【正文】 –第三類為平板形封頭 ?對于凸形封頭和錐形封頭，它們的強(qiáng)度計(jì)算均以薄膜應(yīng)力理論為基礎(chǔ)， ?對于平板形封頭的強(qiáng)度計(jì)算則應(yīng)以平板彎曲理論為依據(jù) 半球形封頭 ? 半球形封頭是由半個球殼構(gòu)成。 ? 一次應(yīng)力的特征 ：能滿足外力、內(nèi)力和彎矩的平衡要求，即容器在載荷作用下，為保持容器各部分平衡所需要的力。所以按薄膜應(yīng)力理論進(jìn)行內(nèi)壓薄膜容器的筒體的設(shè)計(jì)和計(jì)算是安全的 ? 但是，容器的封頭和矩形壓力容器在內(nèi)壓作用下，將產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，不能僅僅依靠薄膜應(yīng)力理論來進(jìn)行它們的設(shè)計(jì)和計(jì)算 最大彎曲應(yīng)力 Mζmax ? 周邊簡支 、承受均布載荷的圓平鋼板，最大彎曲應(yīng)力產(chǎn)生于圓板中心處的上 下表面處，其值為： 最大彎曲應(yīng)力 Mζmax ? 周邊固定，承受局部荷載時，圓平板的最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在板的四周的上下表面處，對于鋼板其值為： 彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力的比較 ? 一次應(yīng)力 ：由外載引起的正應(yīng)力和切應(yīng)力，又稱為基本應(yīng)力。即器壁圓筒的名義厚度 δn(選用鋼板的標(biāo)注厚度 )應(yīng)等于或大于下述的最小厚度 δmin和腐蝕裕量 C1之和，但當(dāng) δmin－ δ鋼板負(fù)偏差時，可以將 C2包括在 δmin之內(nèi)。我們把 δ和 Δ之和稱作容器壁的 有效厚度 δe即 ? 容器的設(shè)計(jì)壓力 P，鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 [ζ]、焊縫系數(shù) θ、鋼板或鋼管的負(fù)偏差 C以及圓整值 Δ均可按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊選用。故在容器壁的厚度應(yīng)加上鋼板的 負(fù)偏差 C2 ? 另外，計(jì)算得出的鋼板厚度一般不會恰恰等于鋼板的規(guī)格厚度，故需將計(jì)算厚度向上調(diào)整使其符合鋼板的規(guī)格厚度，此調(diào)整值稱為 圓整值 Δ，其值不應(yīng)大于 1至 2mm。計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和稱作 設(shè)計(jì)厚度 ，用 δd表示。 常壓容器的壁厚一般按剛度及制造要求來確定。 D1≥150mm，且容積 V≥25L。 錐形殼中最大應(yīng)力產(chǎn)生于大端，其值分別為 例題 ? 已知某圓柱形薄壁內(nèi)壓容器，內(nèi)徑為1000mm，內(nèi)貯存蒸汽，蒸汽壓力為3MPa，壁厚 20mm，求圓柱殼體徑向薄膜應(yīng)力（ ）和環(huán)向薄膜應(yīng)力（ ）。 ，為便于沖壓制造和降低容器高度，封頭的深度淺一些較好，但 a／ b的增大將導(dǎo)致應(yīng)力的增大，故橢球封頭的 a／b不應(yīng)超過 2。 半橢球殼上各點(diǎn)的 ζm， ζθ 橢球殼 ，它與各點(diǎn)的坐標(biāo) (x，y)有關(guān)。 球殼上的薄膜應(yīng)力只有同直徑同壁厚圓柱殼的環(huán)向應(yīng)力的一半。因此，決定圓柱殼承壓能力大小是中徑與殼體壁厚之比，而不是壁厚的絕對數(shù)值 球殼的薄膜應(yīng)力 球殼的母線為半徑為 R的半圓周，其殼體上的任一點(diǎn)的 ρ ρ2均相等，且都等于球殼的中間面半徑。 微體平衡方程（拉普拉斯方程） 殼體平衡方程 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力 圓筒殼的第一曲率半徑ρ1=∞，第二曲率半徑 ρ2 =D/2，殼體壁厚為 δ，中間面直徑為 D，介質(zhì)對殼體的內(nèi)壓力為 p時，其經(jīng)向薄膜應(yīng)力與環(huán)向薄膜應(yīng)力為： 可以看出圓柱殼上的環(huán)向應(yīng)力比經(jīng)向 應(yīng)力大一倍。