第二节内压薄壁容器设计.ppt

第二节 内压薄壁容器设计;一、薄壁容器设计的理论基础;㈡圆筒形薄壁容器承受内压时的应力;㈢　圆筒的应力计算 ;2. 环向应力;分析：;分析：;（2）分析式(4-1)和(4-2)也可知，;二、无力矩理论基本方程式;（2） 轴对称;（3）旋转壳体的几何概念 ;2． 基本假设;2． 基本假设;㈡ 无力矩理论基本方程式 ;（4-3）——平衡方程 ;三、基本方程式的应用;2．球形壳体 ;3．圆锥形壳体;　 ??????????????????????????????????? ， ??????????????????????????????　　　　　　（4-6）;4．椭圆形壳体 ; ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????　　　　　　（4-7） ;　化工常用标准椭圆形封头，a/b=2，故 ;㈡ 受液体静压的圆筒形壳体的受力分析 ; 底部支承的圆筒（a），液体重量由支承传递给基础，筒壁不受液体轴向力作用，则s1=0。 上部支承圆筒（b），液体重量使得圆筒壁受轴向力作用，在圆筒壁上产生经向应力：;例题4-1：有一外径为219mm的氧气瓶，最小厚度为6.5mm，材料为40Mn2A，工作压力为15MPa，试求氧气瓶壁应力;四、筒体强度计算;㈠ 焊接接头系数;㈡ 容器内径;㈢ 壁厚;另一种情况：;de-圆筒有效厚度;五、球壳强度计算;六、设计参数;㈠　设计压力（计算压力）;㈠　设计压力（计算压力）;容器内盛有液体，若其静压力不超过最大工作压力的5％，则设计压力可不计入静压力，否则，须在设计压力中计入液体静压力。 此外，某些容器有时还必须考虑重力、风力、地震力等载荷及温度的影响，这些载荷不直接折算为设计压力，必须分别计算。 ;㈡　设计温度;㈡　设计温度;㈢　许用应力;㈣　焊接接头系数;㈤　厚度附加量;腐蚀裕量C2应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿命确定。 塔类、反应器类容器设计寿命一般按20年考虑，换热器壳体、管箱及一般容器按10年考虑。;腐蚀速度＜0.05mm／a(包括大气腐蚀)时： 碳素钢和低合金钢单面腐蚀C2＝1mm，双面腐蚀取C2＝2mm， 当腐蚀速度＞0.05mm／a时，单面腐蚀取C2＝2mm，双面腐蚀取C2＝4mm。 不锈钢取C2＝0。;氢脆、碱脆、应力腐蚀及晶间腐蚀等，增加腐蚀裕量不是有效办法，而应根据情况采用有效防腐措施。 工艺减薄量，可由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力自行选取，设计者在图纸上注明的厚度不包括加工减薄量。;七、最小壁厚;壳体加工成形后不包括腐蚀裕量最小厚度dmin：a. 碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm b．对高合金钢制容器，不小于2mm ;八、压力试验;八、压力试验;对压力试验的规定情况如下表所示：;液压试验时水温不能过低(碳素钢、16MnR不低于5℃，其它低合金钢不低于15℃)，外壳应保持干燥。 设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力降低到设计压力，保持30min以检查有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。 水压试验后及时排水，用压缩空气及其它惰性气体，将容器内表面吹干;例题4-2：某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙烯精馏塔。工艺要求为塔体内径Di=600mm；设计压力p＝2.2MPa；工作温度t＝-3～-20℃。试选择塔体材料并确定塔体厚度。 解析：由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在-20℃以上，承受一定的压力，故选用16MnR。 根据式(4-12);考虑钢板厚度负偏差C1＝0.6mm圆正取dn=7mm;九、边缘应力;(a)、(b)、(c)是壳体与封头联接处经线突然折断； (d)是两段厚度不等的筒体相连接； (e)、(f)、(g)有法兰、加强圈、管板等刚度大的构件。;相邻两段性能不同，或所受温度或压力不同，导致两部分变形量不同，但又相互约束，从而产生较大的剪力与弯矩。筒体与封头联接为例， 边缘应力数值很大，有时导致容器失效，应重视。;边缘应力具有局限性和自限性两个基本特性：;塑性好的材料可减少容器发生破坏。 局部性与自限性，设计中一般不按局部应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。 但对于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。 ;思考题;作业：