機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2023/10/26機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一節(jié)概論一、容器的結(jié)構(gòu) 殼體(筒體)、封頭(端蓋)、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常低壓化工設(shè)備通用零部件標(biāo)準(zhǔn)直接選用。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)二、容器的分類壓力容器分類按容器的形狀按承壓性質(zhì)按管理其它按容器壁溫按金屬材料按應(yīng)用情況機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)按容器的形狀按容器形狀分類名稱特點(diǎn)方形\矩形容器平板焊成，制造簡便，但承壓能力差，只用作小型常壓貯槽球形容器弓形板拼焊，承壓好，安裝內(nèi)件不便，制造稍難,多用作貯罐圓筒形容器筒體和凸形或平板封頭。制造容易，安裝內(nèi)件方便，承壓較好，應(yīng)用最廣機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)按承壓性質(zhì)內(nèi)壓容器：內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力外壓容器：內(nèi)部介質(zhì)壓力小于外界壓力真空容器：內(nèi)部壓力小于一個(gè)絕壓的外壓容器表10-1內(nèi)壓容器的分類容器分類設(shè)計(jì)壓力p（MPa）低壓容器0.1≤p＜1.6中壓容器1.6≤p＜10高壓容器10≤p＜100超高壓容器p≥100機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)按管理表10-2安全檢查規(guī)程使用范圍項(xiàng)目條件最高工作壓力pwpw≥0.1MPa，不包括液體靜壓內(nèi)徑Di，容積VDi≥0.15m且V≥0.025m3介質(zhì)氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體 根據(jù)壓力等級(jí)、介質(zhì)毒性危害程度以及生產(chǎn)中的作用，壓力容器可分為三類。

第一類壓力容器 第二類壓力容器 第三類壓力容器

不包括核能、船舶專用、直接受火焰加熱容器機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表10-3毒性危害程度分級(jí)指標(biāo)分級(jí)Ⅰ極度危害Ⅱ高度危害Ⅲ中毒危害Ⅳ輕度危害急性中毒吸入＜200mg/m3200~mg/m32000mg/m3~＞20000mg/m3經(jīng)皮＜100100~500~＞2500經(jīng)口＜2525~500~＞5000急性中毒易中毒后果嚴(yán)重可中毒，愈后良好偶可中毒無中毒但有影響慢性中毒患病率高較高偶有發(fā)生有影響慢性中毒后果繼續(xù)進(jìn)展不能治愈可基本治愈可恢復(fù)無嚴(yán)重后果可恢復(fù)無不良后果致癌性人體致癌可疑致癌動(dòng)物致癌無致癌性最高容許濃度＜0.10.1-1.0-＞10常見化學(xué)介質(zhì)光氣、汞、氰化氫甲醛,苯胺、氟化氫、二氧化硫,硫化氫,氨機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)名稱說明三類容器（1）高壓容器；

（2）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的中壓容器；

（3）中度危害介質(zhì)，且pV大于等于10MPa·m3中壓儲(chǔ)存容器；

（4）中度危害介質(zhì)，且pV大于等于0.5MPa·m3中壓反應(yīng)容器；

（5）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且pV乘積≥0.2MPa·m3的低壓容器；

（6）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；

（7）中壓搪玻璃壓力容器；

（8）使用強(qiáng)度級(jí)別較高的材料制造的壓力容器；

（9）移動(dòng)式壓力容器，鐵路罐車、罐式汽車和罐式集裝箱等；

（10）容積大于等于50m3的球形儲(chǔ)罐；

（11）容積大于5m3的低溫液體儲(chǔ)存容器。

二類容器（1）中壓容器；

（2）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器；

（3）易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器；

（4）低壓管殼式余熱鍋爐；

（5）低壓搪玻璃壓力容器。

一類容器不在第三、第二類壓力容器之內(nèi)的低壓容器為第一類壓力容器。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)按容器壁溫

