化工设备设计之旋转薄壁容器

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1、第二章压力容器应力分析CHAPTERⅡSTRESSANALYSISOFPRESSUREVESSELS1本章主要内容●讲解厚壁圆筒应力分析，掌握厚壁圆筒理论，了解拉美公式的推导过程及应用，全屈服压力的推导过程。●讲解回转薄壳应力分析，掌握压力容器单元体受力分析方法，能够运用薄壳理论解决工程实际问题，并着重掌握无力矩理论的求解。2●讲解平板应力分析，掌握受均布载荷的圆平板挠度、弯矩、应力表达式的推导及计算，了解厚壁圆筒、旋转薄壳及圆平板的受力分析的特点与区别，基本掌握受轴对称载荷圆平板的弯曲微分方程的建立与求解。●讲解壳体

2、的稳定性分析，掌握外压容器失稳特点及理论分析，受均布周向外压的长、短圆筒的临界压力，临界长度的计算。3本章教学重点●回转薄壳无力矩理论的求解；单层厚壁圆筒的弹性应力分析；受轴对称载荷圆平板的弯曲微分方程的建立与求解；受均布周向外压的长、短圆筒的临界压力，临界长度的计算。42.1载荷分析载荷——能够在压力容器上产生应力、应变的因素，如压力、风载荷、地震载荷等。介绍：压力容器全寿命周期内可能遇到的主要载荷压力载荷非压力载荷交变载荷5一、压力载荷压力是压力容器承受的基本载荷。压力绝对压力表压以绝对真空为基准测得的压力。通常用

3、于过程工艺计算。以大气压为基准测得的压力。压力容器机械设计中，一般采用表压。内压外压内、外压6二、非压力载荷整体载荷局部载荷作用于整台容器上的载荷，如重力、风、地震、运输等引起的载荷。作用于容器局部区域上的载荷，如管系载荷、支座反力和吊装力等。7三、交变载荷定义——大小和/或方向随时间变化定义——大小和方向基本上不随时间变化载荷交变载荷静载荷8小结压力载荷非压力载荷交变载荷内压外压内外压重力载荷风载荷地震载荷运输载荷波动载荷管系载荷载荷变化（大小方向）循环次数通常要考虑部分要考虑具体情况考虑9载荷工况定义——在工程上，

4、容器受到不同载荷的情况。制造安装正常操作开停工压力试验检修等根据不同载荷工况，分别计算载荷正常操作工况特殊载荷工况意外载荷工况10一、正常操作工况载荷设计压力液体静压力重力载荷风载荷地震载荷其他载荷隔热材料、衬里、内件、物料、平台、梯子、管系、支承在容器上的其他设备重量等11二、特殊载荷工况一般不考虑地震载荷1．压力试验制造完工的容器在制造厂进行压力试验时的载荷。制造厂做压力试验的载荷试验压力容器自身的重量试验压力试验液体静压力试验时的重力载荷现场做压力试验的载荷立式容器卧置做水压试验——考虑容器顶部的压力校核液体重量

5、液柱静压力试验液体静压力和实验液体的重量12二、特殊载荷工况（续）2．开停工及检修载荷风载荷地震载荷容器自身重量内件、平台、梯子、管系及支承在容器上的其他设备重量等等13三、意外载荷工况容器的快速启动或突然停车容器内发生化学爆炸容器周围的设备发生燃烧或爆炸等紧急状态下爆炸载荷、热冲击等意外载荷142.2回转薄壳应力分析本章重点教学重点：（1）回转薄壳的无力矩理论；（2）微元平衡方程、区域平衡方程；（3）典型回转薄壳的求解。教学难点：（1）储存液体的圆球壳、圆柱壳求解；（2）边缘力和边缘力矩的工程问题。152.2.1旋转

6、薄壳的几何特征2.2.2回转薄壳的平衡方程2.2.3旋转薄壳的无力矩理论2.2.4回转薄壳的不连续分析本节重点162.2回转薄壳应力分析在石油化学工业中，钢制压力容器（如通常所见的塔、换热器、贮罐等）均为薄壁容器（）他们所具有的特点如下：1、是旋转壳体，都有一条对称轴，由旋转曲面组成，在垂直对称轴的截面上投影圆形；172、是轴对称问题，即几何形状，约束和所受的外力均对称于旋转轴；3、直径比较小；4、承受压力为中低压；以上所述就是本节要解决的主要问题。182.2.1旋转薄壳的几何特征一、旋转壳体旋转曲面由平面直线或平面曲

7、线绕其同平面内的回转轴回转一周所形成的曲面称为回转曲面。或者：以任何直线或平面曲线，绕其同平面内的轴线旋转即形成旋转曲面。例如：直线作为母线绕轴线旋转一周而形成的为圆柱面，或圆锥面，即为旋转壳体。1920壳体中面是与壳体的内外表面等距离的曲面。也就是平分壳体壁厚的曲面。而内外表面的法向距离，即为壳体的壁厚。如图：AB即为中面，δ是壁厚，对于薄壁容器，可以用中面表示壳体的几何特征，而壳体的中面又可以用经线和纬线来表示。21旋转壳体就是其中面为旋转曲面的壳体。换句话说，如果一个壳体它的中面是旋转曲面，那么它就是旋转壳体

8、。同样，从壳体的定义可以看到，壳体的形状和大小即壳体的几何特征可以用其中面来表示。经线通过旋转轴OO1作一个纵向平面，它与壳体的交线OBB1称为经线。即任意位置的母线经线与母线是一致的，经线与回转轴OO1所构成的平面称为经线截面。例如：OBBO1222324母线平面：母线和对称轴所构成的平面经线平面：经线和对称轴所构成的平面纬