《化工设备机械基础》(第2版)董大勤编著课件《外压》ppt

第十一章外压容器的稳定计算第一节稳定的概念与实例第二节外压圆筒环向稳定计算第三节封头的稳定计算第四节真空容器加强圈第一节稳定的概念与实例一、外压容器的失稳壳体横断面由原来的圆形被压瘪而呈现曲波形，其波形数可以等于两个、三个、四个……。容器失稳:容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称弹性失稳。二、容器失稳形式环向失稳环向失稳、由于均匀侧向外压引起失稳叫(周向失稳,侧向失稳)。轴向失稳薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达到某一数值时，也会丧失稳定性。局部失稳在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压也可能引起局部失稳。三、临界压力的计算临界压力：导致筒体失稳的外压，Pcr外压低于Pcr，变形在压力卸除后能恢复其原先形状，即发生弹性变形。达到或高于Pcr时，产生的曲波形将是不可能恢复的。1、长圆筒302)(12DEpecr两端刚性构件对筒体中部变形不起有效支撑最容易失稳压瘪，出现波纹数n=2的扁圆形。302.20()ecrpEDE-操作温度下圆筒材料的广义弹性模量，MPa二、临界压力计算2、短圆筒两端封头对筒体变形有约束作用失稳破坏波数n2，出现三波、四波等的曲波.)/()/(59.205.20DLDEpecr3、临界长度ecrDDL0017.1长圆筒短圆筒)/()/(59.205.20DLDEpecr302.20()ecrpEDL：筒体计算长度，指两刚性构件之间的距离；对与封头相连接的那段筒体，应计入凸形封头中的1/3的凸面高度。4、计算长度5、对Pcr的讨论1）Pcr与Ps比较2）影响因素第二节外压圆筒环向稳定计算一、算法概述1、许可外压2、稳定计算3、设计思路二、外压容器的设计外压圆筒的稳定计算假设筒体的名义厚度δn,计算有效厚度δe；按确定A；据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A点位置，确定B；若A在曲线左侧，按式计算[p];若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取B，计算[p];比较许用外压[p]与设计外压p比较许用外压[p]与设计外压p若p≤[p]，假设的厚度δn可用，若小得过多，可将δn适当减小，重复上述计算若p＞[p]，需增大初设的δn，重复上述计算，直至使[p]＞p且接近p为止。第三节封头的稳定计算一、外压球壳与凸型封头的稳定计算1、外压球壳21.21()ecrspER0.605ecrsER0.605ecrsR22[]crseeecrscrsssssppEBmmRmRR222114.524.8434.84scrscrscrssBEBm10.1254.84crseAR外压球壳的稳定计算按确定A；据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A点位置，确定Bs；若A在曲线左侧，按式计算[p];若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取Bs;计算比较许用外压[p]与设计外压p0.125eAR221.21[]()0.0833()crseessppEEmmRR[]espBR比较许用外压[p]与设计外压p若p≤[p]，假设的厚度δn可用，若小得过多，可将δn适当减小，重复上述计算若p＞[p]，需增大初设的δn，重复上述计算，直至使[p]＞p且接近p为止。2、外压凸型封头稳定计算与球壳相同球型封头、不带折边和带折边的凸型封头与球壳相同，以球面半径代替球壳半径椭圆形封头取当量球壳半径RR=KDi，K由长短轴比值决定，标准椭圆形封头K=0.9系数KDi/2hi2.62.42.22.01.81.61.41.21.0K1.181.080.990.900.810.730.650.570.50二、外压带折边锥形封头当量圆筒当量直径当量长度当量厚度[12(1cos)]LirDDDisin(1)2LLxDsLcrD1()2LLxDDsctg12cos()cosencccoDcD三、防止内压凸型封头失稳的规定标准椭圆形计算厚度:不小于封头内直径的0.15％。