常溫容器：壁溫-20℃至200℃；

高溫容器：壁溫達(dá)到蠕變溫度,碳素鋼或低合金鋼容器，溫度超過420℃，合金鋼超過450℃，奧氏體不銹鋼超過550℃，均屬高溫容器；

中溫容器：在常溫和高溫之間；

低溫容器：壁溫低于-20℃,-20℃至-40℃為淺冷容器，低于-40℃者為深冷容器。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)按材料金屬容器:鋼制,鑄鐵,有色金屬容器非金屬材料：既可作為容器的襯里，又可作為獨(dú)立的構(gòu)件。應(yīng)用最多是低碳鋼和普通低合金鋼，腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高用不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板、鋁板及鈦材。在深冷操作中，可用銅或銅合金；常用非金屬材料的有：硬聚氯乙烯、玻璃鋼、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷及磚、板、橡膠襯里等。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)按應(yīng)用情況

反應(yīng)壓力容器（Ｒ）完成物理、化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、聚合釜、變換爐等；

換熱壓力容器（Ｅ）熱量交換，如熱交換器、管殼式余熱鍋爐、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等；

分離壓力容器（Ｓ）流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離，如分離器、過濾器、緩沖器、吸收塔、干燥塔等；

儲(chǔ)存壓力容器（Ｃ，球罐為Ｂ）儲(chǔ)存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，如各種形式的貯罐、貯槽、高位槽、計(jì)量槽、槽車等。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)三、容器的零部件標(biāo)準(zhǔn) 容器的零部件(例如封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡、液面計(jì)等)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化， 許多化工設(shè)備(例如貯槽、換熱器、搪玻璃與陶瓷反應(yīng)器)也有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

兩個(gè)基本參數(shù)：

公稱直徑DN：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以DN表示，單位mm，例如內(nèi)徑1200mm的容器的公稱直徑標(biāo)記為DN1200。

公稱壓力PN：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈠公稱直徑1.壓力容器的公稱直徑鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000

機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。159219273325377426表10-5無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑（mm）設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表10-4或表10-5所規(guī)定的公稱直徑。封頭的公稱直徑與筒體一致。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.管子的公稱直徑也稱公稱口徑、公稱通徑。

