內(nèi)外壓容器受壓元件設計

1、 cticpdp2 dodik 1，max= min當k=do/di=1.1時，內(nèi)外壁應力相差為10%當k=1.3時，內(nèi)外壁應力相差為35% cticpdp4 k=3）焊縫接頭系數(shù)。）焊縫接頭系數(shù)。指拼縫，但不包括橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭系指拼縫，但不包括橢封與圓筒的連接環(huán)縫的接頭系數(shù)。數(shù)。4）內(nèi)壓穩(wěn)定：）內(nèi)壓穩(wěn)定：a. a/b2.6限制條件限制條件b.防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：防止失穩(wěn)，限制封頭最小有效厚度：a/b2，即，即k1 min0.15%dia/b 2，即即k1 min0.30% di b.外壓作用下：外壓作用下：1）封頭穩(wěn)定以薄膜應力為對象計算：）封頭穩(wěn)定以薄膜應力為對象計

2、算：a.變形特征：變形特征：趨扁趨扁。b.計算對象計算對象 過渡區(qū)過渡區(qū)不存在穩(wěn)定問題。不存在穩(wěn)定問題。 封頭中心部分封頭中心部分“球面區(qū)球面區(qū)”存在穩(wěn)定。存在穩(wěn)定。c.計算意義，按外壓球殼。計算意義，按外壓球殼。 當量球殼：對標準橢圓封頭；當量球殼：對標準橢圓封頭； 當量球殼計算外半徑：當量球殼計算外半徑：ro=0.9do。 do封頭外徑。封頭外徑。2）對對接圓筒的影響。）對對接圓筒的影響。外壓圓筒計算長度外壓圓筒計算長度l的意義：的意義：l為兩個始終保持圓形的截面之間的距離。橢圓封頭曲為兩個始終保持圓形的截面之間的距離。橢圓封頭曲面深度的面深度的1/3處可視為能保持圓形的截面，為此由兩個橢

3、處可視為能保持圓形的截面，為此由兩個橢圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的外壓計算長度圓封頭與圓筒相連接的容器，該圓筒的外壓計算長度l=圓筒長度圓筒長度+兩個橢圓封頭的直邊段長度兩個橢圓封頭的直邊段長度+兩倍橢圓封頭曲兩倍橢圓封頭曲面深度的面深度的1/3。（見（見gb150gb150，2828頁、教材頁、教材169169頁）頁）3）外壓圓筒失穩(wěn)特點）外壓圓筒失穩(wěn)特點a.周向失穩(wěn)（外壓作用）周向失穩(wěn)（外壓作用）圓形截面變成波形截面，波數(shù)圓形截面變成波形截面，波數(shù)n從從2個波至多個波。個波至多個波。長圓筒長圓筒 n=2 ，短圓筒，短圓筒 n2 。b.軸向失穩(wěn)（軸向力及彎矩作用）軸向失穩(wěn)（軸向力及彎矩

4、作用）塔在風彎、地震彎矩和重力載荷作用下的失穩(wěn)。塔在風彎、地震彎矩和重力載荷作用下的失穩(wěn)。軸線由直線變成波折線。軸線由直線變成波折線。 cos1 2ccc pdpt 5.5.錐形封頭錐形封頭c.計算應力的意義：計算應力的意義： 一次、總體（大端）環(huán)向薄膜應力，控制值一次、總體（大端）環(huán)向薄膜應力，控制值。d.焊縫接頭系數(shù)。焊縫接頭系數(shù)。 指錐殼縱縫的接頭系數(shù)。指錐殼縱縫的接頭系數(shù)。 5.5.錐形封頭錐形封頭2）彎曲應力狀態(tài)（發(fā)生于與圓筒連接部位）彎曲應力狀態(tài)（發(fā)生于與圓筒連接部位）a.變形協(xié)調(diào)，產(chǎn)生邊界力，引起邊緣應力。變形協(xié)調(diào)，產(chǎn)生邊界力，引起邊緣應力。b.錐殼端部的應力。錐殼端部的應力。

