第十四章內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)ppt課件

1、第十四章第十四章 內(nèi)內(nèi) 壓壓 容容 器器 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 14.1概述14.1.1容器的結(jié)構(gòu) 通用零部件筒體，封頭，法蘭，人孔，手孔，支座及管口。設(shè)計(jì)時(shí)盡可能直接選用這些通用零部件。14.1.2容器的分類：容器的分類：A按容器形狀分類按容器形狀分類 方形，球形，圓筒形方形，球形，圓筒形B按承壓性質(zhì)分類按承壓性質(zhì)分類 內(nèi)，外壓容器內(nèi)，外壓容器內(nèi)壓容器習(xí)慣上又分為：常壓: P0.1MPa低壓: 0.1P1.6MPa中壓: 1.6P10MPa高壓: 10P100MPaC按結(jié)構(gòu)材料分類按結(jié)構(gòu)材料分類 金屬，非金屬金屬，非金屬D按使用場(chǎng)合分類按使用場(chǎng)合分類 反響、換熱、分別、貯運(yùn)反響、換熱、分別、貯運(yùn)E按安

2、全監(jiān)察分類按安全監(jiān)察分類 一類容器、一類容器、 二類容器、二類容器、 三三 類容器類容器一類容器：（一類容器：（1非易燃，無毒介質(zhì)，低非易燃，無毒介質(zhì)，低 壓容器壓容器 （2易燃，有毒介質(zhì)，低壓易燃，有毒介質(zhì)，低壓 分離容器或換熱器分離容器或換熱器 二類容器：（二類容器：（1中壓中壓 （2劇毒介質(zhì)低壓劇毒介質(zhì)低壓 （3易燃，有毒介質(zhì)低壓反易燃，有毒介質(zhì)低壓反 映器或貯運(yùn)容器映器或貯運(yùn)容器 （4內(nèi)徑小于內(nèi)徑小于1米的低壓廢米的低壓廢 熱鍋爐熱鍋爐 三類容器：三類容器： （1高壓，超高壓高壓，超高壓 （2劇毒介質(zhì)劇毒介質(zhì), P*v200LMPa的低壓容器或劇的低壓容器或劇毒介質(zhì)中壓容器毒介質(zhì)中壓容

3、器 （3易燃有毒介質(zhì)，易燃有毒介質(zhì)，P*v500LMPa的中壓反的中壓反應(yīng)容器，應(yīng)容器，P*v500LMPa中壓貯運(yùn)容器中壓貯運(yùn)容器 （4中壓廢熱鍋爐或內(nèi)徑小于中壓廢熱鍋爐或內(nèi)徑小于1米的低壓廢熱米的低壓廢熱容器容器14.1.3容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求1.確定工藝尺寸； 2.強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性、氣密性、其他。14.2容器的受力分析14.2.1薄壁容器的應(yīng)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回轉(zhuǎn)薄壁殼體的應(yīng)力分析 化工上常用的圓筒形、圓錐形、球形等薄壁容器，都屬于回轉(zhuǎn)薄壁殼體。假設(shè)：殼體簡化成薄膜，在內(nèi)里

4、的作用下，均勻膨脹，薄膜的橫截面幾乎不能承受彎矩，因此殼體在內(nèi)壓作用下產(chǎn)生的主要內(nèi)力是拉力。沿著厚度方向是均勻分布的。R1d1abQ1d1/2d1/2Q1R2d2bcQ2d2/2d2/2Q2R1R2r2211d1d2d dl1dl21122abcdk2K1在內(nèi)壓力的作用下，在微體abcd面積上受力為：F=Pdl1dl2在微體四個(gè)截面上的拉力分別為：bc與ad截面上的經(jīng)向力Q1=1dl2ab與cd截面上的環(huán)向力Q2=2dl1根據(jù)力的平衡原理，所有作用在微體上的力沿微體法線方向投影的代數(shù)和應(yīng)等于零。02sin22sin221212121dlpdlddlddlR1R2r2211d1d2d dl1dl

