化工设备设计基础-9.ppt

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1、CHAP.9 CHAP.9 外压容器设计外压容器设计9.1 9.1 外压容器概述外压容器概述 什么是外压容器什么是外压容器 外压容器的破坏形式外压容器的破坏形式 外压容器的临界压力外压容器的临界压力9.2 9.2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算 临界压力的影响因素临界压力的影响因素 临界压力与临界长度临界压力与临界长度 临界应力与临界应变临界应力与临界应变 圆筒稳定性计算图表圆筒稳定性计算图表 外压圆筒的稳定计算外压圆筒的稳定计算9.3 9.3 外压封头的稳定计算外压封头的稳定计算 外压球壳的稳定计算外压球壳的稳定计算 外压封头稳定计算外压封头稳定计算 外压容器加强圈的概念外压容器加

2、强圈的概念9.1 9.1 外压容器概述外压容器概述 什么是外压容器什么是外压容器:外压大于内压的容器外压大于内压的容器 外压容器的破坏形式外压容器的破坏形式 失效的主要形式为失稳。失效的主要形式为失稳。其后果是造成容器几何形状其后果是造成容器几何形状偏离原形状。偏离原形状。(1)压杆失稳压杆失稳拉杆不失稳压杆可能失稳（2）外压圆筒的稳定性外压圆筒的稳定性 承受外压的圆筒，其筒壁应力值与受内压时相同，承受外压的圆筒，其筒壁应力值与受内压时相同，其周向力应力值为轴向应力的两倍，圆筒壁中产生的是压其周向力应力值为轴向应力的两倍，圆筒壁中产生的是压缩应力，这种压应力如果达到材料的屈服极限或强度极限缩应

3、力，这种压应力如果达到材料的屈服极限或强度极限时，将和承受内压圆筒一样导致强度破坏。然而这种现象时，将和承受内压圆筒一样导致强度破坏。然而这种现象极为少见。极为少见。通常外压圆筒壁内的压缩应力还远小于材料的屈服通常外压圆筒壁内的压缩应力还远小于材料的屈服限时，筒体突然失去原来的形状被压瘪或发生褶绉而失效限时，筒体突然失去原来的形状被压瘪或发生褶绉而失效（如图），在圆筒横断面上呈现有规则的永久性波形，其（如图），在圆筒横断面上呈现有规则的永久性波形，其波形数用波形数用n表示。表示。n可为可为2、3、4。在外压作用下，筒体、球壳或封。在外压作用下，筒体、球壳或封头突然发生失去原来形状的现象称之为失

4、稳。外压容器稳头突然发生失去原来形状的现象称之为失稳。外压容器稳定性是设计中主要考虑的问题。定性是设计中主要考虑的问题。外压圆筒失稳以前，筒壁中只是单纯的压应力状态。外压圆筒失稳以前，筒壁中只是单纯的压应力状态。在失稳时，伴随着突然变形，在筒内产生了以弯曲应力为在失稳时，伴随着突然变形，在筒内产生了以弯曲应力为主的复杂的附加应力，这种变形与附加应力一直迅速发展主的复杂的附加应力，这种变形与附加应力一直迅速发展到圆筒被压瘪。由此可见，外压容器的失稳，实质上是容到圆筒被压瘪。由此可见，外压容器的失稳，实质上是容器从一种平衡状态（形状及应力状态）向另一种新的平衡器从一种平衡状态（形状及应力状态）向另

5、一种新的平衡状态的突变。状态的突变。长圆筒长圆筒短圆筒短圆筒临界压力临界压力 受外压作用的容器，受外压作用的容器，当外压力低于当外压力低于某一特定的值时，壳体亦能发生变形，但当压某一特定的值时，壳体亦能发生变形，但当压力卸除后壳体可恢复原来的形状，这时壳体变力卸除后壳体可恢复原来的形状，这时壳体变形属于弹性变形范围。形属于弹性变形范围。当外压力继续增加到某一特定值，产生了不能当外压力继续增加到某一特定值，产生了不能恢复的永久变形，即失去了原来的稳定性。容恢复的永久变形，即失去了原来的稳定性。容器失稳时的压力称临界压力，以器失稳时的压力称临界压力，以Pcr表示表示。容器在容器在Pcr作用下容器壁

