1、第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算一、引言二、圓筒和球殼的設(shè)計計算三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定四、壓力實驗五、封頭的設(shè)計計算第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算一、引言一、引言( (一一) )設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)工藝條件和要求，進展構(gòu)造設(shè)計、計算與密封設(shè)計。根據(jù)工藝條件和要求，進展構(gòu)造設(shè)計、計算與密封設(shè)計。構(gòu)造設(shè)計：滿足工藝、制造、檢驗、運用和維修等要求，設(shè)計構(gòu)造設(shè)計：滿足工藝、制造、檢驗、運用和維修等要求，設(shè)計適用、合理、經(jīng)濟的構(gòu)造方式；適用、合理、經(jīng)濟的構(gòu)造方式；設(shè)計計算：經(jīng)過強度和穩(wěn)定性計算，確定構(gòu)造尺寸，選擇適宜設(shè)計計算：經(jīng)過強度和穩(wěn)定性計算，確定

2、構(gòu)造尺寸，選擇適宜的資料，以確保容器平安可靠地運轉(zhuǎn)；的資料，以確保容器平安可靠地運轉(zhuǎn)；密封設(shè)計：選用或設(shè)計合理的密封構(gòu)造及適宜的密封資料。密封設(shè)計：選用或設(shè)計合理的密封構(gòu)造及適宜的密封資料。( (二二) )設(shè)計方法設(shè)計方法常規(guī)設(shè)計常規(guī)設(shè)計 按按GB150 GB150 進展設(shè)計。該規(guī)范采用彈性失效準(zhǔn)那么，并限制進展設(shè)計。該規(guī)范采用彈性失效準(zhǔn)那么，并限制殼體中的根本殼體中的根本( (薄膜薄膜) )應(yīng)力不超越資料的應(yīng)力不超越資料的 。而對由于構(gòu)造不延。而對由于構(gòu)造不延續(xù)引起的邊緣應(yīng)力，以應(yīng)力加強系數(shù)引入壁厚公式，或在構(gòu)造續(xù)引起的邊緣應(yīng)力，以應(yīng)力加強系數(shù)引入壁厚公式，或在構(gòu)造上加以限制，或在資料選擇、

3、制造工藝等方面給以不同要求。上加以限制，或在資料選擇、制造工藝等方面給以不同要求。 強度理論強度理論條 件適用范圍第一強度理論第一強度理論( (最大主應(yīng)力最大主應(yīng)力) )脆性材料脆性材料第二強度理論第二強度理論(最大主應(yīng)變最大主應(yīng)變)脆性材料脆性材料第三強度理論第三強度理論( (最大剪應(yīng)力最大剪應(yīng)力) )塑性材料塑性材料第四強度理論第四強度理論( (形狀改變比能形狀改變比能) )塑性材料塑性材料 1 31 321 21323222121第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 一、引言一、引言( (三三) )強度實際強度實際 根據(jù)材力，對于金屬資料宜采用第三、第四強度實際，但

4、根據(jù)材力，對于金屬資料宜采用第三、第四強度實際，但第一強度實際在容器設(shè)計歷史上運用最早，具有成熟的閱歷，第一強度實際在容器設(shè)計歷史上運用最早，具有成熟的閱歷，而且由于強度條件不同而引起的誤差已思索在平安系數(shù)內(nèi)，所而且由于強度條件不同而引起的誤差已思索在平安系數(shù)內(nèi)，所以致今壓力容器常規(guī)設(shè)計仍采用第一強度實際，即以致今壓力容器常規(guī)設(shè)計仍采用第一強度實際，即 注：注： 為構(gòu)件危險點上的主應(yīng)力，且為構(gòu)件危險點上的主應(yīng)力，且 。321、321 1工藝條件與用戶根本要求工藝條件與用戶根本要求 分析工藝條件，確定設(shè)計參數(shù)分析工藝條件，確定設(shè)計參數(shù) 選擇適宜的規(guī)范和規(guī)范選擇適宜的規(guī)范和規(guī)范 強度和穩(wěn)定性計算強

5、度和穩(wěn)定性計算 確定構(gòu)件尺寸和資料確定構(gòu)件尺寸和資料 繪制施工圖并提出有關(guān)技術(shù)要求繪制施工圖并提出有關(guān)技術(shù)要求 第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 一、引言一、引言( (四四) )壓力容器設(shè)計的根本步驟壓力容器設(shè)計的根本步驟( (一一) )圓筒圓筒02zxtpRtpR，1 ttpR1 tttDp2i第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算二、圓筒和球殼二、圓筒和球殼 由于工程中普通以內(nèi)徑由于工程中普通以內(nèi)徑DiDi表示，即表示，即2R= Di + t2R= Di + t；同時思索；同時思索到焊接接頭對資料強度的減弱，引入系數(shù)到焊接接頭對資料強度的減弱，

