最新-第十四章内压容器设计-课件.ppt
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1、第十四章第十四章 内内 压压 容容 器器 设设 计计 14.1概述14.1.1容器的结构 通用零部件筒体,封头,法兰,人孔,手孔,支座及管口。设计时尽可能直接选用这些通用零部件。14.1.2容器的分类:容器的分类:A按容器形状分类按容器形状分类 方形,球形,圆筒形B按承压性质分类按承压性质分类 内,外压容器内压容器习惯上又分为:常压:P0.1MPa低压:0.1P1.6MPa中压:1.6P10MPa高压:10P100MPaC按结构材料分类按结构材料分类 金属,非金属D按使用场合分类按使用场合分类 反应、换热、分离、贮运E按安全监察分类按安全监察分类 一类容器、二类容器、三 类容器一类容器:一类容
2、器:(1)非易燃,无毒介质,低 压容器 (2)易燃,有毒介质,低压 分离容器或换热器 二类容器:二类容器:(1)中压 (2)剧毒介质低压 (3)易燃,有毒介质低压反 映器或贮运容器 (4)内径小于1米的低压废 热锅炉 三类容器:三类容器:(1)高压,超高压(2)剧毒介质,P*v200LMPa的低压容器或剧毒介质中压容器(3)易燃有毒介质,P*v500LMPa的中压反应容器,P*v500LMPa中压贮运容器(4)中压废热锅炉或内径小于1米的低压废热容器14.1.3容器机械设计的基本要求容器机械设计的基本要求1.确定工艺尺寸;2.强度、刚度、稳定性、耐久性、气密性、其他。14.2容器的受力分析14
3、.2.1薄壁容器的应力分析A薄壁容器的概念(1)厚壁容器 K1.2(2)薄壁容器 K1.2ininiiDDDDDK2120B回转薄壁壳体的应力分析 化工上常用的圆筒形、圆锥形、球形等薄壁容器,都属于回转薄壁壳体。假设:壳体简化成薄膜,在内里的作用下,均匀膨胀,薄膜的横截面几乎不能承受弯矩,因此壳体在内压作用下产生的主要内力是拉力。沿着厚度方向是均匀分布的。R1d1abQ1d1/2d1/2Q1R2d2bcQ2d2/2d2/2Q2R1R2r2211d1d2d dl1dl21122abcdk2K1在内压力的作用下,在微体abcd面积上受力为:F=Pdl1dl2在微体四个截面上的拉力分别为:bc与ad
4、截面上的经向力Q1=1dl2ab与cd截面上的环向力Q2=2dl1根据力的平衡原理,所有作用在微体上的力沿微体法线方向投影的代数和应等于零。02sin22sin221212121dlpdlddlddlR1R2r2211d1d2d dl1dl2FXYZF11d2d222d1d1因为微体的曲率半径夹角d1和d2很小,PRRdlpdlRdldlRdldlRdlddRdldd221121221111212222111102222222sin222sin整理后得:把它们代入上式:也称为拉普拉斯方程式式此式即为微体平衡方程,Oz轴的分力为:dQ=P2rdlcos 由图可知:cos=dr/dl 故 dQ=2
5、rPdr如果壳体只承受气压,则在内力的作用下,non壳体的截面上必将产生内力,其值在oz轴方向的分力为:Q=2rK 1cos根据分离体平衡条件 Q=Qdl dr r11r0rnn、rkk、kdl zokrkprprdrQ022cos21kprkrprdrQ02Q=2rK 1cos根据分立体平衡条件 Q=Q得:如果壳体承受液体,则coscos22001krkrrprdrrprdrkk11r0rnn、rkk、kdl zodl dr r14.2.2薄壁容器应力分析的实例A 受气压的圆筒形壳体 R1=,R2=R 代入22212211PDPRPRPRR故环向应力得:取圆筒体下半为分离体对于Rk=R,co
6、s=cos0=1故径向应力 cos21kpr4cos21pDprk11r0rnn、rkk、kdl zoB 受气压的球形壳体 R1=R2=R 1=2=则:42PDPRPRR故C受气压的锥形壳体对于锥形壳体R1=,R2=r/cos2R2r121222212cos2cosPr由此可知:,因此可得:,显然故prrrPRPRkD 受气压的椭球形壳体 椭圆形曲线方程为:baxR1R2点处应力值:的距旋转轴为可以得出及根据从高等数学可以求得:MxPRRbbaxaRbabaxabaxaRbyaxkcos2Pr)()()(1122112224242224222412222221min1max2122244222
7、4222241)(22pa=2pa=处,0=y,=x)(2pa=)(2pa=处,b=y,0=x当)(2)(2)(2babababaxaabaxabPbaxabP当112214.2.3边缘应力的概念M0M0Q0Q014.3 内压薄壁壳体的厚度设计内压薄壁壳体的厚度设计c+cD1DD0(一)强度设计(一)强度设计A:内压圆筒的厚度计算 径向应力:环向应力:2=2141pD22pD因强度理论规定:2tp 设计压力(MPa)D 中径 圆筒的计算厚度(mm)t许用应力(MPa)iitDDDDpD220考虑若干因素:焊缝系数焊缝系数:由于有夹渣、气孔、未焊透以及焊缝两侧过热区的影响,造成强度的减弱,因此要
8、将钢材的需用应力适当的减少。设=(1)适用于设计压力p0.4 中的范围ppDiDPpDtit222或厚度的附加量厚度的附加量c:由于考虑到钢板在轧制过程的负偏差、生产过程各种介质的腐蚀等因素的影响;d=+c式中:d 设计厚度 圆筒纵焊缝系数cppDtid2B 内压球壳的厚度计算内压球壳的厚度计算球形壳体受气压时,径向压力径向压力=环向压力环向压力球形容器比圆筒形容器具有表面积小,厚度薄,材料节省的优点。考虑焊缝系数及厚度附加量适用于设计压力p0.6 中的范围24pRpDcppDitd4(二)设计参数确定(二)设计参数确定A 设计压力设计压力P无安全泄放装置 P=(1.01.1)PW 使用安全泄
9、放装置 P=(1.051.1)PW 工程单位:kgf/cm2国际单位:MPa圆整前圆整后圆整前圆整后小于60.1小于0.60.016-160.50.6-1.60.05大于161大于1.60.1B 设计温度设计温度 设计温度是指容器正常工作,在相应设计压力作用下,器壁金属可能达到的最高温度或最低温度。见表14-2C 许用应力许用应力t见表14-3D焊缝系数焊缝系数表14-5 焊缝系数接头型式全部无损探伤局部无损探伤双面焊1.000.85带垫板的单面焊0.900.80E厚度厚度a.附加量附加量c c=c1+c2(mm)C1-负偏差 表14-5 C2-腐蚀裕量 表14-6钢板标准GB6654-96G
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