压力容器设计外压圆筒的设计计算省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四章 外压容器设计第1页第三节 外压圆筒设计计算第三节第三节 外压圆筒设计计算外压圆筒设计计算外压圆筒设计外压圆筒设计解析法解析法图算法图算法特点：重复试算，比较特点：重复试算，比较繁琐。繁琐。第2页图算法原理：（标准规范采取）图算法原理：（标准规范采取）（4-8）（4-15）第三节 外压圆筒设计计算为避开材料弹性模量为避开材料弹性模量E（塑性状态为变量），采取应（塑性状态为变量），采取应变表征失稳时特征：变表征失稳时特征：不论长圆筒或短圆筒，失稳时周向应变（按单向应力时虎克定律）为：第3页将长、短圆筒 pcr公式分别代入应变式中，得长圆筒 短圆筒第三节 外压圆筒设计计算第4页令令A=cr，以，以A作为横坐标，作为横坐标，L/Do作为纵坐标，作为纵坐标，Do/te作为参量绘成曲线；见图作为参量绘成曲线；见图4-11（1）几何参数计算图：）几何参数计算图：L/Do-Do/te-A关系曲线关系曲线与材料弹性模量与材料弹性模量E无关，对任何钢材筒体都适用。无关，对任何钢材筒体都适用。第三节 外压圆筒设计计算长圆筒长圆筒与纵坐标平行直线簇，失稳时与纵坐标平行直线簇，失稳时 周向应变周向应变A与与L/Do无关；无关；短圆筒短圆筒斜平行线簇，失稳时斜平行线簇，失稳时A与与 L/Do、Do/te都相关。都相关。第5页（2）厚度计算图（不一样材料）：）厚度计算图（不一样材料）：B-A关系曲线关系曲线即由L/Do，Do/te图4-11周向应变A找出A与pcr关系判定筒体在操作外压力下是否安全。临界压力pcr，稳定性安全系数m，许用外压力p，故 pcr=mp查第三节 外压圆筒设计计算第6页以A和B为坐标轴厚度计算图，以为基础，图图4-12图图4-15为几个惯用钢材厚度计算图。温度不一样，曲线不一样；直线部分表示材料处于弹性，属于弹性失稳，B与A成正比，由A查B时，若与曲线不相交，则属于弹性失稳，可由，求取B。令 B=，GB150取m=3，代入上式得：由该式建立由该式建立B与与A关系图关系图第三节 外压圆筒设计计算第7页工程设计方法工程设计方法工程设计方法工程设计方法 外压圆筒外压圆筒（Dote）薄壁圆筒（薄壁圆筒（Dote20）失稳失稳Dote20厚壁圆筒（厚壁圆筒（Dote20）失稳失稳强度失效强度失效第三节 外压圆筒设计计算第8页Do/te20薄壁筒体，稳定性校核：薄壁筒体，稳定性校核：a.假设名义厚度假设名义厚度tn，令，令te=tn-C，算出，算出L/Do和和Do/te；b.以以L/Do、Do/te值由图值由图4-11查取查取A值（遇中间插值），值（遇中间插值），若若L/Do值大于值大于50，则用，则用L/Do=50查图；若查图；若L/Do值小于值小于0.05，则用，则用L/Do=0.05查图查图c.由材料选由材料选厚度计算图（图厚度计算图（图4-12图图4-15）第三节 外压圆筒设计计算第9页B 按按(a)式计算许用外压式计算许用外压p温度对应曲线在温度对应曲线在图上没有时，插值图上没有时，插值（b）A在材料线左方在材料线左方时，时，按，按(b)式计算许用外压式计算许用外压p：系系 数数 A设计温度设计温度依依据据(a)第三节 外压圆筒设计计算第10页图算法求解过程第三节 外压圆筒设计计算第11页d.pcp且较靠近且较靠近假设名义厚度假设名义厚度tn合理合理pcp假设假设tn不合理不合理重设重设tn，直到满足，直到满足第三节 外压圆筒设计计算第12页1、真空容器、真空容器有安全装置时：有安全装置时：无安全装置时：无安全装置时：p=0.1Mpa 