6、引入系數(shù) ，故：，故： 由第一節(jié)可知，在內(nèi)壓由第一節(jié)可知，在內(nèi)壓p p 作用下，筒體中的薄膜應(yīng)力為：作用下，筒體中的薄膜應(yīng)力為：顯然，顯然， ，按第一強度實際可得：，按第一強度實際可得： cticpDpt2(c)解出解出t，并以，并以pcp( (一一) )圓筒圓筒 cticpDpt2第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 二、圓筒和球殼二、圓筒和球殼 其次，思索介質(zhì)或大氣腐蝕，其次，思索介質(zhì)或大氣腐蝕，t t應(yīng)添加一腐蝕裕量，即：應(yīng)添加一腐蝕裕量，即：式中式中 t 計算厚度，計算厚度，mm； pc 計算壓力，計算壓力，MPa； Di 圓筒內(nèi)直徑，圓筒內(nèi)直徑，mm； 焊接接頭

7、系數(shù)，焊接接頭系數(shù)， ； 設(shè)計溫度下資料的許用應(yīng)力，設(shè)計溫度下資料的許用應(yīng)力，MPa。 t(c)(c)0 . 1 22CpDptcticd式中式中 td 設(shè)計厚度，設(shè)計厚度，mm； C2 腐蝕裕量，腐蝕裕量，mm。(2-91)(2-91) ttttDpeeic2當(dāng)當(dāng)tntn知時，相應(yīng)的應(yīng)力校核公式為：知時，相應(yīng)的應(yīng)力校核公式為：( (一一) )圓筒圓筒第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 二、圓筒和球二、圓筒和球殼殼 思索鋼板厚度負(fù)偏向思索鋼板厚度負(fù)偏向C1C1，并向上圓整至規(guī)格厚度，即得：，并向上圓整至規(guī)格厚度，即得：1ndttC 圓整值(2-92)(2-92)式中式中

8、 校核溫度下筒壁中的計算應(yīng)力；校核溫度下筒壁中的計算應(yīng)力； 。 te te 有效厚度，有效厚度， ； C C 厚度附加量，厚度附加量，C=C1+C2C=C1+C2。tCttne式中式中 tn tn 名義厚度圖紙上標(biāo)注尺寸；名義厚度圖紙上標(biāo)注尺寸； 。 C1 C1 鋼板厚度負(fù)偏向。鋼板厚度負(fù)偏向。容器設(shè)計各厚度之間的關(guān)系與定義容器設(shè)計各厚度之間的關(guān)系與定義計算厚度計算厚度tdtnt2C設(shè)計厚度設(shè)計厚度1C向上圓整向上圓整名義厚度名義厚度有效厚度有效厚度et21CCC 第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 二、圓筒和球二、圓筒和球殼殼l計算厚度為單純滿足機械強度所需的根本厚度

9、；計算厚度為單純滿足機械強度所需的根本厚度；l設(shè)計厚度為在設(shè)計壽命內(nèi)滿足強度和均勻腐蝕所需的厚度；設(shè)計厚度為在設(shè)計壽命內(nèi)滿足強度和均勻腐蝕所需的厚度；l名義厚度為容器設(shè)計圖樣中標(biāo)注的厚度；名義厚度為容器設(shè)計圖樣中標(biāo)注的厚度；l有效厚度為實踐用于接受應(yīng)力載荷的厚度。有效厚度為實踐用于接受應(yīng)力載荷的厚度。注：對于沖壓封頭和熱卷筒體，制造廠應(yīng)保證廢品的實踐厚度注：對于沖壓封頭和熱卷筒體，制造廠應(yīng)保證廢品的實踐厚度tn-C1tn-C1。 球殼在均勻內(nèi)壓球殼在均勻內(nèi)壓p p作用下，器壁中的薄膜應(yīng)力為：作用下，器壁中的薄膜應(yīng)力為：0,2Z tpR ttpR 12 cticpDpt4 teeictttDp4

10、( (二二) )球殼球殼第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 二、圓筒和球二、圓筒和球殼殼按照第一強度實際，應(yīng)有：按照第一強度實際，應(yīng)有：同理可得，球殼的計算厚度公式為：同理可得，球殼的計算厚度公式為：相應(yīng)的應(yīng)力校核公式為：相應(yīng)的應(yīng)力校核公式為：(2-93)(2-93)(2-94)(2-94) tittDp4ppc，解出，解出t( (一一) )設(shè)計壓力、計算壓力和設(shè)計溫度設(shè)計壓力、計算壓力和設(shè)計溫度第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定l設(shè)計壓力設(shè)計壓力pd pd 為設(shè)定的容器頂部最高壓力，與設(shè)計溫度一同作為設(shè)定的容

