化工机械基础.pptx

第四篇 压力容器设计;第七章 内压容器;;典型的薄壁壳体结构例如图如下:;;1、按容器壁厚;2、按承压性质 ;;;;;ⅰ. 对于第一组介质，压力容器类别的划分见以下图 ;ⅱ.对于第二组介质，压力容器类别的划分见以下图 ;4、按应用情况;别离压力容器〔Ｓ〕流体压力平衡缓冲和气体净化别离，如别离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、枯燥塔等； 储存压力容器：〔Ｃ，球罐为Ｂ〕储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。;;㈠ 国内标准;㈡ 国外主要标准;美国ASME标准;美国ASME标准;;7.2 内压薄壁容器设计 的理论根底;以下图为一般回转薄壁壳体的中间面，由于回转薄壁壳体的厚度很小，故通常可用中间面来代表回转薄壁壳体的几何特性。 ;坐标系：采用柱坐标，在r-z坐标面上研究回转薄壳的几何特性 ;第一曲率半径、第二曲率半径 (1)经线上任一点A处的曲率半径称为第一曲率半径，用R1表示。 (2)通过经线上任一点A作垂直于经线的平面，该平面与中间面相交形成一条平面曲线，如图(a)中D、A、C三点所在的曲线，该曲线在A点的曲率半径称为第二曲率半径，用R2表示。(3)第一和第二曲率半径的曲率中心都位于A点的法线上，且第二曲率半径的曲率中心必落在对称轴上。在图中，R1=AK1，R2=AK2。 ;(4)由高等数学知，只要经线方程z=z(r)，经线上任一点的第一曲率半径R1可用下式求解： (5)平行圆半径r与第二曲率半径R2之间有如下关系：  ; ;;为了分析薄壁壳体中一点的应力状态，通常如前面图示截取微元体。;在壳体理论中，如果全部考虑上述内力，这种理论称为“有力矩理论〞或“弯曲理论〞。 ;二、 无力矩理论的根本方程式 ;薄膜或薄壁壳体承受内压与柔索承受法向力是相似的，区别仅在于薄壁壳体是在经向和周向均有曲率，两个方向的薄膜内力都对平衡内压p有奉献，但每一方向所平衡的内压局部都可应用上式进行计算。于是有 ;上式表示了回转壳体上任一点的两向薄膜应力与内压力p的平衡关系，称为微体平衡方程式。 ;在轴对称问题中，壳体中点的应力在同一平行圆上是不变的，但沿经线一般来说是变化的。由于经向应力作用在锥截面上，因此，可以按照锥截面把薄壁壳体截开，取其中任一局部，研究所取壳体的轴向平衡条件，就可将经向应力求出来。如此截取壳体的局部区域得到的轴向平衡方程称为区域平衡方程式。 ;壳体承受均布气压时的轴向平衡条件，即区域平衡方程式为 ;无力矩理论在容器应力分析中的应用;1. 球形壳体;2. 薄壁圆筒;3. 锥形壳体;由式（7-6）可知：;推导思路：;;工程上常用标准椭圆形封头，其a/b=2。 的数值在顶点处和赤道处大小相等但符号相反， 即顶点处为 ，赤道上为 - ， 恒是拉伸应力，在顶点处达最大值为 。;;7.3 容器边缘应力及其处理;无力矩理论忽略了剪力与弯矩的影响，可以满足工程设计精度的要求。 但对图中所示的一些情况，就须考虑弯矩的影响。 ;;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。 ;7.4内压薄壁容器的设计;〔1〕焊接接头系数;〔2〕 容器内径;(二〕内压球壳的厚度计算;对于受均匀内压封头的设计，原那么上应根据封头的几何形状和尺寸，除了考虑由内压引起的薄膜应力之外，还应考虑连接边缘的不连续应力，但实际上由于按照应力分析进行设计甚为复杂，故封头设计中采用了比较简单的方法。 对承受静载荷的一般封头，仅以远离边缘区域的薄膜应力或弯曲应力进行分析并加以限制，对于由各种原因引起的边缘应力，仅在结构形式上定性地加以限制，或在设计公式中引入形状系数或应力增强系数，把按薄膜应力或弯曲应力求得的厚度适当予以放大。 ;(1)半球形封头 与内压球壳的厚度设计计算相同: 受内压时，由于半球形封头的薄膜应力较其它封头为最小，所以所需壁厚最薄。根据设计规定，封头中只有半球形封头的最小厚度可以小于筒体厚度。不过，有时为了焊接方便，也可取与筒体等厚度。 ;(2)椭圆形封头 椭圆形封头中最大薄膜应力与椭圆的长短轴之比a/b有关，从椭球形壳体的应力分析中可看出，其计算公式较为复杂。椭圆形封头上的最大综合应力(薄膜应力与边缘应力的合成应力)可由下式计算： 式中 K——椭圆形封头形状系数，由a/b=Di/2hi的比值确定：;根据弹性失效设计准那么，考虑焊接接头系数φ，并代入D = Di + δ，那么有： 进行适当简化后，即得一般椭圆形封头的设计公式为： 对于标准椭