过程装备设计总结

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1、过程设备设计总复习第一章压力容器导言基本组成筒体封头密封装置开孔与接管支座安全附件其功能是提供能承受一定温度和压力的密闭空间。1.1压力容器总体结构1.1.1压力容器基本组成1-法兰；2-支座；3-封头拼接焊缝；4-封头；5-环焊缝；6-补强圈；7-人孔；8-纵焊缝；9-筒体；10-压力表；11-安全阀；12-液面计筒体╬封头╬密封装置╬开孔接管╬支座╬安全附件压力容器的外壳内件反应、传热、传质、分离等容器╬储运容器1.2.2压力容器分类世界各国规范对压力容器分类的方法各不相同，本节着重介绍我国《压力容器安全

2、技术监察规程》中的分类方法按压力等级按容器在生产中的作用按安装方式按安全技术管理分类第二章压力容器应力分析压力容器受到介质压力，支座反力等多种载荷的作用。分析载荷作用下压力容器的应力和变形，是压力容器设计的重要理论基础2.1载荷分析2.1.1载荷压力内压外压非压力载荷整体载荷重力载荷风载荷地震载荷运输载荷波动载荷局部载荷管系载荷支座反力吊装力交变载荷载荷能够在压力容器上产生应力、应变的因素作用于整台容器上的载荷。作用于容器局部区域上的载荷。载荷工况正常操作工况特殊载荷工况压力试验开停车及检修意外载荷工况紧急状

3、态下快速启动紧急状态下突然停车设计压力液体静压力重力载荷风载荷地震载荷隔热材料、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容器内发生化学爆炸容器周围的设备发生燃烧或爆炸等2.1.2载荷工况2.2回转薄壳应力分析概念薄壳：壳体厚度t与其中面曲率半径R的比值为（t/R）max≤1/10。反之为厚壳薄壁圆筒：外直径与内直径的比值Do/Di≤1.2。厚壁圆筒：外直径与内直径的比值Do/Di≥1.2。2.2.1薄壳圆筒的应力1.基本假设：a.壳体材料连续、均匀、各向同性；b.受载后的变形是弹性小变

4、形；c.壳壁各层纤维在变形后互不挤压。图2-1薄壁圆筒在内压作用下的应力DiDDoAADit薄壳圆筒B点受力简化成二向应力σφ和σθ(见图2-1)横向剪力弯矩转矩内力薄膜内力弯曲内力Nφ、Nθ、Nφθ、NθφQφ、QθMφ、Mθ、Mφθ、Mθφ、无力矩理论或薄膜理论（静定）有力矩理论或弯曲理论（静不定）由中面的拉伸、压缩、剪切变形而产生由中面的曲率、扭率改变而产生N图2-4壳中的内力分量2.2.2回转薄壳的无力矩理论即无力矩理论:只考虑薄膜内力,忽略弯曲内力的壳体理论。有力矩理论:同时考虑薄膜内力和弯曲内力

5、的壳体理论。求解思路：1.取微元力分析法线方向：内力=外力微元平衡方程→→→2.取区域力分析轴线方向：内力=外力区域平衡方程→→→σθσφ求得：2.2.3无力矩理论的基本方程一、微元平衡方程■微元平衡方程。又称拉普拉斯方程。三、区域平衡方程（图2-6）区域平衡方程式：（2-3）（2-4）求解步骤：a.由求轴向力b.由(2-4)式求得c.将代入(2-3)式求得●无力矩理论的两个基本方程微元平衡方程区域平衡方程2.2.4无力矩理论的应用◇分析几种工程中典型回转薄壳的薄膜应力：承受气体内压的回转薄壳球形薄壳薄壁圆筒

6、锥形壳体椭球形壳体储存液体的回转薄壳圆筒形壳体球形壳体一、承受气体内压的回转薄壳回转薄壳仅受气体内压作用时，各处的压力相等，压力产生的轴向力V为：由式（2-4）得：（2-5）将式（2-5）代入式（2-3）得：（2-6）A、球形壳体（2-7）B、薄壁圆筒（2-8）结论:a.应用(a)开椭圆孔时,应使短轴∥轴线。b.变形后仍为圆筒壳(b)纵焊缝受,强度,薄弱,∴质量要求(A类)推导思路：椭圆曲线方程R1和R2式（2-5）（2-6）（2-10）又称胡金伯格方程C、锥形壳体D、椭球形壳体图2-9椭球壳中的应力随长轴与

7、短轴之比的变化规律椭球壳承受均匀内压时，在任何a／b值下:恒为正值，即拉伸应力，且由顶点处最大值向赤道逐渐递减至最小值。当时，应力将变号。从拉应力变为压应力。随周向压应力增大，大直径薄壁椭圆形封头出现局部屈曲。(即:内压椭球有可能周向失稳)措施：整体或局部增加厚度，局部采用环状加强构件。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-，恒是拉应力，在顶点处达最大值为。二、储存液体的回转薄壳与壳体受内压不同，壳壁上液柱静压力随液层深度变化。a.圆筒形壳体b

8、.球形壳体见课本P34-35与壳体受内压不同，壳壁上液柱静压力随液层深度变化。圆筒形壳体图2-10储存液体的圆筒形壳P0ARtHχ(气+液)联合作用筒壁上任一点A承受的压力:由式（2-8）得(2-11a)作垂直于回转轴的任一横截面，由上部壳体轴向力平衡得：(2-11b)三、无力矩理论应用条件①壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理性能相同。②壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和