压力容器设计审核人员培训(3)

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1、压力容器设计（一）济南石油化工设计院黄泓电话：0531-88576125，13626411112电子邮箱：huanghong1961@msn.com二〇一一年三月内容简介GB150-1998《钢制压力容器》第5、6章一、内压圆筒二、内压球壳三、外压圆筒四、外压球壳一、内压圆筒1、圆筒1）内压作用下圆筒内应力状况：根据旋转薄壳无力矩理论（薄膜理论），在内压作用下，圆筒受两向应力作用，即环向应力，轴向应力，由这两个薄膜应力来平衡外力（内压）这两个应力的值可以通过静力平衡来求得：（1）圆筒在内压P作用下的轴向应力D——圆筒的中间直径或称中径，mm；

2、D==Di+δD0——圆筒的外直径，mm；Di——圆筒的内直径，mm；δ——圆筒的计算厚度，mm；圆筒受压力pc的轴向作用：P在圆筒轴向产生的总轴向力：F1=π×D2×P/4此轴向力由圆筒横截面的面积来承受，圆筒横截面积：fi=π×D×δ由此产生的圆筒轴向应力：σm=当控制σh≤[σ]当控制σm≤[σ]t时，焊接接头系数则：时，则：此即按圆筒轴向应力计算的壁厚公式。焊缝部位可能存在着夹渣、气孔、未焊透、未熔合、裂纹等缺陷，同时由于焊接加热过程中，对焊缝两侧的热影响产生许多不利因素，如焊接热影响区被淬硬，塑性下降、焊接内应力的产生等，都会使焊缝

3、金属或母材的机械性能降低。因此在设计时应将设计温度下圆筒材料的许用应力[σ]t乘以一个焊接接头系数φ（2）圆筒受压力P的径向作用（见图）P对圆筒径向作用，在半个圆筒投影面上产生的合力（沿图中垂直方向）：F2=P×D×L承受此垂直合力的圆筒纵截面面积：f2=2×δ×L由此产生的圆筒环向应力：σt=当控制σt≤[σ]t时，将Di=D-δ代入公式,以计算压力Pc代替设计压力P得出此式称为内压圆筒的计算公式（中径公式）。（GB150-1998第26页式5-1）（3）公式来由：内压圆筒壁厚计算公式是从圆筒与内压的静力平衡条件得出的。旋转薄壳无力矩理论是

4、其理论基础，第一强度理论是其制定的理论依据。由上述公式可以得出以下结论：a、圆筒体上周向（环向）应力σt是经向（轴向）应力σm的两倍，而周向应力作用于纵向截面，环向应力所作用与环纵向截面。b、由于周向应力σt是经向应力σm的两倍，由此可知，周向应力所作用的纵向截面是危险截面。这里可以说明为什么在焊接接头分类里，圆筒体的纵焊缝为A类焊接接头，环焊缝为B类焊接接头；在筒体上开椭圆形人孔时使长轴垂直与筒体轴线。c、应力与D/δ成正比。适用范围Pc≤0.4［σ］tφ（D0/Di≤1.5）上述计算公式是以薄膜理论为基础导出的，认为应力是沿圆筒壁厚均匀分

5、布的，这对薄壁容器是适合的。但对于具较厚壁厚的圆筒，其环向应力并不是均匀分布的。薄壁内径公式与实际应力存在较大误差。对厚壁圆筒中的应力情况以由弹性力学为基础推导得出的拉美公式较好地反映了其分布。厚壁和薄壁圆筒的概念：按照承压回转壳体的无力矩理论是指壁厚和直径的比值；若壁厚超过直径的1/10则被称为“厚壁筒”；反之，则为“薄壁筒”。与这个指标相当的是“径比”K，K=DO/Di,当K大于1.2时为“厚壁筒”，小于或者等于1.2时为“薄壁筒”。由拉美公式知：σt=Pc(K2+1)/(K2-1)厚壁筒中存在的三个方向的应力，其中只有轴向应力是沿厚度均

6、匀分布的。环向应力和径向应力均是非均匀分布的，且内壁处为最大值。筒壁三向应力中，周向应力最大，内壁处达最大值，外壁处为最小值，内外壁处的应力差值随K=D0/Di增大而增大。当K=1.5时，由薄壁公式按均匀分布假设计算的环向应力值比按拉美公式计算的圆筒内壁处的最大环向应力要偏低23%，存在较大的计算误差。二、内压球壳球形容器在均匀内压作用下，球形壳体经向应力和周向应力相等。即σt=σm=σt=式中P——设计压力，MPa；D——球壳的中间直径或称中径，mm；D=Di+δDi——球壳的内直径，mm；δ——球壳的计算厚度，mm；上述公式中，如将D=D

7、i+δ代入并考虑了焊接接头系数φ，如采用第一强度理论时，即得出≤[σ]tφ以Pc代替P所以可求出计算厚度δδ=上式即为GB150-1998第26页式5-5适用范围：Pc≤0.6［σ］tφ此时计算应力大于按弹性力学计算的厚壁球壳的最大应力，且误差在10%左右。三、外压圆筒1．外压圆筒的稳定性承受外压的圆筒，强度计算方法与受内压时相同，其周向力应力值为轴向应力的两倍，圆筒壁中产生的是压缩应力，而绝对值大小一样。这种压应力如果达到材料的屈服极限或强度极限时，将和承受内压圆筒一样导致强度破坏。然而这种现象极为少见。通常外压圆筒壁内的压缩应力还远小于材

8、料的屈服限时，筒体突然失去原来的形状被压瘪或发生褶绉而失效（如图），在圆筒横断面上呈现有规则的永久性波形，其波形数n可为2、3、4…。在外压作用下，筒体、球壳或封头