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2、载：/ziti/电电子子课课件件过过程程设备设计设备设计第五版第五版 圆圆筒筒设计设计（一）（一）过程设备设计压力容器设计目录 4.1 概述 4.2 设计准则 4.3 常规设计 4.4 分析设计 4.5 疲劳分析 4.6 压力容器设计技术进展目录4.3.3 封头设计 4.3.4 密封装置设计 4.3.5 开孔和开孔补强设计 4.3.6 支座和检查孔4.3.7 安全泄放装置 4.3.2 圆筒设计 4.3.1 概述 4.3.8 焊接结构设计 4.3.9 压力试验 1概述1 “按规则设计”（Design by Rules），只考虑单一的最大载荷工况，按一次施加的静力载荷处理，不考虑交变载荷，也不区分
3、短期载荷和永久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。常规设计应力求解依据材料力学及板壳理论，按最大拉应力准则来推导受压元件的强度尺寸计算公式。校核受压元件应力强度 材料许用应力 （强度）30mm）卷焊成直径不同但可过盈配合的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。图4-2(b)热套筒节二、热套式2、优点：工序少，周期短，具有包扎式筒体的大多数优点。3、缺点：筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求很高，且套合 时需选配套合；套合时贴紧程度不很均匀；套合后，需热处理以消除套合预应力及深环焊缝的焊接残 余应力。1、结构：由内筒、绕板层和外筒三部分组成，是在多层包扎式筒体
4、的基础上 发展起来的。2、制造：内筒与多层包扎式内筒相同，外层是在内筒外面连续缠绕若干层 35mm厚的薄钢板而构成筒节，只有内外两道纵焊缝，需要2个楔 形过渡段，外筒为保护层，由两块半圆或三块“瓦片”制成。3、优点：机械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可达90%以上）。4、缺点：中间厚两边薄，累积间隙。图42（c）绕板式三、绕板式1、结构：错开环缝和采用液压夹钳逐层包扎的筒体结构。2、制造:(1)将内筒拼接到所需的长度，两端焊上法兰或封头；(2)在整个长度上逐层包扎层板，待全长度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二层，直至所需厚度。3、优点：环、纵焊缝错开，筒体与封头或法兰间的环焊缝为一定角度的
5、斜面焊缝，承载面积增大。内筒包扎层板端部法兰底封头图43 整体多层包扎式厚壁容器筒体 四、整体多层包扎式以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度筒壁。两种结构型槽绕带式钢带错绕式(1)型槽绕带式用特制的型槽钢带螺旋缠绕在特制的内筒上，端面形状见图4-4（a），内筒外表面上预先加工有与钢带相啮合的螺旋状凹槽。缠绕时，钢带先经电加热，再进行螺旋缠绕，绕制后依次用空气和水进行冷却，使其收缩产生预紧力，可保证每层钢带贴紧；各层钢带之间靠凹槽和凸肩相互啮合(见图4-4（b）)，缠绕层能承受一部分由内压引起的轴向力。五、绕带式图4-4（b）型槽钢带结构示意图 图4-4（a）型槽绕带式筒体缺点：钢带需由钢厂专门轧制
6、，尺寸公差要求严，技术要求高；为保证邻层 钢带能相互合，需采用精度较高的专用缠绕机床。优点：筒体具有较高的安全性，机械化程度高，材料损耗少，且由于存在 预紧力，在内压作用下，筒壁应力分布较均匀。图4-4（c）钢带错绕式筒体（2）扁平钢带倾角错绕式 中国首创的一种新型绕带式筒体。结构：内筒厚度约占总壁厚的1/61/4，采用“预应力冷绕”和“压棍预弯贴紧”技术，环向以1530倾角在薄内筒外交错缠绕扁平钢带。钢带宽约80160mm、厚约416mm，其始末两端分别与底封头和端部法兰相焊接。优点：相比其它类型厚壁筒体，钢带错绕式筒体结构具有设计灵活、制造方便、可靠性高、在线安全监控容易等优点。筒体强度设
7、计单层圆筒体多层厚壁圆筒中径公式（薄壁筒体）Mises屈服公式（厚壁筒体）Faupel爆破公式（厚壁筒体）内压圆筒的强度设计 K 1.5（工程）1、厚度计算式：（4-13）Pc 0.4t式中 计算厚度，mm；Pc计算压力，MPa；焊接接头系数。条件：由中径公式一、单层筒体（薄壁筒体）2、应力强度判别式：（对筒体进行强度校核，已知筒体尺寸Di、n或e）（4-14）式中 e有效厚度，e=nC，mm；n名义厚度，mm；C厚度附加量，mm；t设计温度下圆筒的计算应力，MPa。3、筒体最大允许工作压力pw：MPa（4-15）式（4-13）由筒体的薄膜应力按最大拉应力准则导出的，用于一定厚度范围，如厚度过
8、大，则由于实际应力情况与应力沿厚度均布的假设相差太大而不能使用。按照薄壳理论，（413）仅能在/D0.1即K1.2范围内适用。但作为工程设计，采用了最大拉应力准则，且在确定许用应力时引入了安全系数，厚度范围扩大到在最大承压（液压试验）时圆筒内壁的应力强度在材料屈服点以内。4、说明：Pc0.4t (K 1.5)随径比K的增大而增大。1.25当K=1.5时，比值：内壁实际应力强度是按中径公式计算的应力强度的1.25倍。形状改变比能屈服失效判据计算出的内压厚壁筒体初始屈服压力与实测值较为吻合，应力强度能较好地反映厚壁筒体的实际应力水平，应力强度（认为是真实的）应力强度（与中径公式相对应）=TSG 2
9、1固定式压力容器安全技术监察规程规定，常规设计方法的ns1.5、nb2.7。考虑到厚壁压力容器用钢的屈强比大于0.58，许用应力主要取决于钢材的抗拉强度，相对于屈服强度的安全系数ns0.582.7=1.57。液压试验（pT=1.25p）时，筒体内表面的实际应力强度最大为许用应力的1.251.25=1.56倍（420，铬钼合金钢设计温度450，奥氏体不锈钢设计温度550时，有可能产生蠕变：安全系数安全系数保证受压元件强度有足够的安全储保证受压元件强度有足够的安全储备量。备量。取值：应力计算的精确性、材料性能的均匀性、取值：应力计算的精确性、材料性能的均匀性、载荷的确切程度、制造工艺，使用管理的先进性以载荷的确切程度、制造工艺，使用管理的先进性以及检验水平等因素有着密切关系。及检验水平等因素有着密切关系。安全系数的确定，需要理论分析和实践经验积累。安全系数的确定，需要理论分析和实践经验积累。GB/T 150GB/T 150 查表钢板、钢管、锻件以及螺栓材料得许用应力值，依据表4-44-4为钢材（除螺栓材料外）许用应力的确定依据。螺栓许用应力依据材料不同状态和直径大小而定，保证密封性，严格控制螺栓的弹性变形。过程设备设计谢谢观赏