第三章水工藝設(shè)備理論基礎(chǔ)主要內(nèi)容一、容器應(yīng)力理論二、機(jī)械傳動(dòng)理論三、機(jī)械制造工藝四、熱量傳遞與交換理論§3.1容器應(yīng)力理論§3.3.1容器概述一、容器概念容器是設(shè)備外部殼體的總稱。在這些設(shè)備中，有的用來貯存物料，例如各種貯罐、水槽、泥槽；有的進(jìn)行反應(yīng)過程，例如各種床式反應(yīng)器、離子交換柱、吸附塔。水工藝中使用的容器壁厚t與曲率半徑R之比一般小于1/10，稱作薄壁容器。即二、容器的分類容器根據(jù)其形狀、承壓、材質(zhì)、內(nèi)部構(gòu)造可分成不同的類型（1）按容器形狀分為①方形或矩形容器——由平板焊成特點(diǎn)：制造簡(jiǎn)單，便于布置和分格，但承壓能力差適用范圍：故只用于小型常壓設(shè)備?！?.1容器應(yīng)力理論②球形容器——由數(shù)塊球瓣板拼焊而成(類似籃球)特點(diǎn)：承壓能力好且相同表面積時(shí)容器容積最大，但制作麻煩且不便于安置內(nèi)部構(gòu)件適用范圍：一般只用于承壓的貯罐。③圓筒形容器——由圓柱形筒體和各種形狀的封頭組成特點(diǎn)：制造較為容易，便于安裝各種內(nèi)部構(gòu)件，且承壓性能較好。適用范圍：各種儲(chǔ)罐，在水工藝中應(yīng)用最為廣泛(后面主要以圓筒容器為例講)。（2）按容器承壓情況分為①常壓容器：容器僅承受容器內(nèi)介質(zhì)的靜壓力，一般為開口容器。②內(nèi)壓容器：容器內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力的容器。按介質(zhì)工作壓力Pw

的大小，內(nèi)壓容器可分為低壓（0.1~1.6MPa）、中壓（10~100MPa）和高壓容器（>100MPa）。水工藝設(shè)備中，內(nèi)壓容器應(yīng)用較多，但一般屬于低、中壓容器。內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是強(qiáng)度問題§3.1容器應(yīng)力理論③外壓容器：容器內(nèi)介質(zhì)壓力小于外界壓力的容器。外壓容器設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)考慮穩(wěn)定問題。（變形）（3）按容器組成材料分為①金屬容器②非金屬容器（4）按容器內(nèi)有無填料分為①無填料容器②填料容器(本章中僅討論水工藝中使用最多的鋼制內(nèi)壓容器。)三、容器結(jié)構(gòu)(以圓筒形容器為例)容器一般由筒體（又稱筒身）、封頭（又稱端蓋）、法蘭、支座、進(jìn)出管及人孔（或手孔）視鏡等組成（如圖所示）。下面主要講的是有關(guān)中、低壓容器的筒體、封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算的基本知識(shí)?！?.1容器應(yīng)力理論圓筒形容器結(jié)構(gòu)§3.1容器應(yīng)力理論四、容器設(shè)計(jì)的基本要求（1）工藝要求容器的總體尺寸、接口管的數(shù)目與位置、介質(zhì)的工作壓力Pw、填料的種類、規(guī)格、厚度等一般是根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求通過工藝設(shè)計(jì)算及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)決定。（2）機(jī)械設(shè)計(jì)的要求①強(qiáng)度強(qiáng)度是容器抵抗外力而不破壞的能力。②剛度剛度是容器抵抗外力使其不發(fā)生不允許變形的能力。③穩(wěn)定性穩(wěn)定性是容器或容器構(gòu)件在外力作用下維持其原有形狀的能力。以防止在外力作用下容器被壓癟或出現(xiàn)折皺。④嚴(yán)密性容器必須具有足夠的嚴(yán)密性，特別是承壓容器和貯存、處理有毒介質(zhì)的容器應(yīng)具有良好嚴(yán)密性。⑤抗腐蝕性和抗沖刷性容器的材料及其構(gòu)件和填充的填料要能有效的抵抗介質(zhì)的腐蝕和水流的沖刷，以保持容器具有較長(zhǎng)的使用年限§3.1容器應(yīng)力理論⑥經(jīng)濟(jì)方面的要求在保證容器和工藝要求和機(jī)械設(shè)計(jì)的要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇較為便宜的材料以降低制作成本。