第二章設(shè)計第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計第二章設(shè)計第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計整體結(jié)構(gòu)單層式多層式繞板式型槽繞帶式熱套式鍛焊式安全性高，但是生產(chǎn)工序多，勞動生產(chǎn)率低。不必逐層包扎層板和焊接每層層板的焊縫型槽鋼帶層層嚙合，可使鋼帶層承受容器的一部分軸向力；筒體上沒有貫穿整個壁厚的環(huán)焊縫；使用安全性高；但是需要特殊軋制的型槽鋼帶和專用機(jī)床。成為輕水反應(yīng)堆壓力容器，石油工業(yè)加氫反應(yīng)器和煤轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)形式一、壓力容器的結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)單層式多層式繞板式型槽繞帶式熱套式鍛焊式安全性高，但整體結(jié)構(gòu)單層式優(yōu)點——簡單①深環(huán)、縱焊縫，焊接缺陷檢測和消除困難；且結(jié)構(gòu)本身缺乏阻止裂紋快速擴(kuò)展的能力；②大型鍛件、厚鋼板性能比薄鋼板差，不同方向力學(xué)性能差異大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度較高，發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞的可能性也較大；③加工設(shè)備要求高。缺點——組合式整體結(jié)構(gòu)單層式優(yōu)點——簡單①深環(huán)、縱焊縫，焊接缺陷檢測和消除2、制造：用裝置將層板逐層、同心地包扎在內(nèi)筒上；借縱焊縫的焊接收縮力使層板和內(nèi)筒、層板與層板之間互相貼緊，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力；筒節(jié)上均開有安全孔——報警。筒體深環(huán)焊縫筒節(jié)內(nèi)層——12～25mm外層——4～12mm的多層層板為避免裂紋沿壁厚方向擴(kuò)展，各層板之間的縱焊縫應(yīng)相互錯開75°。筒節(jié)的長度視鋼板的寬度而定，層數(shù)則隨所需的厚度而定。一、多層包扎式1、結(jié)構(gòu)：2、制造：筒體深環(huán)焊縫筒節(jié)內(nèi)層——12～25mm外層——4～圖2-1

多層包扎筒節(jié)一、多層包扎式(續(xù))圖2-1多層包扎筒節(jié)一、多層包扎式(續(xù))一、多層包扎式(續(xù))5、應(yīng)用情況：目前世界上使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗最為豐富的組合式筒體結(jié)構(gòu)。3、優(yōu)點：制造工藝簡單，不需大型復(fù)雜加工設(shè)備；安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴(kuò)展的能力；減少了脆性破壞的可能性；包扎預(yù)應(yīng)力改善筒體的應(yīng)力分布；對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可選擇合適的內(nèi)筒材料。4、缺點：筒體制造工序多、周期長、效率低、鋼材利用率低（僅60%左右）；深環(huán)焊縫對制造質(zhì)量和安全有顯著影響。①無損檢測困難，環(huán)焊縫的兩側(cè)均有層板，無法用超聲檢測，只能射線檢測；②焊縫部位存在很大的焊接殘余應(yīng)力，且焊縫晶粒易變得粗大而韌性下降；③環(huán)焊縫的坡口切削工作量大，且焊接復(fù)雜。一、多層包扎式(續(xù))5、應(yīng)用情況：3、優(yōu)點：4、缺點：1、結(jié)構(gòu)，制造：內(nèi)筒（厚度>30mm）卷焊成直徑不同但可過盈配合的筒節(jié)，將外層筒節(jié)加熱到計算的溫度進(jìn)行套合，冷卻收縮后得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。圖2-2熱套筒節(jié)二、熱套式1、結(jié)構(gòu)，制造：圖2-2熱套筒節(jié)二、熱套式2、優(yōu)點：工序少，周期短，且具有包扎式筒體的大多數(shù)優(yōu)點。3、缺點：筒體要有較準(zhǔn)確的過盈量，卷筒的精度要求很高，且套合時需選配套合；套合時貼緊程度不很均勻；套合后，需熱處理以消除套合預(yù)應(yīng)力及深環(huán)焊縫的焊接殘余應(yīng)力。二、熱套式(續(xù))2、優(yōu)點：3、缺點：二、熱套式(續(xù))1、結(jié)構(gòu)：由內(nèi)筒、繞板層和外筒三部分組成，是在多層包扎式筒體的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。2、制造：內(nèi)筒與多層包扎式內(nèi)筒相同，外層是在內(nèi)筒外面連續(xù)纏繞若干層3～5mm厚的薄鋼板而構(gòu)成筒節(jié)，只有內(nèi)外兩道縱焊縫，需要2個楔形過渡段，外筒為保護(hù)層，由兩塊半圓或三塊“瓦片”制成。3、優(yōu)點：機(jī)械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可達(dá)90%以上）。4、缺點：中間厚兩邊薄，累積間隙。圖2－3繞板式三、繞板式1、結(jié)構(gòu)：由內(nèi)筒、繞板層和外筒三部分組成，是在多層包扎式圖21、結(jié)構(gòu)：錯開環(huán)縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結(jié)構(gòu)。2、制造：

將內(nèi)筒拼接到所需的長度，兩端焊上法蘭或封頭；

在整個長度上逐層包扎層板，待全長度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二層，直至所需厚度。3、優(yōu)點：環(huán)、縱焊縫錯開，筒體與封頭或法蘭間的環(huán)焊縫為一定角度的斜面焊縫，承載面積增大。內(nèi)筒包扎層板端部法蘭底封頭圖2－4

整體多層包扎式厚壁容器筒體四、整體多層包扎式1、結(jié)構(gòu)：錯開環(huán)縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結(jié)構(gòu)。內(nèi)筒包扎以鋼帶纏繞在內(nèi)筒外面獲得所需厚度筒壁兩種結(jié)構(gòu)型槽繞帶式扁平鋼帶傾角錯繞式型槽繞帶式用特制的型槽鋼帶螺旋纏繞在特制的內(nèi)筒上，端面形狀見圖2-5（a），內(nèi)筒外表面上預(yù)先加工有與鋼帶相嚙合的螺旋狀凹槽。纏繞時，鋼帶先經(jīng)電加熱，再進(jìn)行螺旋纏繞，繞制后依次用空氣和水進(jìn)行冷卻，使其收縮產(chǎn)生預(yù)緊力，可保證每層鋼帶貼緊；各層鋼帶之間靠凹槽和凸肩相互嚙合(見圖2-5（b）)，纏繞層能承受一部分由內(nèi)壓引起的軸向力。五、繞帶式以鋼帶纏繞在內(nèi)筒外面獲得所需厚度筒壁兩種結(jié)構(gòu)型槽繞帶式扁平鋼圖2-5

