单元十一内压薄壁容器圆筒的强度设计.ppt

参数变换： 1.将中径换算为圆筒内径，D=Di+S; 2.压力换为计算压力Pc ； 3.考虑到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶粒粗大等造成的强度削弱，引进焊缝系数Φ(≤1)； 4.材料的许用应力与设计温度有关。 内压圆筒强度计算公式： 工作压力pw ---正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 由工艺计算确定： 化学反应所要求的； 传递过程所必需的； 由液化气体的饱和蒸汽压所决定的。 设计压力p：设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。取值方法： （1）容器上装有安全阀 计算压力pc---在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。 即计算压力=设计压力+液柱静压力(≥5%P时计入) 可见，计算压力≥设计压力≥工作压力=容器顶部表压 确定设计温度的方法： （1）对类似设备实测；（2）传热计算；（3）参照书P44表3-2。 例如：不被加热或冷却的器壁，且壁外有保温，取介质温度；用水蒸气、热水或其它液体加热或冷却的器壁，取热介质的温度；等等。 影响安全系数的因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精度； ②材料质量和制造的技术水平； ③容器的工作条件及其在生产中的重要性和危险性。 4.焊接接头系数（f） 容器上存在有： 纵焊缝----A类焊缝 环焊缝----B类焊缝 需要进行无损检验。 检验方法主要是： X射线检查和超声波检查。 焊接接头系数（f）： 5.壁厚附加量 容器壁厚附加量—— （1）钢板或钢管厚度负偏差 C1: 例如， （2）腐蚀裕量C2 容器元件由于腐蚀或机械磨损——厚度减薄。 ——在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！ 具体规定如下： 对有腐蚀或磨损的元件: C2=KaB Ka---腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。 B----容器的设计寿命，通常为10～15年。 一般情况, Ka=0.05～0.13mm/a的轻微腐蚀时， 对单面腐蚀取C2=1～2mm; 对双面腐蚀取C2=2～4mm。 对于不锈钢，一般取0。 （三）、容器的壁厚和最小壁厚 1.容器壁厚的定义 例2 设计锅炉汽包的筒体壁厚。工作压力为15.6MPa,工作温度为350℃,其内径为1300mm。 【解】 1.选材：工作温度中温，工作压力为高压，有轻微腐蚀。 故采用低合金钢18MnMoNbR（GB6654-96)。ss=410MPa。 2.确定参数 （1）工作压力15.6MPa,是高压容器，属于三类容器。其焊缝结构必须是双面对接焊结构或其他等强度焊接，100%无损探伤， φ=1 。 （2） 筒体需保温，则筒壁设计温度取介质温度， [s]=[s]350=190MPa （3）需安装安全阀，pc=p=1.1×15.6=17.16(MPa)。 （4）水蒸气对低合金钢有轻微腐蚀，且为单面腐蚀，C2=1mm。 3.计算壁厚 例3 校验旧气瓶。资料记载该气瓶材质为40Mn2A，系无缝钢管收口而成。实测其外径为219mm,最小壁厚为6.5mm。查材料手册得该材料的sb=785MPa,ss=510MPa,d5=18%。（1）常温下可否充15MPa氧气？（2）如强度不够，最高允许工作压力多少？ 【解】1.确定参数 pc=15MPa, DO=219mm, Sn=6.5mm, 无缝钢管f=1， C2=1mm, 实测壁厚6.5mm ，则C1=0, Se=6.5-1=5.5mm, 许用应力求取： [s]t=min｛sb/nb ,ss/ns｝=min｛785/3 ,510/1.6｝=262(MPa) 。 2.强度校核 校核公式为 ①缺陷，夹渣，未焊透，晶粒粗大等， 在外观看不出来； ②熔池内金属从熔化到凝固的过程受到熔池外金属的刚性约束，内应力很大。 ——焊缝区强度比较薄弱。 焊接缺陷 焊缝区的强度主要取决于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。 焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检测的长度比率。 焊接接头系数φ是焊接削弱而降低设计许用应力的系数。 为综合考虑筒体强度，设计公式中将钢板母材的许用应力乘以f（≤1）。 [σ] [σ] × f 示意图 1.0 双面对接焊 0.85 0.80 局部无损检验