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化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章靜力分析第二章直桿的拉伸與壓縮第三章直梁的彎曲第四章應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論第五章化工設(shè)備用材料第六章化工設(shè)備設(shè)計(jì)概論第七章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)第九章外壓薄壁圓筒與封頭的設(shè)計(jì)第十章容器零部件第十一章塔設(shè)備設(shè)計(jì)第一章靜力分析(剛體)1.力的概念及性質(zhì):力:物體之間的相互機(jī)械作用;效應(yīng):運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變;產(chǎn)生變形。力的成對(duì)性(作用力與反作用力);二力平衡條件(二力構(gòu)件及二力桿);力的可傳性;
力的可合性和可分解性(三力匯交平衡定理);2.約束與約束反力柔軟體、光滑面、圓柱鉸鏈支座(固定,活動(dòng))、固定端3.受力圖取分離體(分析對(duì)象),解除約束,在被約束處代之以約束反力;畫上主動(dòng)力。第一章靜力分析(剛體)4.平面匯交力系的平衡條件-解析法4.1合力投影定理:力系的合力在某一軸上的投影,等于該力系中的各力在同一軸上投影的代數(shù)和。
4.2平面匯交力系平衡的充要條件是合力為零:
∑Fx=0&∑Fy=04.3平面匯交力系平衡問(wèn)題的求解步驟:⑴根據(jù)題意,選取適當(dāng)?shù)臉?gòu)件作為研究對(duì)象,并解除約束,使之成為分離體,分離體可以為一個(gè)構(gòu)件,也可以是幾個(gè)構(gòu)件的組合,甚至是整個(gè)物體。⑵對(duì)分離體進(jìn)行受力分析,正確畫出受力圖?!咀⒁狻扛鶕?jù)約束的性質(zhì)確定約束反力的方向,若約束反力的指向預(yù)先不能確定可以任意假定,然后再根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正或負(fù)值,確定約束反力的實(shí)際指向,要會(huì)判斷,要注意作用力與反作用力的關(guān)系,會(huì)正確運(yùn)用三力平衡匯交定理。⑶建立坐標(biāo)系,列平衡方程。坐標(biāo)軸選取時(shí)應(yīng)使投影計(jì)算方便,一般應(yīng)使坐標(biāo)軸與較多的力平行或垂直。平衡方程最好只含一個(gè)未知量,以避免解聯(lián)立方程。第一章靜力分析(剛體)6.平面一般力系的合成與平衡條件力的平移定理:作用在物體上某點(diǎn)的力,可以平行移動(dòng)到該物體上的任意一點(diǎn)A,但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶,這個(gè)附加力偶的力偶矩等于原力對(duì)點(diǎn)A之矩。平衡條件:主矢和力系對(duì)其作用面內(nèi)任一點(diǎn)的主矩均為零
基本形式:∑Fx=0,∑Fy=0,∑Mo(F)=0二矩式方程:∑Fx=0,∑MA=0,∑MB=0[注意]A、B是平面內(nèi)的任意兩個(gè)點(diǎn),但A、B兩點(diǎn)的連線不能垂直于x軸。三矩式方程:∑MA=0,∑MB=0,∑MC=0[注意]A、B、C是平面內(nèi)不共線的三個(gè)任意點(diǎn)。第一章靜力分析(剛體)[例題]圖示結(jié)構(gòu)由曲梁ABCD及桿CE、BE和GE構(gòu)成,A、B、C、E、G均為鉸接。已知F=20kN,均布載荷q=10kN/m,M=20kN·m,a=2m。試求A、G處的反力及桿BE、CE所受之力。分析:未知數(shù)與平衡方程數(shù)BE與CE為二力桿第一章靜力分析(剛體)解:(1)分別取ABCD與GE為分離體,畫出圖示受力圖;(2)列平衡方程:∑MA=0∑MG=0聯(lián)立方程組求解可得BE、CE受力構(gòu)件ABCD列力平衡方程可求A點(diǎn)約束反力∑Fx=0∑Fy=0構(gòu)件GE列力平衡方程可求G點(diǎn)約束反力∑Fx=0∑Fy=0第二章拉伸與壓縮(變形體-桿)3.軸向拉壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)力:就是指作用在單位面積上的內(nèi)力值,它表示內(nèi)力在某點(diǎn)處的集度。(N/m2)=帕(Pa)、兆帕(MPa)
正應(yīng)力:垂直于橫截面的應(yīng)力分量,用σ表示;拉為正剪應(yīng)力:平行于橫截面的應(yīng)力分量,用τ表示。順時(shí)針為正4.拉壓時(shí)的強(qiáng)度條件