（a）型槽繞帶式筒體（b）型槽鋼帶結(jié)構(gòu)示意圖縮套環(huán)雙錐面墊片焊縫（a）（b）五、繞帶式（續(xù)）圖2-5（a）型槽繞帶式筒體（b）型槽鋼帶結(jié)構(gòu)示意圖縮套五、繞帶式（續(xù)）缺點：鋼帶需由鋼廠專門軋制，尺寸公差要求嚴(yán)，技術(shù)要求高；為保證鄰層鋼帶能相互嚙合，需采用精度較高的專用纏繞機(jī)床。優(yōu)點：筒體具有較高的安全性，機(jī)械化程度高，材料損耗少，且由于存在預(yù)緊力，在內(nèi)壓作用下，筒壁應(yīng)力分布較均勻。五、繞帶式（續(xù)）缺點：鋼帶需由鋼廠專門軋制，尺寸公差要求優(yōu)點（2）扁平鋼帶傾角錯繞式中國首創(chuàng)的一種新型繞帶式筒體；該結(jié)構(gòu)已被列入

ASMEⅧ-1和ASMEⅧ-2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范案例，編號分別為2229和2269。內(nèi)筒鋼帶層底封頭端部法蘭圖2-5（c）扁平鋼帶傾角錯繞式筒體五、繞帶式（續(xù)）（2）扁平鋼帶傾角錯繞式內(nèi)筒鋼帶層底封頭端部法蘭圖2-5（與其它類型厚壁筒體相比，扁平鋼帶傾角錯繞式筒體結(jié)構(gòu)具有設(shè)計靈活、制造方便、可靠性高、在線安全監(jiān)控容易等優(yōu)點。結(jié)構(gòu)：內(nèi)筒厚度約占總壁厚的1/6～1/4，采用“預(yù)應(yīng)力冷繞”和“壓棍預(yù)彎貼緊”技術(shù)，環(huán)向15°～30°傾角在薄內(nèi)筒外交錯纏繞扁平鋼帶。鋼帶寬約80～160mm、厚約4～16mm，其始末兩端分別與底封頭和端部法蘭相焊接。優(yōu)點：五、繞帶式（續(xù)）與其它類型厚壁筒體相比，扁平鋼帶傾角錯繞式筒體結(jié)構(gòu)具有設(shè)計靈結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循的原則結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)平滑過渡在引起應(yīng)力集中或消弱強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)應(yīng)相互錯開，避免高應(yīng)力疊加避免采用剛性過大的焊接結(jié)構(gòu)受熱系統(tǒng)及部件的漲縮不要受限制結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循的原則結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)平滑過渡在引起應(yīng)力集中或消弱二主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.一般要求各受壓部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，并裝有可靠的安全保護(hù)設(shè)施，防止超壓；受壓元件、部件的結(jié)構(gòu)形式、開孔和焊縫的布置應(yīng)盡量避免或減小復(fù)合應(yīng)力和應(yīng)力集中；承重結(jié)構(gòu)在承受設(shè)計載荷時應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及防腐蝕性；容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安裝、檢修和清洗二主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.一般要求各受壓部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度2.封頭封頭種類凸形封頭錐殼變徑段平蓋緊縮口半球形封頭橢圓形封頭碟形封頭球冠形封頭2.封頭封頭種類凸形封頭錐殼變徑段平蓋緊縮口半球形封頭橢圓形a.半球形封頭b.橢圓形封頭c.碟形封頭d.球冠形封頭2-6常見容器封頭的形式封頭設(shè)計：優(yōu)先選用封頭標(biāo)準(zhǔn)中推薦的型式與參數(shù)，根據(jù)受壓情況進(jìn)行強(qiáng)度或剛度計算，確定合適的厚度。a.半球形封頭b.橢圓形封頭c.碟形封頭d.球冠形封頭2-6薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半，最理想的結(jié)構(gòu)形式。一、半球形封頭半球形封頭為半個球殼，如圖2-6(a)所示。1.受內(nèi)壓的半球形封頭優(yōu)點缺點深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。應(yīng)用高壓容器。薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半，最理想的結(jié)構(gòu)形式。一、半球形二、橢圓形封頭二、橢圓形封頭二、橢圓形封頭（續(xù)）

避免封頭和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由半個橢球面和短圓筒組成，如圖2-6（b）所示。直邊段作用：中、低壓容器。應(yīng)用：(1)受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭受力：薄膜應(yīng)力＋不連續(xù)應(yīng)力。二、橢圓形封頭（續(xù)）避免封頭和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率三、碟形封頭不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應(yīng)力。邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位，故受力狀況不佳。結(jié)構(gòu)帶折邊球面封頭，由半徑為Ri的球面體、半徑為r的過渡環(huán)殼和短圓筒等三部分組成，見圖2-6（c）。優(yōu)點過渡環(huán)殼降低了封頭深度，方便成型，且壓制碟形封頭的鋼模加工簡單，應(yīng)用廣泛。缺點三、碟形封頭不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應(yīng)力。邊緣彎曲應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用作容器中兩獨立受壓室中間封頭，端蓋。無轉(zhuǎn)角過渡，存在相當(dāng)大的不連續(xù)應(yīng)力，其應(yīng)力分布不甚合理。四、球冠形封頭碟形封頭當(dāng)r=0時，球面與筒體直接連接，如圖4-15（d）所示優(yōu)點：缺點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用作容器中兩獨立受壓四、球冠形封頭4錐殼軸對稱錐殼無折邊錐殼折邊錐殼特點：結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)力分布不理想應(yīng)用排放固體顆粒和懸浮或粘稠液體不同直徑圓筒體的中間過渡段中、低壓容器4錐殼軸對稱錐殼無折邊錐殼折邊錐殼特點：結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)力分布（a）無折邊錐殼；（b）大端折邊錐殼；（c）折邊錐殼圖2-7

錐殼結(jié)構(gòu)形式（a）無折邊錐殼；（b）大端折邊錐殼；（c平蓋理論分析：以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，分為周邊固支或簡支；實際上：介于固支和簡支之間；工程計算：采用圓平板理論為基礎(chǔ)的經(jīng)驗公式，通過系數(shù)K來體現(xiàn)平蓋周邊的支承情況，K值越小,平蓋周邊越接近固支；

反之就越接近于簡支。

幾何形狀：圓形、橢圓形、長圓形、矩形及正方形等。平蓋理論分析：實際上：介于工程計算：采用圓平板理論幾何形狀：焊接接頭一、焊接接頭形式對接接頭角接接頭及T字形接頭搭接接頭焊接接頭形式焊接接頭一、焊接接頭形式對接接頭角接接頭及T字形接頭搭接（a）對接接頭；（b）角接接頭；（c）搭接接頭圖2-8

