日桑如苞设计实用教案

内外压容器(rngq)受压元件设计 一、压力容器的构成一、压力容器的构成 经典板壳结构经典板壳结构 圆筒圆筒圆柱圆柱(yunzh)壳壳 球形封头球形封头 球壳球壳 壳体壳体 椭圆封头（椭球壳）椭圆封头（椭球壳） 以薄膜应力承载以薄膜应力承载 碟封（球冠与环壳）碟封（球冠与环壳） 锥形封头（锥壳）锥形封头（锥壳） 第1页/共54页第一页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 一、压力容器的构成一、压力容器的构成 圆平板（平盖）圆平板（平盖） 平板平板 环形环形(hun xn)板（开孔平盖）板（开孔平盖） 以弯曲以弯曲应力承载应力承载 环（法兰环）环（法兰环） 弹性基础圆平板（管板）弹性基础圆平板（管板） 第2页/共54页第二页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 1.圆筒圆筒 1）应力状况：两向薄膜应力、环向应力为轴）应力状况：两向薄膜应力、环向应力为轴向应力的两倍。向应力的两倍。 2）壁厚计算公式）壁厚计算公式(gngsh)： 符号说明见符号说明见GB 150。称中径公式。称中径公式(gngsh)：适用范围，适用范围，K1.5，等价于，等价于pc0.4t 3）公式）公式(gngsh)来由：内压圆筒壁厚计算来由：内压圆筒壁厚计算公式公式(gngsh)是从圆筒与内压的静力平衡条是从圆筒与内压的静力平衡条件得出的。件得出的。 第3页/共54页第三页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 第4页/共54页第四页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)计算计算 第5页/共54页第五页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)计算计算 第6页/共54页第六页，共54页。内外压容器(rngq)(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第7页/共54页第七页，共54页。内外(niwi)(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第8页/共54页第八页，共54页。内外(niwi)(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第9页/共54页第九页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)(yunjin)设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 上述计算公式认为上述计算公式认为(rnwi)(rnwi)应力是沿圆筒壁厚均应力是沿圆筒壁厚均匀分布的，它们对薄壁容器是适合的。匀分布的，它们对薄壁容器是适合的。 但对于具较厚壁厚的圆筒，其环向应力并不是均匀但对于具较厚壁厚的圆筒，其环向应力并不是均匀分布的。薄壁内径公式与实际应力存在较大误差。分布的。薄壁内径公式与实际应力存在较大误差。对厚壁圆筒中的应力情况以由弹性力学为基础推导对厚壁圆筒中的应力情况以由弹性力学为基础推导得出的拉美公式较好地反映了其分布。得出的拉美公式较好地反映了其分布。 第10页/共54页第十页，共54页。内外(niwi)(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 由拉美公式知：由拉美公式知： 厚壁筒中存在的三个方向的应力厚壁筒中存在的三个方向的应力(yngl)(yngl)，其中，其中只有轴向应力只有轴向应力(yngl)(yngl)是沿厚度均匀分布的。环是沿厚度均匀分布的。环向应力向应力(yngl)(yngl)和径向应力和径向应力(yngl)(yngl)均是非均均是非均匀分布的，且内壁处为最大值。筒壁三向应力匀分布的，且内壁处为最大值。筒壁三向应力(yngl)(yngl)中，周向应力中，周向应力(yngl)(yngl)最大，内壁处最大，内壁处达最大值，外壁处为最小值，内外壁处的应力达最大值，外壁处为最小值，内外壁处的应力(yngl)(yngl)差值随差值随K= D0 / DiK= D0 / Di增大而增大。当增大而增大。当K=1.5K=1.5时，由薄壁公式按均匀分布假设计算的环向应时，由薄壁公式按均匀分布假设计算的环向应力力(yngl)(yngl)值比按拉美公式计算的圆筒内壁处的值比按拉美公式计算的圆筒内壁处的最大环向应力最大环向应力(yngl)(yngl)要偏低要偏低23%23%，存在较大的，存在较大的计算误差。计算误差。第11页/共54页第十一页，共54页。