第9章 外压容器设计.

第九章外压容器设计本章主要讨论的几个问题：(1)外压薄壁容器的厚度设计；(2)外压封头的厚度设计；9.1概述外压容器的概念：外压容器通常是指操作时作用在壁外的压力大于壁内压力的容器。外压容器失效的形式：外压容器的失效的主要形式是丧失稳定性！9.1概述压杆失稳的主要因素：1、外载大小2、压杆柔度(细长比)3、材料的力学性能。容器失稳与压杆失稳类似，取决于：1、圆筒外径与有效壁厚之比Do/δe；2、圆筒长度与外径的比值L/Do3、材料的力学性能（E，)9.1概述9.2外压薄壁圆筒的厚度设计受外压的圆筒,有的仅横向均匀受压,有的则横向和轴向同时均匀受压,但失稳破坏总是在横断面内发生,也即失稳破坏主要为环向应力及其变形所控制。因此本章主要讨论薄壁圆筒在横向受均布外压时的厚度设计计算方法。计算外压圆筒的厚度时,一般要先假定一个名义厚度δn(已圆整至钢板厚度规格),经反复计算校核后才能完成,工程设计也常常采用算图来简化计算过程,下面分别介绍解析法和图算法。一、横向受压圆筒的稳定性计算1、解析法a计算公式crppp=mm为稳定系数,类似于强度计算中的安全系数。9.2外压薄壁圆筒的厚度设计(1)长圆筒3eo3no22.2Ep=mDmpDC2.2E或(2)短圆筒2eooe0.4no2o2.59Ep=DmLDmpLDC2.59ED或9.2外压薄壁圆筒的厚度设计b临界长度ocroeDL1.17D当圆筒计算长度L≥Lcr时,应按式(15-2)或式(15-3)计算。当圆筒计算长度LLcr时,应按式(15-4)或式(15-5)计算。c设计参数(1)设计外压力p9.2外压薄壁圆筒的厚度设计(2)圆筒计算长度L当圆筒上焊有刚性构件时,其计算长度系指两个刚性构件之间的最大距离,封头、法兰、加强圈等均可视作刚性构件(见图15-3)。在计算距离时,对于凸形封头,应计入直边高度(h)及封头其余部分的三分之一(hi/3)。9.2外压薄壁圆筒的厚度设计(3)稳定系数m(4)试验压力pT稳定系数m的确定与所用公式的精确程度、制造技术所能保证的质量(如形状公差)、焊缝结构形式等因素有关。如果所取m太小,会对制造要求过高;而m取得太大则将使设备笨重,造成浪费。综合考虑上述种种因素,我国有关标准规定取m=3。但当筒体制造完毕时的椭圆度e0.5%DN(DN为筒体的公称直径),且大于25mm时,其初始椭圆度会降低圆筒的临界压力值,就不能再用m=3作计算。9.2外压薄壁圆筒的厚度设计d计算步骤(1)首先假设δn(常取大于或等于强度计算所得的名义厚度),而δe=δn-C。(2)以δe代入式(15-6),求Lcr。(3)比较L与Lcr,确定计算公式,计算[p]。(4)比较p和[p],若p[p]且较接近,则所假定的δn符合要求。否则再另设δn,重复以上步骤,直到满足要求为止。需要指出的是:在应用本计算方法时,临界应力应在弹性范围之内,即:tcrcrsepD2当σcrσst时,属非弹性失稳,应改用下列近似公式计算：tescr2tse2pDD1E9.2外压薄壁圆筒的厚度设计2、图算法应用算图进行外压圆筒设计的方法和步骤:a(Do/δe)≥20的圆筒与管子b(Do/δe)20的圆筒和管子见教材P3072BE3注意：只适用于性形段弹变阶9.2外压薄壁圆筒的厚度设计二、轴向受压圆筒的稳定性计算仅轴向受压的圆筒,在弹性段内的稳定许用应力,在工程设计中可用下列公式计算:creecriiE10.180.06EmmRRRi—圆筒的内半径,mm。在弹性与塑性转折段,也可应用B-A算图,对于轴向受压缩圆筒规定:B=[σcr],代入式(15-12),则有：eiei2BEA0.06E3RA0.09R9.2外压薄壁圆筒的厚度设计求解[σcr]的步骤与上述近似:初定圆筒厚度δn,计算δe=δn-C及Ri/δe,并用以代入式(15-13)求A。然后根据材料选择相应的B-A图(图15-5～图15-7)由A查得B值即为[σcr],若在材料曲线的左方,则可按式(15-12)直接求[σcr]。9.3外压凸形封头的厚度设计一、凸形封头与球壳在弹性段内的许用外压力可按下式计算：cr2oep0.0833Ep==mRm——稳定系数,对于凸形封头和球壳,有关标准规定m=15;Ro——凸形封头球面部分外半径,mm。9.3外压凸形封头的厚度设计二、在弹性和塑性转折段,则可应用B-A算图。A半球形封头(球壳)B椭圆形封头C碟形封头D无折边球形封头9.4外压锥形筒体和封头的厚度设计锥体厚度可按承受外压的圆筒体厚度的确定方法进行计算,但需以锥体的有效厚度δnc来取代圆筒体的有效厚度δeecnc=Ccos再以锥体的当量长度Le(图15-9)作为计算长度,并以Le/DL代替L/Do,DL/δec代替Do/δe,然后按上述算图进行计算。无折边锥壳或锥壳上相邻两加强圈之间锥壳段(图15-9(a)和(d))的当量长度为:xseLLDL=12D大端折边锥壳(图15-9(b))的当量长度为:xseLLDL=rsin12D折边锥壳(图15-9(c))、小端折边锥壳的当量长度计算方法以及锥壳大、小端与圆筒连接处的加强设计均可从有关标准予以确定。9.5加强圈的设计一、加强圈的作用及结构二、加强圈的计算方法及步骤例15-1减压塔稳定性的校核。