化工容器的设计第八九讲课件.ppt

第三章 压力容器总体设计问题 第三章 压力容器总体设计问题 第三章 压力容器总体设计问题 马廷霞 西南石油大学机电工程学院 第一节 总体设计问题概述 第二节 开孔及补强设计 第三节 卧式容器支座设计 第四节 局部应力计算 第五节 容器设计中的结构设计问题 一、总体结构分析及局部应力问题 二、容器设计中的结构设计问题 第一节 总体设计问题概述一、总体结构分析及局部应力问题 化工容器可以分为许多基本部件，卧式容器分解部件的情况如图所示。除支座以外的各种部件都是承受压力载荷的部件，可称为基本受压部件，而不受压力载荷的部件（如支座）则称为非受压部件。 第一节 总体设计问题概述一、总体结构分析及局部应力问题 当将各个部件组合成容器整体时，会碰到一系列问题： 1、如封头与筒体的连接，由于总体结构几何不连续的存在将会产生不连续应力。 2、容器接管开孔及与容器圆筒体的连接破坏了容器筒体内薄膜应力分布的连续性，会产生不连续应力和应力集中。 3、容器将受到各种各样的局部（机械）载荷作用，这些载荷不同于压力载荷，将在容器壳体上产生叠加在内压薄膜应力之上的局部应力。局部应力的求解方法比较复杂，至今也没有统一的方法。 1.局部应力： 常常是叠加在由压力引起的薄膜应力之上的应力，多数是局部弯曲应力（也有沿壁厚均匀分布的薄膜应力），局部应力有时会达到很高的数值，而且一般不具备轴对称性，局部应力过高可能会导致结果出现局部的过度变形而使结构发生弹塑性失效。 由于局部应力的作用范围有限，一般应作局部强度校核来确定是否需要局部加强及如何加强。 2.总体结构几何不连续而产生的不连续应力 不连续应力有局部性和自限性，只要在结构上有妥善考虑，一般对强度不会有严重威胁。因而相关壳体的强度设计只考虑薄膜应力而不考虑不连续应力。必要时，也应加以考虑，例如凸形封头设计中的形状系数，其中就包含了对不连续应力影响的考虑。一般来说，结构不连续应力虽然总是存在的，由于对容器的安全不会有很大影响，在结构的部件强度计算和结构设计中给与足够的考虑即可。所以常规的容器设计方法中就可避免进行不连续应力的繁复计算。从而使常规设计方便而又保证安全。 3. 应力集中 应力集中常常发生在容器上有过渡圆角的地方，分布范围很小，常规设计中不予计算，只是在疲劳设计时才予考虑，至于容器接管根部，既存在过渡圆角的应力集中，也存在开孔削弱等问题，比较复杂。 局部应力的求解方法比较复杂，也没有统一的方法。只能按具体对象分别求解，有时甚至无法求解，只能按实验测定或数值计算方法求出。 第一节 总体设计问题概述二、容器设计中的结构设计问题 本章要讨论的容器设计问题主要涉及两大类结构问题： 1、如何从强度上合理进行结构设计的问题。 2、如何进行焊接结构设计的问题。 1、如何从强度上合理进行结构设计的问题 从强度上考虑主要是设计时如何使结构的不连续应力、局部应力及应力集中尽可能的减小，或者如何进行合理的局部补强，还涉及到结构的工艺性问题。实际上在作部件设计时已经涉及到结构设计问题，例如封头设计和法兰设计本身都有许多结构设计问题。本章主要从部件组成容器整体时所需考虑的一些结构问题进行分析。 2、如何进行焊接结构设计的问题 容器的各个部件进行组装时都需要经过焊接，对焊接进行质量控制是整个容器质量保证体系中最重要的一环，作为容器设计环节必须对容器各个部分焊接接头的结构进行合理的设计，这就是焊接结构设计问题。 化工受压容器对焊接质量的要求是所有焊接设备中要求最高的一种。焊接接头的结构涉及到接头的形式及接头的坡口形式、几何尺寸等等。 一、开孔应力集中及应力集中系数 二、开孔补强设计的要求 三、等面积补强计算 容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下列影响: (1) 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。 (2) 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。 (3) 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引起应力集中。 上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的应力比壳体中的应力大，统称为开孔或接管部位的应力集中。 常用应力集中系数Kt来描述开孔接管处的力学特性。 若未开孔时的名义应力为σ，开孔后按弹性方法计 算出的最大应力为σmax，则弹性应力集中系数为 压力容器设计中对于开孔问题研究的两大方向是： 研究开孔应力集中程度，估算Kt值； 在强度上如何使因开孔受到的削弱得到合理的补强。 (一)开孔的应力集中 1.平板开小孔的应力集中 1.平板开小孔的应力集中 平板开孔的最大应力在孔边 处：