化工设备机械基础 教学课件 作者 郭建章 马迪 主编第十六章外压容器设计.ppt

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1、化工设备机械基础制作与设计徐龙贵第十六章外压容器设计主要内容：概述外压圆筒的稳定性计算外压圆筒的设计计算外压封头的设计计算加强圈设计§16-1概述一、外压容器的失稳1、外压容器的定义壳体外部压力大于壳体内部压力的容器称为外压容器石油、化工生产中外压操作，例如：①石油分馏中的减压蒸馏塔、②多效蒸发中的真空冷凝器、③带有蒸汽加热夹套的反应釜、④真空干燥、真空结晶设备2、按压应力作用范围分为整体失稳与局部失稳整体失稳局部失稳压应力均布于全部周向或径向，失稳后整个容器被压瘪。压应力作用于某局部处，失稳后局部被压瘪或皱

2、折，如容器在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压引起的局部失稳。二、临界压力及其影响临界压力的概念壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力。壳体在临界压力作用下，壳体内存在的压应力称为临界压应力。影响临界压力的因素1、筒体几何尺寸的影响第一组（①②）：L/D相同时，δ/D大者临界压力高；第二组（②③）：δ/D相同时，L/D小者临界压力高；第三组（③④）：δ/D、L/D相同，有加强圈者临界压力高。2、筒体材料性能的影响材料的弹性模数E和泊桑比μ越大，其抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。

3、但是，由于各种钢材的E和μ值相差不大，所以选用高强度钢代替一般碳素钢制造外压容器，并不能提高筒体的临界压力。稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或材料不均匀而引起的。无论壳体的形状多么精确，材料多么均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。壳体的椭圆度与材料的不均匀性，能使其临界压力的数值降低，使失稳提前发生。3、筒体椭圆度和材料不均匀性的影响§16-2外压圆筒的稳定性计算一、临界压力的计算1、长圆筒2、钢制短圆筒有关计算长度L的定义:圆筒外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距离举例:（1）有加强圈的筒体取相邻两加

4、强圈的间距。（2）与凸形封头相连的筒体，计算长度计入封头内高度的1/3。二、临界长度1)定义:容器在外压作用下，与临界压力相对应的长度，称为临界长度。2)作用:用临界长度可作为长、短圆筒和刚性圆筒的区分界限。1、临界长度刚性圆筒短圆筒长圆筒从长圆筒临界压力公式可得相应的临界应力与临界应变公式临界压力临界应力应变从短圆筒临界压力公式可得相应的临界应力与临界应变公式临界压力临界应力应变应变与材料无关,只与筒体几何尺寸有关§16-3外压圆筒的设计计算2、设计准则1、许用外压力[P]和稳定安全系数m[P]—许用外压力

5、，MPa—稳定安全系数。计算压力Pc≤mPPcr=][，并接近[P]一、解析法二、图算法（1）几何参数计算图：L/Do—Do/δe—A关系曲线圆筒受外压时，其临界压力的计算公式为：在临界压力作用下，筒壁产生相应的应力及应变即令A=ε，以A作为横坐标，L/Do作为纵坐标，Do/δe作为参量绘成曲线；见图5-6AL/D0Do/δe注意外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算图（用于所有材料）（2）B—A关系曲线令或外压圆筒、管子和球壳厚度计算图(屈服点σs＞207MPa的碳素钢和0Cr13、1Cr13钢)外压圆筒、管

6、子和球壳厚度计算图(屈服点σs＞207MPa的碳素钢和0Cr13、1Cr13钢)§16-4外压封头的设计计算一、外压凸形封头在工程上受外压半球形封头的设计计算，通常采用图算法。根据薄壁球壳的弹性小挠度理论，外压球壳发生弹性失稳时的临界压力为我国的GB150中，取m=14.52则壳外的许用外压为为利用外压圆筒的厚度计算图，对半球形封头规定二、外压锥壳无折边锥壳或锥壳上相邻两加强圈之间锥壳段的当量长度Le按式§16-3加强圈设计在外压圆筒的外部或内部装几道加强圈，这样既可以缩短圆筒的计算长度，增加圆筒的刚性，又能

7、有效地减轻筒体重量，如图16-18所示。加强圈加强圈的设计计算1、加强圈的结构2.加强圈距离的计算3.加强圈的截面惯性矩计算