11、器頂部最高壓力，與設(shè)計溫度一同作為容器的設(shè)計載荷條件，其值不低于任務(wù)壓力為容器的設(shè)計載荷條件，其值不低于任務(wù)壓力pwpw。pwpw是指在正是指在正常操作情況下，容器頂部能夠到達的最高表壓力。常操作情況下，容器頂部能夠到達的最高表壓力。l 確定設(shè)計壓力時，應(yīng)思索以下要素：確定設(shè)計壓力時，應(yīng)思索以下要素：l 容器上裝有平安閥時，普通可取容器上裝有平安閥時，普通可取pd=1.051.10 pwpd=1.051.10 pw；裝；裝有爆破片時，有爆破片時，pdpd爆破片的設(shè)計爆破壓力爆破片的設(shè)計爆破壓力+ +制造范圍上限。制造范圍上限。l 對于盛裝液化氣體的容器，在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內(nèi)，對于盛裝液化氣體

12、的容器，在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內(nèi)，應(yīng)根據(jù)任務(wù)條件下能夠到達的最高器壁溫度確定。應(yīng)根據(jù)任務(wù)條件下能夠到達的最高器壁溫度確定。l計算壓力計算壓力pc pc 在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定殼體厚度的壓力，在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定殼體厚度的壓力， pc= pd+pc= pd+危險點處的液柱靜壓危險點處的液柱靜壓( (當(dāng)當(dāng)5%pd5%pd時可忽略不計時可忽略不計) )。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 三、設(shè)計參數(shù)的三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定規(guī)定l設(shè)計溫度Td 系指容器在正常操作情況下設(shè)定的受壓元件的金屬溫度(沿厚度的平均值)，其值不得低于元件能夠到達的最高溫度，或在 0以下時，不得高于元

13、件能夠到達的最低溫度。l 受壓元件的金屬溫度可經(jīng)過實測或由傳熱計算求得，或根據(jù)操作介質(zhì)溫度并結(jié)合外部條件確定。 是指對接焊接接頭強度與母材強度之比。用以反映由于焊是指對接焊接接頭強度與母材強度之比。用以反映由于焊接資料、焊接缺陷和剩余應(yīng)力等要素使焊接接頭強度被減弱的接資料、焊接缺陷和剩余應(yīng)力等要素使焊接接頭強度被減弱的程度，其值應(yīng)根據(jù)焊縫方式及無損檢測要求確定程度，其值應(yīng)根據(jù)焊縫方式及無損檢測要求確定( (見表見表2-4)2-4)。( (二二) )焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù)對接焊接接頭形式對接焊接接頭形式100無損檢測無損檢測RT-或或UT-局部無損檢測局部無損檢測RT-或或UT-雙面焊和相當(dāng)于

14、雙面焊的全焊透接頭雙面焊和相當(dāng)于雙面焊的全焊透接頭1.00.85單面焊（沿焊縫根部全長設(shè)有墊板）單面焊（沿焊縫根部全長設(shè)有墊板）0.90.8( (三三) )厚度附加量厚度附加量C=C1+C2C=C1+C2l鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏向鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏向C1l 按相應(yīng)鋼板或鋼管規(guī)范選取按相應(yīng)鋼板或鋼管規(guī)范選取(見表見表2-4,5)。l 但當(dāng)?shù)?dāng)C10.25mm且且名義厚度的名義厚度的6%時，可取時，可取C1=0。 l腐蝕裕度腐蝕裕度C2 l 按介質(zhì)對鋼材的腐蝕速率按介質(zhì)對鋼材的腐蝕速率(相對均勻腐蝕而言相對均勻腐蝕而言)和容器的設(shè)和容器的設(shè)計壽命確定，即：計壽命確定，即：l C2=腐蝕速率腐蝕速率

15、(mm/a)設(shè)計壽命設(shè)計壽命(a)l 普通，實踐中介質(zhì)腐蝕速率確實定是很困難的，因此腐蝕普通，實踐中介質(zhì)腐蝕速率確實定是很困難的，因此腐蝕裕度可按相應(yīng)行業(yè)規(guī)定選取或根據(jù)運用閱歷來確定。裕度可按相應(yīng)行業(yè)規(guī)定選取或根據(jù)運用閱歷來確定。l 通常，對碳素鋼和低合金鋼，在無特殊腐蝕情況下，通常，對碳素鋼和低合金鋼，在無特殊腐蝕情況下，C2不不小于小于1mm；對不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極少時，可??；對不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極少時，可取C2=0。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 三、設(shè)計參數(shù)的三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定規(guī)定第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 三、設(shè)計參