5、2FXYZF11d2d222d1d1因?yàn)槲Ⅲw的曲率半徑夾角d1和d2很小，PRRdlpdlRdldlRdldlRdlddRdldd221121221111212222111102222222sin222sin整理后得：把它們代入上式：也稱為拉普拉斯方程式式此式即為微體平衡方程,Oz軸的分力為： dQ=P2rdlcos 由圖可知： cos=dr/dl 故 dQ= 2rPdr如果殼體只承受氣壓，那么在內(nèi)力的作用下，non殼體的截面上必將產(chǎn)生內(nèi)力，其值在oz軸方向的分力為： Q=2rK 1cos根據(jù)分離體平衡條件 Q= Qdl dr r11r0rnn、rkk、kdl zokrkprprdrQ022c

6、os21kprkrprdrQ02Q=2rK 1cos根據(jù)分立體平衡條件 Q= Q得：如果殼體承受液體，那么coscos22001krkrrprdrrprdrkk11r0rnn、rkk、kdl zodl dr r14.2.2薄壁容器應(yīng)力分析的實(shí)例A 受氣壓的圓筒形殼體 R1= , R2= R 代入22212211PDPRPRPRR故環(huán)向應(yīng)力得：取圓筒體下半為分離體對(duì)于Rk=R , cos=cos0=1故徑向應(yīng)力 cos21kpr4cos21pDprk11r0rnn、rkk、kdl zoB 受氣壓的球形殼體 R1= R2=R 1= 2= 那么：42PDPRPRR故C受氣壓的錐形殼體對(duì)于錐形殼體R1

7、= , R2=r/cos2R2r121222212cos2cosPr由此可知：，因此可得：，顯然故prrrPRPRkD 受氣壓的橢球形殼體 橢圓形曲線方程為：baxR1R2點(diǎn)處應(yīng)力值：的距旋轉(zhuǎn)軸為可以得出及根據(jù)從高等數(shù)學(xué)可以求得：MxPRRbbaxaRbabaxabaxaRbyaxkcos2Pr)()()(1122112224242224222412222221min1max21222442224222241)(22pa=2pa=處，0=y，=x)(2pa=)(2pa= =處，b=y，0=x當(dāng))(2)(2)(2babababaxaabaxabPbaxabP當(dāng)112214.2.3邊緣應(yīng)力的概念M

8、0M0Q0Q014.3 內(nèi)壓薄壁殼體的厚度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁殼體的厚度設(shè)計(jì)c +cD1DD0（一強(qiáng)度設(shè)計(jì)（一強(qiáng)度設(shè)計(jì)A :內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算內(nèi)壓圓筒的厚度計(jì)算 徑向應(yīng)力：徑向應(yīng)力： 環(huán)向應(yīng)力：環(huán)向應(yīng)力： 2 = 2141pD22pD因強(qiáng)度理論規(guī)定: 2tp 設(shè)計(jì)壓力MPa）D 中徑 圓筒的計(jì)算厚度mm）t許用應(yīng)力MPa）iitDDDDpD220考慮若干因素：焊縫系數(shù)焊縫系數(shù): 由于有夾渣、氣孔、未焊透以及焊縫由于有夾渣、氣孔、未焊透以及焊縫兩側(cè)過熱區(qū)的影兩側(cè)過熱區(qū)的影響，造成強(qiáng)度的減弱，因此要將鋼材的需響，造成強(qiáng)度的減弱，因此要將鋼材的需用應(yīng)力適當(dāng)?shù)臏p用應(yīng)力適當(dāng)?shù)臏p少。少。 設(shè)設(shè)= （ 1）適用于設(shè)

