《容器应力理论》PPT课件

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1、第三章水工艺设备理论基础主要内容一、容器应力理论二、机械传动理论三、机械制造工艺四、热量传递与交换理论§3.1容器应力理论§3.3.1容器概述一、容器概念容器是设备外部壳体的总称。在这些设备中，有的用来贮存物料，例如各种贮罐、水槽、泥槽；有的进行反应过程，例如各种床式反应器、离子交换柱、吸附塔。水工艺中使用的容器壁厚t与曲率半径R之比一般小于1/10，称作薄壁容器。即二、容器的分类容器根据其形状、承压、材质、内部构造可分成不同的类型（1）按容器形状分为①方形或矩形容器——由平板焊成特点：制造简单，便于布置和分格，但承压能力差适用范围：故只用于小型常压设备。§3.1容器应力理论②球形容器——

2、由数块球瓣板拼焊而成(类似篮球)特点：承压能力好且相同表面积时容器容积最大，但制作麻烦且不便于安置内部构件适用范围：一般只用于承压的贮罐。③圆筒形容器——由圆柱形筒体和各种形状的封头组成特点：制造较为容易，便于安装各种内部构件，且承压性能较好。适用范围：各种储罐，在水工艺中应用最为广泛(后面主要以圆筒容器为例讲)。（2）按容器承压情况分为①常压容器：容器仅承受容器内介质的静压力，一般为开口容器。②内压容器：容器内部介质压力大于外界压力的容器。按介质工作压力Pw的大小，内压容器可分为低压（0.1~1.6MPa）、中压（10~100MPa）和高压容器（>100MPa）。水工艺设备中，内压容器应

3、用较多，但一般属于低、中压容器。内压容器设计时考虑的是强度问题§3.1容器应力理论③外压容器：容器内介质压力小于外界压力的容器。外压容器设计时主要应考虑稳定问题。（变形）（3）按容器组成材料分为①金属容器②非金属容器（4）按容器内有无填料分为①无填料容器②填料容器(本章中仅讨论水工艺中使用最多的钢制内压容器。)三、容器结构(以圆筒形容器为例)容器一般由筒体（又称筒身）、封头（又称端盖）、法兰、支座、进出管及人孔（或手孔）视镜等组成（如图所示）。下面主要讲的是有关中、低压容器的筒体、封头的设计计算的基本知识。§3.1容器应力理论圆筒形容器结构§3.1容器应力理论四、容器设计的基本要求（1）工

4、艺要求容器的总体尺寸、接口管的数目与位置、介质的工作压力Pw、填料的种类、规格、厚度等一般是根据工艺生产的要求通过工艺设计算及生产经验决定。（2）机械设计的要求①强度强度是容器抵抗外力而不破坏的能力。②刚度刚度是容器抵抗外力使其不发生不允许变形的能力。③稳定性稳定性是容器或容器构件在外力作用下维持其原有形状的能力。以防止在外力作用下容器被压瘪或出现折皱。④严密性容器必须具有足够的严密性，特别是承压容器和贮存、处理有毒介质的容器应具有良好严密性。⑤抗腐蚀性和抗冲刷性容器的材料及其构件和填充的填料要能有效的抵抗介质的腐蚀和水流的冲刷，以保持容器具有较长的使用年限§3.1容器应力理论⑥经济方面的

5、要求在保证容器和工艺要求和机械设计的要求的基础上，应选择较为便宜的材料以降低制作成本。⑦制作、安装、运输及维修均应方便。§3.1.2回转曲面与回转薄壳1、回转曲面以一条直线或平面曲线作母线，绕其同平面的轴线（即回转轴）旋转一周就形成了回转曲面。2、回转薄壳以回转曲面作为中间面的壳体称作回转壳体。内外表面之间的法向距离称为壳体厚度。对于薄壳，常用中间面来代替壳体的几何特性。3、经线如图示，在曲面上取一点C，过C点和回转轴OO′作一平面，该平面与回转曲面的交线OB称作曲面的经线§3.1容器应力理论4、纬线过C点作与OO′轴垂直的平面，该平面与回转曲面的交线为一个圆，称为回转曲面的平行圆，平行圆

6、就是回转曲面的纬线。平行圆的圆心K3必在轴OO′上，平行圆的半径CK3用r表示。5、第一曲率半径过C点作经线的法线CN，CN线上必有C点的曲率中心K1点，CK1是经线上C点的曲率半径，用ρ1表示，称C点的第一曲率半径。6、第二曲率半径过C点再作一个与经线OB在C点的切线相垂直的平面，该平面与回转曲面的交线为一条平面曲线，可以证明该曲线在C点的曲率中心K2必定在OO′轴上，CK2称作点的第二曲率半径，用ρ2表示。§3.1容器应力理论(a)(b)(d)(c)dQ＝2πrpdLcosφdQ＝2πrpdrQ′＝2πrcδσmsinφ=§3.1容器应力理论§3.1.3回转薄壳的薄膜应力回转薄壳承受内

7、压后，在经线方向和纬线方向都要产生伸长变形，所以，在经线方向将会产生经向应力σm，在纬线方向会产生环向应力σm。由于轴对称，故同一纬线上各点的经向应力σm和环向应力σm均相等。由于我们涉及的壳体为薄壳，可以认为σm和σm在壳壁厚度上均匀分布。（1）经向薄膜应力--（壳体平衡方程）用一个与回转壳体中间面正交的圆锤面切割一承受内压的壳体，取截面以下的分离体进行研究。该分离体上作用着介质的内压力p和经向应力σm（图b、c），二