2、带夹套真空容器、带夹套真空容器p取真空容器设计压力加上夹套压力取真空容器设计压力加上夹套压力3、其它外压容器（包含带夹套外压容器）、其它外压容器（包含带夹套外压容器）p应应大大于于容容器器正正常常工工作作过过程程中中可可能能出出现现最最大大内内外外压压力差力差即：即：p(po-pi)max注意：最大内外压差取值注意：最大内外压差取值四、设计参数四、设计参数要求要求设计压力设计压力第三节 外压圆筒设计计算第13页四、设计参数四、设计参数要求要求压力试验压力试验第三节 外压圆筒设计计算不带夹套外压容器和真空容器不带夹套外压容器和真空容器试验压力试验压力带夹套外压容器带夹套外压容器夹套容器是由内筒和夹套组成多腔压力容器，各腔设计夹套容器是由内筒和夹套组成多腔压力容器，各腔设计压力通常是不一样，应在图样上分别注明内筒和夹套试压力通常是不一样，应在图样上分别注明内筒和夹套试验压力值。验压力值。内筒试验压力内筒试验压力第14页在确定了夹套试验压力后，还必须校核内在确定了夹套试验压力后，还必须校核内筒在该试验压力下稳定性。筒在该试验压力下稳定性。如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套液压试验时，必须同时在内筒保持一定压液压试验时，必须同时在内筒保持一定压力，以确保夹套试压时内筒稳定性。力，以确保夹套试压时内筒稳定性。夹套：夹套：按内压容器确定试验压力。按内压容器确定试验压力。第三节 外压圆筒设计计算注意：注意：第15页计算长度计算长度第三节 外压圆筒设计计算计算长度计算长度：筒体外部或内部两相邻刚性构件之间最大距离，：筒体外部或内部两相邻刚性构件之间最大距离，通常封头、法兰、加强圈等均可视为刚性构件。通常封头、法兰、加强圈等均可视为刚性构件。第16页第三节 外压圆筒设计计算第17页第三节 外压圆筒设计计算第18页加强圈设计计算加强圈设计计算将长圆筒转化为短圆筒，能够有效地减小筒体厚将长圆筒转化为短圆筒，能够有效地减小筒体厚度、提升筒体稳定性。度、提升筒体稳定性。目加强圈设计加强圈设计加强圈间距加强圈间距截面尺寸截面尺寸结构设计结构设计第三节 外压圆筒设计计算第19页1、加强圈间距、加强圈间距设置加强圈，必须使其属于短圆筒才有实际作用。设置加强圈，必须使其属于短圆筒才有实际作用。加强圈数量增多，加强圈数量增多，Lmax值减小，筒体厚度减薄；反值减小，筒体厚度减薄；反之，筒体厚度须增加。之，筒体厚度须增加。第三节 外压圆筒设计计算2、加强圈截面尺寸确定目目 ：增强筒壁截面抗弯曲能力增强筒壁截面抗弯曲能力方法思绪：方法思绪：经过增加截面惯性矩经过增加截面惯性矩 J 来提升筒壁截面抗弯来提升筒壁截面抗弯曲能力，满足曲能力，满足 Js大于并靠近大于并靠近J第20页设置设置位置位置容器内部：容器内部：焊接总长大于焊接总长大于 筒体内圆周长筒体内圆周长1/3容器外部：容器外部：焊接总长大于焊接总长大于 筒体外圆周长筒体外圆周长1/23、加强圈结构设计、加强圈结构设计工字钢工字钢其它型钢其它型钢惯用惯用型钢型钢扁钢扁钢角钢角钢材料：多为碳素钢。材料：多为碳素钢。筒体为珍贵金属，在筒体外部设置碳素钢加强圈，筒体为珍贵金属，在筒体外部设置碳素钢加强圈，节约珍贵金属。节约珍贵金属。第三节 外压圆筒设计计算第21页 加强圈两侧间断焊缝可错开或并排，但焊缝之间最加强圈两侧间断焊缝可错开或并排，但焊缝之间最大间隙对外加强圈为大间隙对外加强圈为8n，对内加强圈，对内加强圈12n（n为筒体为筒体名义厚度）。名义厚度）。第三节 外压圆筒设计计算加强圈形式及连接结构加强圈形式及连接结构第22页要求：要求：3、加强圈结构设计（续）、加强圈结构设计（续）#加强圈应整圈围绕在筒体圆周上，不许任意减加强圈应整圈围绕在筒体圆周上，不许任意减弱或割断。弱或割断。#设置在内部加强圈，若开设排液孔、排气孔，设置在内部加强圈，若开设排液孔、排气孔，减弱或割断弧长不得大于图减弱或割断弧长不得大于图4-18所给定值。所给定值。第三节 外压圆筒设计计算第23页本节重点v（1）外压容器设计参数要求；v（2）设置加强圈目标及结构要求。第24页第25页