焊接接頭的三種形式受熱均勻，受力對稱，便于無損檢測，焊接質(zhì)量容易得到保證。1．對接接頭結(jié)構(gòu)：兩個相互連接零件在接頭處的中面處于同一平面或同一弧面內(nèi)進(jìn)行焊接的接頭。特點：應(yīng)用：最常用的焊接結(jié)構(gòu)形式。（a）對接接頭；（b）角接接頭；（c）搭接接頭受結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對接接頭，應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，且焊接質(zhì)量也不易得到保證。2．角接接頭和T型接頭結(jié)構(gòu)：兩個相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或相交成某一角度進(jìn)行焊接的接頭。兩構(gòu)件成T字形焊接在一起的接頭，叫T型接頭。角接接頭和T字接頭都形成角焊縫。特點：某些特殊部位：接管、法蘭、夾套、管板和凸緣的焊接等。應(yīng)用：結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對接接頭，應(yīng)力集中2．角接接頭3．搭接接頭主要用于加強(qiáng)圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣與容器的焊接。結(jié)構(gòu)：兩個相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中面相互平行，進(jìn)行焊接的接頭。特點：屬于角焊縫，與角接接頭一樣，在接頭處結(jié)構(gòu)明顯不連續(xù)，承載后接頭部位受力情況較差。應(yīng)用：3．搭接接頭主要用于加強(qiáng)圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣焊接坡口——為保證全熔透和焊接質(zhì)量，減少焊接變形，施焊前，一般將焊件連接處預(yù)先加工成各種形狀。不同的焊接坡口，適用于不同的焊接方法和焊件厚度。二、坡口形式Ⅰ形V型單邊V形U形J形基本坡口形狀組合形狀坡口形狀焊接坡口——二、坡口形式Ⅰ形V型單邊V形U形J形基本坡口圖2-9

坡口的基本形式特例：一般接頭應(yīng)開設(shè)坡口，而搭接接頭無需開坡口即可焊接。J型U型單邊V型V型I型圖2-9坡口的基本形式特例：一般接頭應(yīng)開設(shè)坡口，雙V形坡口由兩個V形坡口和一個I形坡口組合而成圖2-10

雙V形坡口雙V形坡口由兩個V形坡口和一個I形坡口組合而成圖2-10三、壓力容器焊接接頭分類圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭。目的：為對口錯邊量、熱處理、無損檢測、焊縫尺寸等方面有針對性地提出不同的要求，GB150根據(jù)位置，根據(jù)該接頭所連接兩元件的結(jié)構(gòu)類型以及應(yīng)力水平，把接頭分成A、B、C、D四類，如圖2-11。

A類：三、壓力容器焊接接頭分類圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板圖2-11

壓力容器焊接接頭分類必須掌握圖2-11壓力容器焊接接頭分類必須掌握殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長頸法蘭與接管連接的接頭。但已規(guī)定為A、C、D類的焊接接頭除外。B類：平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭。C類：接管、人孔、凸緣、補強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。但已規(guī)定為A、B類的焊接接頭除外。D類：殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接B類：平蓋、管易于保證焊接質(zhì)量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其它位置的焊接結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量采用對接接頭。四、壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則1．盡量采用對接接頭角焊縫，改用對接焊縫［圖2-12（a）改為（b）和（c）]。減小了應(yīng)力集中，方便了無損檢測，有利于保證接頭的內(nèi)部質(zhì)量。舉例：易于保證焊接質(zhì)量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接圖2-12

容器接管的角接和對接（a）（b）（c）圖2-12容器接管的角接和對接（a）（b）（c）2．盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當(dāng)容器直徑較小，且無法從容器內(nèi)部清根時，應(yīng)選用單面焊雙面成型的對接接頭，如用氬弧焊打底，或采用帶墊板的坡口等。指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔合而留下空隙的現(xiàn)象。未熔透導(dǎo)致脆性破壞的起裂點，在交變載荷作用下，它也可能誘發(fā)疲勞破壞。未熔透改進(jìn)2．盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷選擇合適的盡可能采用等厚度焊接，對于不等厚鋼板的對接，應(yīng)將較厚板按一定斜度削薄過渡，然后再進(jìn)行焊接，以避免形狀突變，減緩應(yīng)力集中程度。一般當(dāng)薄板厚度δ2不大于10mm，兩板厚度差超過3mm；或當(dāng)薄板厚度δ2大于10mm，兩板厚度差超過薄板的30%，或超過5mm時，均需按圖2-13的要求削薄厚板邊緣。3．盡量減少焊縫處的應(yīng)力集中接頭常常是脆性破壞和疲勞破壞的起源處，因此，在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時必須盡量減少應(yīng)力集中。措施：盡可能采用等厚度焊接，對于不等厚鋼板的對接，應(yīng)將較厚板按一定圖2-13

板厚不等時的對接接頭圖2-13板厚不等時的對接接頭①盡量減少填充金屬量；②保證熔透，避免產(chǎn)生各種焊接缺陷；③便于施焊，改善勞動條件；④減少焊接變形和殘余變形量，對較厚元件焊接應(yīng)盡量選用沿厚度對稱的坡口形式，如X形坡口等。五、壓力容器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容：選擇合適的焊縫坡口，方便焊材(焊條或焊絲）伸入坡口根部，以保證全熔透。坡口選擇因素：①盡量減少填充金屬量；五、壓力容器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容：開孔帶來的問題削弱器壁的強(qiáng)度產(chǎn)生高的局部應(yīng)力開孔開孔帶來的問題削弱器壁的強(qiáng)度產(chǎn)生高的局部應(yīng)力開孔法蘭法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須注意壓緊面形狀和結(jié)構(gòu)形式的選擇法蘭法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須注意壓緊面形狀和結(jié)構(gòu)形式的選擇一、螺栓法蘭連接的密封性設(shè)計螺栓法蘭連接設(shè)計關(guān)鍵要解決兩個問題1.保證連接處“緊密不漏”；2.法蘭應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，不致因受力而破壞。實際應(yīng)用中主要是泄漏，很少有強(qiáng)度不足而破壞。密封性能：壓緊面墊片螺栓法蘭連接設(shè)計一、螺栓法蘭連接的密封性設(shè)計螺栓法蘭連接1.保證連接處“緊密（1）法蘭壓緊面的選擇壓緊面主要根據(jù)工藝條件、密封口徑以及墊片等進(jìn)行選擇。全平面（a）突面（b）凹凸面（c）榫槽面（d）環(huán)連接面（或稱T型槽）（e）等其中以突面、凹凸面、榫槽面最為常用。形式：圖2-16螺栓法蘭連接設(shè)計（1）法蘭壓緊面的選擇壓緊面主要根據(jù)工藝條件、密封口徑以及（a）全平面（b）突面（c）凹凸面（d）榫槽面（e）環(huán)連接面（T型槽）圖2-16（a）全平面（b）突面（c）凹凸面（d）榫槽面（e）環(huán)連接面凹凸面法蘭連接凹凸面法蘭連接榫槽面法蘭連接榫槽面法蘭連接突面壓緊面：簡單，加工方便，裝卸容易，易于防腐襯里。壓緊面可以是平滑的，適用于PN≤2.5MPa場合，帶溝槽的（2～4條、寬×深為0.8mm×0.4mm、截面為三角形周向溝槽），防止非金屬墊片被擠出，適用更廣。