16、數(shù)的三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定規(guī)定( (四四) )許用應(yīng)力和平安系數(shù)許用應(yīng)力和平安系數(shù) ntnDtDtstsssbbtnnnnn,minl許用應(yīng)力許用應(yīng)力 是容器殼體等受壓元件的資料許用強度，取資料是容器殼體等受壓元件的資料許用強度，取資料在設(shè)計溫度下的強度目的在設(shè)計溫度下的強度目的( (強度極限強度極限 、屈服點、屈服點 、耐久強度、耐久強度 和蠕變極限和蠕變極限 ) )與相應(yīng)的平安系數(shù)之比，并取最小值，即：與相應(yīng)的平安系數(shù)之比，并取最小值，即：btstntD緣由：按彈性失效準(zhǔn)那么，許用應(yīng)力確實定應(yīng)以屈服點為基準(zhǔn)；緣由：按彈性失效準(zhǔn)那么，許用應(yīng)力確實定應(yīng)以屈服點為基準(zhǔn)；為防止塑性斷裂失效，那么應(yīng)以強

17、度極限為基準(zhǔn)；在高溫下為防止塑性斷裂失效，那么應(yīng)以強度極限為基準(zhǔn)；在高溫下( (碳鋼和低合金鋼碳鋼和低合金鋼420420，鉻鉬鋼，鉻鉬鋼450450，不銹鋼，不銹鋼550)550)，思索蠕變失效時，還需以耐久強度和蠕變極限為基準(zhǔn)。思索蠕變失效時，還需以耐久強度和蠕變極限為基準(zhǔn)。留意：腐蝕裕量只對防止均勻腐蝕有意義，而對部分腐蝕效果留意：腐蝕裕量只對防止均勻腐蝕有意義，而對部分腐蝕效果甚微。因此對防止部分腐蝕，重在選材和有效的防腐處置。甚微。因此對防止部分腐蝕，重在選材和有效的防腐處置。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 三、設(shè)計參數(shù)的三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定規(guī)定l平安系數(shù)平安

18、系數(shù) 受操作工況、資料、制造質(zhì)量和設(shè)計方法等要素受操作工況、資料、制造質(zhì)量和設(shè)計方法等要素的影響。平安系數(shù)過大，會使元件過分笨重而浪費資料，反之的影響。平安系數(shù)過大，會使元件過分笨重而浪費資料，反之會使元件過于薄弱而破損，因此合理選擇平安系數(shù)是關(guān)系設(shè)計會使元件過于薄弱而破損，因此合理選擇平安系數(shù)是關(guān)系設(shè)計能否先進、可靠的問題。我國規(guī)范規(guī)定：能否先進、可靠的問題。我國規(guī)范規(guī)定：l 對碳素鋼、低合金和高合金鋼除螺栓資料外對碳素鋼、低合金和高合金鋼除螺栓資料外l nb2.7 nb2.7，ns=nts1.5ns=nts1.5，nD1.5nD1.5，nn1.0 nn1.0 壓力容器常用鋼板、鋼管、鍛件和

19、螺栓資料在不同溫度下壓力容器常用鋼板、鋼管、鍛件和螺栓資料在不同溫度下的許用應(yīng)力，的許用應(yīng)力，GB150 GB150 中已列出中已列出( (見教材附錄見教材附錄) )，可直接選用。，可直接選用。 復(fù)合鋼板的復(fù)合鋼板的 ，如需計入覆層強度，可按下式計算：，如需計入覆層強度，可按下式計算：式中式中 下標(biāo)下標(biāo)“1 1和和“2 2分別表示覆層和基層資料的厚度和設(shè)計分別表示覆層和基層資料的厚度和設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力。溫度下的許用應(yīng)力。 t 2211211ttttttt第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 三、設(shè)計參數(shù)的三、設(shè)計參數(shù)的規(guī)定規(guī)定( (五五) )最小厚度最小厚度tmint

20、min 對于壓力較低的容器，按強度公式計算出來的厚度很薄，對于壓力較低的容器，按強度公式計算出來的厚度很薄，易因剛度缺乏而引起過大的彈性變形，不能滿足制造、運輸和易因剛度缺乏而引起過大的彈性變形，不能滿足制造、運輸和安裝的要求。因此必需限定一個最小厚度以滿足剛度要求。安裝的要求。因此必需限定一個最小厚度以滿足剛度要求。 我國規(guī)范規(guī)定，殼體加工成形后不包括腐蝕裕量我國規(guī)范規(guī)定，殼體加工成形后不包括腐蝕裕量C2的最的最小厚度小厚度tmin按下述方法確定：按下述方法確定：a. 對于碳鋼和低合金鋼容器，對于碳鋼和低合金鋼容器， 3mm；b. 對高合金鋼容器，對高合金鋼容器， 2mm。( (一一) )實