5、端部應力由薄膜應力端部應力由薄膜應力+彎曲應力組成。彎曲應力組成。大端：大端：最大應力為縱向（軸向）拉伸薄膜應力最大應力為縱向（軸向）拉伸薄膜應力+軸向彎曲的拉伸應軸向彎曲的拉伸應力組成。力組成。小端：小端：起控制作用的應力為環(huán)向（局部）薄膜應力。起控制作用的應力為環(huán)向（局部）薄膜應力。5.5.錐形封頭錐形封頭2）彎曲應力狀態(tài)（發(fā)生于與圓筒連接部位）彎曲應力狀態(tài)（發(fā)生于與圓筒連接部位）c.大、小端厚度的確定大、小端厚度的確定 （1）按圖711（小段按圖713）確定是否在連接處進行加強；（2）無需加強時，按77式計算厚度；（gb150,p57）（3）當需要加強時，錐殼及筒體都應設置加強段，按式7

6、8計算（小段按式79計算）q-應力增值系數(shù)，大段由圖712，小段由圖714查取。 cticrp2dqp=d.加強段長度加強段長度 a) 錐殼大端加強度長度錐殼大端加強度長度 l1： l1=2cos5 . 0rid 與之相接的圓筒也同時加厚至與之相接的圓筒也同時加厚至r，稱圓筒加強段，稱圓筒加強段其最小長度其最小長度 l=2ri5 . 0d 錐殼大端加強段長度的意義是： 當量圓筒在均布邊界力錐殼大端加強段長度的意義是： 當量圓筒在均布邊界力作用下，圓筒中軸向彎曲應力的衰減長度。作用下，圓筒中軸向彎曲應力的衰減長度。 l1 =b) 錐殼小端加強段長度錐殼小端加強段長度 l1 cosdris 與之相

7、接的圓筒也同時加厚至與之相接的圓筒也同時加厚至r，稱圓筒加強段，稱圓筒加強段，其最小長度其最小長度 l=risd。 錐殼小端加強段長度的意義是：當量圓筒在均布邊錐殼小端加強段長度的意義是：當量圓筒在均布邊界力作用下界力作用下，圓筒中局部環(huán)向薄膜應力的衰減長度。圓筒中局部環(huán)向薄膜應力的衰減長度。 c) c) 錐殼大錐殼大、小端加強段長度比較。小端加強段長度比較。 略去大端與小端直徑的差異，大端軸向彎曲應力的略去大端與小端直徑的差異，大端軸向彎曲應力的衰減長度約為小端環(huán)向薄膜應力的衰減長度的衰減長度約為小端環(huán)向薄膜應力的衰減長度的 2倍倍（1.4141.414 倍） 。倍） 。 e.e.焊縫接頭系

8、數(shù)焊縫接頭系數(shù) 6、球冠形封頭、球冠形封頭一）內(nèi)壓作用一）內(nèi)壓作用（1 1） 與筒體的連接方式與筒體的連接方式（2 2） 邊緣問題及應力分布情況邊緣問題及應力分布情況（3 3） 厚度計算公式厚度計算公式（4 4） 焊接接頭系數(shù)焊接接頭系數(shù)（5 5） 圓筒加強段圓筒加強段二）二） 外壓作用外壓作用球冠封頭受外壓的厚度，應滿足按內(nèi)壓和外壓穩(wěn)定計算厚度，球冠封頭受外壓的厚度，應滿足按內(nèi)壓和外壓穩(wěn)定計算厚度，取兩者的大值。取兩者的大值。三）兩側(cè)受壓三）兩側(cè)受壓當不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同時作用時，封頭厚當不能保證在任何情況下封頭兩側(cè)的壓力都同時作用時，封頭厚度應按兩種情況計算，取其大值。度

9、應按兩種情況計算，取其大值。只考慮凹面受壓，計算厚度按式（只考慮凹面受壓，計算厚度按式（7 76 6）確定，）確定，q q值由圖值由圖7 76 6查取；查?。恢豢紤]凸面受壓，計算厚度按式只考慮凸面受壓，計算厚度按式7 76 6確定，確定，q q值由圖值由圖7 77 7查取，此查取，此外還應按不應小于按外還應按不應小于按6.2.26.2.2確定的有效厚度。確定的有效厚度。7.圓平板圓平板1)應力狀況：應力狀況： 兩向彎曲應力，徑向、環(huán)向彎曲應力。兩向彎曲應力，徑向、環(huán)向彎曲應力。2)兩種極端邊界支持條件。兩種極端邊界支持條件。 a.簡支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，簡支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)不受約束，ma

