外压容器设计学时.pptx

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1、1二、临界压力二、临界压力l1.定义：外压容器发生失稳时的相应压力称为临界压力定义：外压容器发生失稳时的相应压力称为临界压力。l薄壁圆筒受侧向均布外力作用，一旦达到临界压力时，沿周向将形成薄壁圆筒受侧向均布外力作用，一旦达到临界压力时，沿周向将形成几个波。几个波。第一节第一节 概述概述第2页/共49页第1页/共49页2第一节第一节 概述概述第3页/共49页第2页/共49页3第一节第一节 概述概述第4页/共49页第3页/共49页4第一节第一节 概述概述第5页/共49页第4页/共49页5第一节第一节 概述概述 2.2.临界压力的影响因素：临界压力的影响因素：在相同约束条件的前提下，在相同约束条件的

2、前提下，PcrPcr除与除与圆筒材料的圆筒材料的E E、有关外，有关外，主要和主要和圆筒长度与直径之比圆筒长度与直径之比(L/D)(L/D)值值、壁厚与直径壁厚与直径(t/D)(t/D)的比值的比值有关。有关。弹性失稳：弹性失稳：t/Dt/D很小时，失稳时筒壁内的压缩应力在材料的比很小时，失稳时筒壁内的压缩应力在材料的比例极限以下。例极限以下。非弹性失稳：非弹性失稳：t/Dt/D不太小时，失稳时筒壁内的压缩应力已超过不太小时，失稳时筒壁内的压缩应力已超过材料的比例极限。材料的比例极限。失稳压力与材料的屈服强度有关失稳压力与材料的屈服强度有关。第6页/共49页第5页/共49页6第一节第一节 概述

3、概述三、设备许用设计外压力三、设备许用设计外压力 P P设备的设计外压力，设备的设计外压力，MPaMPa P P许用设计外压，许用设计外压，MPaMPa P Pcrcr临界压力，临界压力，MPaMPa m m稳定系数，稳定系数，我国钢制压力容器标准我国钢制压力容器标准GB150GB150中中取取m=3m=3此时要求圆筒的不圆此时要求圆筒的不圆度度 e e 0.5%Dg 0.5%Dg，且且e e 25mm 25mm.第7页/共49页第6页/共49页7第二节第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算外压薄壁圆筒的稳定性计算 一、外压圆筒的分类 二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力 三、受均布侧向外压短圆筒的

4、临界压力 四、轴向受压圆筒的临界应力第8页/共49页第7页/共49页8一、外压圆筒的分类一、外压圆筒的分类1.1.长圆筒长圆筒圆筒的圆筒的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PcrPcr仅与仅与t/Dt/D0 0有关，而与有关，而与L/DL/D0 0无无关（关（L L为圆筒的计算长度）。失稳时波形数为圆筒的计算长度）。失稳时波形数n=2n=2。2.2.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PcrPcr不仅与不仅与t/Dt/D0 0有关，而且与有关，而且与L/DL/D0 0也有关，筒失稳时波也有关，筒失稳时波

5、形数形数n n为大于为大于2 2的整数。的整数。3.3.刚性圆筒刚性圆筒圆筒的圆筒的L/DL/D0 0较小，而较小，而t/Dt/D0 0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。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，后者更重要。更重要。第9页/共49页第8页/共49页9(一一)圆环的圆环的临界载荷临界载荷当受径向均布载荷的圆环的均布压缩载当受径向均布载荷的圆环的均布压缩载荷荷q q达到某一值时，其圆形横截

6、面处于达到某一值时，其圆形横截面处于不稳定状态，发生了微小的弹性弯曲变不稳定状态，发生了微小的弹性弯曲变形，变成近似的椭圆形状。形，变成近似的椭圆形状。二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力圆环的挠度曲线微分方程圆环的挠度曲线微分方程圆环的力矩方程式圆环的力矩方程式以挠度以挠度w表示线性平衡微分方程表示线性平衡微分方程第10页/共49页第9页/共49页10(一一)圆环的圆环的临界载荷临界载荷二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力挠度挠度w的的线性平衡微分方程通解为线性平衡微分方程通解为由于圆环是封闭的，挠度由于圆环是封闭的，挠