21、驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 包括耐壓實驗和走漏包括耐壓實驗和走漏( (氣密性氣密性) )實驗實驗( (二二) )實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康哪蛪簩嶒灒簷z查容器在超任務(wù)壓力下的宏觀強度，包括檢查耐壓實驗：檢查容器在超任務(wù)壓力下的宏觀強度，包括檢查資料的缺陷、容器各部分的變形，焊接接納的強度和容器資料的缺陷、容器各部分的變形，焊接接納的強度和容器法蘭銜接的走漏檢查。通常包括液壓實驗和氣壓實驗。法蘭銜接的走漏檢查。通常包括液壓實驗和氣壓實驗。走漏實驗：對密封性要求非常高的重要容器，如介質(zhì)毒性為走漏實驗：對密封性要求非常高的重要容器，如介質(zhì)毒性為極度或高度危害的容器，或不允許有微量走漏的容器，應(yīng)極度或高度危害的容器，或不允許

22、有微量走漏的容器，應(yīng)在耐壓實驗合格后進展走漏檢查。在耐壓實驗合格后進展走漏檢查。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算四、壓力實驗四、壓力實驗第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 四、壓力實驗四、壓力實驗( (三三) )耐壓實驗?zāi)蛪簩嶒?由于耐壓實驗的實驗壓力要比設(shè)計壓力高，所以應(yīng)思索由于耐壓實驗的實驗壓力要比設(shè)計壓力高，所以應(yīng)思索到在實驗時容器有破裂的能夠性。由于一樣體積、壓力的氣到在實驗時容器有破裂的能夠性。由于一樣體積、壓力的氣體爆炸時所釋放出的能量要比液體大得多，為減輕容器在實體爆炸時所釋放出的能量要比液體大得多，為減輕容器在實驗時破裂所呵斥的

23、危害，所以通常實驗介質(zhì)選用液體。驗時破裂所呵斥的危害，所以通常實驗介質(zhì)選用液體。 由于水的來源和運用都比較方便，又具有作耐壓實驗所由于水的來源和運用都比較方便，又具有作耐壓實驗所需的各種性能，所以液壓實驗的介質(zhì)普通是水。必要時也可需的各種性能，所以液壓實驗的介質(zhì)普通是水。必要時也可采用不會發(fā)生危險的其它液體，但實驗時液體的溫度應(yīng)低于采用不會發(fā)生危險的其它液體，但實驗時液體的溫度應(yīng)低于其閃點或沸點。其閃點或沸點。 為防止發(fā)生低溫脆性破壞，對于碳素鋼、為防止發(fā)生低溫脆性破壞，對于碳素鋼、Q345R(16MnR)Q345R(16MnR)和和Q370R(15MnNbR)Q370R(15MnNbR)鋼容

24、器，液體溫度鋼容器，液體溫度55，氣體溫度，氣體溫度 1515；其它低合金鋼容器，；其它低合金鋼容器，1515。假設(shè)由于板厚呵斥無延。假設(shè)由于板厚呵斥無延性轉(zhuǎn)變溫度性轉(zhuǎn)變溫度(NDT)(NDT)升高，那么需相應(yīng)提高實驗介質(zhì)溫度。升高，那么需相應(yīng)提高實驗介質(zhì)溫度。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 四、壓力實驗四、壓力實驗 對于奧氏體不銹鋼，為防止氯離子對于奧氏體不銹鋼，為防止氯離子(Cl-)(Cl-)腐蝕，實驗用水腐蝕，實驗用水該當(dāng)控制該當(dāng)控制Cl-25ppmCl-25ppm質(zhì)量。質(zhì)量。 液壓實驗壓力：液壓實驗壓力： tdTpp25. 1(2-95)(2-95)式中：式

25、中：pT 實驗壓力，實驗時容器頂部的表壓力，實驗壓力，實驗時容器頂部的表壓力，MPa； pd 設(shè)計壓力，設(shè)計壓力，MPa； 實驗溫度下資料的許用應(yīng)力，實驗溫度下資料的許用應(yīng)力，MPa； 設(shè)計溫度下資料的許用應(yīng)力，設(shè)計溫度下資料的許用應(yīng)力，MPa。 t 立式容器臥置試壓時，實驗壓力應(yīng)為立置時實驗壓力加立式容器臥置試壓時，實驗壓力應(yīng)為立置時實驗壓力加上液柱靜壓力。上液柱靜壓力。 第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 四、壓力實驗四、壓力實驗 液壓實驗時，應(yīng)使容器充溢液體，外外表應(yīng)堅持枯燥。液壓實驗時，應(yīng)使容器充溢液體，外外表應(yīng)堅持枯燥。容器充溢液體后，待壁溫大致與實驗介質(zhì)溫度

