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1、会计学1外压薄壁圆筒与封头强设计外压薄壁圆筒与封头强设计二、容器失稳型式的分类二、容器失稳型式的分类二、容器失稳型式的分类二、容器失稳型式的分类1.1.侧向失稳侧向失稳侧向失稳侧向失稳容器由于均匀侧向外压引起的失稳叫做侧向失稳，侧向失稳时容器由于均匀侧向外压引起的失稳叫做侧向失稳，侧向失稳时容器由于均匀侧向外压引起的失稳叫做侧向失稳，侧向失稳时容器由于均匀侧向外压引起的失稳叫做侧向失稳，侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形。壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形。壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形。壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形。2第2页/共29页第1页/共29页3第3页/共2
2、9页第2页/共29页2.2.轴向失稳轴向失稳轴向失稳轴向失稳3.局部失稳局部失稳薄壁圆筒在轴向外压作用下引起的失稳。薄壁圆筒在轴向外压作用下引起的失稳。失稳后仍具有圆形的环截面，但是破坏失稳后仍具有圆形的环截面，但是破坏了母线的直线性，母线产生了波形，即了母线的直线性，母线产生了波形，即圆筒发生了褶绉。圆筒发生了褶绉。容器在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部容器在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压引起的局部失稳。外压引起的局部失稳。4第4页/共29页第3页/共29页第二节第二节第二节第二节 临界压力临界压力临界压力临界压力一、临界压力一、临界压力承受外压的容器在外压
3、达临界值之前，壳体也能发生弹性压缩承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性压缩承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性压缩承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性压缩变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当外压力增变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当外压力增变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当外压力增变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当外压力增大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形，就失去了原来大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形，就失去了原来大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形，就失去了原来大到某一临界值时，筒体的形
4、状发生永久变形，就失去了原来的稳定性。的稳定性。的稳定性。的稳定性。导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，以P Pcrcr表示。表示。表示。表示。筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力称为临界压应力，筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力称为临界压应力，筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力称为临界压应力，筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力称为临界压应力，以以以以 crcr表示。表示。表示。表示。二、影响临界压力的因素二、影响临界压力的因素1.筒体几何尺寸