7、度w是角度是角度 的周期函的周期函数，其周期为数，其周期为 ，即，即第11页/共49页第10页/共49页11(一一)圆环的圆环的临界载荷临界载荷二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力因此下式中的因此下式中的n应为正整数，即应为正整数，即n=1，2，3，4，而与，而与n对应的对应的q的最小值就是圆环的临界压力。的最小值就是圆环的临界压力。n=1时时q=0表示圆环不变形，不受外压，无实际意义；表示圆环不变形，不受外压，无实际意义；n=2时可得圆环的临界压力公式为：时可得圆环的临界压力公式为：第12页/共49页第11页/共49页12二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压

8、力二、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力(二二)长圆筒的长圆筒的临界压力临界压力圆环临界载荷的表达式：圆环的惯性矩圆环的惯性矩圆筒的抗弯刚度圆筒的抗弯刚度钢质圆筒钢质圆筒，=0.3=0.3高度为高度为1的圆环的圆环注：此式仅适用于弹性范围，亦即注：此式仅适用于弹性范围，亦即 在材料的比例极限范围内在材料的比例极限范围内（4-84-8）第13页/共49页第12页/共49页13(一)未加强圆筒的临界压力三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力Mises在在1914年按线性小挠度理论导出短圆筒的临界压力公式：年按线性小挠度理论导出短圆筒的临界压力公式：第14页/共49页

9、第13页/共49页14(一一)未加强圆筒的临界压力未加强圆筒的临界压力三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力注：同样仅适用于弹性范围，临界应力在材料的比例极限范围内注：同样仅适用于弹性范围，临界应力在材料的比例极限范围内(4-15)(4-15)第15页/共49页第14页/共49页15(二二)临界长度临界长度三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力图4-6第16页/共49页第15页/共49页16(三三)带加强圈的圆筒带加强圈的圆筒三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力提高外压容器的临界压力，可增加

10、筒体厚度或减小计算长度提高外压容器的临界压力，可增加筒体厚度或减小计算长度通过在圆筒的内部或外部设置型钢制成的加强圈通过在圆筒的内部或外部设置型钢制成的加强圈达到失稳的必要条件是达到失稳的必要条件是加强圈必须有足够的刚度或截面惯性矩加强圈必须有足够的刚度或截面惯性矩。每一加强圈可考虑承受圈两侧每一加强圈可考虑承受圈两侧L Ls s/2/2距离内的外载荷。壳体和加强圈一距离内的外载荷。壳体和加强圈一起承受每单位周长的临界载荷等于起承受每单位周长的临界载荷等于pcrcrL Ls s，得：，得：第17页/共49页第16页/共49页17(三三)带加强圈的圆筒带加强圈的圆筒三、受均布侧向外压的短圆筒的临

11、界压力三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力对于能起加强作用的有效圆筒器壁与加强圈的组合惯性矩可考虑等效于一对于能起加强作用的有效圆筒器壁与加强圈的组合惯性矩可考虑等效于一单层较厚圆筒，其厚度称为等效厚度单层较厚圆筒，其厚度称为等效厚度 ，大小为：，大小为：得：这是带加强圈圆筒保持稳定所必需的最这是带加强圈圆筒保持稳定所必需的最小加强圈与有效壳体组合截面的惯性矩，小加强圈与有效壳体组合截面的惯性矩，它是设计带加强圈外压圆筒的基本公式它是设计带加强圈外压圆筒的基本公式之一。之一。第18页/共49页第17页/共49页18(三三)带加强圈的圆筒带加强圈的圆筒三、受均布侧向外压的短圆筒的临界压力三、受均

12、布侧向外压的短圆筒的临界压力筒体中能有效起加强筒体中能有效起加强作用的宽度作用的宽度b b为为当当 时，时，取安全系数取安全系数1.1,1.1,则筒体与加强圈必须则筒体与加强圈必须的组合惯性矩为的组合惯性矩为 第19页/共49页第18页/共49页19四、轴向受压圆筒的临界压力四、轴向受压圆筒的临界压力对于受轴向压缩的有限长的薄壁圆筒，不论其是轴对称失稳还是对于受轴向压缩的有限长的薄壁圆筒，不论其是轴对称失稳还是非轴对称失稳，按线性小挠度理论得到的临界应力的结果是一样非轴对称失稳，按线性小挠度理论得到的临界应力的结果是一样的，即：的，即：由于线性临界载荷值实际远大于实验值。必须考虑非线性分析。用