26、相等時，緩慢容器充溢液體后，待壁溫大致與實驗介質(zhì)溫度相等時，緩慢升壓到規(guī)定實驗壓力，穩(wěn)壓升壓到規(guī)定實驗壓力，穩(wěn)壓30 min30 min，然后將壓力降低到設(shè)計，然后將壓力降低到設(shè)計壓力，堅持壓力，堅持30 min30 min，以檢查有無損壞，有無宏觀變形，有無，以檢查有無損壞，有無宏觀變形，有無走漏及微量浸透。走漏及微量浸透。 水壓實驗后應(yīng)及時排水，并用緊縮空氣或其它惰性氣體水壓實驗后應(yīng)及時排水，并用緊縮空氣或其它惰性氣體將容器內(nèi)外表吹干。將容器內(nèi)外表吹干。 不宜做液壓實驗的容器，如不允許殘留微量液體或由于不宜做液壓實驗的容器，如不允許殘留微量液體或由于構(gòu)造緣由不能充溢液體的容器，可用干凈的干

27、空氣、氮氣或構(gòu)造緣由不能充溢液體的容器，可用干凈的干空氣、氮氣或其它惰性氣體替代液體進展實驗。氣壓實驗的實驗壓力：其它惰性氣體替代液體進展實驗。氣壓實驗的實驗壓力： tdTpp1 . 1(2-96)(2-96)第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 四、壓力實驗四、壓力實驗 耐壓實驗時，還需按下式校核筒體的應(yīng)力：耐壓實驗時，還需按下式校核筒體的應(yīng)力： (2-97)(2-97)sseeiTTttDp8 . 09 . 02液壓實驗液壓實驗氣壓實驗氣壓實驗 ( (四四) )走漏實驗走漏實驗 走漏實驗包括氣密性實驗、煤油滲漏實驗、氨檢漏實驗和走漏實驗包括氣密性實驗、煤油滲漏實驗、氨

28、檢漏實驗和鹵素檢漏等。鹵素檢漏等。 走漏實驗應(yīng)在耐壓實驗合格后進展。走漏實驗應(yīng)在耐壓實驗合格后進展。 氣密性實驗的壓力等于設(shè)計壓力。氣密性實驗的壓力等于設(shè)計壓力。留意：式中留意：式中pT也應(yīng)包括危險點處的液柱靜壓力。也應(yīng)包括危險點處的液柱靜壓力。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算五、封頭的設(shè)計計算五、封頭的設(shè)計計算第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭

29、的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(一)封頭的種類第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算 容器封頭包括：凸形封頭(半球形、碟形、橢圓形、球冠形)、錐形封頭(無折邊和折邊)和平蓋。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(1)半球形封頭 為半個球殼。從受力來看，球形封頭是最理想的構(gòu)造。但整體沖壓困難，加工任務(wù)量大。(二)封頭的構(gòu)造特性(2)碟形封頭 由球面、過渡段和直邊段三部分組成。成型加工方便

30、，但在三部分的銜接處，由于經(jīng)線曲率發(fā)生突變，受力情況不佳。直邊段的作用：使封頭與筒體的銜接處避開曲率突變部位，以改善焊縫受力。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(二)封頭的構(gòu)造特性(2)碟形封頭 圖為一內(nèi)壓薄壁碟圖為一內(nèi)壓薄壁碟形封頭外壁上的總應(yīng)力形封頭外壁上的總應(yīng)力實際值與實測結(jié)果。實際值與實測結(jié)果。l/mm 可見，在過渡段存在很大可見，在過渡段存在很大的彎曲應(yīng)力。的彎曲應(yīng)力。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(3)橢圓形封頭 由半個橢球殼和直邊段組成。由于橢圓部分經(jīng)線

31、曲率平滑延續(xù)，故封頭中的應(yīng)力分布較均勻。構(gòu)造特性介于半球形與碟形封頭之間。(二)封頭的構(gòu)造特性(4)球冠形封頭 為與圓柱殼直接銜接的部分球面。其構(gòu)造簡單，制造方便，但在與圓筒銜接處，由于無公切線存在相當(dāng)大的邊緣應(yīng)力。故只能用于壓力不高的場所。第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(二)封頭的構(gòu)造特性 分無折邊和折邊兩種，如下圖。其特點是對于懸浮或黏稠液體和固體顆粒物料的排泄以及不同直徑圓筒的過渡是理想的構(gòu)造，且在厚度較薄時，制造也較方便。但受力并不理想，無折邊錐形封頭-圓筒銜接時的受力與球冠-圓筒銜接類同；折邊錐形封頭那么與蝶形封頭類同