⑦制作、安裝、運(yùn)輸及維修均應(yīng)方便?！?.1.2回轉(zhuǎn)曲面與回轉(zhuǎn)薄殼1、回轉(zhuǎn)曲面以一條直線或平面曲線作母線，繞其同平面的軸線（即回轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)一周就形成了回轉(zhuǎn)曲面。2、回轉(zhuǎn)薄殼以回轉(zhuǎn)曲面作為中間面的殼體稱作回轉(zhuǎn)殼體。內(nèi)外表面之間的法向距離稱為殼體厚度。對(duì)于薄殼，常用中間面來代替殼體的幾何特性。3、經(jīng)線如圖示，在曲面上取一點(diǎn)C，過C點(diǎn)和回轉(zhuǎn)軸OO′作一平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線OB稱作曲面的經(jīng)線§3.1容器應(yīng)力理論4、緯線過C點(diǎn)作與OO′軸垂直的平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線為一個(gè)圓，稱為回轉(zhuǎn)曲面的平行圓，平行圓就是回轉(zhuǎn)曲面的緯線。平行圓的圓心K3必在軸OO′上，平行圓的半徑CK3用r表示。5、第一曲率半徑過C點(diǎn)作經(jīng)線的法線CN，CN線上必有C點(diǎn)的曲率中心K1點(diǎn)，CK1是經(jīng)線上C點(diǎn)的曲率半徑，用ρ1表示，稱C點(diǎn)的第一曲率半徑。6、第二曲率半徑過C點(diǎn)再作一個(gè)與經(jīng)線OB在C點(diǎn)的切線相垂直的平面，該平面與回轉(zhuǎn)曲面的交線為一條平面曲線，可以證明該曲線在C點(diǎn)的曲率中心K2必定在OO′軸上，CK2稱作點(diǎn)的第二曲率半徑，用ρ2表示?！?.1容器應(yīng)力理論(a)(b)(d)(c)dQ＝2πrpdLcosφφdQ＝2πrpdrQ′＝2πrcδσmsinφφ=§3.1容器器應(yīng)力理理論§3.1.3回回轉(zhuǎn)薄殼殼的薄膜膜應(yīng)力回轉(zhuǎn)薄殼殼承受內(nèi)內(nèi)壓后，，在經(jīng)線線方向和和緯線方方向都要要產(chǎn)生伸伸長(zhǎng)變形形，所以以，在經(jīng)經(jīng)線方向向?qū)?huì)產(chǎn)產(chǎn)生經(jīng)向向應(yīng)力σm，在緯線方方向會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生環(huán)向向應(yīng)力σm。由于軸對(duì)對(duì)稱，故故同一緯緯線上各各點(diǎn)的經(jīng)經(jīng)向應(yīng)力力σm和環(huán)向應(yīng)應(yīng)力σm均相等。。由于我我們涉及及的殼體體為薄殼殼，可以以認(rèn)為σm和σm在殼壁厚厚度上均均勻分布布。（1）經(jīng)向薄膜膜應(yīng)力--（殼殼體平衡衡方程））用一個(gè)與與回轉(zhuǎn)殼殼體中間間面正交交的圓錘錘面切割割一承受受內(nèi)壓的的殼體，，取截面面以下的的分離體體進(jìn)行研研究。該該分離體上上作用著著介質(zhì)的的內(nèi)壓力力p和經(jīng)向應(yīng)應(yīng)力σm（圖b、c）），二者在軸方向向應(yīng)互相相平衡（即作用用力和反反作用力力的關(guān)系系）。從從這種觀觀點(diǎn)出發(fā)發(fā)，推導(dǎo)導(dǎo)出計(jì)算算經(jīng)向應(yīng)應(yīng)力σm的公式。。在分離體體COC1取一寬度度為dL的環(huán)帶（（圖b），其上作用用的氣體體壓力在在軸線方方向的合合力是dQ，其值為dQ＝2πrpdLcosφφ§3.1容器器應(yīng)力理理論從圖d可推出，，所以以dQ＝2πrpdr則作用在在殼體COC1上的氣體體壓力沿沿軸線上上的合力力Q為式中rc為Ｃ處同同心圓的的半徑，，而為為此同心心圓的面面積?？煽梢钥闯龀觯训拇蟠笮≈慌c與介質(zhì)壓壓強(qiáng)p和截取處處的橫截截面的面面積有關(guān)關(guān)，而與與分離體體的表面面形狀無無關(guān)。（（p為常數(shù)時(shí)時(shí)，相當(dāng)當(dāng)于作用用在垂直直投影面面上）經(jīng)向應(yīng)力力在軸線線方向的的合力Q′為Q′＝2πrcδσmsinφ=由于Q=Q′,可解得：：從圖c可以看出出：§3.1容器器應(yīng)力理理論由此可得得：式中：p--介質(zhì)內(nèi)壓壓力，MPa；；ρ2--殼體中間間面在計(jì)計(jì)算點(diǎn)處處的第二二曲率半半徑，mm；δ--殼體壁厚厚，mm。