内压薄壁圆筒与封头的强度设计

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1、第三章内压薄壁圆筒与封头的强度设计教学重点：内压薄壁圆筒的厚度计算教学难点：厚度的概念和设计参数的确定1第一节内压薄壁壳体强度计算一、强度理论及其相应的强度计算公式1、薄壁压力容器的应力状态图2-1单元体应力状态属二向应力状态2第一强度理论（最大主应力理论）强度条件2、强度理论最大主应力设计压力容器中径计算厚度材料的许用应力3考虑介质腐蚀性，引入考虑钢板厚度负偏差，引入3、内压薄壁圆筒强度计算公式考虑焊缝对材料强度的削弱，引入考虑温度对材料的影响引入因圆筒内径由工艺计算决定，故用计算压力代设计压力并圆整4设计温度下圆筒的计算应力（强

2、度校核公式）设计温度下圆筒的最大允许工作压力1、当筒体采用无缝钢管时，应将式中的Di换为D02、以上公式的适用范围为3、用第四强度理论计算结果相差不大対上式强度计算公式稍加变形就可得到相应的校核公式5考虑介质腐蚀性，引入考虑钢板厚度负偏差，引入4、内压薄壁球壳强度计算公式考虑焊缝对材料强度的削弱，引入考虑温度对材料的影响引入因圆筒内径由工艺计算决定，故用计算压力代设计压力并圆整6设计温度下圆筒的计算应力（强度校核公式）设计温度下圆筒的最大允许工作压力对比内压薄壁球壳与圆筒体的强度计算公式可以看出：当条件相同时，球壳壁厚约为圆筒壁厚的

3、一半，而且球壳的表面积比圆筒体的小，但球壳制造困难。対上式强度计算公式稍加变形就可得到相应的校核公式7设计压力较低的容器计算厚度很薄。大型容器刚度不足，不满足运输、安装的要求。限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。壳体加工成形后不包括腐蚀裕量最小厚度：a.碳素钢和低合金钢制容器不小于3mmb．对高合金钢制容器，不小于2mm1、最小厚度c.碳素钢、低合金钢制塔式容器mind≥max{iD10002,4mm}；d.不锈钢制塔式容器mind≥max{iD10002,3mm}.二、容器的厚度和最小厚度8各厚度之间的关系计算厚度设计厚度圆整值名

4、义厚度有效厚度毛坯厚度加工减薄量2、容器的厚度图4-2壁厚的关系图9工作压力Pw指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。设计压力P指设定的容器顶部的最高压力，它与相应设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。计算压力Pc指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位厚度的压力，其中包括液柱静压力。计算压力pc=设计压力p+液柱静压力第二节设计参数的确定1、压力10表4-1设计压力与计算压力的取值范围计算带夹套部分的容器时，应考虑在正常操作情况下可能出现的内外压差夹套容器7当有安全阀控制时，取1.25倍的内外最大压差与0.1M

5、pa两者中的较小值，当没有安全控制装置时，取0.1Mpa真空容器6取不小于在正常操作情况下可能产生的内外最大压差外压容器5根据容器的充装系数和可能达到的最高温度确定（设置在地面的容器可按不低于40℃，如50℃、60℃时的气体压力考虑）装有液化气体的容器4根据介质特性、气相容积、爆炸前的瞬时压力、防爆膜的破坏压力及排放面积等因素考虑（通常可取p≤1.15~1.3pw）容器内有爆炸性介质，装有防爆膜时3取等于或略高于最高工作压力，通常取p≤1.0~1.1pw单个容器不要装安全泄放装置2取不小于安全阀的初始起跳压力，通常取p≤1.05~1

6、.1pw容器上装有安全阀时1设计压力（P）取值类型11指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面厚度的温度平均值）。设计温度是选择材料和确定许用应力时不可少的参数。2、设计温度12（1）极限应力极限应力的选取与结构的使用条件和失效准则有关极限应力可以是许用应力是以材料的各项强度数据为依据，合理选择安全系数n得出的。3、许用应力和安全系数1)、许用应力13（2）安全系数安全系数是一个不断发展变化的参数。随着科技发展，安全系数将逐渐变小。常温下，碳钢和低合金钢表4-2钢材的安全系数14焊缝区的强度主

7、要取决于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检测的长度比率。焊接接头系数是焊接削弱而降低设计许用应力的系数。4、焊接接头系数表4-3焊接接头系数15满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度，包括钢板负偏差(或钢管负偏差)C1、腐蚀裕量C2即C＝C1十C21、按表4-9选取2、当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计。为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量。C1钢板厚度负偏差C2腐蚀裕量5、厚度附加量C16标准化问题6、直径系

8、列与钢板厚度表4-4常用钢板厚度2.02.53.03.54.04.5(5.0)6.07.08.09.0101112141618202225283032343638404246505560657075808590951001051101