有縫管：電焊鋼管，化工廠用來輸送水、煤氣、空氣、油以及取暖用蒸汽等流體管道。

無縫管：分熱軋管和冷拔管兩種。如輸送流體用無縫鋼管(GB8163-87)、石油裂化用無縫鋼管(GB9948-88)、化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管（GB647986)等。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)有縫管的公稱直徑：公稱直徑近似普通鋼管內(nèi)徑的名義尺寸。公制mm，英制in，見表10-6。 公稱直徑15mm或1/2英寸，外徑21.3mm，壁厚2.75mm（普通）3.25mm（加厚）每一公稱直徑對(duì)應(yīng)一外徑，其內(nèi)徑數(shù)值隨厚度不同而不同。有縫管按厚度可分為薄壁鋼管、普通鋼管和加厚鋼管。管路附件也用公稱直徑表示，意義相同。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)無縫鋼管的公稱尺寸： 分熱軋管和冷拔管。 無縫鋼管不用公稱直徑而是以外徑乘厚度表示。為公稱外徑與公稱厚度。 在管道工程中，管徑超過57mm時(shí)，常采用熱軋管。管徑在57mm以內(nèi)常選用冷拔管。 冷拔管的最大外徑為200mm； 熱軋管的最大外徑為630mm。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3.容器零部件的公稱直徑法蘭、支座等公稱直徑是相配的筒體、封頭的公稱直徑。DN2000法蘭，DN2000鞍座還有一些零部件的公稱直徑是與它相配的管子公稱直徑DN200管法蘭另有一些容器零部件公稱直徑是指結(jié)構(gòu)中某一重要尺寸，DN80(Dg80)視鏡是指窺視孔的直徑為80mm。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈡公稱壓力工作壓力不同，相同公稱直徑的壓力容器其筒體及其零部件的尺寸也不同。將承受的壓力范圍分為若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)，即公稱壓力。表10-7壓力容器法蘭與管法蘭的公稱壓力壓力容器法蘭0.250.61.01.62.54.06.4管法蘭0.250.61.01.62.54.05.0101525機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)如果選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，必須將操作溫度下的最高操作壓力(或設(shè)計(jì)壓力)調(diào)整為所規(guī)定的某一公稱壓力等級(jí)(調(diào)整方法見第五節(jié))，然后根據(jù)DN與PN選定該零部件的尺寸。如果零件不選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，而是自行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力就不必符合規(guī)定的公稱壓力。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)四、壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)簡介 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)是全面總結(jié)壓力容器生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、安全等方面的經(jīng)驗(yàn)，不斷納入新科技成果而產(chǎn)生的。它是壓力容器設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收等必須遵循的準(zhǔn)則。壓力容器標(biāo)準(zhǔn)涉及設(shè)計(jì)方法、選材及制造、檢驗(yàn)方法等。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈠國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)1989我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制訂了GB150-89《鋼制壓力容器》1998年修訂成GB150-1998，使標(biāo)準(zhǔn)更加完善。GB150《鋼制壓力容器》內(nèi)容包括：壓力容器板殼元件計(jì)算容器結(jié)構(gòu)要素的確定密封設(shè)計(jì)超壓泄放裝置的設(shè)置容器的制造與驗(yàn)收的要求等機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈡國外主要規(guī)范國外的規(guī)范主要有四個(gè)：美國ASME規(guī)范，英國壓力容器規(guī)范（BS），日本國家標(biāo)準(zhǔn)（JIS），德國壓力容器規(guī)范（AD）。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1．美國ASME規(guī)范美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）制定的《鍋爐及壓力容器規(guī)范》。美國國家標(biāo)準(zhǔn)該規(guī)范規(guī)模龐大、內(nèi)容完善，僅依靠其本身即可完成選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝及運(yùn)行等全部工作環(huán)節(jié)。與壓力容器密切相關(guān)有：第Ⅱ卷材料技術(shù)條件、第Ⅴ卷無損檢驗(yàn)、第Ⅷ卷壓力容器及第Ⅸ卷焊接及釬焊評(píng)定。每年增補(bǔ)一次，每三年出一新版，技術(shù)先進(jìn)，修訂及時(shí)，能迅速反映世界壓力容器科技發(fā)展的最新成就，為世界上影響最大的一部規(guī)范。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2．英國壓力容器規(guī)范（BS） BS5500《非直接火熔焊壓力容器》是由英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI）負(fù)責(zé)制定。由兩部規(guī)范合并而成：一部相當(dāng)于ASME第Ⅷ卷第一冊(cè)的BS1500《一般用途的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》，另一部是近似于德國AD規(guī)范的BS1515《化工及石油工業(yè)中應(yīng)用的熔融焊壓力容器標(biāo)準(zhǔn)》。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3.日本國家標(biāo)準(zhǔn)（JIS）于80年代初制定了兩部基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，一部是參照ASME第Ⅷ卷第1冊(cè)制定的JISB8243《壓力容器的構(gòu)造》，另一部是參照ASME第Ⅷ卷第2冊(cè)制定的JISB8250《特定壓力容器的構(gòu)造》。

此外，還有與壓力容器相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)JISB8240《冷凍壓力容器》、JISB8241《無縫鋼制氣瓶》及JISB8242《圓筒形液化石油氣貯罐（臥式）構(gòu)造》等。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4.德國壓力容器規(guī)范（AD）AD壓力容器規(guī)范是由七個(gè)部門編制的：職工聯(lián)合會(huì)、鍋爐壓力容器管道聯(lián)合會(huì)、化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)、冶金聯(lián)合會(huì)、機(jī)械制造者協(xié)會(huì)、大鍋爐企業(yè)主技術(shù)協(xié)會(huì)及技術(shù)監(jiān)督會(huì)聯(lián)合會(huì)（VDTUV）。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)AD規(guī)范在技術(shù)上有許多獨(dú)特的觀點(diǎn)，它在世界上也是具有廣泛影響的規(guī)范。AD規(guī)范與ASME規(guī)范相比，特點(diǎn)：