此式稱作作殼體平平衡方程程。單元體截截取及各各截面上上的應(yīng)力力σm和σθ在法線上上的分量量pdl1dl2=2Qmsin+2Qθsin§3.1容器器應(yīng)力理理論（2）環(huán)環(huán)向薄膜膜應(yīng)力———(微微體平衡衡方程又又稱拉普普拉斯方方程）在殼體上上用兩對(duì)對(duì)截面和和殼體的的內(nèi)外表表面截取取一小單單元體，，如圖示示。這兩兩對(duì)截面面一是相相鄰的夾夾角為dθ的徑線平平面；二二是兩個(gè)個(gè)相鄰的的與殼體體中面正正交且夾夾角為dφ的錐面。?？疾煨⌒卧w體abcd的力平衡衡，從而而找出環(huán)環(huán)向應(yīng)力力σθ與經(jīng)向應(yīng)應(yīng)力σm和殼體所所受內(nèi)壓壓力之間間的關(guān)系系。由于小單單元體很很小，可可以認(rèn)為為ab和cd面上的環(huán)環(huán)向應(yīng)力力σθ和bc和ad面上經(jīng)向向應(yīng)力σm均是勻布布的。設(shè)設(shè)ab=cd=dl1；bc=ad=dl2，殼體厚度度為δ。在小單元元體的法法線方向向上作用用著介質(zhì)質(zhì)的內(nèi)壓壓力p，其合力p的值為P=pdl1dl2在bc和ad面上的經(jīng)經(jīng)向應(yīng)力力σm，其合力值值Qm為Qm=σmδdl2在ab和cd面上作用用著環(huán)向向應(yīng)力σθ，其合力值值Qθ為Qθ=σθδdl1§3.1容器器應(yīng)力理理論內(nèi)壓力p、經(jīng)向應(yīng)力力σm和環(huán)向應(yīng)應(yīng)力σθ的作用方方向見圖圖。小單單元體在在其法線線方向上上受力是是平衡的的，據(jù)此此可得出出pdl1dl2=2Qmsin+2Qθsin將Qm=σmδdl2，Qθ=σθδdl1代入，并考慮慮dθ和dφ均很小，,上式變?yōu)闉閜dl1dl2=2σmδdl2+2σθδdl2經(jīng)整理簡(jiǎn)化后后可得又因?yàn)閯t：這個(gè)公式稱作作微體平衡方方程（又稱拉拉普拉斯方程程）?！?.1容容器應(yīng)力理論論§3.1.4內(nèi)壓薄薄壁容器的應(yīng)應(yīng)力一、圓柱殼對(duì)于圓柱殼體體，殼體上各各點(diǎn)的ρ1=∝、ρ2＝D/2(見P92頁。）可得結(jié)論:(1)圓柱殼上的的環(huán)間應(yīng)力比比經(jīng)向應(yīng)力大大一倍。(2)決定圓圓柱殼承壓能能力大小是中中徑與殼體壁壁厚之比，而而不是壁厚的的絕對(duì)數(shù)值。?！?.1容容器應(yīng)力理論論二、球殼的薄薄膜應(yīng)力球殼中面上的的任一點(diǎn)的ρ1和ρ2均等于球殼的的中面半徑，，可得結(jié)論:(1)球殼上各點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力相等等，而且σm和σθ也相等。(2)球殼上上的薄膜應(yīng)力力只有同直徑徑同壁厚圓柱柱殼的環(huán)向應(yīng)應(yīng)力的一半或或者說等于經(jīng)經(jīng)向應(yīng)力。§3.1容容器應(yīng)力理論論薄膜應(yīng)力理論論在球殼上的的應(yīng)用§3.1容容器應(yīng)力理論論三、橢圓殼（（簡(jiǎn)述）水工程中常用用橢球殼的一一半作為容器器的封頭，它它是由四分之之一橢圓曲線線繞回轉(zhuǎn)軸Oy旋轉(zhuǎn)而形成的的，見圖示。。半橢球殼上各各點(diǎn)的σm和σθ可按下式分別別計(jì)算。式中：a--半橢球殼長(zhǎng)軸軸的一半；b--半橢球殼短軸軸的一半；δ--半橢球殼的壁壁厚；x，y--半橢球殼殼體體上各點(diǎn)的橫橫坐標(biāo)和縱坐坐標(biāo)；p--容器承受的內(nèi)內(nèi)壓力。§3.1容容器應(yīng)力理論論結(jié)論：（1）橢球球殼上各點(diǎn)的的應(yīng)力是不等等的，它與各各點(diǎn)的坐標(biāo)（（x，y）有關(guān)。（2）橢球球殼上應(yīng)力的的大小及其分分布情況與橢橢球的長(zhǎng)軸與與短軸之比a/b有關(guān)。a/b值增大時(shí)，橢橢球殼上的最最大應(yīng)力將增增大，而當(dāng)a/b=1時(shí)，橢球殼即即變?yōu)榍驓?