5、筒体几何尺寸试验证明：影响筒体临界压力的几何尺寸主要有筒体的长试验证明：影响筒体临界压力的几何尺寸主要有筒体的长度度L、筒体壁厚、筒体壁厚S以及筒体直径以及筒体直径D，并且：，并且：长度长度L一定时，一定时，S/D越大，圆筒的临界压力越高；越大，圆筒的临界压力越高；5第5页/共29页第4页/共29页 圆筒的圆筒的圆筒的圆筒的S/DS/D相同，筒体越短临界压力越高；相同，筒体越短临界压力越高；相同，筒体越短临界压力越高；相同，筒体越短临界压力越高；筒体的筒体的筒体的筒体的S/DS/D和和和和L/DL/D值均相同时，存在加强圈的筒体临界压值均相同时，存在加强圈的筒体临界压值均相同时，存在加强圈的筒
6、体临界压值均相同时，存在加强圈的筒体临界压力高。力高。力高。力高。计算长度计算长度计算长度计算长度：指两个刚性构件（如法兰、端盖、管板及加强圈等）：指两个刚性构件（如法兰、端盖、管板及加强圈等）：指两个刚性构件（如法兰、端盖、管板及加强圈等）：指两个刚性构件（如法兰、端盖、管板及加强圈等）间的距离。对与封头相联的筒体来说，计算长度应计入凸形间的距离。对与封头相联的筒体来说，计算长度应计入凸形间的距离。对与封头相联的筒体来说，计算长度应计入凸形间的距离。对与封头相联的筒体来说，计算长度应计入凸形封头封头封头封头1/31/3凸面高度。凸面高度。凸面高度。凸面高度。6第6页/共29页第5页/共29页
7、2.2.筒体材料性能的影响筒体材料性能的影响筒体材料性能的影响筒体材料性能的影响筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量E E和泊松比和泊松比和泊松比和泊松比 值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。也就越高。也就越高。也就越高。【注意注意注意注意】钢材的钢材的钢材的钢材的E
8、E和和和和 值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器，不能提高筒体的临界压力。制造外压容器，不能提高筒体的临界压力。制造外压容器，不能提高筒体的临界压力。制造外压容器，不能提高筒体的临界压力。3.3.筒体椭圆度和材料不均匀筒体椭圆度和材料不均匀筒体椭圆度和材料不均匀筒体椭圆度和材料不均匀稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆
9、度或材料不均匀。因为即使壳体的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值即使壳体的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值即使壳体的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值即使壳体的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。时也会失稳。时也会失稳。时也会失稳。壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，即能使失稳提前发生。即能使失稳提前发生。即能使失稳提前发生。即能使失稳提前发生。载荷不对称性，边界条
10、件等因素载荷不对称性，边界条件等因素载荷不对称性，边界条件等因素载荷不对称性，边界条件等因素7第7页/共29页第6页/共29页三、外压圆筒的分类三、外压圆筒的分类三、外压圆筒的分类三、外压圆筒的分类1.1.长圆筒长圆筒长圆筒长圆筒圆筒的圆筒的圆筒的圆筒的L/DL/D0 0较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力较大，两端的边界影响可以忽略，临界压力P Pcrcr仅与仅与仅与仅与S Se e/D/D0 0有关，而与有关，而与有关，而与有关，而与L/DL/D0 0无关（无关（无关（无关（L L为圆筒的计算长度）。失稳时波形为