32、。 因此，錐形封頭的構(gòu)造設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：無折邊 大端折邊 兩端折邊 tr(5)錐形封頭第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(二)封頭的構(gòu)造特性無折邊 大端折邊 兩端折邊 tr ri Ditrtr第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(6)平蓋 平蓋是封頭中構(gòu)造最簡單，制造最容易的一種封頭。從前述圓板的應(yīng)力分析可知，因其僅受彎曲應(yīng)力，與等徑的殼體相比，在同一壓力下，平蓋的厚度會很厚，資料耗費大、且非常笨重。(二)封頭的構(gòu)造特性第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的

33、設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(二)封頭的構(gòu)造特性 綜上所述，從受力情況來看(從優(yōu)到劣)：半球形橢圓形碟形錐形球冠平蓋從制造難易程度來看(從易到難)：平蓋球冠錐形碟形橢圓形半球形就運用而言：中低壓容器大多采用橢圓形封頭；常壓或直徑不大的高壓容器常用平蓋；半球形封頭普通用于低壓或高壓情況；錐形封頭那么多用于壓力不高的變徑設(shè)備或要求便于物料排泄的設(shè)備；球冠形封頭常用作容器中兩獨立受壓室的中間封頭。各種封頭構(gòu)造特性的比較(1)半球形封頭 (三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算 cticpDpt4(2-99)(

34、2-99) 內(nèi)壓半球形封頭的計算厚度可用球殼的公式(2-93)計算，即 式中式中 Di Di 半球形封頭的內(nèi)直徑，半球形封頭的內(nèi)直徑，mmmm。1.凸形封頭 (三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(2)橢圓形封頭 按橢圓形封頭與圓筒銜按橢圓形封頭與圓筒銜接時的邊緣分析結(jié)果，封頭接時的邊緣分析結(jié)果，封頭的最大總應(yīng)力與圓筒周向膜的最大總應(yīng)力與圓筒周向膜應(yīng)力之比可表示為應(yīng)力之比可表示為(R/h)(R/h)的的函數(shù)，如圖中點劃線所示。函數(shù)，如圖中點劃線所示。 可見，封頭中的最大總應(yīng)力的位置可見，封頭中的最大總應(yīng)力的位置和大小隨

35、和大小隨(R/h)(R/h)的變化而改動，在的變化而改動，在R/h=R/h=1.02.51.02.5范圍內(nèi)，可用下式近似表示：范圍內(nèi)，可用下式近似表示：22261iihDK(2-99)(2-99)K應(yīng)力加強系數(shù)或橢圓形封頭外形系數(shù)。應(yīng)力加強系數(shù)或橢圓形封頭外形系數(shù)。(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算22261iihDK(2-99)(2-99) 由于由于球殼中的薄膜應(yīng)力封頭最大總應(yīng)力筒體周向薄膜應(yīng)力封頭最大總應(yīng)力2K故橢圓形封頭的計算壁厚可由半球形封頭公式乘以故橢圓形封頭的計算壁厚可由半球形封頭公式乘以2K2K得到：

36、得到： cticpDpt4半球形封頭的公式半球形封頭的公式 cticpDKpt5 . 02(p70)(p70)橢圓形封頭的公式橢圓形封頭的公式(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算對于規(guī)范橢圓形封頭對于規(guī)范橢圓形封頭(Di/2hi=2)(Di/2hi=2)，K=1K=1，那么，那么 cticpDpt5 . 02(2-100)(2-100)22261iihDK cticpDKpt5 . 02 另外，由薄膜分析可知，另外，由薄膜分析可知， 的橢的橢圓形封頭在內(nèi)壓下赤道附近周向受壓。為圓形封頭在內(nèi)壓下赤道附近周向受壓。為防止

37、周向失穩(wěn)，防止周向失穩(wěn)，GB150GB150規(guī)定：規(guī)定：1.0 -1.0 0.5 + - 61352，m2hR 當(dāng)當(dāng)Di/2hi2Di/2hi2時，封頭的有效厚度時，封頭的有效厚度te0.15%Dite0.15%Di； 當(dāng)當(dāng)Di/2hiDi/2hi2 2時，封頭的有效厚度時，封頭的有效厚度te0.30%Dite0.30%Di。(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(3)碟形封頭 以實驗為根據(jù)，把過渡段以實驗為根據(jù)，把過渡段的最大總應(yīng)力與球面的薄膜應(yīng)的最大總應(yīng)力與球面的薄膜應(yīng)力之比力之比M M視為視為ri/Riri/Ri

