【正文】 后，其他各種厚度計(jì)算與前面相同。 tc Dp ][2???許用應(yīng)力應(yīng)降低、打折扣！ 方法：將許用應(yīng)力乘以一個(gè)小于 1的數(shù)值 φ — 焊接接頭系數(shù) ???tc Dp ][2?φ— 焊接接頭系數(shù)（焊縫系數(shù)） （ 2）用內(nèi)徑代替中面直徑 ??? tc Dp ][2 ???? ? tic Dp ][2 )( ??工藝設(shè)計(jì)、測量都用內(nèi)徑，用中徑不方便！ 解出上式中的 δ，得到內(nèi)壓圓筒的 計(jì)算厚度 ： ? ? cticpDp?????2Di─圓筒內(nèi)徑 （ 3）考慮介質(zhì)對(duì)筒壁的腐蝕作用 介質(zhì)腐蝕 → 壁厚減薄。 實(shí)際設(shè)計(jì)中還要考慮幾個(gè)因素： （ 1）焊接接頭系數(shù) 鋼制容器筒體大多是由鋼板卷焊而成。 底部支撐圓筒： ζ1= 0 （液重直接傳給基礎(chǔ)） 上部支撐圓筒： 筒壁受軸向力作用 ，產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力 gHRR ????? 212 ??????421gH DgH R ??液體重量 四、筒體強(qiáng)度計(jì)算 為了保證筒體的強(qiáng)度，筒體內(nèi)的 環(huán)向應(yīng)力 ≤設(shè)計(jì)溫度下材料的 許用應(yīng)力 ，即 tc Dp ][2???Pc─筒體的 計(jì)算壓力 ， MPa [ζ]t ─設(shè)計(jì)溫度下筒體材料的許用應(yīng)力， MPa 此式是內(nèi)壓薄壁圓筒在理想情況下的強(qiáng)度條件，不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，因有些因素未考慮。 【 例 101】 有一外徑為 219mm的氧氣瓶 ， 最小壁厚為=,材質(zhì)為 40Mn2A,工作壓力為 15MPa， 試求氧氣瓶筒壁內(nèi)的應(yīng)力 。 ])(2[)(2)(2222442224222241baxaabaxabpbaxabp????????????????pa??21? ? pa ? ? 2 ? ? pa ? 1 2 標(biāo)準(zhǔn) 橢圓形封頭應(yīng)力分布， a/b=2 頂點(diǎn)處 （ x=0） 邊緣處（ x=a） ? 頂點(diǎn)應(yīng)力最大，經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力是相等； ? 頂點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力比邊緣處的經(jīng)向應(yīng)力大一倍； ? 頂點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力和邊緣處相等但符號(hào)相反。 （ 4）橢圓形殼體 12222??byax橢圓殼經(jīng)線為一橢圓，其曲線方程： ? ? ? ?442/3242423211baxbyayyR ???????22222 xabby ??yxaby ???22/324// 1yaby ???babaxaR42/322241)]([ ???第一曲率半徑： 自任意點(diǎn) A（ x,y）作經(jīng)線的垂線，交回轉(zhuǎn)軸于 k2點(diǎn)，則 Ak2即為 R2 ，根據(jù)幾何關(guān)系，可得 bbaxaR 2/122242)]([ ???第二曲率半徑： ?s in2xR ????21s i ntgtg??yxabdxdytg ?????22?224242 bxbyaR ?? 22222 xabby ??dy A dx φ B 把 R1和 R2的表達(dá)式代入微體平衡方程及區(qū)域平衡方程得： a,b—— 分別為橢球殼的長、短半徑， mm 。因此，一般在錐頂開孔。 ，不宜太大。 ?? 22pD?比較 圓筒殼 ?? 221pR?n （ 3）圓錐形殼體 ?c os 21rRR ???半錐角 α， A點(diǎn)處半徑 r，厚度 δ，則 A點(diǎn)處 ??? pRR ?? 2211???c os21pr? c o s2 ???pr??? 221pR?錐形殼的環(huán)向應(yīng)力是經(jīng)向應(yīng)力的 2倍，并且應(yīng)力隨著半錐角 α 的增大而增大。 區(qū)域平衡方程 K R2 rk 三、基本方程式的應(yīng)用 受氣體內(nèi)壓殼體的受力分析 （ 1）圓筒形殼體 R1=∞， R2=D/2 B ??? pRR ?? 2211???? 2 4 21pDpD ???? 221pR?n 結(jié)果與截面法求得的完全一致。 無力矩 理論求解 薄膜應(yīng)力 邊緣應(yīng)力 有力矩 理論求解 采用對(duì) 微元體 abcd建立平衡的方法，得到薄壁容器受力的基本方程式： ??? pRR??2211─微體平衡方程 基本方程式 表達(dá)了殼體上任一點(diǎn)處的 ζ ζ2 、內(nèi)壓、該點(diǎn)曲率半徑和厚度的關(guān)系。 