由于軸對稱，故同一緯線上各點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力 ζm和環(huán)向應(yīng)力 ζθ均相等。 緯線： 平行圓就是回轉(zhuǎn)曲面的緯線 同一點(diǎn)的第一與第二主曲率半徑都在該點(diǎn)的法線上。 第二主曲率半徑 ρ2： 垂直于經(jīng)線的平面與中間面交線上點(diǎn)的曲率半徑。 平行圓 ： 垂直于回轉(zhuǎn)軸的平面與中間面的交線稱為平行圓。 經(jīng)線平面 ： 通過回轉(zhuǎn)軸的平面。 母線 ： 繞軸線（回轉(zhuǎn)軸）回轉(zhuǎn)形成中面的平面曲線。 ?對于薄殼，常用中間面來代替殼體的幾何特性。 ?以回轉(zhuǎn)曲面作為中間面的殼體稱作 回轉(zhuǎn)殼體 。 容器的分類 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 ， 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)計(jì)算及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)決定。 2)填料容器 很多容器，因?yàn)楣に嚨囊笤谌萜鲀?nèi)放置了各種不同的填料，如壓濾器、吸附塔、離子交換柱等。非金屬材料可以獨(dú)立制作容器，也可以作為容器的部分構(gòu)件和襯里。 容器的分類 (3)按容器材料分為 1)金屬容器 常用于容器制作的金屬材料是低碳鋼和普通低合金鋼。 2)內(nèi)壓容器 當(dāng)容器內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力時稱為內(nèi)壓容器。 3)圓筒形容器 這種容器由圓柱形簡體和各種形狀的封頭組成，制造較為容易，便于安裝各種內(nèi)部構(gòu)件，而且承壓性能較好，因此在水工藝中應(yīng)用最為廣泛。 容器應(yīng)力理論 容器的結(jié)構(gòu) –筒體 (又稱筒身 )、 –封頭 (又稱端蓋 )、 –法蘭、 –支座、 –進(jìn)出管 –人孔 (或手孔 )、 –視鏡等組成 容器的分類 (1)按容器形狀分為 1)方形或矩形容器： 由平板焊成，制造簡單，便于布置和分格，但承壓能力差，故只用于小型常壓設(shè)備。 支座 ： ? 壓力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上。應(yīng)盡量減少開孔的數(shù)量，尤其要避免開大孔。 開孔與接管 ： ? 位置：筒體或封頭上； ? 類型：如人孔、手孔、 視鏡孔、物料進(jìn)出口接管，以及安裝壓力表、液面計(jì)、安全閥、測溫儀表等接管開孔。 球形封頭 橢圓封頭 球冠形封頭 平蓋封頭 密封裝置 ? 螺栓法蘭連接（簡稱法蘭連接）是一種應(yīng)用最廣的密封裝置，它的作用是通過螺栓連接，并通過擰緊螺栓使密封元件壓緊而保證密封。 組合式筒體按結(jié)構(gòu)和制造方式又可分為多層式和纏繞式兩大類 : 封頭 ? 根據(jù)幾何形狀的不同： – 凸形封頭 ： ? 球形、球冠形、橢圓形、蝶形 – 錐殼 – 平蓋 ? 容器不需開啟時，可把封頭和筒體焊接在一起，從而有效地保證密封，節(jié)省材料和減少加工制造的工作量。 單層筒體按制造方式又分為單層卷焊式、整體鍛造式、鍛焊式等幾種。 長度較短的容器可直接在一個圓筒的兩端連接封頭，構(gòu)成一個封閉的壓力空間，也就制成了一臺壓力容器外殼。 當(dāng)容器較長時，由于鋼板幅面尺寸的限制，需要先用鋼板卷焊成若干段筒體（某一段筒體稱為一個筒節(jié)），再由兩個或兩個以上筒節(jié)組焊成所需長度的筒體。焊縫的方向和圓筒的縱向，即軸向平行，因此稱為縱向焊縫，簡稱 縱焊縫 。 ? 需根據(jù)筒體的直徑、長度和壁厚，確定結(jié)構(gòu)形式。第 3章 水工藝設(shè)備理論基礎(chǔ) 概述 壓力容器基本組成 ? 壓力容器 = 內(nèi)件 + 外殼 ? 