11、圆筒的计算长度）。失稳时波形为圆筒的计算长度）。失稳时波形为圆筒的计算长度）。失稳时波形数数数数n=2n=2。2.2.短圆筒短圆筒短圆筒短圆筒两端的边界影响显著，临界压力两端的边界影响显著，临界压力两端的边界影响显著，临界压力两端的边界影响显著，临界压力PcrPcr不仅与不仅与不仅与不仅与S Se e/D/D0 0有关，而且与有关，而且与有关，而且与有关，而且与L/DL/D0 0也有关，筒失稳时波形数也有关，筒失稳时波形数也有关，筒失稳时波形数也有关，筒失稳时波形数n n为大于为大于为大于为大于2 2的整数。的整数。的整数。的整数。3.3.刚性圆筒刚性圆筒刚性圆筒刚性圆筒圆筒的圆筒的圆筒的圆筒
12、的L/DL/D0 0较小，而较小，而较小，而较小，而S Se e/D/D0 0较大，故刚性较好。其破坏原因是由较大，故刚性较好。其破坏原因是由较大，故刚性较好。其破坏原因是由较大，故刚性较好。其破坏原因是由于器壁内的应力超过了材料的屈服点所致，而不会发生失稳。于器壁内的应力超过了材料的屈服点所致，而不会发生失稳。于器壁内的应力超过了材料的屈服点所致，而不会发生失稳。于器壁内的应力超过了材料的屈服点所致，而不会发生失稳。长圆筒或短圆筒，要同时进行强度计算和稳定性校验，后者长圆筒或短圆筒，要同时进行强度计算和稳定性校验，后者长圆筒或短圆筒，要同时进行强度计算和稳定性校验，后者长圆筒或短圆筒，要同时
13、进行强度计算和稳定性校验，后者更重要。更重要。更重要。更重要。8第8页/共29页第7页/共29页四、临界压力的理论计算公式四、临界压力的理论计算公式四、临界压力的理论计算公式四、临界压力的理论计算公式1.1.钢制长圆筒钢制长圆筒钢制长圆筒钢制长圆筒临界压力公式临界压力公式钢制圆筒钢制圆筒(=0.3)临界应力公式临界应力公式式中式中 Pcr临界压力，临界压力，MPa；Et设计温度下材料的弹性模量，设计温度下材料的弹性模量，MPa；Se筒体的有效壁厚，筒体的有效壁厚，mm；D0筒体的外直径，筒体的外直径，mm；材料的泊松比。材料的泊松比。注意注意长圆筒的临界长圆筒的临界压力仅与圆筒的材料和压力仅与
14、圆筒的材料和圆筒的壁厚与直径之比圆筒的壁厚与直径之比Se/D0有关，而与圆筒的有关，而与圆筒的长径比长径比L/D0无关。无关。9第9页/共29页第8页/共29页2.2.钢制短圆筒钢制短圆筒钢制短圆筒钢制短圆筒临界压力公式临界压力公式注意注意短圆筒的临界压力除与圆筒的材料和圆筒的壁厚与直短圆筒的临界压力除与圆筒的材料和圆筒的壁厚与直径之比径之比Se/D0有关，而且与有关，而且与L/D0也有关也有关 临界应力公式临界应力公式10第10页/共29页第9页/共29页3.3.刚性圆筒刚性圆筒刚性圆筒刚性圆筒刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公式刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强
15、度校验公式刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公式刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公式与计算内压圆筒的公式一样。与计算内压圆筒的公式一样。与计算内压圆筒的公式一样。与计算内压圆筒的公式一样。强度校核强度校核许用外压校核许用外压校核材料设计温度的许用压应力，可取材料设计温度的许用压应力，可取 =s/4；11第11页/共29页第10页/共29页五、临界长度五、临界长度五、临界长度五、临界长度1.1.长、短圆筒的临界长度长、短圆筒的临界长度长、短圆筒的临界长度长、短圆筒的临界长度当当当当圆圆圆圆筒筒筒筒处处处处于于于于临临临临界界界界长长长长度度度度时时时时长长长长圆