9、計(jì)壓力適用于設(shè)計(jì)壓力p0.4 中的范圍中的范圍ppDiDPpDtit222或厚度的附加量厚度的附加量c: 由于考慮到鋼板在軋制過程的負(fù)偏差、由于考慮到鋼板在軋制過程的負(fù)偏差、消費(fèi)消費(fèi)過程各種介質(zhì)的腐蝕等因素的影響；過程各種介質(zhì)的腐蝕等因素的影響； d = + c式中：式中：d 設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度 圓筒縱焊縫系數(shù)圓筒縱焊縫系數(shù)cppDtid2B 內(nèi)壓球殼的厚度計(jì)算內(nèi)壓球殼的厚度計(jì)算球形殼體受氣壓時(shí)，徑向壓力球形殼體受氣壓時(shí)，徑向壓力=環(huán)向壓環(huán)向壓力力球形容器比圓筒形容器具有表面積小，球形容器比圓筒形容器具有表面積小，厚度薄，材厚度薄，材料節(jié)省的優(yōu)點(diǎn)。料節(jié)省的優(yōu)點(diǎn)。考慮焊縫系數(shù)及厚度附加量考慮焊縫系

10、數(shù)及厚度附加量適用于設(shè)計(jì)壓力適用于設(shè)計(jì)壓力p0.6 中的范中的范圍圍24pRpDcppDitd4（二設(shè)計(jì)參數(shù)確定（二設(shè)計(jì)參數(shù)確定A 設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力P無安全泄放裝置無安全泄放裝置 P = （1.01.1PW 使用安全泄放裝置使用安全泄放裝置 P = （1.051.1PW 工程單位：kgf/cm2國際單位：MPa圓整前圓整后圓整前圓整后小于60.1小于0.60.016-160.50.6-1.60.05大于161大于1.60.1B 設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度 設(shè)計(jì)溫度是指容器正常工作，在設(shè)計(jì)溫度是指容器正常工作，在相應(yīng)相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力作用下，器壁金屬可能達(dá)到設(shè)計(jì)壓力作用下，器壁金屬可能達(dá)到的最的最高溫度或最低溫

11、度。見表高溫度或最低溫度。見表14-2C 許用應(yīng)力許用應(yīng)力t見表見表14-3D焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)表表14-5 焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)接頭型式全部無損探傷局部無損探傷雙面焊1.000.85帶墊板的單面焊0.900.80E厚度厚度a.附加量附加量c c=c1 +c2 (mm) C1-負(fù)偏差負(fù)偏差 表表14-5 C2-腐蝕裕量腐蝕裕量 表表14-6鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6654-96GB3631-96GB3274-88 GB3280-92 GB4237-92 GB4238-92鋼板厚度全部厚度5.57.57.525253030343440405050606080負(fù)偏差C10.250.60.80.91.01.11.21

12、.31.4腐蝕程度不腐蝕輕微腐蝕腐蝕重腐蝕腐蝕速率（mm/a）0.050050.130.130.250.25腐蝕余量（mm）0123b.最小厚度最小厚度碳素鋼和低合金鋼容器碳素鋼和低合金鋼容器 Di3800mm時(shí)時(shí)Di3800mm時(shí)時(shí)不銹鋼不銹鋼)(10002minmmDi)(41000minmmDi)(2minmm3 計(jì)算厚度計(jì)算厚度按有關(guān)公式計(jì)算得到按有關(guān)公式計(jì)算得到4 設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度5 名義厚度名義厚度6 有效厚度有效厚度7 實(shí)際厚度實(shí)際厚度cd2mincncnec1 c2dnppDit21 實(shí)ce 實(shí)實(shí)14.3.3壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn)水壓和氣壓兩種實(shí)驗(yàn)方法水壓和氣壓兩種實(shí)驗(yàn)方法液壓PT=

13、1.25P/ t氣壓PT=1.15P/ t SSeeiTTeeiTTDPDP8.029.02例14-1液氨貯罐的桶體設(shè)計(jì)已知條件：設(shè)計(jì)壓力p=2.5MPa，操作溫度-544，貯罐內(nèi)徑Di=1200mm。設(shè)計(jì)要求：確定桶體厚度、鋼材牌號(hào)。解：純液氨腐蝕性很小，壓力較高，可以考慮采用20R、16MnR、15MnVR等鋼種。第一方案 采用16MnR在-544，取=170MPa, =0.85, C2=1mm, C1=0.8mm, C= C1 + C2= 1.8mmd= +c=10.47+1.8=12.27mm根據(jù)鋼板厚度規(guī)格, 取n=14mm,mmpPDti47.105.285.0170212005.