容器法蘭可用至6.4MPa，管法蘭甚至可用至25～42MPa，但隨著公稱壓力的提高，適用的公稱直徑相應(yīng)減小。由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊片安放在槽內(nèi)，不會被擠出壓緊面，較少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕，所需螺栓力較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換墊片較難，只適用于易燃、易爆和高度或極度毒性危害介質(zhì)等重要場合。凹凸壓緊面：榫槽壓緊面：各壓緊面結(jié)構(gòu)簡介安裝易于對中，有效防止墊片被擠出，適用于PN≤6.4MPa的容器法蘭和管法蘭。突面壓緊面：簡單，加工方便，裝卸容由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊三幾種典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

·球罐

·管殼式換熱器

三幾種典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分類外觀殼體構(gòu)造方式支撐方式球形橢球形單數(shù)球殼層數(shù)多數(shù)桔瓣式足球瓣混合式支柱式支座筒形或錐形裙式支座球殼組合方案球罐分類外觀殼體構(gòu)造方式支撐方式球形橢球形單數(shù)球殼層數(shù)多數(shù)桔瓣式典型結(jié)構(gòu)示例圓球形單層純桔瓣式赤道正切球罐支柱拉桿操作平臺盤梯人孔、接管、液面計壓力計、溫度計、安全泄放裝置等上下極板、上下溫帶板、赤道板附件罐體圖2-17赤道正切柱式支承單層殼球罐1-球殼；2-液位計導(dǎo)管；3-避雷針；4-安全泄放閥；5-操作平臺；6-盤梯；7-噴淋水管；8-支柱；9-拉桿典型結(jié)構(gòu)示例圓球形單層純桔瓣式支柱拉桿操作平臺盤梯人孔、接管罐體作用球形儲罐主體，儲存物料、承受物料工作壓力和液柱靜壓力按其組合方式分純桔瓣式罐體足球瓣式罐體混合式罐體罐體作用球形儲罐主體，儲存物料、承受物料工作壓力和液柱靜壓力罐體（1）純桔瓣式罐體球殼全部按桔瓣片形狀進(jìn)行分割成型后再組合圖2-18赤道正切柱式支承單層殼球罐1-球殼；2-液位計導(dǎo)管；3-避雷針；4-安全泄放閥；5-操作平臺；6-盤梯；7-噴淋水管；8-支柱；9-拉桿罐體（1）純桔瓣式罐體球殼全部按桔瓣片圖2-18赤道正切柱特點缺點應(yīng)用球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝容易，加快組裝進(jìn)度并實施自動焊；便于布置支柱，焊接接頭受力均勻，質(zhì)量較可靠。球瓣在不同帶位置尺寸大小不一，互換有限；下料成型復(fù)雜，板材利用率低；球極板尺寸往往較小，人孔、接管等容易擁擠，有時焊縫不易錯開。適用于各種容量的球罐。特點缺點應(yīng)用球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝容易，加球瓣在不同帶（2）足球瓣式罐體由四邊形或六邊形組成圖2-19足球瓣式球罐1-頂部極板；2-赤道板；3-底部極板；4-支柱；5-拉桿；6-扶梯；7-頂部操作平臺（2）足球瓣式罐體由四邊形或六邊形組成特點缺點應(yīng)用每塊球殼板尺寸相同，下料成型規(guī)格化，材料利用率高，互換性好，組裝焊縫較短，焊接及檢驗工作量小。焊縫布置復(fù)雜，施工組裝困難，對球殼板的制造精度要求高。容積小于120m3的球罐。特點缺點應(yīng)用每塊球殼板尺寸相同，下料成型規(guī)格化，焊縫布置復(fù)雜（3）混合式罐體1-上極2-赤道帶3-支柱4-下極圖2-20混合式球罐（3）混合式罐體1-上極圖2-20混合式球罐特點赤道帶、溫帶——桔瓣式極板——足球瓣式材料利用率——高焊縫長度——縮短球殼板數(shù)量——減少適用于——大型球罐球罐支柱與球殼板焊接接頭——避免搭在一起，球殼應(yīng)力分布均勻極板尺寸——比純桔瓣式大，易布置人孔及接管特點赤道帶、溫帶——桔瓣式球罐支柱與球殼板焊接接頭——極板尺第二章設(shè)計2結(jié)構(gòu)設(shè)計課件第二章設(shè)計2結(jié)構(gòu)設(shè)計課件管殼式換熱器管殼式換熱器基本類型一、固定管板式二、浮頭式三、U形管式四、填料函式五、釜式重沸器基本類型一、固定管板式二、浮頭式三、U形管式四、填料函式五、一、固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)一、固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)雙管程固定管板換熱器雙管程固定管板換熱器——適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶解清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。缺點——當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。應(yīng)用為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差?！m用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、二、浮頭式結(jié)構(gòu)浮頭端可自由伸縮，無熱應(yīng)力浮頭端二、浮頭式結(jié)構(gòu)浮頭端可自由伸縮，無熱應(yīng)力浮頭端浮頭式換熱器浮頭式換熱器優(yōu)點——管間和管內(nèi)清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力；缺點——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求較高。應(yīng)用——殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。優(yōu)點——管間和管內(nèi)清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力；三、U形管式換熱器結(jié)構(gòu)U形管三、U形管式換熱器結(jié)構(gòu)U形管U形管式換熱器U形管式換熱器

優(yōu)點結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜，承壓能力強(qiáng)。

受彎管曲率半徑限制，布管少；管束最內(nèi)層管間距大，管板利用率低；缺點殼程流體易短路，傳熱不利。當(dāng)管子泄漏損壞時，只有外層U形管可更換，內(nèi)層管只能堵死，壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報廢率較高。管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要

應(yīng)用清洗，又不宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。優(yōu)點結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜，承壓能力強(qiáng)。四、填料函式結(jié)構(gòu)填料函式密封四、填料函式結(jié)構(gòu)填料函式密封優(yōu)點結(jié)構(gòu)較浮頭式簡單，加工制造方便；節(jié)省材料，造價比較低廉;

管束從殼體內(nèi)可抽出;