，，將a=b代入即變?yōu)榍蚯驓?yīng)力計(jì)算算公式，這時(shí)時(shí)殼體的受力力最為有利。。（3）水工工藝設(shè)備用半半個(gè)橢球用作作容器的端蓋蓋時(shí)，為便于于沖壓制造和和降低容器高高度，封頭的的深度淺一些些，即a/b大一些較好。。但a/b的增大將導(dǎo)致致應(yīng)力的增大大，故橢球封封頭的a/b不應(yīng)超過2。。（4）當(dāng)a/b<2時(shí)，半橢球封封頭的最大膜膜應(yīng)力產(chǎn)生于于半橢球的頂頂點(diǎn)，即x=0，y=b處，其值為：：§3.1容容器應(yīng)力理論論半橢球母線§3.1容容器應(yīng)力理論論四、錐形殼錐形殼一般用用于容器的封封頭或變徑段段，如圖所示示。錐形殼的薄膜膜應(yīng)力表達(dá)式式如下：式中：p--介質(zhì)的內(nèi)壓力力，MPa；α--錐殼的半頂角角；δ--錐殼的壁厚;r--計(jì)算點(diǎn)所在平平行圓的半徑徑，即該點(diǎn)距距回轉(zhuǎn)軸的距距離；從上述二式中中可以看出隨隨著半錐角的的增大殼體的的應(yīng)力將變大大，所以在承承壓容器中太太大的錐角是是不宜采用的的。同時(shí)也可可以看出，錐錐形殼中最大大應(yīng)力產(chǎn)生于于大端，其值值分別為式中：D--容器的中徑。。§3.1容容器應(yīng)力理論論四、錐形殼錐形殼一般用用于容器的封封頭或變徑段段，如圖所示示。錐形殼的薄膜膜應(yīng)力表達(dá)式式如下：式中：p--介質(zhì)的內(nèi)壓力力，MPa；α--錐殼的半頂角角；δ--錐殼的壁厚;r--計(jì)算點(diǎn)所在平平行圓的半徑徑，即該點(diǎn)距距回轉(zhuǎn)軸的距距離；從上述二式中中可以看出隨隨著半錐角的的增大殼體的的應(yīng)力將變大大，所以在承承壓容器中太太大的錐角是是不宜采用的的。同時(shí)也可可以看出，錐錐形殼中最大大應(yīng)力產(chǎn)生于于大端，其值值分別為式中：D--容器的中徑。?！?.1容容器應(yīng)力理論論錐形殼§3.1容容器應(yīng)力理論論§3.1.5壓力容容器的強(qiáng)度計(jì)計(jì)算一、壓力容器器與常壓容器器受勞動(dòng)部頒發(fā)發(fā)的《壓力容容器安全技術(shù)術(shù)監(jiān)察規(guī)程》》（簡(jiǎn)稱《容容規(guī)》）管理理的壓力容器器必須同時(shí)滿滿足以下三個(gè)個(gè)條件：1.最高工工作壓力pw≥0.1MPa（不含液體靜壓壓力）。2.容器內(nèi)內(nèi)徑D1≥150mm，且容積V≥25L。。3.介質(zhì)為氣體、、液化氣體或或最高工作溫溫度高于等于于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的的液體。在水工藝設(shè)設(shè)備中，使使用最多的的是充滿常常溫水的壓壓力容器。。嚴(yán)格地講講，這些容容器不屬于于《容規(guī)》》監(jiān)察的壓壓力容器。。但是若水水的壓力較較高，器壁壁也會(huì)產(chǎn)生生較大的應(yīng)應(yīng)力，這種種容器的壁壁厚仍然與與受《容規(guī)規(guī)》監(jiān)察的的容器一樣樣按強(qiáng)度計(jì)計(jì)算確定。。容器的壁厚厚是壓力容容器設(shè)計(jì)的的一個(gè)主要要方面，常常壓容器的的壁厚一般般按剛度及及制造要求求來確定。?！?.1容容器應(yīng)力力理論二、內(nèi)壓圓圓筒壁厚的的確定（1）理論論計(jì)算壁厚厚以圓筒體為為例：經(jīng)向薄膜應(yīng)應(yīng)力和環(huán)向向薄膜應(yīng)力力分別是若鋼板在設(shè)設(shè)計(jì)溫度下下的許用應(yīng)應(yīng)力為[σ]，按薄膜應(yīng)力力條件：[σ]≥由于容器的的筒體一般般用鋼板卷卷焊而成，，焊縫可能能存在某些些缺陷許用用應(yīng)力[σ]應(yīng)乘以一個(gè)個(gè)焊縫系數(shù)數(shù)φ，φ≤1。于是≤[σ]φ§3.1容容器應(yīng)力力理論另外，一般般由工藝條條件確定的的是圓筒的的內(nèi)直徑D1，故在上式中中代入D=D1+δ，得≤[σ]φ解出δ，去掉不等號(hào)號(hào)便得到式中：δ--圓筒的計(jì)算算厚度，mm；p--設(shè)計(jì)內(nèi)壓；；MPa；D1--圓筒的內(nèi)直直徑，亦稱稱壓力容器器的公稱直直徑，mm；[σ]--鋼板在設(shè)計(jì)計(jì)溫度下的的許用應(yīng)力力；MPa；φ--焊縫系數(shù)。。