16、圆圆圆筒筒筒筒公公公公式式式式算算算算得得得得的的的的临临临临界界界界压压压压力力力力P Pcrcr与与与与用用用用短短短短圆筒计算公式计算的临界压力圆筒计算公式计算的临界压力圆筒计算公式计算的临界压力圆筒计算公式计算的临界压力P Pcrcr 应相等应相等应相等应相等12第12页/共29页第11页/共29页2.2.短、刚性圆筒的临界长度短、刚性圆筒的临界长度短、刚性圆筒的临界长度短、刚性圆筒的临界长度LLcr时，长圆筒；时，长圆筒；LcrLLcr，短圆筒；，短圆筒；LLcr，刚性圆筒。，刚性圆筒。13第13页/共29页第12页/共29页第三节第三节 外压圆筒的工程设计外压圆筒的工程设计一、设计
17、准则一、设计准则1.1.许用压力的确定许用压力的确定许用压力的确定许用压力的确定工程上在外压力等于或接近于临界压力工程上在外压力等于或接近于临界压力工程上在外压力等于或接近于临界压力工程上在外压力等于或接近于临界压力P Pcrcr时进行操作是绝不时进行操作是绝不时进行操作是绝不时进行操作是绝不允许的，必须使许用压力允许的，必须使许用压力允许的，必须使许用压力允许的，必须使许用压力pp比临界压力小比临界压力小比临界压力小比临界压力小mm倍，即：倍，即：倍，即：倍，即：mm稳定安全系数，根据稳定安全系数，根据稳定安全系数，根据稳定安全系数，根据GBl50GBl509898钢制压力容器钢制压力容器钢
18、制压力容器钢制压力容器规定：规定：规定：规定：对圆筒、锥壳取对圆筒、锥壳取对圆筒、锥壳取对圆筒、锥壳取m=3.0m=3.0；球壳、椭圆形和碟形封头取；球壳、椭圆形和碟形封头取；球壳、椭圆形和碟形封头取；球壳、椭圆形和碟形封头取m=15m=15。2.2.设计准则设计准则设计准则设计准则必须使设计压力必须使设计压力必须使设计压力必须使设计压力pppp，并接近，并接近，并接近，并接近pp，则所确定的筒体壁厚才是，则所确定的筒体壁厚才是，则所确定的筒体壁厚才是，则所确定的筒体壁厚才是满足外压稳定的合理要求。满足外压稳定的合理要求。满足外压稳定的合理要求。满足外压稳定的合理要求。14第14页/共29页第
19、13页/共29页二、外压圆筒壁厚设计的图算法二、外压圆筒壁厚设计的图算法二、外压圆筒壁厚设计的图算法二、外压圆筒壁厚设计的图算法1.1.算图的依据算图的依据算图的依据算图的依据临界压力作用下，筒壁产生的环向应力临界压力作用下，筒壁产生的环向应力临界压力作用下，筒壁产生的环向应力临界压力作用下，筒壁产生的环向应力 crcr及应变及应变及应变及应变 为：为：为：为：临界压力作用下长圆筒与短圆筒内的应变临界压力作用下长圆筒与短圆筒内的应变、为：为：长圆筒应变长圆筒应变短圆筒应变短圆筒应变15第15页/共29页第14页/共29页外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何尺寸（外压圆筒失稳时，筒壁的环向
20、应变值与筒体几何尺寸（外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何尺寸（外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何尺寸（S Se e，D D0 0，L L）之间的关系）之间的关系）之间的关系）之间的关系对于一个壁厚和直径已经确定的筒体（即该筒的对于一个壁厚和直径已经确定的筒体（即该筒的D0/Se的值）的值）来说，筒体失稳时的环向应变来说，筒体失稳时的环向应变值将只是值将只是L/D0的函数，不同的的函数，不同的L/D0值的圆筒体，失稳时将产生不同的值的圆筒体，失稳时将产生不同的值。值。以以为横坐标，以为横坐标，以L/D0为纵坐标，就可得到一系列具有不同为纵坐标，就可得到一系列具有不同D0/Se值筒
21、体的值筒体的L/D0的关系曲线图，图中以系数的关系曲线图，图中以系数A代替代替。16第16页/共29页第15页/共29页n n垂直线段（对应长圆筒）垂直线段（对应长圆筒）垂直线段（对应长圆筒）垂直线段（对应长圆筒）与倾斜直线（短圆筒）。与倾斜直线（短圆筒）。与倾斜直线（短圆筒）。与倾斜直线（短圆筒）。曲线的转折点所表示的曲线的转折点所表示的曲线的转折点所表示的曲线的转折点所表示的长度是该圆筒的长、短长度是该圆筒的长、短长度是该圆筒的长、短长度是该圆筒的长、短圆筒临界长度。圆筒临界长度。圆筒临界长度。圆筒临界长度。n n利用这组曲线，可以迅利用这组曲线，可以迅利用这组曲线，可以迅利用这组曲线，可