10、x 在板中心，在板中心， 徑向應力與環(huán)向應力相等。徑向應力與環(huán)向應力相等。 b.固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對約束（等于零），固支：圓板邊緣的偏轉(zhuǎn)受絕對約束（等于零），max在在 板邊緣為徑向應力。板邊緣為徑向應力。 c.螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按螺栓墊片聯(lián)接的平蓋按簡簡支圓板處理，支圓板處理，max在板中心在板中心。 1.殼和板的開孔補強準則。殼和板的開孔補強準則。a.殼（內(nèi)壓）的補強殼（內(nèi)壓）的補強拉伸強度補強，等面積補強。拉伸強度補強，等面積補強。b.板的補強板的補強彎曲強度補強，半面積補強。彎曲強度補強，半面積補強。2.等面積補強法。等面積補強法。補強計算對象是薄膜應力，大開孔時，由于孔邊出現(xiàn)較

11、大的彎曲補強計算對象是薄膜應力，大開孔時，由于孔邊出現(xiàn)較大的彎曲應力，故不適用大開孔。應力，故不適用大開孔。1) 開孔所需補強面積開孔所需補強面積a。a=d+2et(1f)d開孔計算直徑，開孔計算直徑，d=di+2c開孔計算厚度，開孔部位按公式計算的厚度。開孔計算厚度，開孔部位按公式計算的厚度。d d殼體開孔喪失的承受強度的面積。殼體開孔喪失的承受強度的面積。2 2etet(1-(1-f ff f) )由于接管材料強度低于筒體時所需另行補償?shù)拿嬗捎诮庸懿牧蠌姸鹊陀谕搀w時所需另行補償?shù)拿娣e。積。 a.殼體：殼體：b=2d意義：受均勻拉伸的開小孔大平板，孔邊局部應力的意義：受均勻拉伸的開小孔大平板

12、，孔邊局部應力的衰減范圍。衰減范圍。b.接管：接管：圓柱殼在端部均布力作用下，殼中環(huán)向薄膜應力的衰圓柱殼在端部均布力作用下，殼中環(huán)向薄膜應力的衰減范圍（同錐殼小端加強段長度的意義）。減范圍（同錐殼小端加強段長度的意義）。3.d，的確定。的確定。1) da.圓筒：縱向截面上的開孔直徑圓筒：縱向截面上的開孔直徑b.球殼：較大直徑球殼：較大直徑c.橢封，碟封，同球殼橢封，碟封，同球殼d.錐殼：同圓筒。錐殼：同圓筒。2)a.圓筒：按圓筒：按b.球殼：按球殼：按c.橢圓封頭：過渡區(qū)橢圓封頭：過渡區(qū)取封頭計算厚度，球面區(qū)，取封頭計算厚度，球面區(qū)，取球面當量球取球面當量球殼計算厚度。殼計算厚度。標準橢封當量

13、球殼半徑標準橢封當量球殼半徑ri=0.9did.碟形封頭：碟形封頭：周邊周邊r部位開孔，部位開孔，取封頭計算厚度取封頭計算厚度中心中心r部位開孔，部位開孔，取球殼計算厚度。取球殼計算厚度。e.錐形封頭錐形封頭取開孔中心處計算直取開孔中心處計算直徑徑2r的計算厚度。的計算厚度。 1外壓容器的補強外壓容器的補強外壓殼體開孔補強所需面積外壓殼體開孔補強所需面積a為下式：為下式：a0.5 d+2et(1-fr)式中式中: 為殼體外壓計算的有效厚度為殼體外壓計算的有效厚度,其余計算同內(nèi)壓。其余計算同內(nèi)壓。本式表明所需補強材料的面積等于殼體因開孔喪失的用本式表明所需補強材料的面積等于殼體因開孔喪失的用來承