14、22水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核：PT=1.25P=3.13MPa.水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力16MnR在常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力T=0.9s=0.9345=310.5MPa 因?yàn)門 T, 故桶體厚度滿足水壓試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)。MPaDPeeiTT9.18285.08.11428.114120013.32第二方案 20R鋼板的=133MPa，=0.85。 C1=0.8mm, C= C1 + C2= 1.8mm d= +c=13.42+1.8=15.22mm 按鋼板厚度規(guī)格，園整為n=16mm。mmpPDti42.135.285.0133212005.22水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力20R鋼制容器常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力T=0.9s=

15、0.9245=220.5MPa 因?yàn)門 T,故桶體厚度滿足水壓試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)。MPaDPeeiTT2.15685.08.11628.116120013.32兩種方案的比較：%5.12%1001614163 內(nèi)壓封頭的厚度設(shè)計(jì)內(nèi)壓封頭的厚度設(shè)計(jì) 凸形：半球形、橢圓形、碟形 圓錐形 平板形14-6 某廠需要設(shè)計(jì)一臺(tái)液氨貯罐，其內(nèi)徑為1800mm，總?cè)莘e12m3，最大工作壓力1.6MPa，工作溫度-1040 ，試選擇筒體材料和型式，并計(jì)算筒體厚度。解：根據(jù)容器承裝的物品性質(zhì)及特點(diǎn)，選用圓筒形容器，選用20R，Di1800mm，設(shè)計(jì)壓力選取最大工作壓力1.1倍， P=1.11.6=1.76MPa， =1

16、33MPa,焊縫采用V型坡口雙面焊接，局部無損探傷，0.85，=PDi/2 t-P =1.76 1800/ /2 133 0.85-1.76=14.1mm查表14-6可知：負(fù)偏差取0.25mm，腐蝕余量取1mm，則設(shè)計(jì)厚度為d=14.1+0.25+1=15.35mm取n=16mm ， e=16-0.25-1=14.75mm水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核：PT=1.251.76=2.2MPaT=PTDi+ e/2 e =2.2 1800+ 15.75/2 14.750.85=159.3MPa20R鋼制容器常溫水壓試驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力T=0.9s=0.9245=220.5MPa 因?yàn)門 T,故桶體厚度滿足水壓試驗(yàn)強(qiáng)

17、度試驗(yàn)14-7某廠脫水塔的塔體內(nèi)徑700mm，實(shí)際厚度為12mm，材料為20R，其200時(shí)的s=245MPa，塔的工作壓力P=2MPa，工作溫度180，塔體采用單面對(duì)接焊帶墊板），局部無損檢測(cè)，腐蝕余量1mm，試校核塔體工作與試壓時(shí)的強(qiáng)度。解：Di700mm，實(shí)際厚度12mm，C2=1mm，P=2MPa， s=245MPa， 0.80 e=12-1=11mm塔體工作強(qiáng)度為：MPaMPaDPeeiT.52202459.06.8080.01121170022采用液體試壓試壓時(shí)強(qiáng)度：設(shè)計(jì)壓力取1.1倍工作壓力，則P=1.12=2.2MPa MPaMPaDPMPaPPeeiTTtT5.2202459.

18、01.1158.01121170085.2285.25.1281332.225.125.1則14-8設(shè)計(jì)一臺(tái)不銹鋼0Cr18Ni10Ti制承壓容器，最大工作壓力1.6MPa，裝有安全閥，工作溫度150 ，容器內(nèi)徑1.2m，筒體縱向焊縫為雙面對(duì)接焊，做局部透視，試確定容器厚度。解：Di1200mm，Pw=1.6MPa，0.85，t=103MPa ，腐蝕余量為0mm； 查表得：s=205MPa， 設(shè)計(jì)壓力取1.1倍工作壓力，那么 P=1.1Pw=1.11.6=1.76MPa mmmmmmcmmPPDndti1498.128 . 018.128 . 018.1276. 185. 01032120076. 121根據(jù)規(guī)格取，取采用液體試壓試壓時(shí)強(qiáng)度：答：器壁厚度為14mm。MPaMPaDPMPaPPeeiTTtT.51842