22、以迅速找出一个尺寸已知的速找出一个尺寸已知的速找出一个尺寸已知的速找出一个尺寸已知的外压圆筒失稳时筒壁环外压圆筒失稳时筒壁环外压圆筒失稳时筒壁环外压圆筒失稳时筒壁环向应变是多少。向应变是多少。向应变是多少。向应变是多少。n n一个尺寸已知的外压圆一个尺寸已知的外压圆一个尺寸已知的外压圆一个尺寸已知的外压圆筒，当它失稳时，其临筒，当它失稳时，其临筒，当它失稳时，其临筒，当它失稳时，其临界压力是多少？为保证界压力是多少？为保证界压力是多少？为保证界压力是多少？为保证安全操作，其允许的工安全操作，其允许的工安全操作，其允许的工安全操作，其允许的工作外压又是多少？作外压又是多少？作外压又是多少？作外压
23、又是多少？17第17页/共29页第16页/共29页若若若若将将将将失失失失稳稳稳稳时时时时的的的的环环环环向向向向应应应应变变变变与与与与允允允允许许许许工工工工作作作作外外外外压压压压的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线找找找找出出出出来来来来，那那那那么么么么就就就就可可可可能能能能以以以以失失失失稳稳稳稳时时时时的的的的环环环环向向向向应应应应变变变变 为为为为媒媒媒媒介介介介，将将将将圆圆圆圆筒筒筒筒的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸（D D0 0、S Se e、L L）与允许工作外压直接通过曲线图联系起来。）与允许工作外压直接通过曲线图联系起来。）与允许工作外压直接通过曲线图联系起来。）与
24、允许工作外压直接通过曲线图联系起来。令令对于一个已知壁厚对于一个已知壁厚Se与直径与直径D0的筒体，其允许工作外压的筒体，其允许工作外压p等于等于B乘以乘以Se/D0，所以要想从，所以要想从找到找到p，首先需要从，首先需要从找出找出B。于是问。于是问题就转到了如何从题就转到了如何从找出找出B。18第18页/共29页第17页/共29页若以若以为横坐标，以为横坐标，以B为为纵坐标，将纵坐标，将B与与（即图（即图中中A）关系用曲线表示）关系用曲线表示出来。利用这组曲线可出来。利用这组曲线可以方便而迅速地从以方便而迅速地从找到找到与之相对应的系数与之相对应的系数B，进而求出进而求出p。当当比较小时，比
25、较小时，E是常数，是常数，为直线（相当于比例极为直线（相当于比例极限以前的变形情况）。限以前的变形情况）。当当较大时（相当于超过较大时（相当于超过比例极限以后的变形情比例极限以后的变形情况），况），E值有很大的降值有很大的降低，而且不再是一个常低，而且不再是一个常数，为曲线。数，为曲线。【说明说明】不同的材料有不同的比例极限不同的材料有不同的比例极限和屈服点，所以有一系列的和屈服点，所以有一系列的AB图。图。19第19页/共29页第18页/共29页2.2.外压圆筒和管子壁厚的图算法外压圆筒和管子壁厚的图算法外压圆筒和管子壁厚的图算法外压圆筒和管子壁厚的图算法 对对对对D D0 0/S/Se e
26、2020（薄壁）的圆筒和管子（薄壁）的圆筒和管子（薄壁）的圆筒和管子（薄壁）的圆筒和管子 假假假假设设设设S Sn n，令令令令S Se e=S=Sn n-C-C，而而而而后后后后定定定定出出出出比比比比值值值值L/DL/D0 0和和和和D D0 0/S/Se e；在在在在图图图图11115 5的的的的左左左左方方方方找找找找到到到到L/DL/D0 0值值值值，过过过过此此此此点点点点沿沿沿沿水水水水平平平平方方方方向向向向右右右右移移移移与与与与D D0 0/S/Se e线线线线相相相相交交交交（遇遇遇遇中中中中间间间间值值值值用用用用内内内内插插插插法法法法），若若若若L/DL/D0 05
27、050，则则则则用用用用L/DL/D0 0=50=50查查查查图图图图，若若若若L/DL/D0 00.050.05，则用，则用，则用，则用L/DL/D0 0=0.05=0.05查图；查图；查图；查图；过过过过此此此此交交交交点点点点沿沿沿沿垂垂垂垂直直直直方方方方向向向向下下下下移移移移，在在在在图图图图的的的的下下下下方方方方得得得得到系数到系数到系数到系数A A；20第20页/共29页第19页/共29页 根据所用材料选用图，在图下方找出由根据所用材料选用图，在图下方找出由根据所用材料选用图，在图下方找出由根据所用材料选用图，在图下方找出由所所所所得的系数得的系数得的系数得的系数A A。若若