13、非线性前屈曲理论和由于线性临界载荷值实际远大于实验值。必须考虑非线性分析。用非线性前屈曲理论和实验研究结果，得到下式的临界压力的经验表达式：实验研究结果，得到下式的临界压力的经验表达式：第20页/共49页第19页/共49页20五、非弹性失稳的工程计算五、非弹性失稳的工程计算上述分析上述分析均假设薄壁圆筒的失稳在弹性范围内，均假设薄壁圆筒的失稳在弹性范围内，即器壁中的压缩应力不大于材料的比例极限即器壁中的压缩应力不大于材料的比例极限。当该应力超过比例极限，圆筒属于非弹性失稳当该应力超过比例极限，圆筒属于非弹性失稳范畴。若按弹塑性失稳进行理论分析将十分复范畴。若按弹塑性失稳进行理论分析将十分复杂，

14、工程上通常采用近似的处理方法，即利用杂，工程上通常采用近似的处理方法，即利用材料超过比例极限的压缩材料超过比例极限的压缩应变曲线上的应变曲线上的切线切线模量模量E Et t，代替以上弹性假设下确定临界压力的，代替以上弹性假设下确定临界压力的公式中公式中弹性模量弹性模量E E，按此计算的结果与实验结，按此计算的结果与实验结果比较接近。如对于长圆筒，则有：果比较接近。如对于长圆筒，则有：第21页/共49页第20页/共49页21第三节第三节 外压圆筒的设计计算外压圆筒的设计计算一、外压圆筒壁厚设计的公式算法一、外压圆筒壁厚设计的公式算法二、图算法的原理二、图算法的原理三、图算法的计算步骤三、图算法的

15、计算步骤四、有关设计参数的规定四、有关设计参数的规定五、加强圈的设计计算五、加强圈的设计计算第22页/共49页第21页/共49页22一、外压圆筒壁厚设计的公式算法一、外压圆筒壁厚设计的公式算法对于已知长度对于已知长度L L、直径、直径D D的受设计外压的受设计外压P P的外压筒体其厚度可按下列步的外压筒体其厚度可按下列步骤进行：骤进行：1.1.选定材料查得选定材料查得E E值，取值，取m=3m=3由长、短圆筒的临界压力计算公式得出由长、短圆筒的临界压力计算公式得出初始厚度初始厚度t t长圆筒长圆筒短圆筒短圆筒2.2.由初始厚度由初始厚度t t计算临界长度，根据筒体实际长度确定选用长圆筒计算临界

16、长度，根据筒体实际长度确定选用长圆筒公式的厚度还是短圆筒公式的厚度公式的厚度还是短圆筒公式的厚度t t第23页/共49页第22页/共49页23一、外压圆筒壁厚设计的公式算法一、外压圆筒壁厚设计的公式算法3.3.计算出的筒体厚度计算出的筒体厚度t t，计算筒壁内的的轴向压缩应力，并与筒体，计算筒壁内的的轴向压缩应力，并与筒体材料的比例极限进行比较，如果筒壁应力小于材料的比例极限，则材料的比例极限进行比较，如果筒壁应力小于材料的比例极限，则计算结束，否则转入计算结束，否则转入工程图算法工程图算法进行设计计算。进行设计计算。原因：无论是长圆筒的临界压力公式还是短圆筒的临界压力公式其推倒原因：无论是长

17、圆筒的临界压力公式还是短圆筒的临界压力公式其推倒的前提条件均是弹性（比例极限）失稳的前提条件均是弹性（比例极限）失稳第24页/共49页第23页/共49页241.1.算图的由来算图的由来临界压力作用下，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：长圆筒应变短圆筒应变二、图算法的原理二、图算法的原理第25页/共49页第24页/共49页251.1.算图的由来算图的由来外压圆筒失稳时，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（t t，D D0 0，

18、L L）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D D0 0/t/te e的值）来说，筒体失稳时的环向应的值）来说，筒体失稳时的环向应变变值将只是值将只是L/DL/D0 0的函数，不同的的函数，不同的L/DL/D0 0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。以值。以为横为横坐标，以坐标，以L/DL/D0 0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D D0 0/t/te e值筒体的值筒体的L/DL/D0 0的关系曲线图，的关系曲线图，图中以系数图中以系数A A代替代替。二、图算法的原