内外压容器(rngq)(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算(j sun) (j sun) 由于薄壁公式形式简单，计算由于薄壁公式形式简单，计算(j sun)(j sun)方便、适于工程应方便、适于工程应用。为了用。为了 解决厚壁筒时薄壁公式引起的较大误差，由此采取增大解决厚壁筒时薄壁公式引起的较大误差，由此采取增大 计算计算(j sun)(j sun)内径，以适应增大应力计算内径，以适应增大应力计算(j sun)(j sun)值的值的要求。为此将圆筒要求。为此将圆筒 计算计算(j sun)(j sun)内径改为中径，即以（内径改为中径，即以（Di+Di+）代替）代替DiDi代入薄代入薄壁内径壁内径 公式中：公式中： 第12页/共54页第十二页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第13页/共54页第十三页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 4 4）公式计算应力的意义：一次总体）公式计算应力的意义：一次总体(zngt)(zngt)环向环向薄膜应力，控制值薄膜应力，控制值。 5 5）焊接接头系数：指纵缝接头系数。）焊接接头系数：指纵缝接头系数。 第14页/共54页第十四页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 2.2.球壳球壳 1 1）应力状况）应力状况(zhungkung)(zhungkung)：各向薄膜应力相等：各向薄膜应力相等 2 2）厚度计算式：）厚度计算式： 称中径公式，适用范围称中径公式，适用范围pc0.6pc0.6等价于等价于K1.353K1.353 3 3）公式来由：同圆筒轴向应力作用情况）公式来由：同圆筒轴向应力作用情况 4 4）计算应力的意义：）计算应力的意义： 一次总体、薄膜应力（环向、经向）控制值：一次总体、薄膜应力（环向、经向）控制值： 。 第15页/共54页第十五页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 2.2.球壳球壳 5 5）焊缝接头系数：）焊缝接头系数： 指所有拼缝接头系数（纵缝、环缝）。指所有拼缝接头系数（纵缝、环缝）。 注意包括球封与圆筒的连接环缝系数。注意包括球封与圆筒的连接环缝系数。 6 6）与圆筒的连接结构：见）与圆筒的连接结构：见GB 150GB 150附录附录J J图图J1J1（d d）、）、（e e）、（）、（f f）。）。 连接原则连接原则(yunz)(yunz)：不能削薄圆筒，局部加厚球壳。：不能削薄圆筒，局部加厚球壳。 第16页/共54页第十六页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 3.3.椭圆封头椭圆封头 A A、内压作用、内压作用(zuyng)(zuyng)下下 1 1）应力状况）应力状况 a.a.薄膜应力薄膜应力 a a）标准椭圆封头薄膜应力分布：）标准椭圆封头薄膜应力分布： 第17页/共54页第十七页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第18页/共54页第十八页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 经向应力：最大应力在顶点。经向应力：最大应力在顶点。 环向应力：最大拉应力在顶点，最大压应力在底边。环向应力：最大拉应力在顶点，最大压应力在底边。 b) b) 变形特征：趋圆。变形特征：趋圆。 c) c) 计算对象意义：计算对象意义： 拉应力拉应力强度强度(qingd)(qingd)计算计算 压应力压应力稳定控制稳定控制 b.b.弯曲应力（与圆筒连接）弯曲应力（与圆筒连接） a) a) 变形协调，形成边界力。变形协调，形成边界力。 b) b) 产生二次应力产生二次应力第19页/共54页第十九页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)计算计算 第20页/共54页第二十页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 c.c.椭圆封头的应力椭圆封头的应力(yngl)(yngl)：薄膜应力：薄膜应力(yngl)(yngl)加弯曲应力加弯曲应力(yngl)(yngl)。 最大应力最大应力(yngl)(yngl)的发生部位、方向、组成。的发生部位、方向、组成。 第21页/共54页第二十一页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 K=第22页/共54页第二十二页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第23页/共54页第二十三页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 4）焊缝接头(ji tu)系数。