1、O返回2022-3-204.1 強度設(shè)計的基本知識4.2 內(nèi)壓薄壁圓筒殼與球殼的遷都設(shè)計4.3 內(nèi)壓圓筒封頭的設(shè)計O返回2022-3-20本章重點：本章重點：內(nèi)壓薄壁圓筒的厚度計算本章難點本章難點：厚度的概念和設(shè)計參數(shù)的確定計劃學(xué)時計劃學(xué)時：6學(xué)時O返回2022-3-20O返回2022-3-20關(guān)于彈性失效的設(shè)計準(zhǔn)則1、彈性失效理論 對于中、低壓薄壁容器，目前通用的是彈性失效理論。 依據(jù)這一理論，容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計溫度下的屈服點st，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)

2、s。O返回2022-3-200 n當(dāng)2強度安全條件 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，由強度理論來確定。O返回2022-3-20強度理論及其相應(yīng)的強度條件 以圓筒形容器作例：42mpDpDSS， 12pDS主應(yīng)力 24mpDS30O返回2022-3-20第一強度理論最大主應(yīng)力理論1 2IpDS當(dāng)（適用于脆性材料）第二強度理論最大變形理論 （與實際相關(guān)較大，未用）第三強度理論最大剪應(yīng)力理論130 2IIIpDS當(dāng)（適用于塑性材料）第四強度理論能量理論

3、（適用于塑性材料） O返回2022-3-202221223312212121()()()2 2.3IVpDS 當(dāng) O返回2022-3-20設(shè)計計算一、圓筒形容器1、強度設(shè)計公式 根據(jù)前面所講的第三強度理論，有：130 2IIIpDS當(dāng)將平均直徑換為圓筒內(nèi)徑D=Di+S; 將壓力p換為計算壓力pc；考慮焊接制造因素，將換為t則有：() 2ticDSpS O返回2022-3-20其中 S 計算壁厚,mm t 材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，Mpa;2、厚度的定義 計算厚度：2 itcDp cp故： S2 itcDp cp S 設(shè)計厚度 Sd = SC2 名義厚度 Sn = SdC1圓整值=SC圓整值

4、有效厚度 Se = SnCO返回2022-3-20其中C1鋼板壁厚負(fù)偏差； C2腐蝕裕度；C=C1C2 如圖所示C1C2圓整值加工減薄量C=C1+C2O返回2022-3-203、校核公式 若已知，要計算一臺容器所能承受的載荷時() 2ttcieep DSS 2 tewieSpDS 4、采用無縫鋼管作圓體時，公稱直徑為鋼管的外徑。2 cOtcp DSp 22 cOdtcp DSCp () 2ttcoeep DSS 2 tewoeSpDS O返回2022-3-20上述計算公式的適用范圍為pc0.4t。二、球形容器對于球形容器，由于其主應(yīng)力為利用上述推導(dǎo)方法，可以得到球形容器壁厚設(shè)計計算公式，即12

5、4pDS4 citcp DSp 24 cidtcp DSCp () 4ttcieep DSS 4 tewieSpDS 上述球形容器計算公式的適用范圍為pc0.6t。O返回2022-3-20設(shè)計參數(shù)的確定1壓力 工作壓力pw：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pc：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。O返回2022-3-202 設(shè)計溫度 設(shè)計溫度：指容器在正常工作情況下，

6、在相應(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0.2(),ssn tbb常溫容器 =minnO返回2022-3-20t0.2DD()minntttsnsnnn t高溫容器 ， ，0.2(),ttbssn tb中溫容器 =minn（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nb=3.0，ns=1.6。O返回2022-3-204 焊接接頭系數(shù) 焊縫區(qū)是容器上強度比較薄弱的地方。焊縫區(qū)的強度主要決定于熔焊金屬、焊縫

7、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檢測的長度比率。5 厚度附加量 C=C1+C2 C1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。O返回2022-3-20 C2腐蝕裕量； 為防止容器元件由于腐蝕、機械磨損而導(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，

8、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 4.2內(nèi)壓薄壁圓殼體與球殼的強度設(shè)計O返回2022-3-20工地組裝焊接，并對焊接的環(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 內(nèi)壓容器的試驗壓力： 1.25 tpT液壓試驗 pO返回2022-3-20 1.15 tpT氣壓試驗 p式中： pT試驗壓力，Mpa； p 設(shè)計壓力，Mpa； 容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力，Mpa；