（2）設(shè)設(shè)計(jì)厚度（（考慮腐蝕蝕裕量）若容器的設(shè)設(shè)計(jì)使用壽壽命為n年，介質(zhì)對(duì)對(duì)容器壁的的年腐蝕量量為λmm/年，則使用用過程中，，器壁因腐腐蝕而減薄薄的總量稱稱作腐蝕裕裕量，其值值為C1=nλ。計(jì)算厚度度與腐蝕裕裕量之和稱稱作設(shè)計(jì)厚厚度，用δd表示。δd=δ+C1§3.1容容器應(yīng)力力理論（4）圓筒壁的名名義厚度由于鋼板的的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中規(guī)定了了一定量的的允許正、、負(fù)偏差值值，故鋼板板的實(shí)際厚厚度可能小小于標(biāo)注的的名義厚度度。故在容容器壁的厚厚度應(yīng)加上上鋼板的負(fù)負(fù)偏差C2。（保險(xiǎn)起見））另外，計(jì)算算得出的鋼鋼板厚度一一般不會(huì)恰恰恰等于鋼鋼板的規(guī)格格厚度，故故需將計(jì)算算厚度向上上調(diào)整使其其符合鋼板板的規(guī)格厚厚度（如生生產(chǎn)時(shí)的鋼鋼板系列：：5，10，20mm等），此調(diào)調(diào)整值稱為為圓整值Δ，其值不應(yīng)大大于1至2mm。將鋼板的設(shè)設(shè)計(jì)厚度加加上鋼板的的負(fù)偏差并并向上圓整整至鋼板的的規(guī)格厚度度得出容器器壁的名義義厚度，用用δn表示，即δn=δd+C2+Δ=δ+C1+C2+Δ （3.18））式中：δn--圓筒的名義義厚度，mm；δd--圓筒的設(shè)計(jì)計(jì)厚度，mm；C1--腐蝕裕量，，mm；C2--鋼板負(fù)偏差差，mm；Δ--圓整值，mm?！?.1容容器應(yīng)力力理論（3）圓筒的有效效厚度δe=δ+Δ容器的設(shè)計(jì)計(jì)壓力P，鋼板在設(shè)計(jì)計(jì)溫度下的的許用應(yīng)力力[σ]、焊縫系數(shù)φ、鋼板或鋼管管的負(fù)偏差差C2以及圓整值值Δ均可按有關(guān)關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范范和設(shè)計(jì)手手冊(cè)選用。。（4）容器器壁的最小小厚度δmin當(dāng)容器的設(shè)設(shè)計(jì)壓力較較低時(shí)，由由強(qiáng)度計(jì)算算確定的容容器壁的厚厚度不能滿滿足容器制制造、運(yùn)輸輸和安裝等等方面的要要求，因此此對(duì)圓筒的的最小壁厚厚作了規(guī)定定，用δmin表示。應(yīng)當(dāng)當(dāng)注意的是是，規(guī)定的的最小厚度度內(nèi)并不包包括腐蝕裕裕量C1。即器壁圓筒筒的名義厚厚度δn（選用鋼板的的標(biāo)注厚度度）應(yīng)等于于或大于下下述的最小小厚度δmin和腐蝕裕量量C1之和，但當(dāng)當(dāng)δmin－－δ＞鋼板負(fù)偏差差時(shí)，可以以將C2包括在δmin之內(nèi)。筒體的最小小壁厚的規(guī)規(guī)定如下：：1.對(duì)于于碳鋼和低低合金鋼容容器2.對(duì)于不銹鋼鋼容器§3.1容容器應(yīng)力力理論§3.1.6平平板的彎曲曲應(yīng)力容器的封頭頭和矩形壓壓力容器在在內(nèi)壓作用用下，將產(chǎn)產(chǎn)生很大的的彎曲應(yīng)力力，我們就就不能僅僅僅依靠薄膜膜應(yīng)力理論論來進(jìn)行它它們的設(shè)計(jì)計(jì)和計(jì)算。。（1））環(huán)環(huán)形形截截面面的的變變形形及及環(huán)環(huán)向向彎彎曲曲應(yīng)應(yīng)力力Mσσθ（2））徑向向變變形形和和徑徑向向彎彎曲曲應(yīng)應(yīng)力力Mσσr（3））最大大彎彎曲曲應(yīng)應(yīng)力力Mσσmax§3.1容容器器應(yīng)應(yīng)力力理理論論周邊邊簡(jiǎn)簡(jiǎn)支支、、承承受受均均布布載載荷荷的的圓圓平平鋼鋼板板，最最大大彎彎曲曲應(yīng)應(yīng)力力產(chǎn)產(chǎn)生生于于圓圓板板中中心心處處的的上上下下表表面面處處，，其其值值為為：：Mσσmax=Mσσmax--周邊邊簡(jiǎn)簡(jiǎn)支支、、均均布布載載荷荷時(shí)時(shí)圓圓形形鋼鋼板板的的最最大大彎彎曲曲應(yīng)應(yīng)力力，，MPa；；p--均布載荷荷，MPa；；D--圓形平板板的直徑徑，mm；δ--圓形平板板的厚度度，mm；"－"--圓板上表表面的應(yīng)應(yīng)力，表表示受壓壓縮；"+"--圓板板下表面面的應(yīng)力力，表示示受拉伸伸。