管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。缺點

填料處易泄漏。

應(yīng)用

4MPa以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。

注：填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。優(yōu)點結(jié)構(gòu)較浮頭式簡單，加工制造方便；與浮頭式、U形管式換熱器一樣，清洗維修方便；可處理不清潔、易結(jié)垢介質(zhì)，能承受高溫、高壓（無溫差應(yīng)力）。特點與浮頭式、U形管式換熱器一樣，特點2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管程——與管束中流體相通的空間殼程——換熱管外面流體及相通空間管程殼程管程2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管程——與管束中流體相通的空間殼程——2.1管程結(jié)構(gòu)一、換熱管二、管板三、管箱四、管束分程五、換熱管與管板連接2.1管程結(jié)構(gòu)一、換熱管二、管板三、管箱四、管束分程五、一、換熱管1.換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)）螺旋槽管螺紋管2.換熱管尺寸φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm無縫鋼管φ25×2和φ38×2.5mm不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等一、換熱管1.換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)小管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞用于較清潔的流體粘性大或污濁的流體大管徑小管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、粘性大或污濁的流體大管3.換熱管材料金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合金鈦等非金屬材料石墨陶瓷聚四氟乙烯等3.換熱管材料金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合金鈦4.換熱管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；正方形及轉(zhuǎn)角正方形較易清洗管橋強(qiáng)度清洗通道P≥1.25d04.換熱管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；管橋強(qiáng)表6-1常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距1619253240485772表6-1常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do121419管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)二、管板作用用來排布換熱管；將管程和殼程流體分開，避免冷、熱流體混合；承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用。二、管板作用用來排布換熱管；1.管板材料力學(xué)性能介質(zhì)腐蝕性（及tube-tubesheet間電位差對腐蝕影響）貴重鋼板價格流體無腐蝕性或有輕微腐蝕性時，管板采用壓力容器用碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造；腐蝕性較強(qiáng)時，用不銹鋼、銅、鋁、鈦等材料，為經(jīng)濟(jì)考慮，采用復(fù)合鋼板或堆焊襯里。1.管板材料力學(xué)性能流體無腐蝕性或有輕微腐蝕性時，2.管板結(jié)構(gòu)厚度——滿足強(qiáng)度前提下，盡量減少管板厚度熱應(yīng)力2.管板結(jié)構(gòu)厚度——熱應(yīng)力厚度計算標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》美國管式換熱器制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)TEMA西德AD標(biāo)準(zhǔn)厚度“厚管板”——GB151《管殼式換熱器》、美國管式換熱器制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)TEMA“薄管板”——西德AD標(biāo)準(zhǔn)，厚度一般為8-20mm厚度計算標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》厚度“厚管板”——GB三、管箱作用——流體送入換熱管和送出換熱器，在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素——清洗？管束分程？(a)(b)(c)(d)三、管箱作用——流體送入換熱管和送出換熱器，結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素特點清洗時要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。(a)特點清洗時要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。(a)換熱器管箱換熱器管箱四、管束分程管內(nèi)流動的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個管程換熱面積要變大管數(shù)增加流速下降傳熱系數(shù)下降多管程管子加長四、管束分程管內(nèi)流動的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個管折流板缺口垂直左右布置折流板缺口垂直左右布置隔板與擋管隔板與擋管第二章設(shè)計第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計第二章設(shè)計第二節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計整體結(jié)構(gòu)單層式多層式繞板式型槽繞帶式熱套式鍛焊式安全性高，但是生產(chǎn)工序多，勞動生產(chǎn)率低。不必逐層包扎層板和焊接每層層板的焊縫型槽鋼帶層層嚙合，可使鋼帶層承受容器的一部分軸向力；筒體上沒有貫穿整個壁厚的環(huán)焊縫；使用安全性高；但是需要特殊軋制的型槽鋼帶和專用機(jī)床。成為輕水反應(yīng)堆壓力容器，石油工業(yè)加氫反應(yīng)器和煤轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)形式一、壓力容器的結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)單層式多層式繞板式型槽繞帶式熱套式鍛焊式安全性高，但整體結(jié)構(gòu)單層式優(yōu)點——簡單①深環(huán)、縱焊縫，焊接缺陷檢測和消除困難；且結(jié)構(gòu)本身缺乏阻止裂紋快速擴(kuò)展的能力；②大型鍛件、厚鋼板性能比薄鋼板差，不同方向力學(xué)性能差異大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度較高，發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞的可能性也較大；③加工設(shè)備要求高。缺點——組合式整體結(jié)構(gòu)單層式優(yōu)點——簡單①深環(huán)、縱焊縫，焊接缺陷檢測和消除2、制造：用裝置將層板逐層、同心地包扎在內(nèi)筒上；借縱焊縫的焊接收縮力使層板和內(nèi)筒、層板與層板之間互相貼緊，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力；筒節(jié)上均開有安全孔——報警。筒體深環(huán)焊縫筒節(jié)內(nèi)層——12～25mm外層——4～12mm的多層層板為避免裂紋沿壁厚方向擴(kuò)展，各層板之間的縱焊縫應(yīng)相互錯開75°。筒節(jié)的長度視鋼板的寬度而定，層數(shù)則隨所需的厚度而定。一、多層包扎式1、結(jié)構(gòu)：2、制造：筒體深環(huán)焊縫筒節(jié)內(nèi)層——12～25mm外層——4～圖2-1

多層包扎筒節(jié)一、多層包扎式(續(xù))圖2-1多層包扎筒節(jié)一、多層包扎式(續(xù))一、多層包扎式(續(xù))5、應(yīng)用情況：目前世界上使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗最為豐富的組合式筒體結(jié)構(gòu)。3、優(yōu)點：制造工藝簡單，不需大型復(fù)雜加工設(shè)備；安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴(kuò)展的能力；減少了脆性破壞的可能性；包扎預(yù)應(yīng)力改善筒體的應(yīng)力分布；對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可選擇合適的內(nèi)筒材料。4、缺點：筒體制造工序多、周期長、效率低、鋼材利用率低（僅60%左右）；深環(huán)焊縫對制造質(zhì)量和安全有顯著影響。①無損檢測困難，環(huán)焊縫的兩側(cè)均有層板，無法用超聲檢測，只能射線檢測；②焊縫部位存在很大的焊接殘余應(yīng)力，且焊縫晶粒易變得粗大而韌性下降；③環(huán)焊縫的坡口切削工作量大，且焊接復(fù)雜。一、多層包扎式(續(xù))5、應(yīng)用情況：3、優(yōu)點：4、缺點：1、結(jié)構(gòu)，制造：內(nèi)筒（厚度>30mm）卷焊成直徑不同但可過盈配合的筒節(jié)，將外層筒節(jié)加熱到計算的溫度進(jìn)行套合，冷卻收縮后得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。圖2-2熱套筒節(jié)二、熱套式1、結(jié)構(gòu)，制造：圖2-2熱套筒節(jié)二、熱套式2、優(yōu)點：工序少，周期短，且具有包扎式筒體的大多數(shù)優(yōu)點。3、缺點：筒體要有較準(zhǔn)確的過盈量，卷筒的精度要求很高，且套合時需選配套合；套合時貼緊程度不很均勻；套合后，需熱處理以消除套合預(yù)應(yīng)力及深環(huán)焊縫的焊接殘余應(yīng)力。二、熱套式(續(xù))2、優(yōu)點：3、缺點：二、熱套式(續(xù))1、結(jié)構(gòu)：由內(nèi)筒、繞板層和外筒三部分組成，是在多層包扎式筒體的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。2、制造：內(nèi)筒與多層包扎式內(nèi)筒相同，外層是在內(nèi)筒外面連續(xù)纏繞若干層3～5mm厚的薄鋼板而構(gòu)成筒節(jié)，只有內(nèi)外兩道縱焊縫，需要2個楔形過渡段，外筒為保護(hù)層，由兩塊半圓或三塊“瓦片”制成。3、優(yōu)點：機(jī)械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可達(dá)90%以上）。4、缺點：中間厚兩邊薄，累積間隙。圖2－3繞板式三、繞板式1、結(jié)構(gòu)：由內(nèi)筒、繞板層和外筒三部分組成，是在多層包扎式圖21、結(jié)構(gòu)：錯開環(huán)縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結(jié)構(gòu)。2、制造：