28、若若A A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿水平方向右移，在图的右方得到系数沿水平方向右移，在图的右方得到系数沿水平方向右移，在图的右方得到系数沿水平方向右移，在图的右方得到系数B B，并按下式计算许
29、用外，并按下式计算许用外，并按下式计算许用外，并按下式计算许用外压力压力压力压力pp：若若若若A A值落在设计温度下材料线的左方，则用下式计算许用外压力值落在设计温度下材料线的左方，则用下式计算许用外压力值落在设计温度下材料线的左方，则用下式计算许用外压力值落在设计温度下材料线的左方，则用下式计算许用外压力pp：比较比较比较比较p p与与与与pp，若，若，若，若p ppp，则需重新假设，则需重新假设，则需重新假设，则需重新假设S Sn n，重，重，重，重复上述步骤直至复上述步骤直至复上述步骤直至复上述步骤直至pp大于且接近于大于且接近于大于且接近于大于且接近于p p为止。为止。为止。为止。21
30、第21页/共29页第20页/共29页 对对对对D D0 0/S/Se e2020（厚壁）的圆筒和管子（厚壁）的圆筒和管子（厚壁）的圆筒和管子（厚壁）的圆筒和管子 用用用用与与与与D D0 0/S/Se e2020时时时时相相相相同同同同的的的的步步步步骤骤骤骤得得得得到到到到系系系系数数数数B B值值值值。但但但但对对对对于于于于D D0 0/Se/Se4.04.0的圆筒和管子应按下式计算的圆筒和管子应按下式计算的圆筒和管子应按下式计算的圆筒和管子应按下式计算A A值：值：值：值：系数系数系数系数A0.1A0.1时，取时，取时，取时，取A=0.1A=0.1。用用用用所所所所得得得得的的的的系系
31、系系数数数数B B，按按按按下下下下式式式式计计计计算算算算pp1 1和和和和pp2 2，并并并并取取取取较较较较小小小小者者者者为为为为圆圆圆圆筒的许用外压力，即：筒的许用外压力，即：筒的许用外压力，即：筒的许用外压力，即：比比比比较较较较p p与与与与p p，若若若若p ppp，则则则则需需需需重重重重新新新新假假假假设设设设S Sn n，重重重重复复复复上上上上述述述述步步步步骤骤骤骤直直直直至至至至pp大于且接近于大于且接近于大于且接近于大于且接近于p p为止。为止。为止。为止。22第22页/共29页第21页/共29页三、外压容器的试压三、外压容器的试压三、外压容器的试压三、外压容器的
32、试压 外外外外压压压压容容容容器器器器和和和和真真真真空空空空容容容容器器器器的的的的试试试试压压压压按按按按内内内内压压压压容容容容器器器器进进进进行行行行液液液液压压压压试试试试验验验验，试试试试验验验验压压压压力力力力按下式确定：按下式确定：按下式确定：按下式确定：p pT T=1.25p (MPa)=1.25p (MPa)式中式中式中式中p p设计外压力，设计外压力，设计外压力，设计外压力，MPaMPa。对于带夹套的容器应在容器的液压试验合格后再焊接夹套。对于带夹套的容器应在容器的液压试验合格后再焊接夹套。对于带夹套的容器应在容器的液压试验合格后再焊接夹套。对于带夹套的容器应在容器的液
33、压试验合格后再焊接夹套。夹夹夹夹套套套套也也也也需需需需以以以以1.25p1.25p做做做做内内内内压压压压试试试试验验验验，必必必必须须须须事事事事先先先先校校校校核核核核该该该该容容容容器器器器在在在在夹夹夹夹套套套套试试试试压压压压时时时时稳稳稳稳定定定定性性性性是是是是否否否否足足足足够够够够。如如如如果果果果容容容容器器器器在在在在该该该该夹夹夹夹套套套套试试试试验验验验压压压压力力力力下下下下不不不不能能能能满满满满足足足足稳稳稳稳定定定定性性性性的的的的要要要要求求求求时时时时，则则则则应应应应在在在在夹夹夹夹套套套套试试试试压压压压的的的的同同同同时时时时，使使使使容容容容器器