指拼缝，但不包括椭封与圆筒的连接环缝的接头(ji tu)系数。5）内压稳定：a. a/b 2.6限制条件b.防止失稳，限制封头最小有效厚度：a/b2，即K1 min0.15%Dia/b 2，即K1 min0.30% Di 第24页/共54页第二十四页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 B.外压作用下：1）封头稳定以薄膜应力为对象计算：a.变形特征：趋扁。b.计算对象过渡区不存在(cnzi)稳定问题。封头中心部分“球面区”存在(cnzi)稳定。c.计算意义，按外压球壳。当量球壳：对标准椭圆封头；当量球壳计算外半径：Ro=0.9Do。Do封头外径。第25页/共54页第二十五页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 2）对对接圆筒的影响。外压圆筒计算长度L的意义：L为两个(lin )始终保持圆形的截面之间的距离。椭圆封头曲面深度的1/3处可视为能保持圆形的截面，为此由两个(lin )椭圆封头与圆筒相连接的容器，该圆筒的外压计算长度L=圆筒长度+两个(lin )椭圆封头的直边段长度+两倍椭圆封头曲面深度的1/3。 第26页/共54页第二十六页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 3）外压圆筒失稳特点a.周向失稳（外压作用）圆形截面变成波形截面，波数n从2个波至多个波。长圆筒 n=2 ，短圆筒 n2 。b.轴向失稳（轴向力及弯矩作用）塔在风弯、地震(dzhn)弯矩和重力载荷作用下的失稳。轴线由直线变成波折线。 第27页/共54页第二十七页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 4.4.碟形封头碟形封头 受力、变形特征，应力受力、变形特征，应力(yngl)(yngl)分布，稳定，控制分布，稳定，控制条件与椭封相似，条件与椭封相似， 只不过形状系数由只不过形状系数由K K（椭封）改为（椭封）改为M M。 内容从略内容从略 第28页/共54页第二十八页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算(j sun) (j sun) 5.5.锥形封头锥形封头 1) 1) 薄膜应力状态薄膜应力状态 a.a.计算计算(j sun)(j sun)模型：当量圆筒。模型：当量圆筒。 6060 应力状况与圆筒相似，同处的环向应力等于轴向应应力状况与圆筒相似，同处的环向应力等于轴向应力的两倍，力的两倍， 但不同直径处应力不同。但不同直径处应力不同。 b.b.计算计算(j sun)(j sun)公式：公式： = = 第29页/共54页第二十九页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 第30页/共54页第三十页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 5.5.锥形封头锥形封头c.计算应力的意义：一次、总体(zngt)（大端）环向薄膜应力，控制值。d.焊缝接头系数。指锥壳纵缝的接头系数。 第31页/共54页第三十一页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 5.5.锥形封头锥形封头2）弯曲应力状态（发生于与圆筒连接(linji)部位）a.变形协调，产生边界力，引起边缘应力。b.锥壳端部的应力。 端部应力由薄膜应力+弯曲应力组成。大端：最大应力为纵向（轴向）拉伸薄膜应力+轴向弯曲 的拉伸应力组成。小端：起控制作用的应力为环向（局部）薄膜应力。c.大、小端厚度的确定。 t第32页/共54页第三十二页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件计算二、压力容器受压元件计算 a) a) 大端：当轴向总应力超过大端：当轴向总应力超过33时，（由查图时，（由查图7-117-11确确定），定）， 则需另行计算厚度则需另行计算厚度(hud)(hud)，称大端，称大端加强段厚度加强段厚度(hud)(hud)。 计算公式：计算公式： 其中其中Q Q 称应力增值系数，其中体现了边缘应力的作用，称应力增值系数，其中体现了边缘应力的作用，并将并将 许用应力控制值放宽至许用应力控制值放宽至33。 t第33页/共54页第三十三页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 t第34页/共54页第三十四页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算 t第35页/共54页第三十五页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 tL1 =第36页/共54页第三十六页，共54页。