①AD規(guī)范只對(duì)材料屈服極限取安全系數(shù)，且取數(shù)較小。因此產(chǎn)品厚度薄、重量輕；

②AD規(guī)范允許用較高強(qiáng)度級(jí)別的鋼材；

③在制造要求方面，AD規(guī)范沒有ASME詳盡，這樣可使制造廠具有較大的靈活性，易于發(fā)揮各廠的技術(shù)特長和創(chuàng)新。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、薄壁容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

㈠薄壁容器

根據(jù)容器外徑DO與內(nèi)徑Di的比值K來判斷，當(dāng)K≤1.2為薄壁容器K＞1.2則為厚壁容器第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈡圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時(shí)的應(yīng)力 只有拉應(yīng)力無彎曲 “環(huán)向纖維”和“縱向纖維”受到拉力。 σ1（或σ軸）圓筒母線方向(即軸向)拉應(yīng)力， σ2（或σ環(huán)）圓周方向的拉應(yīng)力。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈢圓筒的應(yīng)力計(jì)算1.軸向應(yīng)力D-筒體平均直徑，亦稱中徑，mm2.環(huán)向應(yīng)力機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)分析：（1）薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力兩倍。問題a：筒體上開橢圓孔，如何開?應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對(duì)縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（2）分析式(10-1)和(10-2)也可知，內(nèi)壓筒壁的應(yīng)力和δ/D成反比，δ/D值的大小體現(xiàn)著圓筒承壓能力的高低。因此，分析一個(gè)設(shè)備能耐多大壓力，不能只看厚度的絕對(duì)值。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)二、無力矩理論基本方程式

㈠基本概念與基本假設(shè)

1．基本概念（1）旋轉(zhuǎn)殼體：殼體中面（等分殼體厚度）是任意直線或平面曲線作母線，繞其同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的旋轉(zhuǎn)曲面。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（2）軸對(duì)稱殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都是對(duì)稱于某一軸?；び玫膲毫θ萜魍ǔＪ禽S對(duì)稱問題。（3）旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念母線與經(jīng)線法線、平行圓第一曲率半徑R1：經(jīng)線曲率半徑第二曲率半徑R2：垂直于經(jīng)線的平面與中面相割形成的曲線BE的曲率半徑n機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2．基本假設(shè)假定殼體材料有連續(xù)性、均勻性和各向同性，即殼體是完全彈性的。

(1)小位移假設(shè)

各點(diǎn)位移都遠(yuǎn)小于厚度。可用變形前尺寸代替變形后尺寸。變形分析中高階微量可忽略。

(2)直線法假設(shè)

變形前垂直于中面直線段，變形后仍是直線并垂直于變形后的中面。變形前后法向線段長度不變。沿厚度各點(diǎn)法向位移相同，厚度不變。

(3)不擠壓假設(shè)

各層纖維變形前后互不擠壓。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈡無力矩理論基本方程式

無力矩理論是在旋轉(zhuǎn)薄殼的受力分析中忽略了彎矩的作用。此時(shí)應(yīng)力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似。又稱薄膜理論（10-3）——平衡方程（10-4）——區(qū)域平衡方程無力矩理論基本方程式：任意點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)半徑機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)三、基本方程式的應(yīng)用1．圓筒形殼體

第一曲率半徑R1=∞，第二曲率半徑R2=D/2代入方程（10-3）和（10-4）得：㈠受氣體內(nèi)壓殼體的受力分析機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2．球形殼體

球殼R1＝R2=D/2，得：直徑與內(nèi)壓相同，球殼內(nèi)應(yīng)力僅是圓筒形殼體環(huán)向應(yīng)力的一半，即球形殼體的厚度僅需圓筒容器厚度的一半。當(dāng)容器容積相同時(shí)，球表面積最小，故大型貯罐制成球形較為經(jīng)濟(jì)。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3．圓錐形殼體圓錐形殼半錐角為α，A點(diǎn)處半徑為r，厚度為d，則在A點(diǎn)處：代入（10-3）、（10-4）可得A點(diǎn)處的應(yīng)力：