周邊固定定，承受受均布載載荷時(shí)圓圓平板的最大彎彎曲應(yīng)力力出現(xiàn)在在板的四四周的上上下表面面處，對(duì)對(duì)于鋼板板其值為為：Mσmax=(Mσσθ)r=R=(Mσr)r=R=Mσmax--周邊固定定均布載載荷時(shí)的的圓形鋼鋼板的最最大彎曲曲應(yīng)力，，MPa；；其它符號(hào)號(hào)意義同同上?！?.1容器器應(yīng)力理理論（4）彎曲應(yīng)力力與薄膜膜應(yīng)力的的比較最大彎曲曲應(yīng)力可可寫作Mσmax=周邊簡(jiǎn)支支平板k=0.31；；周邊固定定平板k=0.188。Mσmax=結(jié)論：承承受均布布載荷p的圓形平平板的最最大彎曲曲應(yīng)力Mσmax是同直徑徑、同厚厚度的圓圓柱形殼殼體承受受同樣大大的壓力力時(shí)所產(chǎn)產(chǎn)生的薄薄膜應(yīng)力力的倍倍。。由于容容器的直直徑與厚厚度的比比值一般般大于50，所所以，同同等條件件下，平平板內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生的最最大彎曲曲應(yīng)力至至少是圓圓筒壁的的薄膜應(yīng)應(yīng)力的20～30倍。。所以容器器的封頭頭應(yīng)盡量量避免使使用平板板形，而而且也應(yīng)應(yīng)盡量避避免使用用矩形的的壓力容容器?！?.1容器器應(yīng)力理理論§3.1.7壓壓力力容器的的二次應(yīng)應(yīng)力薄膜應(yīng)力力和彎曲曲應(yīng)力都都是直接接由荷載載引起的的，稱作作一次應(yīng)應(yīng)力或基基本應(yīng)力力。在外外力作用用下，每每個(gè)零件件均有發(fā)發(fā)生變形形的趨勢(shì)勢(shì)，但這這個(gè)變形形的趨勢(shì)勢(shì)要受到到相鄰零部部件的限限制。我們把把由于相相互連接接的零部部件各自自欲發(fā)生生變形而而受到對(duì)對(duì)方限制制引起的應(yīng)應(yīng)力稱作作二次應(yīng)應(yīng)力。對(duì)于回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)殼體的的壓力容容器，在在內(nèi)壓的的作用下下，封頭頭和筒身身是連接接在一起起的，二二者的變變形將相相互受到到對(duì)方的的限制，，這種相相互制約約必導(dǎo)致致產(chǎn)生一一組大小小相等，，方向相相反的內(nèi)內(nèi)力系，，由這組組內(nèi)力所所產(chǎn)生發(fā)發(fā)生于兩兩個(gè)部件件連接處處的應(yīng)力力稱作邊邊界應(yīng)力力。（1）平平板封頭頭：圓柱形形筒身和和平板封封頭連接接處的橫橫截面內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生的的最大二二次彎曲曲應(yīng)力可可按下式式計(jì)算Mσm=從該式可可以看出出，在這這種連接接處將產(chǎn)產(chǎn)生很大大的邊界界應(yīng)力，，其值比比由內(nèi)壓壓引起的的環(huán)向薄薄膜應(yīng)力力還要大大54%?！?.1容器器應(yīng)力理理論（2）半半球形封封頭：在承受受內(nèi)壓時(shí)時(shí)，封頭頭的半徑徑增值小小于筒體體的半徑徑增值，，因?yàn)槎呤沁B連接在一一起的，，故連接接處封頭頭的直徑徑將被筒筒體向外外拉大，，而筒體體的直徑徑將被封封頭往里里壓小，，其結(jié)果果是在封封頭內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生二次次拉伸薄薄膜應(yīng)力力，在筒筒體內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生二次次壓縮薄薄膜應(yīng)力力。因?yàn)榉忸^頭內(nèi)的一一次薄膜膜應(yīng)力只只有同厚厚度圓柱柱形筒體體的一半半，將二次次薄膜應(yīng)應(yīng)力疊加加上去后后也不會(huì)會(huì)引起強(qiáng)強(qiáng)度不夠夠的問題題。筒體體內(nèi)的二二次薄膜膜應(yīng)力是是負(fù)值，，疊加到到一次薄薄膜應(yīng)力力上的結(jié)結(jié)果只會(huì)會(huì)使總的的應(yīng)力值值下降，，當(dāng)然更更沒有問問題。