内压薄壁容器设计II设计参数的规定.pptx

第二章 中低压容器的规则设计慕课课程：Massive Open Online CoursePressure Vessel Design 压力容器设计主讲教师：潘家祯华东理工大学机械与动力工程学院华东理工大学机械与动力工程学院2.3 内压薄壁容器设计II 设计参数的规定2第三节 内压薄壁容器的设计计算一、引言二、圆筒和球壳的设计计算三、设计参数的规定四、压力试验五、封头的设计计算2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定3（一）设计压力和设计温度 容器的设计压力是指在相应的设计温度下，用以确定容器壳体厚度的表压力，其值不小于容器的最大工作压力，容器的最大工作压力是指在正常操作情况下容器顶部可能出现的最高表压力。对承装液化气体的容器，设计压力应根据容器允许达到的最高介质温度和相应的饱和蒸汽压力确定。若容器装有液体，当容器各部位或受压元件所承受的液柱静压力达到设计压力的5%时，液柱静压力应计入该部位或元件的设计压力内。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定4（一）设计压力和设计温度 设计温度指容器在正常操作情况下，在相应设计压力下设定的受压元件的金属温度，其值不得低于金属可能达到的最高温度。对于0oC 以下的金属温度，则设计温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。容器金属温度可通过实测或由传热学计算。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定5（二）焊缝系数 绝大多数容器采用焊接结构，焊接时由于可能出现的焊接缺陷，焊缝往往是容器强度比较薄弱的环节，因此在设计中用焊缝系数来表示焊缝金属与母材强度的比值。它反映出容器受削弱的程度。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定6(三)壁厚附加量 厚度附加量由两部分组成：l 钢板或钢管的厚度负偏差，C1l 腐蚀裕度C2。C=C1+C2。C1按相应钢板或钢管标准选取。容器用钢板负公差不超过0.25mm时且不超过名义厚度的6%时，可取C1=0。C2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定。对于碳素钢和低合金钢，C2不小于1mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极少时，可取为零。此外，对于冲压成型后的封头和热卷的圆筒，制造厂应保证成品的实际厚度不小于名义厚度减去钢材厚度的负偏差。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定7第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定(三)壁厚附加量表2-4 热轧钢板厚度负偏差表2-5 热轧无缝钢管厚度负偏差2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定8（四）许用应力和安全系数 许用应力是容器壳体等受压元件的材料许用强度，取材料的极限强度与相应的安全系数之比。极限强度要根据失效类型来确定，安全系数则受操作工况、材料、制造质量和计算方法等因素的影响。采用过小的许用应力或过大的安全系数，会使设计的部分过分笨重而浪费材料，反之会使部件过于单薄而破损，因此合理选择许用应力或安全系数是关系设计先进可靠与否的问题。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定9（四）许用应力和安全系数 材料的极限强度由试验求得。对于低碳钢之类的塑性材料，它们有明显的规定非比例伸长应力s s0.20.2、屈服强度s ss s和抗拉强度s sb b。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定10（四）许用应力和安全系数 为了使容器不产生过大的弹性或塑性变形，许用应力常以s sy y或s sp p作为极限强度，因它们十分接近，故常用屈服强度s sy y。当材料无明显屈服点时，用规定残余伸长应力s s0.20.2，即产生0.2%残余伸长时的应力值。有些材料在拉伸曲线上既无明显屈服点，又无明显的服从弹性关系区，如铜，铸铁或高强度钢(屈强比高的材料)，在温度不很高条件下，极限强度则取抗拉强度。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定11（四）许用应力和安全系数 随着温度的变化，各种材料的力学性能也将产生不同的变化。如铜、铝、铅等材料，其抗拉强度随温度的升高而下降。因此当温度升高时，以设计温度下的抗拉强度sbt作为极限强度。对于低碳钢材料，温度升高，材料的抗拉强度也升高，但当温度达到一定值时（250300），抗拉强度会很快下降，而屈服点始终随温度升高均匀下降。因此在温度较高时，极限强度用设计温度下的屈服强度syt。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定12（四）许用应力和安全系数 当碳钢和普通低合金钢制容器温度高于420，铬钼合金钢容器高于450，不锈钢制容器高于550时，抗拉强度和屈服点都不能作为极限强度。因为在高温下工作的容器往往不是由于强度不足，而是由于蠕变产生失效。蠕变是材料在高温下应力不增加情况下，它的应变随时间而增加的现象。要求金属在高温下不蠕变是不可能的，只能选用蠕变速度较慢的材料或控制应力水平，因此高温时材料的极限强度要以蠕变极限snt为依据。用于容器的材料，要求在恒定温度下，蠕变速度不超过10-7mm/mmh的最大应力，或在10万小时下，蠕变总应变量不超过1%的最大应力作为条件蠕变极限。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定13（四）许用应力和安全系数 按蠕变极限设计的容器，尽管限制了它的蠕变速度，但材料还是以一定的蠕变速度在伸长，实际上是不允许材料无限制的伸长下去，因为材料伸长到一定量时，材料就要断裂，因而在高温下还以材料的持久极限sDt来表征材料的抗蠕变能力。持久极限的定义是材料在恒定温度下，经过规定时间（我国规定为10万小时）发生断裂的相应应力。由于材料拉伸试验结果有一定分散性，受载情况的统计特性和理论计算方法与容器实际应力不同，以及制造的允许偏差等因素，如用计算应力不超过极限强度来校核，带有很大的冒险性，为了保证受压元件有足够安全储备量，引入安全系数的概念。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定14第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定（四）许用应力和安全系数 安全系数根据操作工况、材料、制造质量、和计算方法等多方面因素确定。标准规定：对碳素钢及低合金钢：对奥氏体高合金钢：2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定15（四）许用应力和安全系数 从以上分析可知，根据不同的失效类型，对不同材料计算许用应力的极限强度是不同的，而且同一种材料，在不同的试验条件下，它的极限强度取法也不同。对不同的极限强度选取相应的安全系数，就可以得到材料的各种许用应力，欲防止各种类型的失效和保证各种条件下的设计安全、实际许用应力取下列三者中的最小值：第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定 我国容器标准为方便设计，直接给出常用钢板、钢管、锻件和螺栓材料在不同温度下的许用应力值。2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定强度极限蠕变极限持久极限16第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定GB150.1-2011规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定以抗拉强度平均值计算以室温屈服强度平均值计算以设计温度下的屈服强度计算以10万小时蠕变1%的蠕变极限计算以10万小时断裂的持久强度平均值计算17(五)最小壁厚最小壁厚确定：对碳钢和低合金钢，当内直径Di3800mm时，其最小壁厚 且不小于3mm，腐蚀裕度另加。当内直径Di3800mm时，其最小壁厚tmin按运输与现场制造条件确定。对不锈钢容器，取tmin不小于2mm。第三节 内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定182.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定2.3.2内压薄壁容器设计-II 设计参数的规定慕慕课课程：课课程：Massive Open Online CourseMassive Open Online Course Pressure Vessel Design Pressure Vessel Design 压力容器设计压力容器设计