將內(nèi)筒拼接到所需的長度，兩端焊上法蘭或封頭；

在整個長度上逐層包扎層板，待全長度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二層，直至所需厚度。3、優(yōu)點：環(huán)、縱焊縫錯開，筒體與封頭或法蘭間的環(huán)焊縫為一定角度的斜面焊縫，承載面積增大。內(nèi)筒包扎層板端部法蘭底封頭圖2－4

整體多層包扎式厚壁容器筒體四、整體多層包扎式1、結(jié)構(gòu)：錯開環(huán)縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結(jié)構(gòu)。內(nèi)筒包扎以鋼帶纏繞在內(nèi)筒外面獲得所需厚度筒壁兩種結(jié)構(gòu)型槽繞帶式扁平鋼帶傾角錯繞式型槽繞帶式用特制的型槽鋼帶螺旋纏繞在特制的內(nèi)筒上，端面形狀見圖2-5（a），內(nèi)筒外表面上預(yù)先加工有與鋼帶相嚙合的螺旋狀凹槽。纏繞時，鋼帶先經(jīng)電加熱，再進(jìn)行螺旋纏繞，繞制后依次用空氣和水進(jìn)行冷卻，使其收縮產(chǎn)生預(yù)緊力，可保證每層鋼帶貼緊；各層鋼帶之間靠凹槽和凸肩相互嚙合(見圖2-5（b）)，纏繞層能承受一部分由內(nèi)壓引起的軸向力。五、繞帶式以鋼帶纏繞在內(nèi)筒外面獲得所需厚度筒壁兩種結(jié)構(gòu)型槽繞帶式扁平鋼圖2-5

（a）型槽繞帶式筒體（b）型槽鋼帶結(jié)構(gòu)示意圖縮套環(huán)雙錐面墊片焊縫（a）（b）五、繞帶式（續(xù)）圖2-5（a）型槽繞帶式筒體（b）型槽鋼帶結(jié)構(gòu)示意圖縮套五、繞帶式（續(xù)）缺點：鋼帶需由鋼廠專門軋制，尺寸公差要求嚴(yán)，技術(shù)要求高；為保證鄰層鋼帶能相互嚙合，需采用精度較高的專用纏繞機(jī)床。優(yōu)點：筒體具有較高的安全性，機(jī)械化程度高，材料損耗少，且由于存在預(yù)緊力，在內(nèi)壓作用下，筒壁應(yīng)力分布較均勻。五、繞帶式（續(xù)）缺點：鋼帶需由鋼廠專門軋制，尺寸公差要求優(yōu)點（2）扁平鋼帶傾角錯繞式中國首創(chuàng)的一種新型繞帶式筒體；該結(jié)構(gòu)已被列入

ASMEⅧ-1和ASMEⅧ-2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范案例，編號分別為2229和2269。內(nèi)筒鋼帶層底封頭端部法蘭圖2-5（c）扁平鋼帶傾角錯繞式筒體五、繞帶式（續(xù)）（2）扁平鋼帶傾角錯繞式內(nèi)筒鋼帶層底封頭端部法蘭圖2-5（與其它類型厚壁筒體相比，扁平鋼帶傾角錯繞式筒體結(jié)構(gòu)具有設(shè)計靈活、制造方便、可靠性高、在線安全監(jiān)控容易等優(yōu)點。結(jié)構(gòu)：內(nèi)筒厚度約占總壁厚的1/6～1/4，采用“預(yù)應(yīng)力冷繞”和“壓棍預(yù)彎貼緊”技術(shù)，環(huán)向15°～30°傾角在薄內(nèi)筒外交錯纏繞扁平鋼帶。鋼帶寬約80～160mm、厚約4～16mm，其始末兩端分別與底封頭和端部法蘭相焊接。優(yōu)點：五、繞帶式（續(xù)）與其它類型厚壁筒體相比，扁平鋼帶傾角錯繞式筒體結(jié)構(gòu)具有設(shè)計靈結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循的原則結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)平滑過渡在引起應(yīng)力集中或消弱強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)應(yīng)相互錯開，避免高應(yīng)力疊加避免采用剛性過大的焊接結(jié)構(gòu)受熱系統(tǒng)及部件的漲縮不要受限制結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循的原則結(jié)構(gòu)不連續(xù)處應(yīng)平滑過渡在引起應(yīng)力集中或消弱二主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.一般要求各受壓部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，并裝有可靠的安全保護(hù)設(shè)施，防止超壓；受壓元件、部件的結(jié)構(gòu)形式、開孔和焊縫的布置應(yīng)盡量避免或減小復(fù)合應(yīng)力和應(yīng)力集中；承重結(jié)構(gòu)在承受設(shè)計載荷時應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及防腐蝕性；容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安裝、檢修和清洗二主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.一般要求各受壓部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度2.封頭封頭種類凸形封頭錐殼變徑段平蓋緊縮口半球形封頭橢圓形封頭碟形封頭球冠形封頭2.封頭封頭種類凸形封頭錐殼變徑段平蓋緊縮口半球形封頭橢圓形a.半球形封頭b.橢圓形封頭c.碟形封頭d.球冠形封頭2-6常見容器封頭的形式封頭設(shè)計：優(yōu)先選用封頭標(biāo)準(zhǔn)中推薦的型式與參數(shù)，根據(jù)受壓情況進(jìn)行強(qiáng)度或剛度計算，確定合適的厚度。a.半球形封頭b.橢圓形封頭c.碟形封頭d.球冠形封頭2-6薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半，最理想的結(jié)構(gòu)形式。一、半球形封頭半球形封頭為半個球殼，如圖2-6(a)所示。1.受內(nèi)壓的半球形封頭優(yōu)點缺點深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。應(yīng)用高壓容器。薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半，最理想的結(jié)構(gòu)形式。一、半球形二、橢圓形封頭二、橢圓形封頭二、橢圓形封頭（續(xù)）

避免封頭和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由半個橢球面和短圓筒組成，如圖2-6（b）所示。直邊段作用：中、低壓容器。應(yīng)用：(1)受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭受力：薄膜應(yīng)力＋不連續(xù)應(yīng)力。二、橢圓形封頭（續(xù)）避免封頭和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率三、碟形封頭不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應(yīng)力。邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位，故受力狀況不佳。結(jié)構(gòu)帶折邊球面封頭，由半徑為Ri的球面體、半徑為r的過渡環(huán)殼和短圓筒等三部分組成，見圖2-6（c）。優(yōu)點過渡環(huán)殼降低了封頭深度，方便成型，且壓制碟形封頭的鋼模加工簡單，應(yīng)用廣泛。缺點三、碟形封頭不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應(yīng)力。邊緣彎曲應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用作容器中兩獨立受壓室中間封頭，端蓋。無轉(zhuǎn)角過渡，存在相當(dāng)大的不連續(xù)應(yīng)力，其應(yīng)力分布不甚合理。四、球冠形封頭碟形封頭當(dāng)r=0時，球面與筒體直接連接，如圖4-15（d）所示優(yōu)點：缺點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用作容器中兩獨立受壓四、球冠形封頭4錐殼軸對稱錐殼無折邊錐殼折邊錐殼特點：結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)力分布不理想應(yīng)用排放固體顆粒和懸浮或粘稠液體不同直徑圓筒體的中間過渡段中、低壓容器4錐殼軸對稱錐殼無折邊錐殼折邊錐殼特點：結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)力分布（a）無折邊錐殼；（b）大端折邊錐殼；（c）折邊錐殼圖2-7