MM?（ 2）基本假設(shè) ① 小位移假設(shè) ：受力后各點(diǎn)位移遠(yuǎn)小于壁厚，變形前后尺寸不變； ② 直線法假設(shè) ：變形前后垂直于中面的直線段不變 → 變形前后法向線段長度不變 → 厚度不變； ③ 不擠壓假設(shè) ：薄殼法向應(yīng)力忽略不計(jì) → 兩向應(yīng)力 假定材料具有連續(xù)性、均勻性和各向同性，即殼體是完全彈性的 基本方程式 無力矩理論，也稱 薄膜理論 ：它假設(shè)壁厚與直徑相比很小，薄殼與薄膜一樣，只能承受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，不能承受彎矩和彎曲應(yīng)力。 ③ 旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念 母線（ OAA’） 經(jīng)線（ OBB’ 、 θ ） 法線（ n⊥ 中面， 交軸 ） 平行圓（ ABD 、 φ ） 第一曲率半徑（ R1=Bk1） 第二曲率半徑（ R2=Bk2） 垂直經(jīng)線的平面與中面的截交線（ BE）的曲率半徑 B 中面 法截線 課外知識(shí) Tyxo?),( yxMCO 設(shè)曲線 C的方程為 y=f(x)，則曲線 C上任一點(diǎn) M的 曲率半徑ρ為 曲率半徑越小，曲線在此點(diǎn)越彎曲。 石油、化工中使用的壓力容器通常是軸對(duì)稱的。 （ 1）內(nèi)壓圓筒 縱焊縫 和 環(huán)焊縫 哪個(gè)更易破裂？ （ 2） 橢圓孔怎么開？ （ 3） δ↑ →承壓能力 ↑? 問題 基本概念與基本假設(shè) （ 1）基本概念 ①旋轉(zhuǎn)殼體：殼體的 中面 （等分殼體厚度的面）是 回轉(zhuǎn)面 。 δ/Di≤ 圓筒薄壁容器承受內(nèi)壓時(shí)的應(yīng)力 Di＞＞ δ→可以認(rèn)為 :筒壁只有 拉應(yīng)力無彎曲（對(duì)稱，拉應(yīng)力沿壁厚均布） ζ1：圓筒母線方向（即軸向）拉應(yīng)力 — 軸向應(yīng)力（經(jīng)向應(yīng)力） ζ2：圓筒圓周方向（即環(huán)向）拉應(yīng)力 — 稱 環(huán)向應(yīng)力 軸向 :拉伸變形 → 軸向拉應(yīng)力 橫向 :直徑增大 → 拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力 (?。? A B A’ B’ 器壁上有兩種拉應(yīng)力： 縱截面 （ 1）軸向（經(jīng)向）應(yīng)力 圓筒的應(yīng)力計(jì)算 D— 筒體平均直徑，簡稱中徑， mm 實(shí)際計(jì)算時(shí)采用內(nèi)徑，這里用中徑使計(jì)算公式簡化。 全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) —— 1984年 7月成立 內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì) 一、薄壁容器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 薄壁容器 iiii DDDDD ?? 2120 ?????K厚壁容器 K＞ 薄壁容器 K ≤ 容器 石油、化工中使用的壓力容器大多為薄壁容器。為標(biāo)準(zhǔn)化，將容器零部件的壓力規(guī)定為若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的壓力等級(jí)便于選用。但選用時(shí)，只有公稱直徑一個(gè)參數(shù)是不夠的，因?yàn)?DN相同的零部件，工作壓力不同，其尺寸（厚度等）亦不同。 熱扎無縫鋼管的生產(chǎn)過程 粗扎 精扎 有縫管 的標(biāo)記用公稱直徑表示： DN50 公稱直徑 公稱直徑是近似內(nèi)徑的一個(gè)代號(hào)，可用 mm或 in表示，每個(gè)公稱直徑對(duì)應(yīng)一個(gè)外徑 D0，但厚度不同（普通、加厚） →內(nèi)徑 Di不同。 無縫鋼管一般只適用 DN600以下的，直徑再大的管線就要選有縫管。 無縫管 ：直接生產(chǎn)出，分熱軋管和冷拔管兩種。它與 屈服現(xiàn)象 不同， 屈服現(xiàn)象通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。 高壓 ( M Pa ) 10 ≤ p 1 0 0反應(yīng)儲(chǔ)存分離三類容器二類容器換熱中壓( M Pa )1 . 6 ≤ p 1 0反應(yīng)儲(chǔ)存分離一類容器換熱低壓( M Pa )0 . 1 ≤ p 1 . 6≥ 0 . 2≥ 10≥ 0 . 5PV 值 M Pa 包括 指相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限 ≥540MPa ① 中壓容器（不在第三類的中壓容器）； ②毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器； ③易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器； ④低壓管殼式余熱鍋爐，或低壓搪瓷玻璃壓力容器。