外殼一般包括筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座和安全附件，其功能是提供能承受一定溫度和壓力的密閉空間。 ? 水工藝中使用的容器壁厚與直徑之比一般小于 10，稱作 薄壁容器 壓力容器基本組成 ? 筒體 ? 作用 ：提供工藝所需的承壓空間，是壓力容器最主要的受壓元件之一，其內(nèi)直徑和容積往往需由工藝計(jì)算確定。 直徑較大時，筒體可用鋼板在卷板機(jī)上卷成圓筒或用鋼板在水壓機(jī)上壓制成兩個半圓筒，再用焊縫將兩者焊接在一起，形成整圓筒。 筒體直徑較?。ㄒ话阈∮?500mm時），可用無縫鋼管制作，此時筒體上沒有縱焊縫。筒節(jié)與筒節(jié)之間、筒體與端部封頭之間的連接焊縫，由于其方向與筒體軸向垂直，因此 稱為環(huán)向焊縫 ，簡稱環(huán)焊縫。 圓柱形筒體按其結(jié)構(gòu)可分為 ： ? 單層式 : 筒體的器壁在厚度方向是由一整體材料所構(gòu)成，即器壁只有一層（為防止內(nèi)部介質(zhì)腐蝕，襯上的防腐層不包括在內(nèi)）。 組合式 : 筒體的器壁在厚度方向是由兩層或兩層以上互不連續(xù)的材料構(gòu)成。 對于因檢修或更換內(nèi)件的原因而需要多次開啟的容器，封頭和筒體的連接應(yīng)采用可拆式的，此時在封頭和筒體之間就必須要有一個密封裝置。 法蘭按其所連接的部件分為容器法蘭和管道法蘭。 ? 開孔部位的強(qiáng)度削弱，應(yīng)力增大。需開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，以確保所需的強(qiáng)度。隨安裝位置不同，圓筒形容器支座分 : 立式容器支座：腿式支座、支承式支座、耳式支座、裙式支座 臥式容器支座 安全附件 ? 安全附件： 連鎖裝置、警報(bào)裝置、計(jì)量裝、泄放裝置 壓力容器安全附件主要有： 安全閥、爆破裝置、緊急切斷閥、安全聯(lián)鎖裝置、壓力表、液面計(jì)、測溫儀表等 壓力容器零部件間的焊接 ? 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 涉及到接頭的形式（如對接、搭接、角接），以及接頭的坡口形式、幾何尺寸等。 2)球形容器 由數(shù)塊球瓣板拼焊而成，承壓能力好且相同表面積時容器容積最大，但制作麻煩且不便于安置內(nèi)部構(gòu)件，故一般只用于承壓的貯罐。 (2)按容器承壓情況分為 1)常壓容器： 這類容器僅僅承受容器內(nèi)介質(zhì)的靜壓力，一般不設(shè)上蓋。 3)外壓容器 當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)壓力小于外界壓力時，該容器稱作外壓容器。當(dāng)介質(zhì)腐蝕性較大時可使用不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板或鋁制容器。 2)非金屬容器 常用于制作容器的非金屬材料有聚氯乙烯、玻璃鋼、陶瓷、木材、橡膠等。 (4)按容器內(nèi)有無填料分為 1)無填料容器 各種貯槽、貯罐以及部分反應(yīng)器如氣浮器、活性污泥氧化器屬于此類。這類容器和它里邊放置的填料構(gòu)成了填料容器。 (2)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求 1)強(qiáng)度 5)抗腐蝕性和抗沖刷性 2)剛度 6)經(jīng)濟(jì)方面的要求 3)穩(wěn)定性 7)制作、安裝、運(yùn)輸及維修均應(yīng)方便 4)嚴(yán)密性 回轉(zhuǎn)曲面與回轉(zhuǎn)薄殼 ?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。 ?內(nèi)外表面之間的法向距離稱為 殼體厚度 。 回轉(zhuǎn)曲面與回轉(zhuǎn)薄殼 回轉(zhuǎn)薄殼 ： 中間面是由一條平面曲線或直線繞同平面內(nèi)的軸線回轉(zhuǎn)而成。 極點(diǎn) ： 中間面與回轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)。 經(jīng)線 ： 經(jīng)線平面與中間面的交線。 