錐殼結(jié)構(gòu)形式（a）無折邊錐殼；（b）大端折邊錐殼；（c平蓋理論分析：以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，分為周邊固支或簡支；實際上：介于固支和簡支之間；工程計算：采用圓平板理論為基礎(chǔ)的經(jīng)驗公式，通過系數(shù)K來體現(xiàn)平蓋周邊的支承情況，K值越小,平蓋周邊越接近固支；

反之就越接近于簡支。

幾何形狀：圓形、橢圓形、長圓形、矩形及正方形等。平蓋理論分析：實際上：介于工程計算：采用圓平板理論幾何形狀：焊接接頭一、焊接接頭形式對接接頭角接接頭及T字形接頭搭接接頭焊接接頭形式焊接接頭一、焊接接頭形式對接接頭角接接頭及T字形接頭搭接（a）對接接頭；（b）角接接頭；（c）搭接接頭圖2-8

焊接接頭的三種形式受熱均勻，受力對稱，便于無損檢測，焊接質(zhì)量容易得到保證。1．對接接頭結(jié)構(gòu)：兩個相互連接零件在接頭處的中面處于同一平面或同一弧面內(nèi)進(jìn)行焊接的接頭。特點：應(yīng)用：最常用的焊接結(jié)構(gòu)形式。（a）對接接頭；（b）角接接頭；（c）搭接接頭受結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對接接頭，應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，且焊接質(zhì)量也不易得到保證。2．角接接頭和T型接頭結(jié)構(gòu)：兩個相互連接零件在接頭處的中面相互垂直或相交成某一角度進(jìn)行焊接的接頭。兩構(gòu)件成T字形焊接在一起的接頭，叫T型接頭。角接接頭和T字接頭都形成角焊縫。特點：某些特殊部位：接管、法蘭、夾套、管板和凸緣的焊接等。應(yīng)用：結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不如對接接頭，應(yīng)力集中2．角接接頭3．搭接接頭主要用于加強(qiáng)圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣與容器的焊接。結(jié)構(gòu)：兩個相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中面相互平行，進(jìn)行焊接的接頭。特點：屬于角焊縫，與角接接頭一樣，在接頭處結(jié)構(gòu)明顯不連續(xù)，承載后接頭部位受力情況較差。應(yīng)用：3．搭接接頭主要用于加強(qiáng)圈與殼體、支座墊板與器壁以及凸緣焊接坡口——為保證全熔透和焊接質(zhì)量，減少焊接變形，施焊前，一般將焊件連接處預(yù)先加工成各種形狀。不同的焊接坡口，適用于不同的焊接方法和焊件厚度。二、坡口形式Ⅰ形V型單邊V形U形J形基本坡口形狀組合形狀坡口形狀焊接坡口——二、坡口形式Ⅰ形V型單邊V形U形J形基本坡口圖2-9

坡口的基本形式特例：一般接頭應(yīng)開設(shè)坡口，而搭接接頭無需開坡口即可焊接。J型U型單邊V型V型I型圖2-9坡口的基本形式特例：一般接頭應(yīng)開設(shè)坡口，雙V形坡口由兩個V形坡口和一個I形坡口組合而成圖2-10

雙V形坡口雙V形坡口由兩個V形坡口和一個I形坡口組合而成圖2-10三、壓力容器焊接接頭分類圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板層縱向接頭除外）、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭。目的：為對口錯邊量、熱處理、無損檢測、焊縫尺寸等方面有針對性地提出不同的要求，GB150根據(jù)位置，根據(jù)該接頭所連接兩元件的結(jié)構(gòu)類型以及應(yīng)力水平，把接頭分成A、B、C、D四類，如圖2-11。

A類：三、壓力容器焊接接頭分類圓筒部分的縱向接頭（多層包扎容器層板圖2-11

壓力容器焊接接頭分類必須掌握圖2-11壓力容器焊接接頭分類必須掌握殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長頸法蘭與接管連接的接頭。但已規(guī)定為A、C、D類的焊接接頭除外。B類：平蓋、管板與圓筒非對接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭。C類：接管、人孔、凸緣、補強(qiáng)圈等與殼體連接的接頭。但已規(guī)定為A、B類的焊接接頭除外。D類：殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接B類：平蓋、管易于保證焊接質(zhì)量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其它位置的焊接結(jié)構(gòu)也應(yīng)盡量采用對接接頭。四、壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則1．盡量采用對接接頭角焊縫，改用對接焊縫［圖2-12（a）改為（b）和（c）]。減小了應(yīng)力集中，方便了無損檢測，有利于保證接頭的內(nèi)部質(zhì)量。舉例：易于保證焊接質(zhì)量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接圖2-12

容器接管的角接和對接（a）（b）（c）圖2-12容器接管的角接和對接（a）（b）（c）2．盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當(dāng)容器直徑較小，且無法從容器內(nèi)部清根時，應(yīng)選用單面焊雙面成型的對接接頭，如用氬弧焊打底，或采用帶墊板的坡口等。指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔合而留下空隙的現(xiàn)象。未熔透導(dǎo)致脆性破壞的起裂點，在交變載荷作用下，它也可能誘發(fā)疲勞破壞。未熔透改進(jìn)2．盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷選擇合適的盡可能采用等厚度焊接，對于不等厚鋼板的對接，應(yīng)將較厚板按一定斜度削薄過渡，然后再進(jìn)行焊接，以避免形狀突變，減緩應(yīng)力集中程度。一般當(dāng)薄板厚度δ2不大于10mm，兩板厚度差超過3mm；或當(dāng)薄板厚度δ2大于10mm，兩板厚度差超過薄板的30%，或超過5mm時，均需按圖2-13的要求削薄厚板邊緣。3．盡量減少焊縫處的應(yīng)力集中接頭常常是脆性破壞和疲勞破壞的起源處，因此，在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時必須盡量減少應(yīng)力集中。措施：盡可能采用等厚度焊接，對于不等厚鋼板的對接，應(yīng)將較厚板按一定圖2-13