強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)截面尺寸確定許可載荷第二章拉伸與壓縮(變形體-桿)5.虎克定律基本形式:直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí),若其橫截面上的應(yīng)力未超過(guò)某一限度時(shí),則縱向應(yīng)變與正應(yīng)力成正比
σ=Eε
導(dǎo)出形式:彈性范圍內(nèi),直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí),則直桿的絕對(duì)變形與軸力及桿長(zhǎng)成正比,而與桿的橫截面面積A成反比。第二章拉伸與壓縮(變形體-桿)6.低碳鋼拉伸機(jī)械性能曲線彈性階段:比例極限σp;彈性極限σe
屈服階段:屈服極限,σs
強(qiáng)化階段:強(qiáng)度極限σb
頸縮階段
7.
低碳鋼主要機(jī)械性能強(qiáng)度指標(biāo)屈服極限σs強(qiáng)度極限σb彈性指標(biāo):E塑性指標(biāo)材料的延伸率δ
斷面收縮率ψ
第三章彎曲(梁)2.梁的內(nèi)力剪力:截面被剪斷的趨勢(shì),剪力大小等于這個(gè)截面之左(或右)所有外力的代數(shù)和;彎矩:梁的橫截面產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)而彎曲的趨勢(shì),梁的任一截面之左(或右)所有外力(包括力偶)對(duì)該截面形心之矩的代數(shù)和?!局攸c(diǎn)強(qiáng)調(diào)】一般在所求內(nèi)力的橫截面上把內(nèi)力(Q、M)假設(shè)為正號(hào)。如果計(jì)算結(jié)果為正值,則表示假設(shè)的內(nèi)力方向(轉(zhuǎn)向)是正確的,求得的Q、M即為正的剪力和正的彎矩。第三章彎曲(梁)典型力學(xué)參量中的符號(hào)規(guī)定第三章彎曲(梁)3.梁的剪力圖與彎矩圖剪力圖:描繪剪力Q沿梁軸線x變化規(guī)律的圖形;彎矩圖:描繪彎矩M沿梁軸線x變化規(guī)律的圖形。剪力圖與彎矩圖的做法:求梁的支座反力;分段列出剪力方程和彎矩方程;畫圖:選擇適當(dāng)?shù)谋壤?,以橫截面位置x為橫坐標(biāo),以剪力Q或彎矩M為縱坐標(biāo),按所列方程分段畫出Q圖或M圖。[規(guī)定]一般將正的剪力或正的彎矩畫在x軸的上方,負(fù)的剪力或負(fù)的彎矩畫在x軸的下方。第三章彎曲(梁)4.梁的彎曲應(yīng)力三個(gè)假設(shè)
⑴平面截面假設(shè):梁變形前橫截面是平面,變形后仍保持為平面,且仍然垂直于變形后的梁軸線,只是繞截面內(nèi)的某一軸線旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度。它是建立梁橫截面上正應(yīng)力計(jì)算式的基礎(chǔ)。
⑵纖維互不擠壓假設(shè):縱向纖維只受到軸向拉伸或壓縮,它們之間沒(méi)有相互擠壓,梁的橫截面上只產(chǎn)生拉應(yīng)力或壓應(yīng)力,而無(wú)剪應(yīng)力。由于拉(壓)應(yīng)力都垂直于橫截面,故為正應(yīng)力。
⑶縱向纖維的變形(伸長(zhǎng)或縮短)與它到中性層的距離有關(guān),在橫截面的同一高度處,梁的縱向纖維的變形是相同,與它在橫截面寬度上的位置無(wú)關(guān)。彎曲應(yīng)力公式第三章彎曲(梁)5.梁的截面慣性矩慣性矩與橫截面的幾何形狀和尺寸有關(guān),反映橫截面的幾何性質(zhì)
矩形截面:圓形截面:平行移軸定理:截面對(duì)任一軸的慣性矩,等于它對(duì)平行于該軸的形心軸的慣性矩,再加上該截面面積與兩軸間距離平方的乘積。Iz1=Iz+a2A
組合截面:組合截面對(duì)某軸的慣性矩等于組成它的各個(gè)簡(jiǎn)單截面對(duì)同一軸的慣性矩之和
第三章彎曲(梁)6.梁的彎曲強(qiáng)度公式7.梁的彎曲要解決的三類問(wèn)題
強(qiáng)度校核確定梁的截面形狀、尺寸計(jì)算梁的許可載荷首先進(jìn)行靜力分析,求解約束反力;其次內(nèi)力分析畫出正確的剪力圖和彎矩圖,確定危險(xiǎn)截面;求解危險(xiǎn)截面的最大彎曲應(yīng)力;利用彎曲強(qiáng)度條件(或其公式的變形)求解問(wèn)題。第四章應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度理論3.強(qiáng)度理論材料破壞的主要形式
脆性斷裂:材料在未產(chǎn)生明顯塑性變形的情況下,就突然斷裂
塑性屈服:在材料的應(yīng)力達(dá)到屈服極限后,就會(huì)產(chǎn)生明顯的塑性變形,以致構(gòu)件不能正常工作