當(dāng)封頭與與筒體等等厚時(shí)，，在球形形封頭與與筒體連連接處的的橫截面面上沒有有彎曲應(yīng)應(yīng)力存在在。雖然然在連接接處兩側(cè)側(cè)的封頭頭與筒體體內(nèi)存在在二次彎彎曲應(yīng)力力，但其其值都很很小，不不會(huì)引起起強(qiáng)度上上的問題題。因此此球形封封頭與筒筒體的連連接處不不需要考考慮強(qiáng)度度問題。。如果采用用其它形形式的封封頭，由由于封頭頭和筒體體之間的的相互限限制及適適應(yīng)這種種限制的的能力不不同，而而由此產(chǎn)產(chǎn)生的邊邊界應(yīng)力力的大小小也不一一樣?！?.1容容器器應(yīng)力力理論論§3.1.8內(nèi)內(nèi)壓封封頭設(shè)設(shè)計(jì)一、封封頭頭分類類（1））凸凸形封封頭，，包括括半球球形封封頭、、半橢橢球封封頭、、帶折折邊球球形封封頭和和無折折邊球球形封封頭四四種。。（2））錐錐形封封頭，，包括括無折折邊錐錐形封封頭與與帶折折邊錐錐形封封頭兩兩種。。（3））平平板形形封頭頭。對(duì)于凸凸形封封頭和和錐形形封頭頭，它它們的的強(qiáng)度度計(jì)算算均以以薄膜膜應(yīng)力力理論論為基基礎(chǔ)，，而對(duì)對(duì)于平平板形形封頭頭的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)計(jì)算則則應(yīng)以以平板板彎曲曲理論論為依依據(jù)。。二、半半球形形封頭頭半球形形封頭頭是由由半個(gè)個(gè)球殼殼構(gòu)成成。對(duì)對(duì)于半半球形形封頭頭可以以不考考慮邊邊界應(yīng)應(yīng)力。?？梢砸詢H僅僅根據(jù)據(jù)薄膜膜應(yīng)力力理論論來進(jìn)進(jìn)行半半球形形封頭頭的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)計(jì)算。。[σ]φφ≥σσθ=σm=將D=D1+δ代入，，去掉掉不等等號(hào)并并解出出封頭頭的理理論計(jì)計(jì)算厚厚度δ=根據(jù)δ求出封封頭的的設(shè)計(jì)計(jì)厚度度δd和名義義厚度度δn即可。?！?.1容容器器應(yīng)力力理論論三、半半橢球球形封封頭根據(jù)前前面討討論結(jié)結(jié)果，，當(dāng)橢橢球殼殼的長(zhǎng)長(zhǎng)短軸軸之比比小于于2時(shí)時(shí)，最最大薄薄膜應(yīng)應(yīng)力產(chǎn)產(chǎn)生于于半橢橢球的的頂點(diǎn)點(diǎn)，其其值為為σθ=σm=令a/b=m，并將a=D/2代入得得σθ=σm=若鋼板板的許許用應(yīng)應(yīng)力為為[σ]，，焊縫系系數(shù)為為φ，并代入入D=D1+δ，，則半橢橢球形形封頭頭的計(jì)計(jì)算厚厚度δ應(yīng)為δ=§3.1容容器器應(yīng)力力理論論四、碟碟形封封頭碟形封封頭的的中央央部分分是一一個(gè)球球面，，其四四周是是一個(gè)個(gè)半徑徑為r的環(huán)狀狀殼體體，稱稱為封封頭的的折邊邊，折折邊下下邊是是一個(gè)個(gè)圓柱柱形短短節(jié)，，稱作作封頭頭的直直邊。。碟形封封頭承承受內(nèi)內(nèi)壓時(shí)時(shí)，其其球面面一次次薄膜膜應(yīng)力力可按按球殼殼的應(yīng)應(yīng)力公公式計(jì)計(jì)算，，其值值為σsp=式中：：σsp--球面內(nèi)內(nèi)的膜膜應(yīng)力力，MPa；R--球面中中面半半徑，，mm；；r--封頭壁壁厚，，mm。。折邊部部分除存在在薄膜膜應(yīng)力力外還還存在在較大大的彎彎曲應(yīng)應(yīng)力。。其總總應(yīng)力力將高高于球球面內(nèi)內(nèi)的應(yīng)應(yīng)力，，其值值可按按下式式計(jì)算算σ折=Mσsp=MM--折邊應(yīng)應(yīng)力增增大系系數(shù)，，亦稱稱作碟碟形封封頭的的形狀狀系數(shù)數(shù)§3.1容容器器應(yīng)力力理論論若鋼板板的許許用應(yīng)應(yīng)力為為[σ]，，焊縫系系數(shù)為為φ，并代入入R=R1+0.5δδ得σ折=≤≤[σ]φφ則碟形形封頭頭的壁壁厚δ=R1--球面內(nèi)內(nèi)半徑徑，mm。。五、無無折邊邊球形形封頭頭無折邊邊球形形封頭頭為一一內(nèi)半半徑為為R1的球面面，它它直接接焊接接在圓圓柱形形的器器壁上上。