14、受外壓穩(wěn)定所需材料的一半來承受外壓穩(wěn)定所需材料的一半;對橢圓封頭等不再對過渡區(qū)和球面進行區(qū)分。對橢圓封頭等不再對過渡區(qū)和球面進行區(qū)分。2平蓋開孔補強平蓋開孔補強平蓋不論承受內(nèi)壓還是外壓平蓋不論承受內(nèi)壓還是外壓,板中始終是彎曲應力板中始終是彎曲應力,只有只有彎曲強調(diào)問題彎曲強調(diào)問題,不存在失穩(wěn)問題不存在失穩(wěn)問題,故其計算厚度方法兩者故其計算厚度方法兩者是一致的是一致的,開孔補強計算方法也是一樣的開孔補強計算方法也是一樣的;開孔補強所需面積開孔補強所需面積: a=0.5dp當開孔率大于當開孔率大于0.5時時:受力與法蘭接近受力與法蘭接近,故其開孔補強按法故其開孔補強按法蘭或者反向法蘭進行計算。蘭或

15、者反向法蘭進行計算。 3多個開孔補強多個開孔補強a.當任意兩個相鄰開孔的中心距小于兩孔平均直徑兩倍時：當任意兩個相鄰開孔的中心距小于兩孔平均直徑兩倍時：采用聯(lián)合補強，兩孔之間的面積至少等于兩開孔所需補強面積之和采用聯(lián)合補強，兩孔之間的面積至少等于兩開孔所需補強面積之和的的50%，計算時，計算時任何截面積不得重復計算。，計算時，計算時任何截面積不得重復計算。b.當兩個以上相鄰開孔的中心距小于該兩孔平均兩倍時：則中心距當兩個以上相鄰開孔的中心距小于該兩孔平均兩倍時：則中心距至少等于其平均直徑的至少等于其平均直徑的1(1/3)倍，則該兩孔之間的任何金屬均不得倍，則該兩孔之間的任何金屬均不得用作補強，

16、并需按用作補強，并需按c的方法計算。的方法計算。c.任意數(shù)量并以任意方式排列的相鄰開孔，均可作為一個假想孔任意數(shù)量并以任意方式排列的相鄰開孔，均可作為一個假想孔（其直徑包括所有靠近開孔）進行補強，假想孔直徑不得超過（其直徑包括所有靠近開孔）進行補強，假想孔直徑不得超過8.2的規(guī)定，所有接管金屬均不得用作補強。的規(guī)定，所有接管金屬均不得用作補強。4排孔的補強要求排孔的補強要求:圓筒上開排孔時，應用排孔削弱系數(shù)代替式（圓筒上開排孔時，應用排孔削弱系數(shù)代替式（5-1）中）中的焊接接頭系數(shù)的焊接接頭系數(shù)，對筒體進行校核。，對筒體進行校核。（見（見gb150 p79）1.法蘭聯(lián)接設計法蘭聯(lián)接設計包括墊片

17、、螺栓、法蘭三部分。包括墊片、螺栓、法蘭三部分。2.墊片設計墊片設計1) 墊片寬度墊片寬度a.接觸寬度接觸寬度nb.壓緊寬度壓緊寬度boc.有效密封寬度有效密封寬度b2) 墊片比壓力墊片比壓力墊片在予緊時，為了消除法蘭密封面與墊片接觸面間的縫隙，需墊片在予緊時，為了消除法蘭密封面與墊片接觸面間的縫隙，需要施加于墊片單位有效密封面積上的最小壓緊力，稱為墊片的比壓要施加于墊片單位有效密封面積上的最小壓緊力，稱為墊片的比壓力。力。3) 墊片系數(shù)墊片系數(shù)墊片在操作時，為保持密封，需要施加于墊片單位有墊片在操作時，為保持密封，需要施加于墊片單位有效密封面積上的最小壓緊力與內(nèi)壓力的比值，稱為墊片效密封面積上的最小壓緊力與內(nèi)壓力的比值，稱為墊片系數(shù)。系數(shù)。4) 墊片