四種強(qiáng)度理論
最大拉應(yīng)力理論:材料發(fā)生脆性斷裂的主要因素是最大拉應(yīng)力σ1≤[σ]
最大拉應(yīng)變理論:材料發(fā)生脆性斷裂的主要因素是最大拉應(yīng)變?chǔ)?≤[ε]最大剪應(yīng)力理論:材料發(fā)生塑性屈服破壞的是最大剪應(yīng)力
τmax≤[τ]第四強(qiáng)度理論:材料發(fā)生塑性屈服破壞的主要是形狀改變比能
第五章化工設(shè)備用材料1.材料的性能
機(jī)械性能:抵抗外力而不產(chǎn)生超過(guò)允許變形或不被破壞的能力強(qiáng)度:固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性
屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度
塑性:在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力
延伸率、斷面收縮率
硬度:金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的能力布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、維氏硬度(HV)
沖擊韌性:材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力(動(dòng)載)缺口敏感性:在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下,材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力,屬于材料的韌性范疇。(靜載)
物理性能:熱膨脹性(α)、彈性模量(E)、泊松比(μ)
第五章化工設(shè)備用材料2.鋼材的牌號(hào)及表示方法牌號(hào)表示原則:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,牌號(hào)中的化學(xué)元素用化學(xué)符號(hào)或漢字表示,產(chǎn)品的用途、冶煉和澆注方法采用漢字或拼音字母并用的原則;20g、20R、16MnR、15CrMoR、1Crl8Ni9Ti、16MnDR
第六章化工設(shè)備設(shè)計(jì)概述2.我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)常用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》2003年國(guó)務(wù)院頒布實(shí)施《壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程》-1999版《鋼制壓力容器》GB150-1998《鋼制化工容器制造技術(shù)條件》3.容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求
強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、
耐久性、密封性、節(jié)省材料和便于制造、方便操作和便于運(yùn)輸、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理4.容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化公稱直徑鋼板卷制的筒體和成形封頭:公稱直徑是指它們的內(nèi)徑;無(wú)縫鋼管作筒體和封頭:容器的公稱直徑是指無(wú)縫鋼管的外徑鋼管:公稱直徑既不是它的內(nèi)徑,也不是外徑,而是小于管子外徑的一個(gè)數(shù)值。
公稱壓力:規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)0.1、0.25、0.4、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4
第七章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析1.內(nèi)壓薄壁圓筒的應(yīng)力分析薄壁容器:S/Di≤0.1或K=DO/Di≤1.2環(huán)向應(yīng)力:當(dāng)其承受內(nèi)壓力P作用以后,其直徑要稍微增大,故筒壁內(nèi)的“環(huán)向纖維”要伸長(zhǎng),因此在筒體的縱向截面上必定有應(yīng)力產(chǎn)生,此應(yīng)力稱為環(huán)向應(yīng)力,以σθ表示。經(jīng)向(軸向)應(yīng)力:容器兩端是封閉的,在承受內(nèi)壓后,筒體的“縱向纖維”也要伸長(zhǎng),則筒體橫向截面內(nèi)也必定有應(yīng)力產(chǎn)生,此應(yīng)力稱為經(jīng)向(軸向)應(yīng)力,以σm表示。