中間面法線 ： 過中間面上的點(diǎn)且垂直于中間面的直線，法線必與回轉(zhuǎn)軸相交 回轉(zhuǎn)曲面與回轉(zhuǎn)薄殼 第一主曲率半徑 ρ1： 經(jīng)線上點(diǎn)的曲率半徑 (CK1)。等于考察點(diǎn) C到該點(diǎn)法線與回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn) K2之間長度 （ CK2） 平行圓半徑 r： 平行圓半徑。 回轉(zhuǎn)薄殼的薄膜應(yīng)力 ? 回轉(zhuǎn)薄殼承受內(nèi)壓后，在經(jīng)線方向和緯線方向都要產(chǎn)生伸長變形，所以，在經(jīng)線方向?qū)a(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力 ζm，在緯線方向會產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力 ζθ 。 ? 由于水工藝所涉及的殼體基本為薄殼，可以認(rèn)為， ζm、 ζθ在殼壁厚度上均勻分布 經(jīng)向薄膜及環(huán)向薄膜應(yīng)力 ?ρ ρ2 ：殼體第一、第二曲率半徑， ? ζm 、 ζθ殼體的經(jīng)向、周向應(yīng)力， MPa； ?δ：殼體的厚度， mm； ?p：殼體所受介質(zhì)的壓力， MPa。同時，可以看出圓柱殼 的 D/ δ值越大，在一定的壓力作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力越大。 球殼上各點(diǎn)的應(yīng)力相等，而且σm和 σθ也相等。 橢球殼 水工程中常用橢球殼的一半作為容器的封頭，它是由四分之一橢圓曲線繞回轉(zhuǎn)軸 Oy旋轉(zhuǎn)而形成的。 短軸之比 a／ b有關(guān)。 a／ b2時，半橢球封頭的最大膜應(yīng)力產(chǎn)生于半橢球的頂點(diǎn)，即 x＝ 0， y＝ b處，其值為 錐形殼 錐形殼一般用于容器的封頭或變徑段，錐形殼的薄膜應(yīng)力 p——介質(zhì)的內(nèi)壓力； α——錐殼的半頂角； δ——錐殼的壁厚； r——計(jì)算點(diǎn)所在平行圓的半徑，即該點(diǎn)距回轉(zhuǎn)軸的距離 錐形殼 隨著半錐角的增大殼體的應(yīng)力將變大，所以在承壓容器中太大的錐角是不宜采用。 壓力容器的強(qiáng)度計(jì)算 壓力容器與常壓容器 受勞動部頒發(fā)的 《 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 》(簡稱 《 容規(guī) 》 )管理的壓力 容器必須同時滿足以下三個條件： pw≥(不含液體靜壓力 )。 、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。 內(nèi)壓圓筒壁厚的確定 (1)理論計(jì)算壁厚和設(shè)計(jì)厚度 中徑為 D，壁厚為 δ的圓筒體，在承受介質(zhì)的內(nèi)壓為 p時，其經(jīng)向薄膜應(yīng)力和環(huán)向薄膜應(yīng)力分別是 內(nèi)壓圓筒壁厚的確定 ? 環(huán)向薄膜應(yīng)力是經(jīng)向薄膜應(yīng)力的兩倍，若鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為 [ζ] ? 按薄膜應(yīng)力條件，考慮焊縫強(qiáng)度、內(nèi)徑等等 內(nèi)壓圓筒壁厚的確定 ? 若容器的設(shè)計(jì)使用壽命為 n年，介質(zhì)對容器壁的年腐蝕量為 λmm／年，則在容器的使用過程中，器壁因腐蝕而減薄的總量稱作腐蝕裕量 ，其值為 C1＝ nλ， ? 腐蝕裕量應(yīng)包括在容器的壁厚之中。 ? δd= δ+ C1 (2)圓筒壁的名義厚度 ? 由于鋼板的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了一定量的允許正、負(fù)偏差值，故鋼板的實(shí)際厚度可能小于標(biāo)注的名義厚度。 ? 將鋼板的設(shè)計(jì)厚度加上鋼板的負(fù)偏差并向上圓整至鋼板的規(guī)格厚度得出容器壁的 名義厚度 ，用 δn表示，即 (3)圓筒的有效厚度