6、内应力称临界应力。作用下容器壁内应力称临界应力。外压容器的临界压力与稳定性系数外压容器的临界压力与稳定性系数 稳定安全系数稳定安全系数 长、短圆筒的临界压力公式，长、短圆筒的临界压力公式，是按理想状态（无初始不圆度）求得的。但实是按理想状态（无初始不圆度）求得的。但实际上的圆筒有际上的圆筒有几何尺寸及形状误差几何尺寸及形状误差，还有还有焊接焊接结构形式结构形式等影响，这都会直接影响计算临界压等影响，这都会直接影响计算临界压力的准确性，此外，生产过程中力的准确性，此外，生产过程中操作压力的波操作压力的波动动，使筒体实际外压力增高，并可能超过计算使筒体实际外压力增高，并可能超过计算的临界压力值。为

7、保证安全，必须使许用外压的临界压力值。为保证安全，必须使许用外压力低于临界外压力，即力低于临界外压力，即 P=Pcr/m 稳定安全系数稳定安全系数 m=3（圆筒体）（圆筒体）m=14.52（球壳体）（球壳体）9.2 9.2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算临界压力的影响因素临界压力的影响因素1、临界压力及影响因素临界压力及影响因素 临界压力值受若干因素影响，如受容器筒体几何尺寸临界压力值受若干因素影响，如受容器筒体几何尺寸及几何形状的影响，除此之外，载荷的均匀和对称性、及几何形状的影响，除此之外，载荷的均匀和对称性、筒体材料及边界条件等也有一定影响。筒体材料及边界条件等也有一定影响。a

8、.影响因素影响因素/D 两个圆筒形外压容器，当其他条件两个圆筒形外压容器，当其他条件（材料、直径（材料、直径D、长度、长度L）一定，而厚度不同时，当）一定，而厚度不同时，当L/D相同，相同，/D大者临界压力高，其原因是筒壁较厚抗大者临界压力高，其原因是筒壁较厚抗弯曲的能力强；弯曲的能力强；b.影响因素影响因素L/D 当当/D相同，而长度相同，而长度L不同，不同，L/D小小者临界压力高，其原因是筒身较短圆筒的封头对筒壁者临界压力高，其原因是筒身较短圆筒的封头对筒壁起着一定支撑作用。起着一定支撑作用。筒体的几何形状（如不圆度）误差会降低筒壁筒体的几何形状（如不圆度）误差会降低筒壁临界压力，加速筒体

9、的失稳。不圆度定义为临界压力，加速筒体的失稳。不圆度定义为e=Dmax-Dmin，式中，式中Dmax、Dmin分别为筒体直径分别为筒体直径的最大值和最小值。不圆度存在对筒壁产生附的最大值和最小值。不圆度存在对筒壁产生附加弯曲应力加弯曲应力,使筒壁屈服的压力比临界压力低使筒壁屈服的压力比临界压力低.不圆度越大不圆度越大,屈服压力越小屈服压力越小.筒体材料的弹性模数筒体材料的弹性模数E值大，抵抗变形能力强，值大，抵抗变形能力强，临界压力就高。由于各种钢材临界压力就高。由于各种钢材E值相差较小，值相差较小，若选用高强度钢代替一般碳素钢制造外压容器，若选用高强度钢代替一般碳素钢制造外压容器，并不能明显

10、地提高筒体的临界压力，却使容器并不能明显地提高筒体的临界压力，却使容器成本提高，因而是不恰当的。成本提高，因而是不恰当的。要提高容器的临界压力，即增加稳定性，只有要提高容器的临界压力，即增加稳定性，只有从几何尺寸上来考虑。从几何尺寸上来考虑。2 2、长圆筒、短圆筒及刚性圆筒、长圆筒、短圆筒及刚性圆筒、长圆筒、短圆筒及刚性圆筒、长圆筒、短圆筒及刚性圆筒 承受外压的圆筒形壳体，按不同的几何尺寸失稳时的不同承受外压的圆筒形壳体，按不同的几何尺寸失稳时的不同形式（波形数不同），将圆筒分为长圆筒、短圆筒及刚性形式（波形数不同），将圆筒分为长圆筒、短圆筒及刚性圆筒等三种。圆筒等三种。长圆筒长圆筒是指筒体的

