《化工容器及设备》第5单元_厚壁容器预案.ppt

第五节 厚器的主要零部件 （续） 式中符号的意义： 第五节 厚器的主要零部件 （续） 二、筒体端部 1．简体端部结构尺寸 结构尺寸按以下规定确： ① 端部厚度δn不得小于按内压确定的圆筒的名义厚度。 ② 主螺栓中心圆直径 第五节 厚器的主要零部件 （续） ③简体端部外径 ④扩孔有效螺纹深度 ⑧端部外缘长度h ⑤螺孔深度 ⑥圆角半径 ⑦直边长度 hs等于h1加上螺孔加工工艺所需的无效螺纹长度 第五节 厚器的主要零部件 （续） 2. 应力校核 确定好结构尺寸后，进行筒体端部纵向截面弯曲应力校核。 ①作用于筒体端部纵向截面的弯矩： 第五节 厚器的主要零部件 （续） 式中符号的意义： 第五节 厚器的主要零部件 （续） ② 简体端部纵向截面的抗弯截面系数。按图5-22所示简体端部计算图，得抗弯截面系数，即： 第五节 厚器的主要零部件 （续） 第五节 厚器的主要零部件 （续） 式中符号的意义： 第五节 厚器的主要零部件 （续） 第五节 厚器的主要零部件 （续） ③按式校核简体端部纵向截面的弯曲应力σm(MPa)，即： 作业习题 习题5-1；5-5；5-7 第三节 厚壁圆筒的强度计算（续） 1. 内压内加热圆筒应力校核 计算出厚度δe后，考虑附加量及钢板规格，确定名义厚度δn ，即可按下式校核圆筒外壁上的当量综合应力，即 第三节 厚壁圆筒的强度计算（续） ——厚壁圆筒外壁上的当量温差应力，可以证明该应力等于圆简外壁上的环向温差应力(见表2-2) ——圆筒外壁上的当且综合应力，MPa； ——厚壁圆筒外壁上内压产生的当量应力，采用第四强度理论，将外壁的三个主应力(见表2-1),代入，经化简得到 第三节 厚壁圆筒的强度计算（续） 2. 内压外加热圆简应力校核 内压外加热厚望圆筒，最危险处是在内壁上，故按内压圆筒求得名义厚度δn后，按以下条件校核内壁上的当量综合应力，即 第三节 厚壁圆筒的强度计算（续） ——厚壁圆筒外壁上的当量温差应力，可以证明该应力等于圆简外壁上的环向温差应力(见表2-2) ——圆筒外壁上的当且综合应力，MPa； ——厚壁圆筒外壁上内压产生的当量应力，采用第四强度理论，将外壁的三个主应力(见表5-1),代入，经化简得到 第三节 厚壁圆筒的强度计算（续） 从上述计算内容可知，在进行当且综合应力校核时应注意以下两点。 ①校核计算公式中使用的壁厚，应该是圆筒的名义厚度； ②校核时使用的强度条件是2 [σ]t 。考虑温差应力，当器壁中当量综合应力达到材料屈服极限而发生变形时，某些约束即得到缓解，温差应力不会继续增加。对塑性材料制作的厚壁容器，温差应力的自限性，其对强度的危害性要比内压力或其他机械载荷引起的应力小得多。 第四节 厚壁圆筒的自增强 一、自增强圆筒的应用特点 二、自增强处理的方法 第四节 厚壁圆筒的自增强（续） 通过应力分析可知，仅受内压作用的厚壁圆筒，其内壁上的当量应力为最大，外壁为最小，但应力沿壁厚分布不均匀。这就意味着厚壁圆筒在承载时，只要圆筒未进入整体塑性变形状态，外层材料总是没有得到充分利用。为了解决这一问题，人们提出了采用预应力的方法来改善简体的应力分布，从而提高材料利用率和降低简体的使用厚度。 自增强技术的起因 第四节 厚壁圆筒的自增强（续） 自增强厚壁容器 弹性操作筒体 厚壁圆筒产生预应力的常用方法 第四节 厚壁圆筒的自增强（续） 方法：通过某种制作工艺或技术，将一个圆筒缩套在另一个圆筒外，使内筒产生压缩应力，而所有应力和应变都限制在弹性范围内，故称为弹性操作筒体。 弹性操作筒体 具体应用：多层包扎式、热套式、绕带式等多种组合式圆筒即属于这类方法的。 第四节 厚壁圆筒的自增强（续） 方法：在厚壁容器操作使用前进行加压处理，此压力一般超过操作压力，使圆筒内壁屈服，产生径向扩大的残余变形并形成一塑性区，而外层仍保持弹性变形。保压一段时间后卸载，由于外层材料的弹性收缩，使已经进入塑性状态的内层材料在弹性恢复后产生压缩应力。由于此类方法是利用圆筒自身外层的弹性收缩来获得预应力，故称为自增强。 自增强厚壁容器 第四节 厚壁圆筒的自增强（续） 一、自增强圆筒的应用特点 ① 经过自增强处理的圆筒，因为产生了预压缩应力，使圆筒内壁原有的最大应力降低应力分布更为均匀，而且全部应力维持在弹性范围内，弹性操作范围扩大，弹性承载能得到较大提高。 例如，试验证明0Cr18Ni9的不锈钢圆筒，经超应变处理4％的变形率后，内壁材料的屈服极限。σ0.2可以提高43％；经过自增强处理的管子，其屈服压力提高40％～59％由此可以代用强度较低的管子或使壁厚减薄。 第四节 厚壁圆筒的自增强（续） ②经过自增强处理的圆筒，由于内壁存在压缩残余应力，操作时使内壁平均应力降低，疲劳强度显著提高。特别是对有径向小孔和内壁有缺陷或有裂纹的圆