等薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式172回轉(zhuǎn)殼體受軸對(duì)稱的內(nèi)壓力p薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式36經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式作用在錐截面上的經(jīng)向應(yīng)力在軸線方向的合力薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式173經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式3經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式作用在分離體上的外力（內(nèi)壓）在軸線方向的合力

——Q力的大小只取決于截面處的橫截面面積與氣體壓強(qiáng)p，而與截取殼體承壓的內(nèi)表面形狀與尺寸無關(guān)薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式174經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式3經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式

注意：適用于承受氣體介質(zhì)壓力的殼體薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式175經(jīng)向應(yīng)力計(jì)算公式——區(qū)域平衡方程式注意：適用于承受氣體介質(zhì)壓周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式用三對(duì)截面從殼體上切出一微體作為分離體殼體的內(nèi)外表面相鄰的經(jīng)線平面相鄰的與殼體正交的錐截面薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式176周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式bc和ad上作用有經(jīng)向應(yīng)力σφab和cd上作用有周向應(yīng)力σθ內(nèi)表面作用有內(nèi)壓力p外表面不受力由于所取微體足夠小，認(rèn)為應(yīng)力在截面上分布均勻σφ可由區(qū)域平衡方程求得薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式177周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式在微體abcd面積上內(nèi)壓力p所產(chǎn)生的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式178周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式在bc、cd截面上經(jīng)向應(yīng)力σφ的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式179周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式在bc、cd截面上經(jīng)向應(yīng)力σθ的合力在法線n上的投影薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式180周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式4周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式微體平衡方程式（拉普拉斯方程式）181周向應(yīng)力計(jì)算公式——微體平衡方程式薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式微只要回轉(zhuǎn)殼體任一點(diǎn)的R1、R2以及殼體壁厚為已知，則該點(diǎn)由介質(zhì)內(nèi)壓力p產(chǎn)生分經(jīng)向應(yīng)力和周向應(yīng)力就可求出；兩個(gè)應(yīng)力方程式的導(dǎo)出都以應(yīng)力沿壁厚均勻分布為前提，而這種情況只有在殼壁較薄以及離兩個(gè)不同形狀的殼體聯(lián)接區(qū)稍遠(yuǎn)處才是正確的。薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式薄膜應(yīng)力理論基本方程式182只要回轉(zhuǎn)殼體任一點(diǎn)的R1、R2以及殼體壁厚為已知，則該點(diǎn)由介薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)用條件是回轉(zhuǎn)殼體，而且回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是對(duì)稱的，殼壁厚度無突變；曲率半徑是連續(xù)變化的；材料的物理性能是相同的。載荷在殼體曲面上的分布是軸對(duì)稱和連續(xù)的，沒有突然變化。殼體幾何形狀及載荷分布的對(duì)稱性和連續(xù)性薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式183薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)用條件薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力方程式47承受氣體壓力的球形殼體無矩理論的應(yīng)用球殼是中心對(duì)稱的，各處應(yīng)力相等——強(qiáng)度最好184承受氣體壓力的球形殼體無矩理論的應(yīng)用球殼是中心對(duì)稱的，各處應(yīng)承受氣體壓力的圓筒形殼體無矩理論的應(yīng)用圓筒形殼體周向應(yīng)力是軸向應(yīng)力的兩倍185承受氣體壓力的圓筒形殼體無矩理論的應(yīng)用圓筒形殼體周向應(yīng)力是軸承受氣體壓力的圓筒形殼體焊接的圓筒壓力容器，其縱向（軸向）焊縫的強(qiáng)度應(yīng)高于橫向（周向）焊縫的強(qiáng)度；開設(shè)橢圓形人孔時(shí)，應(yīng)將短軸放在軸線方向，以盡