化工设备机械基础7-内压容器设计课件

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1、14内压容器设计概述薄壁容器的应力分析内压薄壁壳体的厚度设计内压封头的厚度设计14.1概述14.1.1化工容器定义：设备外部壳体的总称14.1.2容器的组成及用途1.筒体：圆柱形、圆锥形、球形、矩形2.封头：标准椭圆、圆形、碟形、平盖、球形3.法兰与法兰联接：使设备可拆卸4.开孔及接管5.支座：悬挂式支座、支承式支座、鞍式支座6.安全与检修：安全阀、爆破阀、手孔、人孔14.1.3.容器的分类1.按用途分类（1）反应型（2）分离型（3）贮运型（4）换热型2.按形状分类圆柱形、球形、矩形、圆锥形3.按壁厚分类a.薄壁容器：b.厚壁

2、容器：高压或超高压钢制容器4.按压力性质分类（1）按内外压a.内压容器：内部压力高于外部压力b.外压容器：外部压力高于内部压力（2）按压力大小a.常压容器：p<0.1MPab.低压容器：0.1MPa≤p<1.6MPac.中压容器：1.6MPa≤p<10MPad.高压容器：10MPa≤p<100MPae.超高压容器：p>100MPa5.按容器安全监察管理（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类）一类容器：a、非易燃或无毒介质的低压容器；b、易燃或有毒介质的低压分离器或换热器。二类容器：a、中压容器；b、剧毒介质的低压容器；c、内径小于1m的低压管壳或余热

3、锅炉；d、易燃或有毒介质的低压反应容器和储运容器；e、低压搪玻璃压力容器。三类容器：a、高压、超高压容器；b、剧毒介质且pw×v≥200L•MPa的低压容器或剧毒介质的中压容器；c、易燃或有毒介质且pw×v≥500L•MPa的中压容器或pw×v≥500L•MPa的中压贮运容器；d、中压反应容器（易燃或中毒介质）；e、低压容器（极毒、高毒）；f、中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉g、中压搪瓷压力容器；h、使用强度级别较高的材料制造的压力容器（σb≥540MPa）；i、移动式压力容器；j、球形储罐（V≥50m3）；k、低温液

4、体储存容器（V>5m3）。14.1.4容器机械设计的要求：安全适用经济安全（1）强度：容器抵抗外力被破坏的能力，以保证安全生产；（2）刚度：容器抵抗外力使其产生变形的能力，以防止容器在使用、运输或安装过程中发生不允许的变形；（3）稳定性：在外力作用下维持其原有形状的能力，以防止被压瘪或出现褶皱；（4）耐久性：容器必须保持一定的使用年限，一般为10～15年；（5）气密性：承压的或处理有毒有害介质的容器应有可靠的气密性，以提供良好的劳动环境及维持正常操作。其它：节约材料，便于制造，运输、安装、操作、维修方便等。适用（1）工艺性（2

5、）化学性（3）操作性（4）加工性14.2容器的受力分析一、薄壁容器的概念二、回转薄壳的几何概念1.回转曲面一条曲线绕轴线旋转一周得到的曲面母线：曲线称为母线2.回转壳体以回转曲面作为中间面具有一定厚度的壳体，化工容器多为回转壳体3.三个曲率半径以中间面回转曲面为例1.过M点和OA轴作一平面，该平面与回转曲面的交线称为该回转曲面的经线（如图中的AMB）。其曲率中心一定在M点法线上，设曲率中心点为K1，则其曲率半径，称为M点的第一曲率半径，用R1表示。2.过M点作曲线AMB的法平面，法平面与回转曲面相交得到一闭合曲线ME，该曲线在

6、M点的曲率中心K2必在过M点的法线MK1上。于是MK2就称为M点的第二曲率半径，用R2表示。纬线以中间回转曲面看，从某点作一与回转曲面相正交的锥形面，锥形面与回转曲面的交线称为纬线。3.过M点做平面垂直于轴线，该平面必和回转曲面有一交线，交线为圆，则曲率中心K3必在OA轴上，曲率半径就是圆半径，称为第三曲率半径，用R3表示。几种特殊回转曲面的R1、R2、R3（1）圆柱形，直径为D：R1=∞，R2=D/2，R3=D/2（2）球形，直径为D：R1=D/2，R2=D/2，R3=r（3）锥形，直径为D：R1=∞，R2=r/cosɑ，R

7、3=r（4）椭圆，x2/a2+y2/b2=1：R1、R2、R3与x、y的值有关用与轴垂直的平面截取壳体截面（横截面）和用圆锥面（这个圆锥面与回转壳体相正交）截取的截面（锥截面）不一样，前者不能截出壳体的真正厚度，而锥截面才能截出壳体的真实壁厚。三、回转薄壳的应力分析1.薄膜应力分析微体在abcd上所受的外力为：bc与ad截面上的经向力为：ab与cd截面是的环向力为：环向力Q2在法线方向上的分量为：拉普拉斯方程经向力Q1在法线方向上的分量为：薄膜压力（1）壳壁简化成薄膜，内压作用下均匀膨胀，主要内力是拉力（2）压力沿着厚度方向是

8、均匀分布的2.经向薄膜应力分析取宽度为dl的环带KK’则环带上受内压p的作用而产生沿OZ轴的分力为整个分离体上所受到的轴向力（合力）为在内压的作用下，整个分离体的截面上产生内力，其值在OZ轴上的分量为：四、薄壁容器应力分析的实例1.圆筒形壳体代入区域平衡方程得经向应力为由微体