内压薄壁圆筒与封头的强度设计1

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1、NanjingUniversityofTechnology《食品机械基础》第三篇化工容器设计授课教师：仲兆祥第九章内压薄壁圆筒与封头的强度设计强度设计的基本知识12内压薄壁圆筒与球壳的强度设计3内压圆筒封头的设计9.1.1关于弹性失效的设计准则容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点，该容器即告破坏。(中低压薄壁容器)强度安全条件：9.1强度设计的基本知识9.1.2强度理论及其相应的强度条件由薄膜理论,圆筒壁内应力为经向应力、环向应力、法向应力（被认为是0）。则三项主应力为：第三强度理论的强度条件为：因此圆筒强度条件为：9.2内压薄壁圆筒壳

2、与球壳的强度设计9.2.1强度计算公式依据第三强度理论，强度公式为：参数变换：1.将中径换算为圆筒内径，D=Di+δ;2.压力换为计算压力Pc；3.考虑到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶粒粗大等造成的强度削弱，引进焊缝系数φ(≤1)；4.材料的许用应力与设计温度有关。内压圆筒强度计算公式：再考虑腐蚀裕量C2,于是得到圆筒的设计壁厚为：计算壁厚公式：在公式（9-2）基础上，考虑到钢板的负偏差C（钢板在轧制时产生了偏差）——名义壁厚公式：再根据钢板标准规格向上圆整。——最终名义厚度。这是写在图纸上的厚度！式中δe——有效壁厚，δe=圆整后的壁厚（

3、δn）－C1－C2。强度校核公式：1）在工作压力及温度下，现有容器强度够否？2）现有容器的最大允许工作压力如何？1.压力工作压力pw---正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。由工艺计算确定：化学反应所要求的；传递过程所必需的；由液化气体的饱和蒸汽压所决定的。9.2.2.设计参数的确定设计压力p：设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。取值方法：（1）容器上装有安全阀取不低于安全阀开启压力：p≥（1.05～1.1）pw系数取决于弹簧起跳压力。（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：取设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。P211表12

4、-2，表12-3。防爆膜装置示意图（3）无安全泄放装置——取p=（1.0~1.1）pw。（4）盛装液化气容器——设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。（地面安装的容器按不低于最高饱和蒸汽压考虑，如40℃，50℃，60℃时的气体压力）。注意：要考虑实际工作环境，如放置地区，保温，遮阳，喷水等。（5）外压容器——取p≥正常操作下可能产生的最大压差。（6）真空容器—※不设安全阀时，取0.1MPa；※设有安全阀时取Min（1.25×△p,0.1MPa)。釜壁可能承受压力情况：※釜内空料，夹套内充蒸汽-----外压0.2MPa;※釜内真空，夹套

5、内充蒸汽-----外压0.3MPa;※釜内0.3MPa，夹套内0.2MPa----内压0.1MPa;※釜内0.3MPa，夹套内空料----内压0.3MPa;釜壁承受的最大压差:内压0.3MPa或外压0.3MPa.（7）带夹套容器——取正常操作时可能出现的最大内外压差。例如带夹套的反应釜：夹套内蒸汽压力为0.2MPa,釜内开始抽真空，然后釜内升压至0.3MPa。该釜壁承受压力如何？计算压力pc---在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。即计算压力=设计压力+液柱静压力(≥

6、5%P时计入)可见，计算压力≥设计压力≥工作压力=容器顶部表压例：一立式容器，工作压力0.5MPa，液体深10m，重度为10,000N/m3。pw=0.5MPa,p=0.5MPapc=0.5+(10×10,000)/1,000,000=0.6MPa2.设计温度——指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。※设计温度在容器设计中的作用：①选择材料；②确定许用应力。※确定设计温度的方法：（1）对类似设备实测；（2）传热计算；（3）参照书P213表12-5。例如：不被加热或冷却的器壁，且壁外有保温，取介质温度；用水蒸气、

7、热水或其它内置加热元件间接加热时，取最高工作温度；等等。3.许用应力和安全系数定义式：（1）许用应力[σ]的确定：※工作温度为中温，取※工作温度为常温（＜200℃），取※工作温度为高温，取式中δnt,δDt----设计温度下材料的蠕变强度和持久强度。nn,nD----蠕变强度和持久强度的安全系数。（2）安全系数及其确定：影响安全系数的因素：①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精度；②材料质量和制造的技术水平；③容器的工作条件及其在生产中的重要性和危险性。安全系数材料nbnsnDnn碳素钢、低合金钢≥3.0≥1.6≥1.5≥1.0高合金钢≥3.0≥

8、1.5≥1.5≥1.04.焊接接头系数（f）容器上存在有：纵焊缝----A类焊缝环焊缝----B类焊缝需要进行无损检验。检