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1、第第5 5章章 外压圆筒与封头的设计外压圆筒与封头的设计第一节、外压圆筒的临界压力第一节、外压圆筒的临界压力第二节、外压圆筒的工程设计第二节、外压圆筒的工程设计第三节、外压球壳与凸形封头的工程设计第三节、外压球壳与凸形封头的工程设计第四节、外压圆筒加强圈的设计第四节、外压圆筒加强圈的设计第一页，编辑于星期六：十八点 四十一分。第一节、外压圆筒的临界压力第一节、外压圆筒的临界压力1.1.压杆稳定问题压杆稳定问题v稳定是就平衡而言的，平衡分为两种：稳定平衡与不稳定平衡。v正是由于平衡有两种，所以在设计构件时，不但要满足强度条件与刚度条件，还要考虑其平衡是否稳定，因为稳定也是保持构件安全正常工作的条
2、件。第二页，编辑于星期六：十八点 四十一分。v拉杆只会因为强度不够而破坏，不会因为它维持不了直线形状下的平衡而失去工作能力；v对于压杆，情况则不同：当P2，出现，出现三波、四波等的曲形波，这种圆筒称短圆筒。三波、四波等的曲形波，这种圆筒称短圆筒。5.2 5.2 短圆筒短圆筒其中，其中，L为计算长度为计算长度第十一页，编辑于星期六：十八点 四十一分。若筒体较短，筒壁较厚，即若筒体较短，筒壁较厚，即L/D0较小，较小，Se/D0较大，容器的刚性好，不会因失较大，容器的刚性好，不会因失稳而破坏，这种圆筒称为刚性筒。刚性筒只可能遭到强度破坏，计算时只要满稳而破坏，这种圆筒称为刚性筒。刚性筒只可能遭到强
3、度破坏，计算时只要满足强度要求即可，其强度校核公式与内压圆筒相同。足强度要求即可，其强度校核公式与内压圆筒相同。5.3 5.3 刚性圆筒刚性圆筒第十二页，编辑于星期六：十八点 四十一分。实际的外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度实际的外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度Lcr来判定。来判定。当圆筒处于临界长度当圆筒处于临界长度Lcr时，则用长圆筒公式计算所得的临界压力时，则用长圆筒公式计算所得的临界压力Pcr值和值和用短圆筒公式计算的临界压力用短圆筒公式计算的临界压力Pcr值应相等。值应相等。5.4 5.4 临界长度临界长度Lcr 当LLcr时，长圆筒；LcrLLcr时，短圆筒；若
4、LLcr时，刚性圆筒。第十三页，编辑于星期六：十八点 四十一分。某一钢制圆筒，外径为某一钢制圆筒，外径为Do=1580mm，高，高L=7060mm（切线间（切线间长度），厚度长度），厚度Se=11mm，已知釜体材料在设计温度下的弹，已知釜体材料在设计温度下的弹性模量性模量E=206103MPa。由工艺条件已知该反应釜作为非刚性。由工艺条件已知该反应釜作为非刚性的外压圆筒使用，试确定该釜体的最大允许外压力。的外压圆筒使用，试确定该釜体的最大允许外压力。例例 题题第十四页，编辑于星期六：十八点 四十一分。当当Se/D0较小时较小时(绝大多数使用范围内的长圆筒绝大多数使用范围内的长圆筒)，Pcrp，
5、则须再假设壁厚重新上述计算步骤，直至p大于且接近于Pc为止。3.3.外压圆筒和管子壁厚的图外压圆筒和管子壁厚的图算法算法3.1 对于对于D0/Se20的外压圆筒及外压管的外压圆筒及外压管 第十九页，编辑于星期六：十八点 四十一分。用与D0/Se20相同的方法得到系数B，但对D0/Se4的圆筒及管子应按式(5-13)计算系数A值；系数A0.1时，取A=0.1；计算pl和p2。取pl和p2中的较小值为许用外压p式中：s0取两式中的较小值。p应大于或等于p，否则必须重新假设Sn重复上述计算，直至使pp且接近p为止。3.2 对于对于D0/Sep，则须再假设壁厚重新上述计算步骤，直至p大于且接近于Pc为
6、止。第三节、外压球壳与凸形封头的设计第三节、外压球壳与凸形封头的设计1.1.外压球壳与球形封头的设计外压球壳与球形封头的设计临界压力：临界压力：第二十一页，编辑于星期六：十八点 四十一分。2.2.外压凸形封头的设计外压凸形封头的设计第二十二页，编辑于星期六：十八点 四十一分。它的直径取等于锥体大端外直径，并用Do表示；它的筒体长度叫当量长度，并按下式计算：3.3.外压锥形封头的设计外压锥形封头的设计3.1 当半顶角当半顶角60o时，按时，按“相当的圆筒体相当的圆筒体”计算：计算：它的计算壁厚：3.2 当半顶角当半顶角60o时，按平板封头计算。时，按平板封头计算。D0LDSO第二十三页，编辑于星
7、期六：十八点 四十一分。加强圈是为了减少筒体的计算长度，从而提高圆筒的临界压力；加强圈的材料可比圆筒的材料稍差；加强圈要求刚性较好，常用扁钢、角钢、工字钢。第四节、外压圆筒加强圈的设计第四节、外压圆筒加强圈的设计第二十四页，编辑于星期六：十八点 四十一分。若已知圆筒的直径与壁厚，给出了加强圈的间距就可以计算临界压力(公式法或图算法)；通常计算压力是由工艺条件确定的，又已知圆筒的直径与壁厚，那么该筒体安全承受所规定的外压Pc所需加强圈的最大间距LS就可解出：1.1.加强圈的间距加强圈的间距加强圈的实际间距若小于LS，则表示该圆筒安全承受计算外压。需要加强圈的个数等于不设加强圈的计算长度L除以所需加强圈间距LS再减去1。即加强圈的个数n第二十五页，编辑于星期六：十八点 四十一分。1)根据圆筒的外压计算，Do、LS、Se均为已知，选定加强圈材料与截面尺寸并计算其横截面积AS和加强圈与圆筒有效段(该有效段为在加强圈中心线两侧各为 的壳体)组合截面的惯性矩IS；2)用公式5-22计算B；3)查图5-7图5-14得到A；4)用公式5-24计算I；5)比较I与IS，若ISI为止。2.2.加强圈尺寸设计加强圈尺寸设计第二十六页，编辑于星期六：十八点 四十一分。