11、是指筒体的L/DL/D值较大，筒体两端边界的支撑作用可值较大，筒体两端边界的支撑作用可以忽略，筒体失稳时以忽略，筒体失稳时PcrPcr仅与仅与/D/D有关，而与有关，而与L/DL/D无关。长无关。长圆筒失稳时波形数圆筒失稳时波形数n n为为2 2。短圆筒短圆筒是指筒体两端边界的支撑作用不可忽略，筒体失稳是指筒体两端边界的支撑作用不可忽略，筒体失稳时时PcrPcr与与L/DL/D及及/D/D均有关。短圆筒失稳时波形数均有关。短圆筒失稳时波形数n n2 2的整的整数。数。刚性圆筒刚性圆筒是指是指L/DL/D较小，而较小，而/D/D较大，筒体的刚性较好，破较大，筒体的刚性较好，破坏的原因是圆筒壁内的

12、压缩应力超过了材料的屈服限，并坏的原因是圆筒壁内的压缩应力超过了材料的屈服限，并非是发生了失稳。对刚性圆筒主要考虑强度要求。非是发生了失稳。对刚性圆筒主要考虑强度要求。圆筒的圆筒的“长长”和和“短短”是相对于直径来说的。长、是相对于直径来说的。长、短圆筒以及刚性圆筒的临界压力是各不相同的，短圆筒以及刚性圆筒的临界压力是各不相同的，有其各自的计算方法有其各自的计算方法 临界压力与临界长度临界压力与临界长度1 1、圆筒临界压力的计算、圆筒临界压力的计算长圆筒临界压力的计算长圆筒临界压力的计算 短圆筒临界压力的计算短圆筒临界压力的计算 长圆筒临界压力仅与筒体长圆筒临界压力仅与筒体e/D及及E有关。有

13、关。刚性圆筒由临界压力引起的临界应力为刚性圆筒由临界压力引起的临界应力为l外压短而厚的刚性圆筒，其破坏是由于圆筒壁的压外压短而厚的刚性圆筒，其破坏是由于圆筒壁的压缩应力超过材料设计温度下的屈服极限，对此应考缩应力超过材料设计温度下的屈服极限，对此应考虑强度问题和非弹性失稳问题。虑强度问题和非弹性失稳问题。长、短及刚性圆筒都是承受横向均匀外压力的长、短及刚性圆筒都是承受横向均匀外压力的情况。因容器均有封头，所以除受横向外压力外，情况。因容器均有封头，所以除受横向外压力外，同时还受有轴向压力，但轴向压缩对筒体失稳影同时还受有轴向压力，但轴向压缩对筒体失稳影响很小，工程上仅按承受横向均匀外压计算临界

14、响很小，工程上仅按承受横向均匀外压计算临界压力（室外高塔设计除外）。压力（室外高塔设计除外）。2 2、圆筒的临界长度圆筒的临界长度圆筒的临界长度圆筒的临界长度 长短圆筒的区别：是否受端盖、加强圈等支撑的影响。长短圆筒的区别：是否受端盖、加强圈等支撑的影响。当当e/D相同时，短圆筒的临界压力较长圆筒大，随着相同时，短圆筒的临界压力较长圆筒大，随着短圆筒长度的增加，端盖对筒体支撑作用减弱，当短圆短圆筒长度的增加，端盖对筒体支撑作用减弱，当短圆筒的长度增大到某一值时，端盖对筒体的支撑作用完全筒的长度增大到某一值时，端盖对筒体的支撑作用完全消失，这时短圆筒的临界压力与长圆筒临界压力相等，消失，这时短圆

15、筒的临界压力与长圆筒临界压力相等，该短圆筒的长度称为临界长度，用该短圆筒的长度称为临界长度，用Lcr表示。表示。临界长度是长、短圆筒临界长度是长、短圆筒 的分界线，也是计的分界线，也是计算临界压力选择公式的的依据。算临界压力选择公式的的依据。LLcr为长圆筒，为长圆筒，LLcr为短圆筒。为短圆筒。外压圆筒的计算与外压圆筒的计算与e/D0（D0为圆筒外直径）为圆筒外直径）有关。有关。e/D00.04时，此条件下任何时，此条件下任何e/D0值均按刚性圆筒计算。值均按刚性圆筒计算。3 3、计算长度、计算长度圆筒的圆筒的计算长度计算长度指筒体外部或内部两刚性构件之间的最指筒体外部或内部两刚性构件之间的