板厚不等時的對接接頭圖2-13板厚不等時的對接接頭①盡量減少填充金屬量；②保證熔透，避免產(chǎn)生各種焊接缺陷；③便于施焊，改善勞動條件；④減少焊接變形和殘余變形量，對較厚元件焊接應(yīng)盡量選用沿厚度對稱的坡口形式，如X形坡口等。五、壓力容器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容：選擇合適的焊縫坡口，方便焊材(焊條或焊絲）伸入坡口根部，以保證全熔透。坡口選擇因素：①盡量減少填充金屬量；五、壓力容器常用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容：開孔帶來的問題削弱器壁的強(qiáng)度產(chǎn)生高的局部應(yīng)力開孔開孔帶來的問題削弱器壁的強(qiáng)度產(chǎn)生高的局部應(yīng)力開孔法蘭法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須注意壓緊面形狀和結(jié)構(gòu)形式的選擇法蘭法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須注意壓緊面形狀和結(jié)構(gòu)形式的選擇一、螺栓法蘭連接的密封性設(shè)計螺栓法蘭連接設(shè)計關(guān)鍵要解決兩個問題1.保證連接處“緊密不漏”；2.法蘭應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，不致因受力而破壞。實際應(yīng)用中主要是泄漏，很少有強(qiáng)度不足而破壞。密封性能：壓緊面墊片螺栓法蘭連接設(shè)計一、螺栓法蘭連接的密封性設(shè)計螺栓法蘭連接1.保證連接處“緊密（1）法蘭壓緊面的選擇壓緊面主要根據(jù)工藝條件、密封口徑以及墊片等進(jìn)行選擇。全平面（a）突面（b）凹凸面（c）榫槽面（d）環(huán)連接面（或稱T型槽）（e）等其中以突面、凹凸面、榫槽面最為常用。形式：圖2-16螺栓法蘭連接設(shè)計（1）法蘭壓緊面的選擇壓緊面主要根據(jù)工藝條件、密封口徑以及（a）全平面（b）突面（c）凹凸面（d）榫槽面（e）環(huán)連接面（T型槽）圖2-16（a）全平面（b）突面（c）凹凸面（d）榫槽面（e）環(huán)連接面凹凸面法蘭連接凹凸面法蘭連接榫槽面法蘭連接榫槽面法蘭連接突面壓緊面：簡單，加工方便，裝卸容易，易于防腐襯里。壓緊面可以是平滑的，適用于PN≤2.5MPa場合，帶溝槽的（2～4條、寬×深為0.8mm×0.4mm、截面為三角形周向溝槽），防止非金屬墊片被擠出，適用更廣。

容器法蘭可用至6.4MPa，管法蘭甚至可用至25～42MPa，但隨著公稱壓力的提高，適用的公稱直徑相應(yīng)減小。由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊片安放在槽內(nèi)，不會被擠出壓緊面，較少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕，所需螺栓力較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換墊片較難，只適用于易燃、易爆和高度或極度毒性危害介質(zhì)等重要場合。凹凸壓緊面：榫槽壓緊面：各壓緊面結(jié)構(gòu)簡介安裝易于對中，有效防止墊片被擠出，適用于PN≤6.4MPa的容器法蘭和管法蘭。突面壓緊面：簡單，加工方便，裝卸容由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊三幾種典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

·球罐

·管殼式換熱器

三幾種典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分類外觀殼體構(gòu)造方式支撐方式球形橢球形單數(shù)球殼層數(shù)多數(shù)桔瓣式足球瓣混合式支柱式支座筒形或錐形裙式支座球殼組合方案球罐分類外觀殼體構(gòu)造方式支撐方式球形橢球形單數(shù)球殼層數(shù)多數(shù)桔瓣式典型結(jié)構(gòu)示例圓球形單層純桔瓣式赤道正切球罐支柱拉桿操作平臺盤梯人孔、接管、液面計壓力計、溫度計、安全泄放裝置等上下極板、上下溫帶板、赤道板附件罐體圖2-17赤道正切柱式支承單層殼球罐1-球殼；2-液位計導(dǎo)管；3-避雷針；4-安全泄放閥；5-操作平臺；6-盤梯；7-噴淋水管；8-支柱；9-拉桿典型結(jié)構(gòu)示例圓球形單層純桔瓣式支柱拉桿操作平臺盤梯人孔、接管罐體作用球形儲罐主體，儲存物料、承受物料工作壓力和液柱靜壓力按其組合方式分純桔瓣式罐體足球瓣式罐體混合式罐體罐體作用球形儲罐主體，儲存物料、承受物料工作壓力和液柱靜壓力罐體（1）純桔瓣式罐體球殼全部按桔瓣片形狀進(jìn)行分割成型后再組合圖2-18赤道正切柱式支承單層殼球罐1-球殼；2-液位計導(dǎo)管；3-避雷針；4-安全泄放閥；5-操作平臺；6-盤梯；7-噴淋水管；8-支柱；9-拉桿罐體（1）純桔瓣式罐體球殼全部按桔瓣片圖2-18赤道正切柱特點缺點應(yīng)用球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝容易，加快組裝進(jìn)度并實施自動焊；便于布置支柱，焊接接頭受力均勻，質(zhì)量較可靠。球瓣在不同帶位置尺寸大小不一，互換有限；下料成型復(fù)雜，板材利用率低；球極板尺寸往往較小，人孔、接管等容易擁擠，有時焊縫不易錯開。適用于各種容量的球罐。特點缺點應(yīng)用球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝容易，加球瓣在不同帶（2）足球瓣式罐體由四邊形或六邊形組成圖2-19足球瓣式球罐1-頂部極板；2-赤道板；3-底部極板；4-支柱；5-拉桿；6-扶梯；7-頂部操作平臺（2）足球瓣式罐體由四邊形或六邊形組成特點缺點應(yīng)用每塊球殼板尺寸相同，下料成型規(guī)格化，材料利用率高，互換性好，組裝焊縫較短，焊接及檢驗工作量小。焊縫布置復(fù)雜，施工組裝困難，對球殼板的制造精度要求高。容積小于120m3的球罐。特點缺點應(yīng)用每塊球殼板尺寸相同，下料成型規(guī)格化，焊縫布置復(fù)雜（3）混合式罐體1-上極2-赤道帶3-支柱4-下極圖2-20混合式球罐（3）混合式罐體1-上極圖2-20混合式球罐特點赤道帶、溫帶——桔瓣式極板——足球瓣式材料利用率——高焊縫長度——縮短球殼板數(shù)量——減少適用于——大型球罐球罐支柱與球殼板焊接接頭——避免搭在一起，球殼應(yīng)力分布均勻極板尺寸——比純桔瓣式大，易布置人孔及接管特點赤道帶、溫帶——桔瓣式球罐支柱與球殼板焊接接頭——極板尺第二章設(shè)計2結(jié)構(gòu)設(shè)計課件第二章設(shè)計2結(jié)構(gòu)設(shè)計課件管殼式換熱器管殼式換熱器基本類型一、固定管板式二、浮頭式三、U形管式四、填料函式五、釜式重沸器基本類型一、固定管板式二、浮頭式三、U形管式四、填料函式五、一、固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)一、固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)雙管程固定管板換熱器雙管程固定管板換熱器——適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶解清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。缺點——當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。應(yīng)用為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差?！m用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、二、浮頭式結(jié)構(gòu)浮頭端可自由伸縮，無熱應(yīng)力浮