34、器器内内内内保保保保持持持持一一一一定定定定的的的的压压压压力力力力，以以以以便便便便在在在在整整整整个个个个试试试试压压压压过过过过程程程程中中中中使使使使筒筒筒筒壁壁壁壁的的的的外外外外、内内内内压压压压差差差差不不不不超过设计值。超过设计值。超过设计值。超过设计值。夹夹夹夹套套套套容容容容器器器器内内内内筒筒筒筒如如如如设设设设计计计计压压压压力力力力为为为为正正正正值值值值时时时时，按按按按内内内内压压压压容容容容器器器器试试试试压压压压；如如如如设设设设计压力为负值时按外压容器进行液压试验。计压力为负值时按外压容器进行液压试验。计压力为负值时按外压容器进行液压试验。计压力为负值时按外
35、压容器进行液压试验。23第23页/共29页第22页/共29页第四节第四节 外压球壳与凸形封头的设计外压球壳与凸形封头的设计一、外压球壳和球形封头的设计一、外压球壳和球形封头的设计 假设假设Sn，令，令Se=Sn-C，而后定出比值，而后定出比值Ro/Se值；值；用下式计算系数用下式计算系数A：根据所用材料选用图，在图的下方找出由根据所用材料选用图，在图的下方找出由所得的系数所得的系数A。若若A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过设计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此
36、交点沿水平方向右移，在图的右方得到系数此交点沿水平方向右移，在图的右方得到系数B，并按下式计，并按下式计算许用外压力算许用外压力p：24第24页/共29页第23页/共29页若若若若A A值落在设计温度下材料线的左方，按下式计算许用外压力值落在设计温度下材料线的左方，按下式计算许用外压力值落在设计温度下材料线的左方，按下式计算许用外压力值落在设计温度下材料线的左方，按下式计算许用外压力pp：比较比较比较比较p p与与与与pp，若，若，若，若p ppp，则需再假设，则需再假设，则需再假设，则需再假设S Sn n，重复上述计算步骤，直，重复上述计算步骤，直，重复上述计算步骤，直，重复上述计算步骤，直
37、至至至至pp大于且接近大于且接近大于且接近大于且接近p p时为止。时为止。时为止。时为止。二、凸面受压封头的设计二、凸面受压封头的设计二、凸面受压封头的设计二、凸面受压封头的设计受外压（凸面受压）的无折边球形封头，椭圆形封头，碟形受外压（凸面受压）的无折边球形封头，椭圆形封头，碟形封头所需的最小壁厚，按受外压球壳和球形封头图算法进行封头所需的最小壁厚，按受外压球壳和球形封头图算法进行设计。设计。【注意注意】计算过程中对无折边球形封头和碟形封头：计算过程中对无折边球形封头和碟形封头：Ro取球取球面部分内半径；椭圆形封头取面部分内半径；椭圆形封头取Ro=KDo，K为系数，标准椭圆为系数，标准椭圆封
38、头取封头取K=0.9。25第25页/共29页第24页/共29页第五节第五节 加强圈的设计加强圈的设计一、加强圈的作用与结构一、加强圈的作用与结构1.1.加强圈的作用加强圈的作用加强圈的作用加强圈的作用设计外压圆筒时，在试算过程中，如果许用外压力设计外压圆筒时，在试算过程中，如果许用外压力设计外压圆筒时，在试算过程中，如果许用外压力设计外压圆筒时，在试算过程中，如果许用外压力pp小于设计外小于设计外小于设计外小于设计外压力压力压力压力p p，则必须增加圆筒的壁厚或缩短圆筒的计算长度。当圆筒的，则必须增加圆筒的壁厚或缩短圆筒的计算长度。当圆筒的，则必须增加圆筒的壁厚或缩短圆筒的计算长度。当圆筒的，
39、则必须增加圆筒的壁厚或缩短圆筒的计算长度。当圆筒的直径和厚度不变时，减小圆筒的直径和厚度不变时，减小圆筒的直径和厚度不变时，减小圆筒的直径和厚度不变时，减小圆筒的计算长度计算长度计算长度计算长度可以提高其临界压力，从可以提高其临界压力，从可以提高其临界压力，从可以提高其临界压力，从而提高许用操作外压力。而提高许用操作外压力。而提高许用操作外压力。而提高许用操作外压力。2.2.加强圈的结构加强圈的结构加强圈的结构加强圈的结构加强圈应有足够的刚性，常用扁钢、角钢、工字钢或其他型钢，因加强圈应有足够的刚性，常用扁钢、角钢、工字钢或其他型钢，因加强圈应有足够的刚性，常用扁钢、角钢、工字钢或其他型钢，因