16、最大距离，筒体外部焊接的角钢加强圈，筒体内部挡板或大距离，筒体外部焊接的角钢加强圈，筒体内部挡板或塔盘均可视为刚性构件；在两个刚性构件中，其中一个塔盘均可视为刚性构件；在两个刚性构件中，其中一个是凸型封头时，是凸型封头时，取计算长度取计算长度L=L+h0+hi/3（hi为凸型封头凸面高度，为凸型封头凸面高度，h0凸型封头直边高度，凸型封头直边高度，L为封头与最近刚性构件的距为封头与最近刚性构件的距离。）离。）凸型封头刚性大对圆筒体有一定支撑作用，可以提高临凸型封头刚性大对圆筒体有一定支撑作用，可以提高临界压力。界压力。在较薄板制造的筒体上焊接一定数量的在较薄板制造的筒体上焊接一定数量的加强圈加

17、强圈，可使计，可使计算长度算长度L降低，提高临界压力。降低，提高临界压力。临界应力与临界应变临界应力与临界应变长圆筒临界压力长圆筒临界压力 短圆筒临界压力短圆筒临界压力 圆筒在圆筒在Pcr 作用下，产生的环向临界应力作用下，产生的环向临界应力临界应变临界应变 长、短圆筒长、短圆筒Pcr分别代入临界应变分别代入临界应变cr计算式得计算式得 长圆筒长圆筒 短圆筒短圆筒 外压圆筒失稳时，环向应变外压圆筒失稳时，环向应变cr与筒体几何参数与筒体几何参数e、D0及及 L有关，而与材料弹性模数无关。有关，而与材料弹性模数无关。圆筒稳定性计算图表圆筒稳定性计算图表图解法来源图解法来源 若圆筒的若圆筒的D0/

18、e值已确定，值已确定，只是只是L/D0的函数。利用上的函数。利用上式绘出曲线，见图式绘出曲线，见图9-7，横坐标，横坐标A即即。图中上部垂直线与斜线交点所对应的图中上部垂直线与斜线交点所对应的L/D0即为圆筒的即为圆筒的Lcr/D0，交点以上直线表示长圆筒情况，失稳时，交点以上直线表示长圆筒情况，失稳时与与 L/D0无关，而在交点以下斜线簇表示短圆筒情况，失无关，而在交点以下斜线簇表示短圆筒情况，失稳时的稳时的与与D0/e 及及L/D0 均有关。均有关。L/D0 D0/e A()对于任何材料的外压圆筒，已知对于任何材料的外压圆筒，已知L/D0 和和D0/e 值值,可用图可用图 9-7中找出失稳

19、时的环向应变中找出失稳时的环向应变（即（即A）。还要找出）。还要找出与许用与许用外压外压P的关系，才能判定容器在操作外压力下是否安全。的关系，才能判定容器在操作外压力下是否安全。令令 ,并把材料的应力与应变拉伸曲线转换成并把材料的应力与应变拉伸曲线转换成B-A曲线曲线(即即 曲线曲线),于是得到于是得到以以A为横坐标，以为横坐标，以B为纵坐标，并配以材料在各温度下的应力与为纵坐标，并配以材料在各温度下的应力与应变拉伸曲线，可以绘出图应变拉伸曲线，可以绘出图9-89-17。若由。若由A求得求得B后，可求得后，可求得许用外压力许用外压力P。计算图计算图B值是值是A的函数，即的函数，即B=f（A），

20、直线部分表示应力与应变），直线部分表示应力与应变成正比，顶部弯曲部分表示材料发生塑性变形以后的应力应变关成正比，顶部弯曲部分表示材料发生塑性变形以后的应力应变关系。系。外压圆筒计算图外压圆筒计算图(BA)对于对于D0/e及及L/D0已确定的圆筒，如果从图查得的已确定的圆筒，如果从图查得的A值位于图的直线部分，说明圆筒失稳时应力值没有超值位于图的直线部分，说明圆筒失稳时应力值没有超过材料比例极限，即该圆筒属于弹性失稳，可视过材料比例极限，即该圆筒属于弹性失稳，可视E值为值为常数，直接用常数，直接用B=2/3EA求求B值。当值。当A值处于值处于B=f（A）曲）曲线的弯曲部分时，由线的弯曲部分时，由