第七章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析2.回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析2.2基本假設(shè)⑴小位移假設(shè):殼體受力以后,各點(diǎn)的位移都遠(yuǎn)小于壁厚。殼體變形后可以用變形前的尺寸來(lái)代替。變形分析中的高階微量可以忽略不計(jì)。⑵直法線假設(shè):殼體在變形前垂直于中間面的直線段,在變形后仍保持直線,并垂直于變形后的中間面。變形前后的法向線段長(zhǎng)度不變,沿厚度各點(diǎn)的法向位移均相同,變形前后殼體壁厚不變。⑶不擠壓假設(shè):殼體各層纖維變形前后相互不擠壓。殼壁法向(半徑方向)的應(yīng)力與殼壁其他應(yīng)力分量比較是可以忽略的微小量,其結(jié)果就變?yōu)槠矫鎲?wèn)題。
第七章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析2.回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析2.3區(qū)域平衡方程式(經(jīng)向應(yīng)力)
2.4微體平衡方程式(環(huán)向應(yīng)力)2.5薄膜理論的適用條件:殼體是軸對(duì)稱的,即幾何形狀、材料、載荷的對(duì)稱性和連續(xù)性,同時(shí)需保證殼體應(yīng)具有自由邊緣。
第七章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析3.薄膜理論的應(yīng)用3.1受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體3.2受氣體內(nèi)壓的球形殼體3.3受氣體內(nèi)壓的橢球殼
第七章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析3.薄膜理論的應(yīng)用3.4受氣體內(nèi)壓的錐形殼體3.5承受液體內(nèi)壓作用的圓筒殼
第七章內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析3.邊緣應(yīng)力聯(lián)接邊緣附近的橫截面內(nèi),除作用有軸(經(jīng))向拉伸應(yīng)力外,還存在著軸(經(jīng))向彎曲應(yīng)力,必須用有力矩理論來(lái)求解邊緣應(yīng)力的特點(diǎn)局部性
自限性
第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)1.彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性失效準(zhǔn)則容器上任一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)σs,容器即告失效(指容器失去正常的工作能力)。σ當(dāng)<σs
強(qiáng)度安全條件為保證結(jié)構(gòu)安全可靠地工作,必須留有一定的安全裕度,使結(jié)構(gòu)中的最大工作應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力之間滿足一定的關(guān)系。
2.強(qiáng)度理論對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度條件(薄壁圓筒)第一強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件
第三強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件
【備注】壓力容器采用塑性材料制造,我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)采用第一強(qiáng)度理論。
第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)2.內(nèi)壓圓筒和球殼強(qiáng)度計(jì)算公式第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定3.1壓力最高工作壓力Pw:正常工況下,容器頂部可能達(dá)到的最高壓力;設(shè)計(jì)壓力Pd:指設(shè)定的容器頂部的最高工作壓力,與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件,其值不得小于最高工作壓力。整臺(tái)設(shè)備的載荷條件。容器上裝安全閥時(shí):取P≤1.05Pw-1.1Pw單個(gè)容器不裝安全泄放裝置:取等于或略高于Pw外壓容器:取不小于在正常操作工況下可能產(chǎn)生的內(nèi)外壓差計(jì)算壓力Pc:在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定元件厚度的壓力,包括液柱靜壓力,當(dāng)液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)可忽略不計(jì)。3.2設(shè)計(jì)溫度:指容器正常工作情況下,設(shè)定的元件金屬溫度