19、理二、图算法的原理第26页/共49页第25页/共49页261.1.算图的由来算图的由来垂直线段（对应长圆筒）与倾斜垂直线段（对应长圆筒）与倾斜直线（短圆筒）。曲线的转折点直线（短圆筒）。曲线的转折点所表示的长度是该圆筒的长、短所表示的长度是该圆筒的长、短圆筒临界长度。圆筒临界长度。利用这组曲线，可以迅速找出一利用这组曲线，可以迅速找出一个尺寸已知的外压圆筒失稳时筒个尺寸已知的外压圆筒失稳时筒壁环向应变是多少。壁环向应变是多少。一个尺寸已知的外压圆筒，当它一个尺寸已知的外压圆筒，当它失稳时，其临界压力是多少？失稳时，其临界压力是多少？为保证安全操作，其允许的工作为保证安全操作，其允许的工作外压又

20、是多少？外压又是多少？二、图算法的原理二、图算法的原理第27页/共49页第26页/共49页271.1.算图的由来算图的由来若若将将失失稳稳时时的的环环向向应应变变与与允允许许工工作作外外压压的的关关系系曲曲线线找找出出来来，那那么么就就可可能能通通过过失失稳稳时时的的环环向向应应变变为为媒媒介介，将将圆圆筒筒的的尺尺寸寸（D D0 0、t te 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。令令对于一个已知壁厚对于一个已知壁厚t te e与直径与直径D D0 0的筒体，其允许工作外压的筒体，其允许工作外压pp等于等于B B乘以乘以t te e/D/D

21、0 0，所以要想从，所以要想从找到找到pp，首先需要从，首先需要从找出找出B B。于是问题就转到了如何从。于是问题就转到了如何从找出找出B B。二、图算法的原理二、图算法的原理第28页/共49页第27页/共49页281.1.算图的由来算图的由来若以若以为横坐标，以为横坐标，以B B为纵为纵坐标，将坐标，将B B与与（即图中（即图中A A）关系用曲线表示出来。利用关系用曲线表示出来。利用这组曲线可以方便而迅速地这组曲线可以方便而迅速地从从找到与之相对应的系数找到与之相对应的系数B B，进而求出，进而求出pp。当当比较小时，比较小时，E E是常数，是常数，为直线（为直线（相当于比例极限以相当于比例

22、极限以前的变形情况前的变形情况）。当）。当较大较大时（相当于超过比例极限以时（相当于超过比例极限以后的变形情况），后的变形情况），E E值有很值有很大的降低，而且不再是一个大的降低，而且不再是一个常数，为曲线。常数，为曲线。【说明说明】不同的材料有不同的比例极限和不同的材料有不同的比例极限和屈服点，所以有一系列的屈服点，所以有一系列的A AB B图。图。二、图算法的原理二、图算法的原理第29页/共49页第28页/共49页292.2.非弹性失稳的外压圆筒非弹性失稳的外压圆筒对对D/t10D/t0.1A0.1时，取时，取A=0.1A=0.1。用用所所得得的的系系数数B B，按按下下式式计计算算pp

23、1 1和和pp2 2，并并取取较较小小者者为为圆筒的许用外压力，即：圆筒的许用外压力，即：三、图算法的计算步骤三、图算法的计算步骤 比较比较p p与与pp，若，若p ppp，则需重新假设，则需重新假设tntn，重复上述步骤直，重复上述步骤直至至pp大于且接近于大于且接近于p p为止。为止。第33页/共49页第32页/共49页333.3.轴向受压缩的圆筒和管子轴向受压缩的圆筒和管子弹性失稳范围内由下式，取弹性失稳范围内由下式，取m=4，RRi，可得三、图算法的计算步骤三、图算法的计算步骤当包括非弹性失稳利用算图规定当包括非弹性失稳利用算图规定 ，则按下式：，则按下式：u计算步骤计算步骤假设假设t

24、 tn n计算出计算出R Ri i/t/te e后由后由(4-34)(4-34)计算计算A A；选用相应的材料图表查选用相应的材料图表查B B，即为，即为 ，若落在材料线左方则为弹性失稳，由式，若落在材料线左方则为弹性失稳，由式(4-33)(4-33)计算计算 值。值。(4-34)(4-33)第34页/共49页第33页/共49页34四、有关设计参数的规定四、有关设计参数的规定(一一)设计压力和压力试验压力设计压力和压力试验压力外压容器的设计压力应取在正常工作过程中可能产生的最大内外压外压容器的设计压力应取在正常工作过程中可能产生的最大内外压力差；真空容器按外压容器计算。力差；真空容器按外压容器