40、加强圈应有足够的刚性，常用扁钢、角钢、工字钢或其他型钢，因为型钢截面惯性矩较大，刚性较好。为型钢截面惯性矩较大，刚性较好。为型钢截面惯性矩较大，刚性较好。为型钢截面惯性矩较大，刚性较好。26第26页/共29页第25页/共29页二、加强圈的间距二、加强圈的间距二、加强圈的间距二、加强圈的间距钢制短圆筒的临界压力公式钢制短圆筒的临界压力公式圆筒的圆筒的D0、Se一定时，外压圆筒临界压力和允许最大工作外压一定时，外压圆筒临界压力和允许最大工作外压随着筒体加强圈间距随着筒体加强圈间距Ls的缩短而增加。的缩短而增加。如果筒体的如果筒体的D0、Se 确定，如使该筒体安全承受所规定的外压确定，如使该筒体安全
41、承受所规定的外压p所所需加强圈的最大间距值为：需加强圈的最大间距值为：加强圈的个数等于圆筒不设加强圈的计算长度加强圈的个数等于圆筒不设加强圈的计算长度L除以所需加强除以所需加强圈间距圈间距LS再减去再减去1，即加强圈个数，即加强圈个数n=(L/Ls)-1。27第27页/共29页第26页/共29页三、加强圈尺寸设计三、加强圈尺寸设计三、加强圈尺寸设计三、加强圈尺寸设计 根据圆筒的外压计算，根据圆筒的外压计算，根据圆筒的外压计算，根据圆筒的外压计算，D D0 0、L Ls s和和和和S Se e均为已知，选定加强圈材料均为已知，选定加强圈材料均为已知，选定加强圈材料均为已知，选定加强圈材料与截面尺
42、寸并计算其横截面积与截面尺寸并计算其横截面积与截面尺寸并计算其横截面积与截面尺寸并计算其横截面积AsAs和加强圈与壳体有效段组合截和加强圈与壳体有效段组合截和加强圈与壳体有效段组合截和加强圈与壳体有效段组合截面的惯性矩面的惯性矩面的惯性矩面的惯性矩IsIs。用下式计算用下式计算用下式计算用下式计算B B值：值：值：值：利利用用图图11-711-10，用用图图中中的的B值值反反查查系系数数A值值；若若图图中中无无交交点点，则按下式计算则按下式计算A值：值：计算加强圈与壳体组合截面所需的惯性矩计算加强圈与壳体组合截面所需的惯性矩I：比比较较I与与Is，若若Is I为止。为止。28第28页/共29页
43、第27页/共29页四、加强圈与筒体间的连接四、加强圈与筒体间的连接四、加强圈与筒体间的连接四、加强圈与筒体间的连接加强圈可以设置在容器的内部或外部。并应整圈围在圆筒的圆加强圈可以设置在容器的内部或外部。并应整圈围在圆筒的圆加强圈可以设置在容器的内部或外部。并应整圈围在圆筒的圆加强圈可以设置在容器的内部或外部。并应整圈围在圆筒的圆周上。周上。周上。周上。如果加强圈焊在容器的外壁，焊缝总长度不应小于设备外圆周如果加强圈焊在容器的外壁，焊缝总长度不应小于设备外圆周如果加强圈焊在容器的外壁，焊缝总长度不应小于设备外圆周如果加强圈焊在容器的外壁，焊缝总长度不应小于设备外圆周长的长的长的长的1/21/2，
44、间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的，间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的，间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的，间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的8 8倍。倍。倍。倍。如果加强圈焊在容器内壁，则焊缝总长度不应小于内圆周长的如果加强圈焊在容器内壁，则焊缝总长度不应小于内圆周长的如果加强圈焊在容器内壁，则焊缝总长度不应小于内圆周长的如果加强圈焊在容器内壁，则焊缝总长度不应小于内圆周长的1/31/3，间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的，间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的，间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的，间断焊接的最大间距不得大于筒体名义壁厚的1212倍。倍。倍。倍。29第29页/共29页第28页/共29页