錐形殼體環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力兩倍，隨半錐角α的增大而增大；α角要選擇合適，不宜太大。在錐形殼體大端r=R時(shí)，應(yīng)力最大，在錐頂處，應(yīng)力為零。因此，一般在錐頂開孔。

機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4．橢圓形殼體橢圓殼經(jīng)線為一橢圓，a、b分別為橢圓的長短軸半徑。由此方程可得第一曲率半徑為：機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

在頂點(diǎn)處（x=0）:在邊緣處（x=a）:機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)化工常用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，a/b=2，故頂點(diǎn)處：

邊緣處：

頂點(diǎn)應(yīng)力最大，經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力是相等的拉應(yīng)力。頂點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力比邊緣處的經(jīng)向應(yīng)力大一倍；頂點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力和邊緣處相等但符號(hào)相反。應(yīng)力值連續(xù)變化。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈡受液體靜壓的圓筒形殼體的受力分析筒壁上任一點(diǎn)的壓力值（不考慮氣體壓力）為：

根據(jù)式（10-3）（10-4）可得：機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底部支承的圓筒（a），液體重量由支承傳遞給基礎(chǔ)，筒壁不受液體軸向力作用，則σ1=0。上部支承圓筒（b），液體重量使得圓筒壁受軸向力作用，在圓筒壁上產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力：機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)四、筒體強(qiáng)度計(jì)算實(shí)際設(shè)計(jì)中須考慮三個(gè)因素：（1）焊接接頭系數(shù)（2）容器內(nèi)徑（3）壁厚

筒體內(nèi)較大的環(huán)向應(yīng)力不應(yīng)高于在設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，即Pc-筒體的計(jì)算壓力，MPa[σ]t-設(shè)計(jì)溫度t℃下材料許用應(yīng)力，MPa機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈠焊接接頭系數(shù)鋼板卷焊。夾渣、氣孔、未焊透等缺陷，導(dǎo)致焊縫及其附近區(qū)域強(qiáng)度可能低于鋼材本體的強(qiáng)度。鋼板[σ]t乘以焊接接頭系數(shù)φ，φ≤1機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈡容器內(nèi)徑工藝設(shè)計(jì)確定內(nèi)徑Di，制造測量也是內(nèi)徑，而受力分析中的D卻是中面直徑。解出δ，得到內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算式機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈢壁厚考慮介質(zhì)腐蝕，計(jì)算厚度δ的基礎(chǔ)上，增加腐蝕裕度C2。筒體的設(shè)計(jì)厚度為式中δ-圓筒計(jì)算厚度，mm； δd-圓筒設(shè)計(jì)厚度，mm； Di-圓筒內(nèi)徑，mm； pc-容器計(jì)算（設(shè)計(jì)）壓力，MPa； φ-焊接接頭系數(shù)。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)筒體設(shè)計(jì)厚度加上厚度負(fù)偏差C1后向上圓整，即為筒體名義厚度δn