21、A求求B 后求后求P。可见外压容器图算。可见外压容器图算法是计算与图算相结合的设计方法。法是计算与图算相结合的设计方法。由于对弹性失稳可以直接用公式由于对弹性失稳可以直接用公式B值和值和P，故图，故图B=f（A）曲线就可以把大部分直线段省略。）曲线就可以把大部分直线段省略。外压圆筒的稳定计算外压圆筒的稳定计算1.假设假设 确定比值：确定比值：L/Do和和D0/e2.根据根据L/Do和和D0/e查图查图9-7，确定，确定A值值3.根据不同材料查图根据不同材料查图9-89-17确定确定B值值A在在B-A线的右方线的右方,从曲线中查从曲线中查B,超出最大值，则超出最大值，则取曲线右端点的纵坐标为值。

22、取曲线右端点的纵坐标为值。5.比较比较P与与P ,以以P小于且接近于小于且接近于P A在在B-A线的左方，属弹性失稳线的左方，属弹性失稳 4.求许用外压求许用外压 PP 计算长度计算长度L 包括两端封头包括两端封头包括一端封头包括一端封头 例题例题9-1（p253）假设厚度，查得假设厚度，查得A，求，求P与设计压力与设计压力P比较，确定是否可用比较，确定是否可用例：已知一分馏塔，其例：已知一分馏塔，其Di=1000mm,塔筒体长塔筒体长6000mm,封头封头为标准椭圆形，塔内装有可拆塔板，板间距为标准椭圆形，塔内装有可拆塔板，板间距1000mm,在在150及真空下操作，材料及真空下操作，材料Q

23、235-B,C2为为1mm。分别按无加强圈和。分别按无加强圈和加强圈设于塔板处两种情况计算塔体壁厚。加强圈设于塔板处两种情况计算塔体壁厚。一、无加强圈一、无加强圈 1、假设假设2、查图系数、查图系数A （p246)2、查图（、查图（p246)A=0.000143、系数、系数B 4、计算、计算P 5、PP=0.1 MPa 满足稳定性要求满足稳定性要求 6、钢板重量、钢板重量：G=Lg=6249=1494kg g=249 kg/m(p227)表8-18二、考虑塔板对筒体的加强：二、考虑塔板对筒体的加强：L=1000mm1、假设：、假设：2、查系数、查系数A2、查图、查图 A=0.00043、系数、

24、系数B 4、计算、计算P 5、PP=0.1 MPa 满足稳定性要求满足稳定性要求 6、钢板重量、钢板重量：G=Lg=6149=894kg g=149 kg/m(p227)比10mm少598kg 节省材料节省材料379.3 9.3 外压封头的稳定计算外压封头的稳定计算一、外压球壳的稳定计算一、外压球壳的稳定计算临界应变临界应变临界压力临界压力临界应力临界应力1 1、外压球壳的临界压力、临界应力、临界应变、许用外压、外压球壳的临界压力、临界应力、临界应变、许用外压 许用外压力许用外压力若令若令则则临界应变临界应变若采用圆筒的若采用圆筒的B-A图图对圆筒对圆筒,B=2/3EA2 2、外压球壳的稳定计

25、算、外压球壳的稳定计算1.假设假设2.确定确定A值值3.根据不同材料查图根据不同材料查图9-89-17确定确定B值值A在在B-A线的右方线的右方,从曲线中查从曲线中查B 5.比较比较P与与P ,以以P小于且接近于小于且接近于P A在在B-A线的左方线的左方，4.求许用外压求许用外压 P P 3 3、外压封头的稳定计算、外压封头的稳定计算外压凸形封头外压凸形封头计算同球壳计算同球壳 不同的是球面半径不同的是球面半径R R 标准椭圆形封头标准椭圆形封头R=0.9Di R=0.9Di 碟形封头碟形封头R=球面部分内半径球面部分内半径R 球冠形封头球冠形封头R=球面部分内半径球面部分内半径R 例例9-

26、3：已知一容器，：已知一容器，Di=1000mm,筒体长筒体长2000mm,封头为标封头为标准椭圆形，内曲面高度准椭圆形，内曲面高度hi=250mm,直边高度直边高度h0=40mm,设计温设计温度度120，材料，材料Q235-B,C2为为2.5mm,接头系数接头系数0.85,试分别计试分别计算该容器的许可内压和许可外压。算该容器的许可内压和许可外压。一、许可内压一、许可内压 按照公式按照公式8-33，筒体与封头许可内压为，筒体与封头许可内压为得得P=1.36MPa二、许可外压二、许可外压 1.筒体筒体 经计算经计算P=0.30MPa2.2.椭圆封头椭圆封头由此，容器许可内压由此，容器许可内压P

