压力容器-外压容器与压杆的稳定计算

第二篇 压力容器,第六章 压力容器与化工设备常用材料 第七章 压力容器的薄膜应力、弯曲应力、二次应力 第八章 内压容器 第九章 外压容器与压杆的稳定计算 第十章 法兰连接 第十一章 人孔、手孔、视镜和液面计 第十二章 开孔补强与设备凸缘 第十三章 容器支座 第十四章 容器的焊接结果 第十五章 压力容器的监察管理与定期检验,序言 1 稳定的概念与实例 2 外压圆筒环向稳定计算 3 封头的稳定计算 4 真空容器加强圈的计算 5 压杆稳定计算简介 6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,序言,外压容器：壳体外部压力大于壳体内部压力的容器,实例：减压精馏塔、真空冷凝器、夹套反应釜等,序言 1 稳定的概念与实例 2 外压圆筒环向稳定计算 3 封头的稳定计算 4 真空容器加强圈的计算 5 压杆稳定计算简介 6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第一节 稳定的概念与实例,一、稳定的概念 P209，第一段,二、“稳定”问题实例临界压力,序言 1 稳定的概念与实例 2 外压圆筒环向稳定计算 3 封头的稳定计算 4 真空容器加强圈的计算 5 压杆稳定计算简介 6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第二节 外压圆筒环向稳定计算,一、临界压力的计算,长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒厚与直径的比值有关。,长圆筒临界压力：,短圆筒临界压力：,e：筒体的有效壁厚，mm；D0：筒体的外直径，mm；L ： 筒体的计算长度，mm。,短圆筒的临界压力随筒体计算长度增加而减小。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度Lcr来判定。,计算长度LLcr时，圆筒为长圆筒 计算长度LLcr时，圆筒为短圆筒,第二节 外压圆筒环向稳定计算,外压筒体计算长度L：指筒体上两个刚性构件如封头、法兰、加强圈之间的最大距离。对于凸形端盖：L=圆筒长封头直边段n1/3端盖深度（n=1或2）对于法兰： L=两法兰面之间的距离对于加强圈： L=加强圈中心线之间的距离,第二节 外压圆筒环向稳定计算,2.材料性能对外压圆筒稳定性的影响,根据公式9-1、9-2可以看出：,圆筒临界压力跟材料的弹性模量有直接的联系 E值越大，其临界应力越大，抗变形能力越强,于是可以得出：选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器时 并不能提高筒体的临界压力。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,二、外压圆筒的稳定计算相关,m：稳定系数，对圆筒m=3,许用外压,外压容器的稳定计算中，需要的是许用外压。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,长圆筒临界压力：,短圆筒临界压力：,压力与应力关系,长圆筒临界应力：,短圆筒临界应力：,公式中有弹性模量E无法确定（弹性形变或非弹性形变）,第二节 外压圆筒环向稳定计算,应力与应变关系,长圆筒临界应变：,短圆筒临界应变：,长圆筒临界应力：,短圆筒临界应力：,第二节 外压圆筒环向稳定计算,外压圆筒的稳定计算方法,1）根据圆筒的外径D0、有效厚度e、计算长度L，计算cr,2）根据计算所得cr，结合材料-曲线，求出cr：,cr p，cr=E cr,crp，从-曲线上查得cr,3）计算需用压力,略小于设计压力p或工作压力,第二节 外压圆筒环向稳定计算,三. 外压圆筒稳定计算的图算法 p215图9-7,引入两个参数A和B：,或,即,绘制L/Do-Do/e-A 关系曲线,根据圆筒的L/Do和Do/e查L/Do-Do/e-A 关系曲线，可得到A 值（即cr）。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,将材料的-曲线改为2/3-，即A-B曲线，则根据A值可从图中求出B值，可计算需用压力。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,1）假设壁厚n，计算有效厚度e=n-C1-C2，计算筒体长度L； 2）计算L/Do、Do/e，查图9-7，得A值，若L/Do 50，用L/Do=50查A值； 3）根据材料选出A-B曲线，在曲线横坐标上找到A点，若A点位于直线段（左侧），说明圆筒发生弹性失稳，B=2/3EA，若A位于曲线段（右侧），从曲线上查得B值； 4）计算许用压力,5）比较p和p，若p P且较接近，则假设的n符合要求，否则重新假设n，重复以上过程直到符合要求为止。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,图算法外压圆筒稳定计算的计算步骤：,对于在用外压容器的稳定校核，根据实测厚度c，计算有效厚度e=c-2n，按上述步骤计算p，进行稳定校核。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,塔的计算长度,钢板负偏差均为0.8mm（p173表8-11） 钢板的腐蚀裕量取1mm 有效厚度为7.2、10.2和12.2mm 简化计算，有效厚度取7、10和12mm,例1：分馏塔内径2000mm，塔身(不包括椭圆形封头)长度为6000mm，封头深度500mm。370及真空条件下操作。