38、的函數(shù)，如的函數(shù)，如圖中實線所示，表達式為：圖中實線所示，表達式為：iirRM341(2-101)(2-101) cticpDpt4半球形封頭的公式半球形封頭的公式 cticpRMpt5 . 02(2-102)(2-102)碟形封頭的公式碟形封頭的公式于是，將半球形封頭乘以于是，將半球形封頭乘以M M，并將，并將Di2RiDi2Ri，即得：，即得：1 1過渡區(qū)內(nèi)半徑與球面內(nèi)半徑之比過渡區(qū)內(nèi)半徑與球面內(nèi)半徑之比 ri/RiMaker建議曲線iirR341(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算(3)碟形封頭 cticpRM

39、pt5 . 02(2-102)(2-102) 由于碟形封頭的強度與由于碟形封頭的強度與ri/Riri/Ri有關(guān)，所以有關(guān)，所以riri不宜太小、不宜太小、RiRi不宜太大。不宜太大。GB150GB150規(guī)定：規(guī)定：ri0.01Diri0.01Di，且，且3tn3tn；RiDi RiDi 。式中式中 M M 應(yīng)力加強系數(shù)或碟形封頭外形應(yīng)力加強系數(shù)或碟形封頭外形 系數(shù)；系數(shù)； Ri Ri 碟形封頭球面部分內(nèi)半徑，碟形封頭球面部分內(nèi)半徑，mmmm。 對于規(guī)范碟形封頭：對于規(guī)范碟形封頭：ri=0.17Diri=0.17Di，Ri=0.9Di Ri=0.9Di 。(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁

40、容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算2.錐形封頭 (1)無折邊 與筒體銜接時，由于無公切線，銜接邊與筒體銜接時，由于無公切線，銜接邊緣存在很大的邊緣應(yīng)力，因此需先按圖緣存在很大的邊緣應(yīng)力，因此需先按圖2-412-41判別銜接邊部位能否需求加強來設(shè)計。判別銜接邊部位能否需求加強來設(shè)計。闡明：圖中曲線是闡明：圖中曲線是按安定性準(zhǔn)那么按安定性準(zhǔn)那么見第六章繪制見第六章繪制的，即限制銜接部的，即限制銜接部位的最大經(jīng)向虛擬位的最大經(jīng)向虛擬總應(yīng)力按彈性分總應(yīng)力按彈性分析不超越析不超越 。 t3(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算

41、 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算2.錐形封頭 cos2tpR按第一強度實際，取按第一強度實際，取 ，得其計算厚度為：得其計算厚度為：(1)無折邊 假設(shè)無需加強，根據(jù)無力矩實際，由內(nèi)壓引假設(shè)無需加強，根據(jù)無力矩實際，由內(nèi)壓引起的最大薄膜應(yīng)力發(fā)生在錐殼的大端，即：起的最大薄膜應(yīng)力發(fā)生在錐殼的大端，即：pptDRci，cos2tRDi cos12cticpDpt(2-104a)(2-104a) 假設(shè)需加強，銜接部位應(yīng)設(shè)置加強段，其厚度按下式計算：假設(shè)需加強，銜接部位應(yīng)設(shè)置加強段，其厚度按下式計算： cticrpDQpt2(2-104b)(2-104b) ticttDpcos2cos(三)設(shè)計計

42、算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算2.錐形封頭 (1)無折邊 cticrpDQpt2(2-104b)(2-104b) 銜接部位加強段的長度應(yīng)不小于圖中規(guī)定的值。銜接部位加強段的長度應(yīng)不小于圖中規(guī)定的值。式中式中 Q Q 含義與前述含義與前述K K、M M類似，也是應(yīng)力類似，也是應(yīng)力加強系數(shù)，按圖加強系數(shù)，按圖2-422-42確定；確定； 錐體小端厚度的計算方法與上述類同。錐體小端厚度的計算方法與上述類同。注：系按安定性準(zhǔn)那么繪制。注：系按安定性準(zhǔn)那么繪制。(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算2.錐形封頭 (2)有折邊 為改善錐體與筒體銜接處的受力情為改善錐體與筒體銜接處的受力情況，常采用折邊錐形封頭。錐體大端過況，常采用折邊錐形封頭。錐體大端過渡段的厚度類似碟形封頭的渡段的厚度類似碟形封頭的計算，即：計算，即： cticcrpDpKt5 . 02(2-105)(2-105)式中式中 Kc Kc為應(yīng)力加強系數(shù)，為應(yīng)力加強系數(shù)，按表按表2-72-7確定。確定。表表2-7 2-7 系數(shù)系數(shù)KcKc值值(三)設(shè)計計算公式第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計計算 五、封頭的設(shè)五、封頭的設(shè)計計算計計算2.錐形