27、=1.36MPa，许可外压，许可外压P=0.3MPa封头承受外压能力封头承受外压能力远大于筒体远大于筒体“当量长度当量长度”其它同外压圆筒计算其它同外压圆筒计算“当量厚度当量厚度”外压锥形封头外压锥形封头承受外压的锥形封头，当半顶角承受外压的锥形封头，当半顶角 600时，时，用用“当量圆筒当量圆筒”进行计算。进行计算。外压锥形封头，当半顶角外压锥形封头，当半顶角600时，按外压圆筒稳定性时，按外压圆筒稳定性 当半顶角当半顶角 600时，按平板封头时，按平板封头（p257图9-20)外压锥形封头的稳定计算外压锥形封头的稳定计算1.假设假设 2.计算计算LC确定比值：确定比值：2.根据根据 和和

28、确定确定A值值 5.比较比较P与与P,以以P小于且接近于小于且接近于P4.求许用外压求许用外压 PP当量厚度当量厚度3.根据不同材料根据不同材料选图选图 确定确定B值值 4、防止内压凸形封头失稳的规定、防止内压凸形封头失稳的规定 考虑到内压的碟形封头也会产生环向压缩薄膜应力，考虑到内压的碟形封头也会产生环向压缩薄膜应力，考虑到弹性失稳，规定：考虑到弹性失稳，规定：最小厚度最小厚度（内压失稳）（内压失稳）考虑到内压的椭圆形封头在赤道处产生环向压缩薄膜考虑到内压的椭圆形封头在赤道处产生环向压缩薄膜应力，规定标准椭圆封头的计算厚度不得小于封头内径应力，规定标准椭圆封头的计算厚度不得小于封头内径的的0

29、.15%三、外压容器加强圈三、外压容器加强圈外压圆筒可以通过设置加强圈的方法减少计算长度来外压圆筒可以通过设置加强圈的方法减少计算长度来提高承压能力。提高承压能力。工程中常用于：夹套容器工程中常用于：夹套容器 真空容器真空容器1.1.加强的作用和结构加强的作用和结构作用作用 设置加强圈减少计算长度来提高承压能力设置加强圈减少计算长度来提高承压能力对不锈钢或其它贵重金属，在圆筒体外部设置碳钢加强圈，更对不锈钢或其它贵重金属，在圆筒体外部设置碳钢加强圈，更加经济。加经济。结构结构 可用扁钢、角钢、工字钢等其它型钢。可用扁钢、角钢、工字钢等其它型钢。2.2.加强圈间距加强圈间距可根据已知筒体厚度，按

30、其稳定性条件确定。可根据已知筒体厚度，按其稳定性条件确定。上左式是满足稳定性条件的最大长度上左式是满足稳定性条件的最大长度;如果如果LLmax表示该表示该圆筒可以承受设计外压圆筒可以承受设计外压p，反之则加设加强圈，反之则加设加强圈P254例由上式已知尺寸，求满足稳定性条件的最大间距：由上式已知尺寸，求满足稳定性条件的最大间距：外压短圆筒临界压力：外压短圆筒临界压力：稳定性条件：稳定性条件：例例9-2 同同9-1，若库存仅有，若库存仅有9mm钢板，应采取什么措施？钢板，应采取什么措施？从从9-1题可知，题可知，A值落在曲线斜直线段，该圆筒属于短圆值落在曲线斜直线段，该圆筒属于短圆筒。于是由短圆

31、筒临界压力公式可得筒。于是由短圆筒临界压力公式可得代入数值，得代入数值，得Lmax=2480mm,小于筒体计算长度小于筒体计算长度L=6340mm需设置加强圈，其个数需设置加强圈，其个数组合截面失稳时的临界载荷组合截面失稳时的临界载荷Pcr:Pcr:为使在设计外压作用下组合截面不失稳，该组合截面的为使在设计外压作用下组合截面不失稳，该组合截面的截面惯性矩须大于等于满足稳定性条件所需的截面惯性截面惯性矩须大于等于满足稳定性条件所需的截面惯性矩矩3.真空容器加强圈的稳定性条件真空容器加强圈的稳定性条件装有加强圈的筒体，受外压作用时，作用在加强圈两侧各装有加强圈的筒体，受外压作用时，作用在加强圈两侧