25、计算。第35页/共49页第34页/共49页35(一一)设计压力和压力试验压力设计压力和压力试验压力外压容器的压力试验分为两种情况：外压容器的压力试验分为两种情况：l 不带夹套的外压容器和真空容器不带夹套的外压容器和真空容器，以内压进行压力试验，所以试，以内压进行压力试验，所以试验压力取法同前面内压容器所述；验压力取法同前面内压容器所述；l 带夹套外压容器带夹套外压容器，则分别确定内筒和夹套的试验压力，除内筒试，则分别确定内筒和夹套的试验压力，除内筒试验压力按验压力按确定，因夹套一般受内压，故在按内压容器确定了夹套的确定，因夹套一般受内压，故在按内压容器确定了夹套的试验压力以后，必须按内筒的有效

26、厚度校核在该试验压力下内筒的稳试验压力以后，必须按内筒的有效厚度校核在该试验压力下内筒的稳定性。若内筒不能保证足够的稳定性，或增加内筒厚度或在压力试验定性。若内筒不能保证足够的稳定性，或增加内筒厚度或在压力试验过程中内筒保持一定的压力，以保证整个试压过程中夹套和简体的压过程中内筒保持一定的压力，以保证整个试压过程中夹套和简体的压差不超过确定的允许试验压差。差不超过确定的允许试验压差。四、有关设计参数的规定四、有关设计参数的规定第36页/共49页第35页/共49页36(二二)计算长度计算长度筒体的计算长度是指两个筒体的计算长度是指两个刚性构件（封头、法兰、加强圈等）刚性构件（封头、法兰、加强圈等

27、）之间的之间的最大距离，从理论上说计算长度的选取应是判断该圆筒长度的两端能最大距离，从理论上说计算长度的选取应是判断该圆筒长度的两端能否保持足够的约束，使其真正能起到支撑线的作用，从而在圆筒失稳否保持足够的约束，使其真正能起到支撑线的作用，从而在圆筒失稳时仍能保持圆形，不至于被压塌。时仍能保持圆形，不至于被压塌。四、有关设计参数的规定四、有关设计参数的规定第37页/共49页第36页/共49页37五、加强圈的设计计算五、加强圈的设计计算(一一)加强圈尺寸加强圈尺寸外压圆筒上设置加强圈借以缩短计算长度，达到减少壁厚的目的。为保外压圆筒上设置加强圈借以缩短计算长度，达到减少壁厚的目的。为保证壳体与加

28、强圈的稳定性，加强圈必须有最小的惯性矩证壳体与加强圈的稳定性，加强圈必须有最小的惯性矩。第38页/共49页第37页/共49页38(一一)加强圈尺寸加强圈尺寸1.1.先假定加强圈的个数与间距先假定加强圈的个数与间距L Ls(s(L LssL Lcr)cr)，然后选择加强圈尺寸，然后选择加强圈尺寸，计算或由手册查得计算或由手册查得A As s，确定有效壳体的作用宽度，计算加强圈与，确定有效壳体的作用宽度，计算加强圈与有效壳体实际的组合惯性矩有效壳体实际的组合惯性矩JsJs（材料力学中组合截面的惯性矩的材料力学中组合截面的惯性矩的求法，平行移轴定理等求法，平行移轴定理等）。）。五、加强圈的设计计算五

29、、加强圈的设计计算第39页/共49页第38页/共49页39(一一)加强圈尺寸加强圈尺寸2.2.根据已知的根据已知的PcPc、DoDo和选择的和选择的tete、LsLs，按，按左式计算左式计算B B，再应用上述外，再应用上述外压圆筒的图压圆筒的图4-124-12图图4-154-15等算图，根据加强圈材料和相应的设计温度等算图，根据加强圈材料和相应的设计温度读取读取A A值，如查图时无交点，则值，如查图时无交点，则A A按按A A3B/2E3B/2E计算。计算。3.3.最后按最后按右式计算右式计算J J，若，若J Js s大于大于J J 则满足要求，否则重新选择加强圈则满足要求，否则重新选择加强圈

30、尺寸，重复上述计算，直至满足为止。尺寸，重复上述计算，直至满足为止。加强圈和壳体所需的组合惯性矩五、加强圈的设计计算五、加强圈的设计计算第40页/共49页第39页/共49页40(二二)加强圈的结构要求加强圈的结构要求加强圈应具有足够的刚性，可用扁钢、角钢、槽钢、工字钢等型钢制加强圈应具有足够的刚性，可用扁钢、角钢、槽钢、工字钢等型钢制成，因型钢截面惯性矩较大，刚性较好。成，因型钢截面惯性矩较大，刚性较好。五、加强圈的设计计算五、加强圈的设计计算加强圈通常是用间断焊缝焊在筒体的外侧或内侧。为了保证加强圈与加强圈通常是用间断焊缝焊在筒体的外侧或内侧。为了保证加强圈与筒体一起承受外压的作用，当加强圈