现库存有9、12、14mm厚20R钢板。能否用这三种钢板制造。,解：,第二节 外压圆筒环向稳定计算,当de=7mm时,查图9-7得A=0.000082。20R钢板的ss=250MPa，查图9-9，A值点落曲线左侧，E=1.69105MPa,p0.1MPa，所以9mm钢板不能用。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,当de=10mm时,查图9-9，A值所在点仍位于曲线左侧，E=1.69105MPa,p0.1MPa，所以12mm钢板也不能用。,查图9-7得A=0.000014,第二节 外压圆筒环向稳定计算,查图9-9，A值所在点仍位于曲线左侧，E=1.69105MPa,p0.1MPa，所以，须采用14mm厚的20R钢板制造。,当de=12mm时,查图9-7得A=0.000018,序言 1 稳定的概念与实例 2 外压圆筒环向稳定计算 3 封头的稳定计算 4 真空容器加强圈的计算 5 压杆稳定计算简介 6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第三节 封头的稳定计算,一、外压球壳与凸形封头的稳定计算,1. 外压球壳,临界压力,临界应力,临界应变,许用压力,R：球壳半径,第三节 封头的稳定计算,许用压力,ms=14.52,令,则,令,则Bs值可从A-B曲线中查得,第三节 封头的稳定计算,外压球壳稳定计算步骤：,1）假设壁厚n(新容器)，或实测壁厚n(在用容器)，计算有效厚度e=n-C1-C2或e=c-2n，计算e/R；,3）根据材料选出A-B曲线，若A值位于曲线左侧，说明发生弹性失稳，根据图上的E值，计算许用压力p：,2）计算A值,4）若A位于曲线右侧，从曲线上查得Bs值，计算 p：,5）比较 p与p,第三节 封头的稳定计算,2. 外压凸形封头,外压凸形封头的稳定计算与球壳相同，但球壳半径R取值不同： 球冠形封头R取球面内半径； 标准椭圆形封头取R=0.9Di； 蝶形封头取球面部分外半径。,第三节 封头的稳定计算,3. 外压带折边的锥形封头,当半锥角a60时，用“当量圆筒”进行计算：,1）当量圆筒的直径=封头大端直边段外直径D0,2）当量圆筒的当量长度Lc：,3）当量圆筒的当量厚度dc：,第三节 封头的稳定计算,外压带折边的锥形封头稳定计算步骤：,1）假设壁厚n，计算当量厚度c，根据有关尺寸计算当量长度Lc； 2）计算Lc/Do、Do/c，查图9-7，得A值； 3）根据材料选出A-B曲线，若A点位于曲线左侧，说明圆筒发生弹性失稳，B=2/3EA，若A位于曲线右侧，从曲线上查得B值； 4）计算许用压力,5）比较p和p，若p P且较接近，则假设的n符合要求，否则重新假设n，重复以上过程直到符合要求为止。,序言 1 稳定的概念与实例 2 外压圆筒环向稳定计算 3 封头的稳定计算 4 真空容器加强圈的计算 5 压杆稳定计算简介 6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第四节 真空容器加强圈的计算,在圆筒的内部或外部相隔一定的距离焊接用型钢做的加强圈，利用圈对筒壁的支撑作用，可以缩短圆筒的计算长度，提高圆筒的临界压力，从而提高其工作外压。,结构：扁钢、角钢、工字钢等都可以制作加强圈。,一、加强圈的作用和结构,第四节 真空容器加强圈的计算,加强圈的结构形式,扁钢,角钢,工字钢,槽钢,第四节 真空容器加强圈的计算,二、加强圈的间距和数量,钢制短圆筒临界压力为：,Ls加强圈的间距，mm。,可见，当圆筒的D0、e 一定时，外压圆筒的临界压力和允许最大工作外压都随着筒体加强圈间距Ls的缩短而增加。通常设计压力是由工艺条件确定了的，只有通过改变加强圈的参数来满足设备稳定性的要求。,第四节 真空容器加强圈的计算,筒体的D0、e和承受的外压p已确定时，该筒体需加强圈的最大间距：,加强圈的数量等于圆筒不设加强圈的计算长度L除以所需加强圈间距Ls再减去1：加强圈个数n=(L/Ls)一1,第四节 真空容器加强圈的计算,理论分析可导出：,Imin：使在设计外压p（p=pc）的作用下圆环不失稳，加强圈所必须具有的最小轴惯性矩。,L：加强圈间距，mm D0：筒体外径，mm,1. 加强圈所需要的最小截面轴惯性矩,第四节 真空容器加强圈的计算,根据稳定条件，加强圈（包括型钢和筒体有效段）所提供的轴惯性矩Ix必须满足：,2） 组合截面对中性轴惯性矩Ix的计算,1） 稳定条件,x0：角钢的中性轴,x1：矩形截面的中性轴,x：组合截面的中性轴,2. 加强圈实际提供的截面轴惯性矩,第四节 真空容器加强圈的计算,组合截面中性轴的位置：,A0、A1：角钢和矩形截面面积,组合截面对x轴的惯性矩Ix等于角钢对x轴的惯性矩(Ix)A和矩形截面对x轴惯性矩(Ix)R角之和：,第四节 真空容器加强圈的计算,惯性矩平移定理：,z1,z,a,z：过截面形心 z1：与z平行，相距a A：截面面积 Iz：截面对z轴的惯性矩,截面对z1轴的惯性矩Iz1：,利用惯性矩平移定理将型钢的Ix0和矩形截面Ix1转化为(Ix)A和(Ix)R则可求得组合截面的惯性矩：,从而可以进行加强圈的稳定计算：,序言 1 稳定的概念与实例 2 外压圆筒环向稳定计算 3 封头的稳定计算 4 真空容器加强圈的计算 5 压杆稳定计算简介 6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,序言 1 稳定的概念与实例 2 外压圆筒环向稳定计算 3 封头的稳定计算 4 真空容器加强圈的计算 5 压杆稳定计算简介 6 圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,