第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定3.3許用應(yīng)力[σ]極限應(yīng)力:屈服點(diǎn)σs、抗拉強(qiáng)度σb、蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度安全系數(shù)3.4焊縫系數(shù)⑴焊縫區(qū)強(qiáng)度降低的原因:焊接焊縫時(shí)可能出現(xiàn)缺陷而未被發(fā)現(xiàn);焊接熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū)而使強(qiáng)度和塑性降低;由于結(jié)構(gòu)性約束造成焊接內(nèi)應(yīng)力過(guò)大等。⑵焊縫系數(shù)的影響因素:焊接接頭的型式和無(wú)損檢測(cè)的比例。雙面焊全焊透結(jié)構(gòu)對(duì)接接頭:100%探傷=1.0;局部探傷=0.85。單面焊的對(duì)接接頭:100%探傷=0.9;局部探傷=0.8。第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)3.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定3.5壁厚附加量C=Cl+C2
厚度的負(fù)偏差C1
腐蝕裕量C2
4.容器的壁厚計(jì)算壁厚(S),設(shè)計(jì)壁厚(Sd),名義壁厚(Sn)和有效壁厚(Se)
最小壁厚:壓力很低的容器,按強(qiáng)度公式計(jì)算出的壁厚很小,不能滿足制造、運(yùn)輸和安裝時(shí)的剛度要求,需規(guī)定一最小壁厚。第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.壓力試驗(yàn)及其強(qiáng)度校驗(yàn)壓力試驗(yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)容器宏觀強(qiáng)度和有無(wú)滲漏現(xiàn)象試驗(yàn)壓力液壓試驗(yàn)壓力:氣壓試驗(yàn)壓力:立式容器臥置作液壓試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)壓力應(yīng)為立置時(shí)的試驗(yàn)壓力pT加液柱靜壓力;
壓力試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度校核液壓試驗(yàn)
氣壓試驗(yàn)第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)【例】一鍋爐汽包,Di=1300mm,Pw=15.6MPa,裝有安全閥,設(shè)計(jì)溫度為350℃,材質(zhì)為18MnMoNbR,采用雙面對(duì)接焊縫,100%探傷,試確定汽包的壁厚Sn并進(jìn)行水壓試驗(yàn)校核。解:⑴確定設(shè)計(jì)參數(shù)P=1.1Pw=1.1×15.6=17.16MPa,Di=1300mm,[σ]t=190MPa=1.0,取C2=1mm。⑵計(jì)算壁厚C=C1+C2=1.5+1=2.5mm61.5+C=64mm向上圓整取厚度為Sn=65mm的18MnMoNbR鋼板。⑶校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度Se=Sn-C=65-2.5=62.5mm,σs=410MPa
MPa而0.9σs=0.9×410=369MPa,故有σT<0.9σs