32、各L/2范围筒体上的外压力是由筒体有效段和加强圈的组合截面共范围筒体上的外压力是由筒体有效段和加强圈的组合截面共同承担。同承担。加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩;加强圈与圆筒有效段组和截面所需惯性矩加强圈与圆筒有效段组和截面所需惯性矩 4.4.加强圈设计需要保证两条加强圈设计需要保证两条:保证加强圈与壳体一起受力保证加强圈与壳体一起受力,因此其与圆筒最好采取连因此其与圆筒最好采取连续焊续焊,若考虑焊接收缩采用间断焊接时若考虑焊接收缩采用间断焊接时,应保证焊缝总长应保证焊缝总长不少于圆筒周长的不少于圆筒周长的1/2(加强圈设置在圆筒外部加强圈设置在圆筒外部)或

33、或1/3(加强圈设置在圆筒内部加强圈设置在圆筒内部).当满足上述条件时当满足上述条件时,可以缩短可以缩短计算长度计算长度;组合截面的惯性矩应以它本身的中性轴计算组合截面的惯性矩应以它本身的中性轴计算9.4轴向受压圆筒的稳定性 承受轴向压力的薄壁圆筒，当轴向压缩应力承受轴向压力的薄壁圆筒，当轴向压缩应力达某一定值时，圆筒母线的直线性受到破坏而产达某一定值时，圆筒母线的直线性受到破坏而产生了波形，即为轴向失稳。生了波形，即为轴向失稳。有些直立高塔设备除了承受介质外压，不定有些直立高塔设备除了承受介质外压，不定期要承受设备自重及风载荷等作用，使筒体壁产期要承受设备自重及风载荷等作用，使筒体壁产生局部

34、较大轴向压缩应力，因此筒体局部失稳生局部较大轴向压缩应力，因此筒体局部失稳（褶皱）。为保证安全，需要求得保证轴向稳定（褶皱）。为保证安全，需要求得保证轴向稳定的许用应力的许用应力cr值。值。圆筒轴向稳定计算圆筒轴向稳定计算1.假设假设 计算轴向压缩应力计算轴向压缩应力2.计算计算A值值：4.比较比较B与与轴向总压缩应力轴向总压缩应力 ,以以 小小于且接近于于且接近于B为满足稳定条件。为满足稳定条件。若若A在在B-A线的右方线的右方,从曲线中查从曲线中查B 若若A在在B-A线的左方，属弹性失稳线的左方，属弹性失稳，B=2/3EA3.根据筒体材料及设计温度查相应的根据筒体材料及设计温度查相应的B-

35、AB-A曲线，曲线，并查找并查找A A点所在位置。点所在位置。B B为材料的轴向稳定许用应力。为材料的轴向稳定许用应力。设计参数设计参数 设计压力设计压力P 计算压力计算压力Pc 水压试验压力水压试验压力PT设计压力设计压力真真空空容容器器无夹套无夹套真空容真空容器器 有安全泄放有安全泄放装置装置设计外压力取设计外压力取1.25倍最大内外压力倍最大内外压力差或差或0.1MPa两者中的小值；两者中的小值；无安全泄放无安全泄放装置装置设计外压力取设计外压力取0.1 MPa；夹套内夹套内为内压为内压 容器容器(真空真空)设计外压力取设计外压力取0.1 (按无夹套按无夹套)计算外压力（夹套设计压力计算

36、外压力（夹套设计压力+0.1)夹套夹套(内压内压)设计内压力按内压容器规定选取；设计内压力按内压容器规定选取；外外 压压 容容 器：器：设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产生设计外压力取不小于在正常工作情况下可能产生的最大内外压力差的最大内外压力差 设计参数设计参数 设计压力设计压力P 计算压力计算压力Pc 水压试验压力水压试验压力PT 真空容器真空容器 真空容器真空容器 PT=0.125MPa（按内压计算）（按内压计算）水压试验压力水压试验压力PT 夹套容器夹套容器内筒：按内筒的设计压力（内筒：按内筒的设计压力（非计算压力非计算压力）计算）计算夹套：按夹套内压计算夹套：按夹套内压计算PT带夹套试压过程：带夹套试压过程：先试内筒，合格后再焊夹套先试内筒，合格后再焊夹套;校核校核P PT,若不满足，内筒保持一定压力若不满足，内筒保持一定压力（不失稳）。（不失稳）。