。對(duì)于已有的圓筒，測量厚度為δn，則其最大許可承壓的計(jì)算公式為：式中：δn-圓筒名義厚度δe-有效厚度圓整成鋼板標(biāo)準(zhǔn)值；機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)δe-圓筒有效厚度C-厚度附加量。設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)五、球殼強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)溫度下球殼的計(jì)算厚度：設(shè)計(jì)溫度下球殼的計(jì)算應(yīng)力機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)六、設(shè)計(jì)參數(shù)厚度設(shè)計(jì)參數(shù)按GBl50-1998中規(guī)定取值。設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、許用應(yīng)力、焊接接頭系數(shù)厚度附加量等參數(shù)的選取。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈠設(shè)計(jì)壓力（計(jì)算壓力）設(shè)計(jì)壓力:相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下確定殼壁厚度的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。其值稍高于最大工作壓力。最大工作壓力：是指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。使用安全閥時(shí)設(shè)計(jì)壓力不小于安全閥開啟壓力或取最大工作壓力1.05～1.10倍；使用爆破膜作為安全裝置時(shí)，根據(jù)其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.4倍作為設(shè)計(jì)壓力。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)容器內(nèi)盛有液體，若其靜壓力不超過最大工作壓力的5％，則設(shè)計(jì)壓力可不計(jì)入靜壓力，否則，須在設(shè)計(jì)壓力中計(jì)入液體靜壓力。此外，某些容器有時(shí)還必須考慮重力、風(fēng)力、地震力等載荷及溫度的影響，這些載荷不直接折算為設(shè)計(jì)壓力，必須分別計(jì)算。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈡設(shè)計(jì)溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。設(shè)計(jì)溫度指容器正常工作中，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)條件下，金屬器壁可能達(dá)到的最高或最低溫度。器壁溫度通過換熱計(jì)算，或者已適用的同類容器上測定，或按內(nèi)部介質(zhì)溫度確定。不被加熱或冷卻，筒內(nèi)介質(zhì)最高或最低溫度。用蒸汽、熱水或其它載熱體加熱或冷卻，載體最高溫度或最低溫度。不同部位出現(xiàn)不同溫度分別計(jì)算機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈢許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的?？估瓘?qiáng)度、屈服強(qiáng)度，蠕變強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度。取其中最低值。當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于0℃時(shí)，取20℃時(shí)的許用應(yīng)力。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈣焊接接頭系數(shù)焊接削弱而降低設(shè)計(jì)許用應(yīng)力的系數(shù)。根據(jù)接頭型式及無損檢測長度比例確定。焊接接頭形式無損檢測的長度比例100%局部雙面焊對(duì)接接頭或相當(dāng)于雙面焊的對(duì)接接頭1.00.85單面焊對(duì)接接頭或相當(dāng)于單面焊的對(duì)接接頭0.90.8符合《壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程》才允許作局部無損探傷。抽驗(yàn)長度不應(yīng)小于每條焊縫長度的20％。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)㈤厚度附加量滿足強(qiáng)度要求的計(jì)算厚度之外，額外增加的厚度量，包括由鋼板負(fù)偏差(或鋼管負(fù)偏差)Cl、腐蝕裕量C2，即C＝Cl十C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～44.5～5.5負(fù)偏差0.130.140.150.160.180.20.2厚度6～78～2526～3032～3436～4042～5052～60負(fù)偏差0.60.80.911.11.21.3機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)腐蝕裕量C2應(yīng)根據(jù)各種鋼材在不同介質(zhì)中的腐蝕速度和容器設(shè)計(jì)壽命確定。塔類、反應(yīng)器類容器設(shè)計(jì)壽命一般按20年考慮，換熱器殼體、管箱及一般容器按10年考慮。腐蝕速度＜0.05mm／a(包括大氣腐蝕)時(shí)：碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2＝1mm，雙面腐蝕取C2＝2mm，當(dāng)腐蝕速度＞0.05mm／a時(shí)，單面腐蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕取C2＝4mm。

不銹鋼取C2＝0。氫脆、堿脆、應(yīng)力腐蝕及晶間腐蝕等，增加腐蝕裕量不是有效辦法，而應(yīng)根據(jù)情況采用有效防腐措施。工藝減薄量，可由制造單位依據(jù)各自的加工工藝和加工能力自行選取，設(shè)計(jì)者在圖紙上注明的厚度不包括加工減薄量。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)七、最小壁厚設(shè)計(jì)壓力較低的容器計(jì)算厚度很薄。大型容器剛度不足，不滿足運(yùn)輸、安裝。限定最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。殼體加工成形后不包括腐蝕裕量最小厚度δmin：

a.碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm

b.對(duì)高合金鋼制容器，不小于2mm機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十章容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)八、壓力試驗(yàn)為什么要進(jìn)行壓力試驗(yàn)?zāi)?？制造加工過程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗(yàn)方法是液壓試驗(yàn)。通常用常溫水，也可用不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的其它液體。試驗(yàn)時(shí)液體的溫度應(yīng)低于其閃點(diǎn)或沸點(diǎn)。不適合作液壓試驗(yàn)的容器：如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干；容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干；由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)。機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)第十