第八章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)5.內(nèi)壓封頭的設(shè)計(jì)承載能力:半球形封頭>標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭>碟形封頭>無(wú)折邊球形封頭第九章外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)1.外壓容器的失穩(wěn)外壓容器:殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。應(yīng)力特點(diǎn):容器受到外壓作用后,在筒壁內(nèi)將產(chǎn)生經(jīng)向和環(huán)向壓縮應(yīng)力,按照薄膜應(yīng)力理論來(lái)求解;失效類型:強(qiáng)度破壞很少,多數(shù)外壓圓筒在筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服點(diǎn)時(shí),筒壁就被突然壓癟或發(fā)生褶縐。彈性失穩(wěn):外壓作用下突然失去原來(lái)形狀,應(yīng)力也由失穩(wěn)前的壓縮應(yīng)力為主變成以彎曲應(yīng)力為主的復(fù)雜的附加應(yīng)力。2.容器失穩(wěn)型式的分類側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)、局部失穩(wěn)
第九章外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)3.臨界壓力定義:導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力,Pcr
影響臨界壓力的因素筒體幾何尺寸:L(計(jì)算長(zhǎng)度)、S/D、L/D筒體的材料:E、μ筒體橢圓度和材料不均勻4.外壓圓筒的分類長(zhǎng)圓筒:Pcr僅與Se/D0有關(guān),而與L/D0無(wú)關(guān);失穩(wěn)波數(shù)為2
短圓筒:Pcr與Se/D0、L/D0也有關(guān),失穩(wěn)波數(shù)n>2
剛性圓筒:圓筒的L/D0較小,而Se/D0較大,故剛性較好[注]長(zhǎng)圓筒或短圓筒,要同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性校驗(yàn),后者更重要。
第九章外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)5.臨界壓力計(jì)算公式鋼制長(zhǎng)圓筒鋼制短圓筒剛性圓筒臨界長(zhǎng)度長(zhǎng)、短圓筒臨界長(zhǎng)度短、剛性圓筒臨界長(zhǎng)度第九章外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)6.外壓圓筒的工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則許用壓力根據(jù)GBl50-98《鋼制壓力容器》的規(guī)定,對(duì)圓筒、錐殼取m=3.0,球殼、橢圓形和碟形封頭取m=15。
設(shè)計(jì)準(zhǔn)測(cè):使設(shè)計(jì)壓力p≤[p],并接近[p]第九章外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)7.外壓圓筒壁厚設(shè)計(jì)的圖算法第九章外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)圖算法具體步驟(以薄壁D0/Se≥20為例)①假設(shè)Sn,令Se=Sn-C,而后定出比值L/D0和D0/Se;②由L/D0和D0/Se查取系數(shù)A若L/D0>50,用L/D0=50查圖,若L/D0<0.05,用L/D0=0.05查圖;③根據(jù)所用材料選用合適的A-B圖由A查取B④計(jì)算許用外壓力[p]:(MPa)若A值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的左方,說(shuō)明肯定處于彈性失穩(wěn)狀態(tài),則用下式計(jì)算許用外壓力[p]:(MPa)⑤比較p與[p],若p>[p],則需重新假設(shè)Sn,重復(fù)上述步驟直至[p]大于且接近于p為止。第十章壓力容器零部件1.法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu):聯(lián)接件(螺栓、螺母)、被聯(lián)接件(法蘭)、密封元件(墊片)
密封口泄漏途徑:一是墊片滲漏,二是壓緊面泄漏。
法蘭密封的原理
預(yù)緊密封比壓:形成初始密封條件時(shí)加在墊片上的最小壓緊應(yīng)力工作密封比壓:發(fā)生臨界泄漏時(shí)作用在墊片上的剩余壓緊應(yīng)力
第十章壓力容器零部件2.法蘭的結(jié)構(gòu)與分類按法蘭接觸面分類:寬面法蘭、窄面法蘭按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類整體法蘭:平焊法蘭、對(duì)焊法蘭活套法蘭螺紋法蘭
第十章壓力容器零部件3.法蘭密封的影響因素螺栓預(yù)緊力壓緊面(密封面):平面型、凹凸型、榫槽型、錐形、梯形槽墊片性能:墊片材料和結(jié)構(gòu)法蘭剛度操作條件:操作壓力、操作溫度4.法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用
