过程设备设计 教学课件 作者 郑津洋 董其伍 桑芝富 主编 44 3 1&4 3 2.ppt

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1、4.压力容器设计4.3常规设计CHAPTERⅣDesignofPressureVessel14.3常规设计4.1概述4.2设计准则4.3常规设计4.4分析设计4.5疲劳分析4.6压力容器设计技术进展4.3.3封头设计4.3.4密封装置设计4.3.5开孔和开孔补强设计4.3.6支座和检查孔4.3.7安全泄放装置4.3.2圆筒设计4.3.1概述4.3.8焊接结构设计4.3.9压力试验2力载荷处理，不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。区别于分析设计一、设计思想——“按规则设计”（Designb

2、yRules），只考虑单一的最大载荷工况，按一次施加的静应力求解——依据材料力学及板壳理论，按最大拉应力准则来推导受压元件的强度尺寸计算公式。校核——受压元件的应力强度<材料许用应力（强度）<材料许用外压力（失稳）边缘应力——采用分析设计标准中的有关规定和思想，确定结构的某些相关尺寸范围，或由经验引入各种系数。4.3.1概述4.3.1概述3（4-3）（4-4）采用式（4-4）或式（4-5）较为合理。但对于内压薄壁回转壳体，在远离结构不连续处，σ式（4-3）简单，成熟使用经验，将该式作为设计准则。压力容器材料韧性较好，在弹

3、性失效准则中，（4-5）4.3.1概述二、弹性失效设计准则4二、弹性失效设计准则（续）内压薄壁圆筒：周向薄膜应力δ—计算厚度，mm；D—筒体中面直径，mm。经向薄膜应力第2章应力分析中的厚度t是指实际厚度，与设计中需要确定的厚度并不是同一个概念，因此用δ代替t。4.3.1概述5显然，σ1=σθ，由式（4-3）筒体壁厚计算式为（4-12）中径公式用D=（Di筒体内直径）代入上式，化简（4-10）取等号得径比K为（4-11）δ=二、弹性失效设计准则（续），4.3.1概述6将第2章表2-1中仅受内压作用时，厚壁圆筒内壁面处的三

4、向应力分量计算式，代入弹性失效设计准则式（4-3）～式（4-5），表4-1按弹性失效设计准则的内压厚壁圆筒强度计算式二、弹性失效设计准则（续）形状改变比能准则中径公式最大切应力准则最大拉应力准则筒体计算厚度δ筒体径比K应力强度σeqi设计准则4.3.1概述7二、弹性失效设计准则（续）psi/σs代表筒体的弹性承载能力，它和筒体径比K的关系见图4-1。psi为内壁初始屈服时所对应的压力。图4-1各种强度理论的比较4.3.1概述84.3.1概述二、弹性失效设计准则（续）（3）在同一承载能力下，最大切应力准则计算出的壁厚最厚，

5、中径公式算出的壁厚最薄。（2）在壁厚较薄时即压力较低时，各种设计准则差别不大；（1）按形状改变比能屈服失效判据——计算出的初始屈服压力和实测值最为接近；94.3.2圆筒设计4.3.2圆筒设计筒体结构单层式组合式优点——简单①深环、纵焊缝，焊接缺陷检测和消除困难；且结构本身缺乏阻止裂纹快速扩展的能力；②大型锻件、厚钢板性能比薄钢板差，不同方向力学性能差异大，韧脆转变温度较高，发生低应力脆性破坏的可能性也较大；③加工设备要求高。缺点——4.3.2.1筒体结构104.3.2.1圆筒结构1、结构：2、制造：用装置将层板逐层、同心

6、地包扎在内筒上；借纵焊缝的焊接收缩力使层板和内筒、层板与层板之间互相贴紧，产生一定的预紧力；筒节上均开有安全孔——报警。筒体内层——12～25mm外层——4～12mm的多层层板深环焊缝筒节为避免裂纹沿壁厚方向扩展，各层板之间的纵焊缝应相互错开75°。筒节的长度视钢板的宽度而定，层数则随所需的厚度而定。一、多层包扎式114.3.2.1圆筒结构图4-2(a)多层包扎筒节一、多层包扎式(续)124.3.2.1圆筒结构一、多层包扎式(续)5、应用：目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式筒体结构。3、优点：制造工艺简

7、单，不需大型复杂加工设备；安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力；减少了脆性破坏的可能性；包扎预应力改善筒体的应力分布；对介质适应性强，可选择合适的内筒材料。4、缺点：筒体制造工序多、周期长、效率低、钢材利用率低（仅60%左右）；深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。①无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法用超声检测，只能射线检测；②焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降；③环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。134.3.2.1圆筒结构1、结构，制造：内筒（厚度>30mm）

8、卷焊成直径不同但可过盈配合的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。图4-2(b)热套筒节二、热套式144.3.2.1圆筒结构2、优点：工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多数优点。3、缺点：筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求很高，且套合时需选配套合；套合时贴紧程度不很均匀；套