m3）； ⑤低壓容器（毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且PV≥ 按管理分類 國家勞動(dòng)部門，根據(jù)容器壓力與容積乘積 （ PV）大小、介質(zhì)的危害程度以及容器的作用，將壓力容器分為三類： Ι 對(duì)容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理要求愈高 Ⅱ Ⅲ ① 高壓容器； ②中壓容器（毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）； ③中壓儲(chǔ)存容器（易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且 PV≥10MPa 2 、 容器的結(jié)構(gòu) 封頭人孔支座 筒體管口液位計(jì)二、容器的分類 按容器形狀分類 方（矩）形容器：制造方便、承壓能力差 ,小型常壓 球形容器：制造稍難、承壓能力好 ,高壓儲(chǔ)罐 圓筒形容器：制造容易、承壓能力好、應(yīng)用廣泛 按承壓性質(zhì)分類 （ 1）壓力方向 內(nèi)壓容器 外壓容器（真空容器 :外Ｐ =,內(nèi) P） （ 2）壓力大小（設(shè)計(jì)壓力大?。? 內(nèi)壓容器 低壓容器： ≤P＜ 中壓容器： ≤P＜ 10 MPa 高壓容器： 10≤P＜ 100MPa 超高壓容器： P＞ 100MPa 真空容器與外壓容器的區(qū)別 真空容器指外部壓力來源于大氣的壓力（外壓為 1個(gè)大氣壓，即 ），即將設(shè)備內(nèi)空氣抽掉，內(nèi)部壓力小于大氣壓力。 容器主要是由 殼體 （筒體）、 封頭 （端蓋）、法蘭、支座、接口管、人孔等組成。 第 10章 容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 概述 內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì) 外壓圓筒設(shè)計(jì) 封頭的設(shè)計(jì) 容器的概念 概 述 一、容器的結(jié)構(gòu) 容器的概論有狹義、廣義之分，狹義的容器是指儲(chǔ)存原料、中間產(chǎn)品或成品的儲(chǔ)存設(shè)備，如大型煉油廠的原油儲(chǔ)罐、油制氣廠的球形儲(chǔ)氣罐、液化石油氣瓶等。 設(shè)備 =外殼 +功能內(nèi)件 ? 鍋爐、換熱器、加熱爐 = 圓筒外殼 + 傳熱管束 ? 核反應(yīng)堆 = 圓筒安全殼 + 核反應(yīng)零部件 ? 塔器 = 圓筒外殼 + 傳質(zhì)元件（浮閥、填料等） ? 反應(yīng)釜 = 圓筒夾套 + 攪拌器 ? 壓縮機(jī)、真空泵 = 圓筒氣缸 + 活塞 ? 泵 = 蝸殼 + 葉輪 廣義的容器 在石油化工領(lǐng)域，容器是指儲(chǔ)存設(shè)備和其它設(shè)備的外殼。中低壓容器的通用零部件（如法蘭、人孔）已經(jīng) 標(biāo)準(zhǔn) 化，設(shè)計(jì)時(shí)可直接 選用 。 外壓容器指外部壓力來源于介質(zhì)壓力，壓力不限大小。m3） ； ④中壓反應(yīng)容器（易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且 PV≥m3）； ⑥ 高、中壓管殼式余熱鍋爐； ⑦ 中壓搪玻璃壓力容器； （ 1）第三類壓力容器 毒性分級(jí)見 GB5044《 職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》 ⑧ 使用 強(qiáng)度級(jí)別較高 的材料制造的壓力容器； ⑨ 移動(dòng)式壓力容器； 鐵路罐車 罐式汽車 罐式集裝箱等； ⑩容積 ≥ 50m3的球形儲(chǔ)罐； ⑾容積＞ 5m3的低溫液體儲(chǔ)存容器。 （ 3）第一類壓力容器 （ 2）第二類壓力容器 不在第三類、第二類壓力容器之內(nèi)的低壓容器。 m3高度、極度毒性易燃、中度毒性非易燃無 / 輕毒介質(zhì)性質(zhì)壓力容器類別簡易判斷表碳素鋼或低合金鋼＞ 420℃ 合金鋼＞ 450℃ 奧氏體不銹鋼＞ 550℃ 按容器壁溫或材料分類 低溫容器： ≤ 20℃ 常溫容器： 20～ 200℃ 中溫容器： 200～ 420 ℃ 高溫容器：達(dá)到材料 蠕變 溫度 蠕變 ：在應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長而增加的現(xiàn)象。 三、容器零部件標(biāo)準(zhǔn)化 公稱直徑 DN 公稱壓力 PN 基本參數(shù) 鋼板卷焊：內(nèi)徑 無縫鋼管：外徑 公稱直徑 （ 1）壓力容器的公稱直徑 筒體 封頭：公稱直徑與筒體一致 指標(biāo)準(zhǔn)化后的標(biāo)準(zhǔn)直徑， DN表示，單位 mm 300 (350) 400 (450) 500 (550) 600