9、 t容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，Mpa。2 壓力試驗的應(yīng)力校核ieep2TTDSS（ ）O返回2022-3-20T應(yīng)滿足下列條件：ies0.2ep0.92TTDSS（ ）液壓試驗 （）ies0.2ep0.82TTDSS（ ）氣壓試驗 （）3 壓力試驗的試驗要求與試驗方法（1）液壓試驗（2）氣壓試驗（3）氣密性試驗4 例題O返回2022-3-20 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。半球形封頭 半球形封頭(圖43)是由半個球殼構(gòu)成的，它的計算壁厚公式

10、與球殼相同。4 citcp DSp O返回2022-3-20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)）O返回2022-3-20根據(jù)強度理論（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：cip()2 0.5tcKDSmmp 212() 62iiDKh標(biāo)

11、準(zhǔn)橢圓封頭K=1（a/b=2），計算厚度公式為：cip()2 0.5tcDSmmp O返回2022-3-20橢圓封頭最大允許工作壓力計算公式為：2 ()0.5tewaieSpMpKDS GB150-1998規(guī)定： K1時，Se0.15Di K1時，Se0.30Di 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。 現(xiàn)行的橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)為JBT473795。O返回2022-3-20碟形封頭 由三部分構(gòu)成：以Ri為半徑的球面；以r為半徑的過渡圓弧(即折邊)；高度為h0的直邊。 同樣，引入形狀系數(shù)M，則其計算厚度公式為：ciMp()2 0.5tcRSmmp 134iRMrO返回202

12、2-3-20 標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：球面內(nèi)半徑Ri0.9Di，過渡圓弧內(nèi)半徑r=0.17Di，此時M1.325，計算壁厚公式：ci1.2p()2 0.5tcDSmmp 碟形封頭最大允許工作壓力為：2 ()0.5tewaieSpMpMDS O返回2022-3-20GB150-1998規(guī)定： M1.34時，Se0.15Di M1.34時，Se0.30Di 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。 碟形封頭標(biāo)準(zhǔn)為JB57664。球冠形封頭 把碟形封頭的直邊及過渡圓弧部分去掉，只留下球面部分，并把它直接焊在筒體上，就構(gòu)成球冠形封頭。 O返回2022-3-20()2 citcQp DSm

13、mp 受內(nèi)壓的球冠形端封頭的計算厚度公式：錐形封頭 由錐形殼體的應(yīng)力分析可知，受均勻內(nèi)壓的錐形封頭的最大應(yīng)力在錐殼的大端，其值為：max12pDSCOSO返回2022-3-20其強度條件為：厚度計算公式為：錐殼的計算厚度公式：max1 2tpDSCOS12 costpDS12 cosccctcp DSp （427） 按427式計算的錐形封頭的厚度，由于沒有考慮封頭與筒體連接處的邊緣應(yīng)力，因而此厚度是不夠的。連接處的邊緣應(yīng)力如下頁圖所示。O返回2022-3-20 為降低連接處的邊緣應(yīng)力，一般采用兩種方法：（1）、局部加強：將連接處附近的封頭及筒體厚度增大無折邊錐形封頭；（2）、增加過渡圓?。涸诜?/p>

14、頭與筒體之間增加一個過渡圓弧，整個封頭由錐體、過渡圓弧及高度為h0折邊三部分構(gòu)成帶折邊的錐形封頭。O返回2022-3-20O返回2022-3-20O返回2022-3-201、受內(nèi)壓無折邊錐形封頭（1）、錐殼大端連接處的厚度（適用于錐殼半頂角30o時） 首先判斷是否需要加強（利用表415），若不需要加強，用427式計算；若需要加強，加強區(qū)的厚度用下式計算：2 cirtcQp DSp （428）10.52cosirDSL2 0.5irLDSO返回2022-3-20（2）錐殼小端連接處的厚度（使用錐殼半頂角45o時） 首先由圖417判斷是否需要加強。 若不需加強，則由427式計算；若需要加強，則加強

15、段的厚度由下式計算：2 cisrtcQp DSp （429）1cosisrD SLisrLD SO返回2022-3-202、受內(nèi)壓折邊錐形封頭（1）錐殼大端（適用30o時，rmax10%Di，3S）過渡段厚度：2 0.5citcKp DSp （430）與過渡段相連處的錐殼厚度： 0.5citcfp DSp （431）O返回2022-3-20折邊錐殼大端厚度按上述兩式計算，取較大值。（2）錐殼小端 45o，小端過渡段厚度按429式計算，式中的Q值由圖418查取。 45o，小端過渡段的厚度按429式計算，式中Q值由圖419查取。 與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強段厚度應(yīng)與過渡段厚度相同。1cosisrD SLisrLD SO返回2022-3-20 標(biāo)準(zhǔn)帶折邊錐形封頭有半頂角為30o及45o兩種。錐體大端過渡區(qū)圓弧半徑r0.15Di。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