31、焊在筒体的外面时，加强圈每侧筒体一起承受外压的作用，当加强圈焊在筒体的外面时，加强圈每侧间断焊接的总长应不少于圆筒外圆周长的间断焊接的总长应不少于圆筒外圆周长的1/21/2，当设置在筒体里面时，当设置在筒体里面时，应不少于圆筒内圆周长的应不少于圆筒内圆周长的1/31/3。第41页/共49页第40页/共49页41一、外压凸型封头一、外压凸型封头二、外压法兰的计算二、外压法兰的计算第四节第四节 外压封头和法兰的计算外压封头和法兰的计算第42页/共49页第41页/共49页42(一一)半球形封头半球形封头 按照弹性失效小挠度理论外压球壳的临界压力与同厚度、同直径的按照弹性失效小挠度理论外压球壳的临界压

32、力与同厚度、同直径的轴向受压圆筒相同，即：轴向受压圆筒相同，即：一、外压凸型封头一、外压凸型封头采用非线性大挠度理论则有采用非线性大挠度理论则有实验结果的平均值，球壳临界压力实验结果的平均值，球壳临界压力第43页/共49页第42页/共49页43(一一)半球形封头半球形封头 取取m=4m=4，RRoRRo，设计时用有效厚度，设计时用有效厚度tete代替厚度代替厚度t t一、外压凸型封头一、外压凸型封头第44页/共49页第43页/共49页44 假设假设t tn n，令，令t te e=t=tn n-C-C，而后定出比值，而后定出比值R Ro o/t/te e值；值；用下式计算系数用下式计算系数A

33、A：根据所用材料选用图根据所用材料选用图4-124-121515，在图的下方找出由，在图的下方找出由所得的系数所得的系数A A。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，与设计温度下的材料线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），再过此交点沿水平方向右移，在图的右方得到系相交（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数B B，并按下式计算许用外压力，并按下式计算许用外压力pp：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pp：比

34、较比较p p与与pp，若，若p ppp，则需再假设，则需再假设tntn，重复上述计算步骤，直至，重复上述计算步骤，直至pp大于且接近大于且接近p p时为止。时为止。一、外压凸型封头一、外压凸型封头图算法的步骤图算法的步骤第45页/共49页第44页/共49页45(二二)蝶形和椭圆形封头蝶形和椭圆形封头受外压（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设计。【注意】计算过程中对无折边球形封头和碟形封头：Ro取球面部分内半径；椭圆形封头取Ro=KDo，K为系数，标准椭圆封头取K=0.9。一、外压凸型封头一、外压凸型封头第46页/共49页第45页/

35、共49页46同内压法兰相同仍然采用同内压法兰相同仍然采用WatersWaters法法预紧工况：力矩计算与内压法兰相同预紧工况：力矩计算与内压法兰相同二、外压法兰的设计计算二、外压法兰的设计计算式中式中u操作工况：操作工况：因流体静压力因流体静压力P1P1的方向与内压操作时相反，升压时螺栓力降低，垫圈力反而的方向与内压操作时相反，升压时螺栓力降低，垫圈力反而增加，从偏安全考虑，假定增加，从偏安全考虑，假定W W=0,P=0,P3 3=P=P1 1+P+P2 2。对螺栓中心圆取力矩平衡：。对螺栓中心圆取力矩平衡：式中式中第47页/共49页第46页/共49页47【外压容器设计例题外压容器设计例题】某

36、石油化工厂需设计一减压塔。塔内径为某石油化工厂需设计一减压塔。塔内径为D Di i=6000=6000 mm，筒体总长，筒体总长H=17200 H=17200 mm，整个筒体上设置，整个筒体上设置1111个加强圈，采用球形封头，材料均个加强圈，采用球形封头，材料均选用选用20R20R。其真空度为。其真空度为0.095MPa0.095MPa，设计温度为，设计温度为420420。厚度附加量。厚度附加量C=4mmC=4mm。试确定塔体壁厚及加强圈的尺寸。试确定塔体壁厚及加强圈的尺寸。第48页/共49页第47页/共49页48本章结束第49页/共49页第48页/共49页第四章 外压容器设计49感谢您的观看。第49页/共49页