無無折邊邊球形形封頭頭與圓圓柱形形筒體體的連連接處處存在在著較較大的的邊界界應(yīng)力力，按按薄膜膜應(yīng)力力條件件確定定的封封頭厚厚度將將不能能滿足足邊界界應(yīng)力力的要要求。。解決的的辦法法是在在以薄薄膜應(yīng)應(yīng)力條條件確確定的的封頭頭厚度度上乘乘以一一個(gè)大大于1的系系數(shù)Q0，Q0的值可可查閱閱有關(guān)關(guān)規(guī)范范和手手冊(cè)。。同時(shí)需需要注注意的的是邊邊界應(yīng)應(yīng)力不不僅作作用于于封頭頭，而而且也也作用用于與與封頭頭連接接處附附近的的筒壁壁，故故這部部分筒筒壁的的厚度度應(yīng)加加厚至至封頭頭的厚厚度，，筒壁壁加厚厚的高高度應(yīng)應(yīng)不小小于。?！?.1容容器器應(yīng)力力理論論六、錐錐形封封頭錐形封封頭及及其與與器壁壁連接接處的的應(yīng)力力分布布和計(jì)計(jì)算比比較復(fù)復(fù)雜，，其強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)計(jì)算和和設(shè)計(jì)計(jì)可參參閱有有關(guān)設(shè)設(shè)計(jì)手手冊(cè)，，不作作詳細(xì)細(xì)介紹紹。七、平平板形形封頭頭圓形平平板作作為容容器的的封頭頭而承承受介介質(zhì)的的壓力力時(shí)，，將處處于受受彎的的不利利狀態(tài)態(tài)，它它的壁壁厚將將比筒筒體壁壁厚大大很多多。同同時(shí)平平板形形封頭頭還會(huì)會(huì)對(duì)筒筒體造造成較較大的的邊界界應(yīng)力力。因因此，，承壓壓設(shè)備備一般般不采采用平平板封封頭，，僅在在壓力力容器器的人人孔、、手孔孔處等等才采采用平平板。。周邊固固定和和周邊邊簡(jiǎn)支支的圓圓形平平板承承受勻勻布荷荷載時(shí)時(shí)，其其最大大彎曲曲應(yīng)力力可用用式σmax=k--與平板板周邊邊支承承方式式有關(guān)關(guān)的系系數(shù)，，周邊邊固定定時(shí)，，k=0.188；周邊簡(jiǎn)簡(jiǎn)支時(shí)時(shí)k=0.31。。-平板封封頭的的計(jì)算算厚度度9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。13:08:0513:08:0513:0812/29/20221:08:05PM11、以我獨(dú)沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2213:08:0513:08Dec-2229-Dec-2212、故人人江海海別，，幾度度隔山山川。。。13:08:0613:08:0613:08Thursday,December29,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢(mèng)夢(mèng)，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2213:08:0613:08:06December29,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國(guó)見見青山。。。29十十二月20221:08:06下午午13:08:0612月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月221:08下午午12月-2213:08December29,202216、行行動(dòng)動(dòng)出出成成果果，，工工作作出出財(cái)財(cái)富富。。。。2022/12/2913:08:0613:08:0629December202217、做前，能能夠環(huán)視四四周；做時(shí)時(shí)，你只能能或者最好好沿著以腳腳為起點(diǎn)的的射線向前前。。1:08:06下下午1:08下下午13:08:0612月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時(shí)時(shí)停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有結(jié)果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。13:08:0613:08:0613:0812/29/20221:08:06PM