碟形封头计算壁厚：不小于封头内直径的0.15-0.3％第四节真空加强圈一、作用：装上一定数量的加强圈，利用圈对筒壁的支撑作用，可以提高圆筒的临界压力，从而提高其工作外压。二、结构与材料扁钢、角钢、工字钢等三、加强圈安装制造加强圈可设置在容器的内部或外部。焊接或铆接，必须与筒体紧密贴合不得随意削弱或切断加强圈可设置在容器内部或外部。连续或间断焊接，当加强圈在外面时，每侧间断焊接的总长度不应小于圆筒外圆周长的1/2；在里面，焊缝总长度不应小于内圆周长度1/3。间断焊最大间距，外加强圈不能大于筒体名义厚度8倍；内加强圈不能大于筒体名义厚度12倍四、加强圈设计间距尺寸加强圈间距：1、外压圆筒加强圈间距已选定，可按上述图算法确定出筒体厚度；2、如果筒体的D0/δe已确定，可从下式解出加强圈最大间距：)/()/(59.205.20DLDEpecrmpDEDLe5.200)(59.2加强圈尺寸－组合圆环失稳时单位弧长上的作用力；Ｎ／ｍｍＩ－组合圆环对与筒轴线平行的形心轴的轴惯性矩；ｍｍ４Ｅ－组合圆环设计温度下的弹性模量；ＭＰａＤ环－组合圆环截面形心圆直径；ｍｍ324crEIpD环crp3minI7.27pLDEO1．一夹套反应釜如图示，釜体公称直径为1200mm，长度为1000mm（包括封头直边），设计压力p=5MPa，夹套内径Di=1300mm，设计压力为夹套内饱和水蒸汽压力p=4MPa，；夹套和釜体材料均为16MnR，单面腐蚀裕量C2=1mm，焊缝系数Φ=1，设计温度为250℃，设计出夹套筒体及夹套封头名义厚度为24mm，试设计确定釜体圆筒及标准椭圆形封头名义厚度。分析内筒的危险工况1、正常操作时：内压容器5MPa2、检修前后泄压或充压时：外压容器4MPa（设计温度）3、夹套压力实验时：外压容器1.25P[σ]/[σ]t（常温）设计思路：分为筒体和封头分别进行：1、内压强度设计δn=24mm2、外压稳定性校核[p]=2.21MPaP=4MPa3、外压稳定性设计δn=40mm,[p]=4.12MPaP4、夹套水压试验稳定性校核试验压力PT=1.25P[σ]/[σ]t=5.54MPa筒体常温[p]=5.30MPaPT夹套水压试验时，内筒充压0.24MPa例：一台在用压力容器，原设计图样丢失，容器材质为碳钢，具体钢号不清，容器在常温下工作，经对焊接接头无损检测，未发现超标缺陷，各部分尺寸测量如下：通体内径1.6m，长度2m，壁厚11.2mm，两端均为球形封头，封头实测厚度8.3mm，介质对金属的腐蚀速率为0.2mm/a，现使用该容器至下一检验周期（6年），最高允许内压和外压分别是多大？分析最高允许内压按强度来确定最高允许外压按稳定性确定常温，材质按Q235-A(有温度，压力，介质，厚度等使用限制条件）有效厚度按实测厚度确定δe=δc-2nλ筒体8.8mm封头5.9mm内压PP2tePD0.85113tMPa21.06tePMPaD41.42tePMPaD筒体封头4tePD外压筒体的稳定计算计算参数，确定A；据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A点位置，确定B；若A在曲线左侧，计算B若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取B;计算23BEA[]epBDo外压球壳的稳定计算按确定A；据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A点位置，确定Bs；若A在曲线左侧，按式计算[p];若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取Bs;计算比较许用外压[p]与设计外压p0.125eAR221.21[]()0.0833()crseessppEEmmRR[]espBR某反应釜，内径1400mm，工作温度5-150℃，工作压力1.5MPa，釜体装安全阀，材料为，双面对接焊，全部无损检验，确定筒体和封头厚度。①假设筒体的名义厚度δn；②计算有效厚度δe；③求出临界长度Lcr，将圆筒的外压计算长度L与Lcr进行比较，判断圆筒属于长圆筒还是短圆筒；④然后根据圆筒类型，选用相应公式计算临界压力Pcr；⑤再选取合适的稳定性安全系数m，计算许用外压[p]=⑥比较设计压力p和[p]的大小。若p小于等于[p]且较为接近，则假设的名义厚度δn符合要求；否则应重新假设δn，重复以上步骤，直到满足要求为止。