4.1法蘭標(biāo)準(zhǔn):壓力容器法蘭、管法蘭壓力容器平焊法蘭:甲型(JB/T4701-2000)、乙型(JB/T4702-2000)
壓力容器法蘭的尺寸:法蘭公稱直徑DN:與法蘭相配的筒體或封頭的公稱直徑
公稱壓力PN:在規(guī)定設(shè)計(jì)條件下,在確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)所采用的設(shè)計(jì)壓力。0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和6.4MPa第十章壓力容器零部件4.法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用4.1法蘭標(biāo)準(zhǔn):壓力容器法蘭、管法蘭確定法蘭尺寸的計(jì)算基礎(chǔ)與最高許用工作壓力:設(shè)計(jì)溫度是200℃、規(guī)定法蘭材料是16MnR或16Mn鍛件;[Pw]4.2壓力容器法蘭的選用步驟⑴根據(jù)容器的Di(DN)和設(shè)計(jì)壓力為p,參照教材P168表12-2確定法蘭的結(jié)構(gòu)類型;⑵根據(jù)選定的法蘭類型和容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度以及法蘭材料,用表12-3確定法蘭的公稱壓力。然后將所確定的公稱壓力和公稱直徑用表12-2復(fù)核一下該P(yáng)N與DN是否在所選定的法蘭類型包容的范圍之內(nèi)。⑶根據(jù)所確定的PN與DN從相應(yīng)的尺寸表中選定法蘭各部分的尺寸。第十章壓力容器零部件【法蘭選用舉例】為一臺(tái)精餾塔塔節(jié)選配法蘭。該塔內(nèi)徑Di=1000mm,δn=4mm,操作溫度280℃,設(shè)計(jì)壓力p=0.2MPa,法蘭材料可用20R,也可用16MnR,試分別確定使用這兩種材料時(shí)法蘭的類型和尺寸。⑴確定法蘭類型根據(jù)DN=1000mm,p=0.2MPa,按表12-2可知應(yīng)選用甲型平焊法蘭。⑵確定法蘭的公稱壓力:根據(jù)p=0.2MPa,t=280℃,查表12-3法蘭材料用20R,當(dāng)取PN=0.25MPa時(shí),300℃的[p]=0.15MPa,滿足不了p=0.2MPa的需要,所以法蘭的PN應(yīng)提高一個(gè)等級(jí),確定法蘭的公稱壓力PN=0.6MPa,300℃的[p]=0.36MPa,可以滿足要求。法蘭材料用16MnR,PN=0.25MPa時(shí),300℃的[p]=0.21MPa,能滿足p=0.2MPa的需要,所以法蘭材料選用16MnR時(shí),法蘭的公稱壓力為PN=0.6MPa。⑶確定法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)DN=1000mm,PN=0.6MPa和PN=0.25MPa查相應(yīng)表確定材料為20R和16MnR時(shí)法蘭各部分的尺寸。第十章壓力容器零部件5.容器支座5.1臥式容器支座:鞍座、圈座和支腿
5.2臥式容器載荷分析①壓力②儲(chǔ)罐重量③物料重量量;④其他載荷-雪、風(fēng)、地震等
跨中支座第十章壓力容器零部件5.容器支座5.3筒體的軸向應(yīng)力計(jì)算跨中截面的最高點(diǎn):(MPa)跨中截面的最低點(diǎn):(MPa)支座有效截面的最高點(diǎn)處:筒體支座截面的最低點(diǎn)處:5.4鞍座的選用首先根據(jù)鞍座實(shí)際承載的大小,確定選用輕型(A型)或重型(BI,BII,BIII,BIV,BV型)鞍座;再根據(jù)容器圓筒強(qiáng)度確定選用1200或1500包角的鞍座。
第十章壓力容器零部件6.開孔補(bǔ)強(qiáng)6.1開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因應(yīng)力集中:容器開孔之后孔邊附近的局部區(qū)域應(yīng)力增長(zhǎng)的現(xiàn)象產(chǎn)生原因:開孔接管處需要變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生了附加內(nèi)力6.2補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)原則等面積補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計(jì)原則塑性失效補(bǔ)強(qiáng)原則:極
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