内外压容器受压元件(yunjin)设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 t第37页/共54页第三十七页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第38页/共54页第三十八页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算 第39页/共54页第三十九页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 二、压力容器受压元件二、压力容器受压元件(yunjin)(yunjin)计算计算6.圆平板1)应力状况：两向弯曲应力，径向、环向弯曲应力。2)两种极端(jdun)边界支持条件。a.简支：圆板边缘的偏转不受约束，max 在板中心， 径向应力与环向应力相等。b.固支：圆板边缘的偏转受绝对约束（等于零），max在 板边缘为径向应力。c.螺栓垫片联接的平盖按筒支圆板处理，max在板中心。 第40页/共54页第四十页，共54页。 三、开孔补强1.壳和板的开孔补强准则。a.壳（内压）的补强拉伸强度补强，等面积补强。b.板的补强弯曲强度补强，半面积补强。2.等面积补强法。补强计算(j sun)对象是薄膜应力，大开孔时，由于孔边出现较大的弯曲应力，故不适用大开孔。1) 开孔所需补强面积A。A=d+2et(1f)d开孔计算(j sun)直径，d=di+2c开孔计算(j sun)厚度，开孔部位按公式计算(j sun)的厚度。d壳体开孔丧失的承受强度的面积。2et(1-ff)由于接管材料强度低于筒体时所需另行补偿的面积。 内外(niwi)压容器受压元件设计 第41页/共54页第四十一页，共54页。内外(niwi)压容器受压元件设计 三、开孔补强第42页/共54页第四十二页，共54页。 三、开孔补强 2）有效(yuxio)补强范围内外压容器受压元件(yunjin)设计 第43页/共54页第四十三页，共54页。 三、开孔补强内外压容器(rngq)受压元件设计 a.壳体：B=2d意义：受均匀拉伸的开小孔大平板，孔边局部(jb)应力的衰减范围。b.接管：圆柱壳在端部均布力作用下，壳中环向薄膜应力的衰减范围（同锥壳小端加强段长度的意义）。3.d，的确定。1) da.圆筒：纵向截面上的开孔直径第44页/共54页第四十四页，共54页。 三、开孔补强内外压容器受压元件(yunjin)设计 第45页/共54页第四十五页，共54页。 三、开孔补强内外压容器受压元件(yunjin)设计 b.球壳：较大(jio d)直径c.椭封，碟封，同球壳d.锥壳：同圆筒。第46页/共54页第四十六页，共54页。 三、开孔补强内外(niwi)压容器受压元件设计 2)a.圆筒：按b.球壳：按c.椭圆封头：过渡区取封头计算厚度，球面区，取球面当量(dngling)球壳计算厚度。标准椭封当量(dngling)球壳半径Ri=0.9Di第47页/共54页第四十七页，共54页。 三、开孔补强内外(niwi)压容器受压元件设计 d.碟形封头：周边r部位开孔，取封头计算(j sun)厚度中心R部位开孔，取球壳计算(j sun)厚度。第48页/共54页第四十八页，共54页。 三、开孔补强内外(niwi)压容器受压元件设计 e.锥形封头取开孔中心处计算(j sun)直径2R的计算(j sun)厚度。 第49页/共54页第四十九页，共54页。 四、法兰 内外(niwi)压容器受压元件设计 1.法兰联接设计包括垫片、螺栓、法兰三部分。2.垫片设计1) 垫片宽度a.接触宽度Nb.压紧宽度boc.有效密封宽度b2) 垫片比压力垫片在予紧时，为了(wi le)消除法兰密封面与垫片接触面间的缝隙，需要施加于垫片单位有效密封面积上的最小压紧力，称为垫片的比压力。第50页/共54页第五十页，共54页。 四、法兰 内外压容器(rngq)受压元件设计 3) 垫片系数垫片在操作时，为保持密封，需要施加于垫片单位有效密封面积上的最小压紧力与内压力的比值，称为(chn wi)垫片系数。4) 垫片合理设计的原则，应使垫片在予紧和操作两种状态下所需的压紧力尽可能小（垫片力小）。3.螺栓设计螺栓设计的关键：应使螺栓中心圆直径尽可能小（力臂小）。第51页/共54页第五十一页，共54页。 四、法兰 内外压容器受压元件(yunjin)设计 4.法兰设计1) 法兰的应力H轴向应力R径向应力T环向应力2）法兰设计的关键应使法兰三个计算应力仅量接近(jijn)相应的许用应力；趋满应力状态。第52页/共54页第五十二页，共54页。内外压容器(rngq)受压元件设计 第53页/共54页第五十三页，共54页。感谢您的观看(gunkn)。第54页/共54页第五十四页，共54页。