内压薄壁容器的设计.pptx

第四节内压薄壁容器的设计计算
一、引言
(一)设计内容
根据工艺条件和要求,进行结构设计、计算与密封设计。
结构设计:满足工艺、制造、检验、使用和维修等要求,设计适用、合理、经济的结构形式;
设计计算:通过强度和稳定性计算,确定结构尺寸,选择合适的材料,以确保容器安全可靠地运行;
密封设计:选用或设计合理的密封结构及适宜的密封材料。
(二)设计方法—常规设计
按GB150 进行设计。该标准采用弹性失效准则,并限制壳体中的基本(薄膜)应力不超过材料的。而对由于结构不连续引起的边缘应力,以应力增强系数引入壁厚公式,或在结构上加以限制,或在材料选择、制造工艺等方面给以不同要求。
强度理论
条件
适用范围
第一强度理论
(最大主应力)
脆性材料
第二强度理论
(最大主应变)
脆性材料
第三强度理论
(最大剪应力)
塑性材料
第四强度理论
(形状改变比能)
塑性材料
第四节内压薄壁容器的设计计算一、引言
(三)强度理论
根据材力,对于金属材料宜采用第三、第四强度理论,但第一强度理论在容器设计历史上使用最早,具有成熟的经验,而且由于强度条件不同而引起的误差已考虑在安全系数内,所以至今压力容器常规设计仍采用第一强度理论,即
注: 为构件危险点上的主应力,且。
工艺条件与用户基本要求
↓
分析工艺条件,确定设计参数
↓
选择合适的规范和标准
↓
强度和稳定性计算
↓
确定构件尺寸和材料
↓
绘制施工图并提出有关技术要求
第四节内压薄壁容器的设计计算一、引言
(四)压力容器设计的基本步骤
(一)圆筒
第四节内压薄壁容器的设计计算
二、圆筒和球壳
由于工程中一般以内径Di表示,即2R= Di + t;同时考虑到焊接接头对材料强度的削弱,引入系数,故:
由第一节可知,在内压p 作用下,筒体中的薄膜应力为:
显然, ,按第一强度理论可得:
(c)
解出t,并以pc→p
(一)圆筒
第四节内压薄壁容器的设计计算二、圆筒和球壳
其次,考虑介质或大气腐蚀,t应增加一腐蚀裕量,即:
式中 t —计算厚度,mm;
pc —计算压力,MPa;
Di —圆筒内直径,mm;
—焊接接头系数, ;
—设计温度下材料的许用应力,MPa。
(c)
式中 td —设计厚度,mm;
C2 —腐蚀裕量,mm。
(2-91)
当tn已知时,相应的应力校核公式为:
(一)圆筒
第四节内压薄壁容器的设计计算二、圆筒和球壳
考虑钢板厚度负偏差C1,并向上圆整至规格厚度,即得:
(2-92)
式中—校核温度下筒壁中的计算应力; 。
te —有效厚度, ;
C —厚度附加量,C=C1+C2。
式中 tn —名义厚度(图纸上标注尺寸); 。
C1 —钢板厚度负偏差。
容器设计各厚度之间的关系与定义
计算厚度
设计厚度
向上圆整→
名义厚度
有效厚度
第四节内压薄壁容器的设计计算二、圆筒和球壳
计算厚度为单纯满足机械强度所需的基本厚度;
设计厚度为在设计寿命内满足强度和均匀腐蚀所需的厚度;
名义厚度为容器设计图样中标注的厚度;
有效厚度为实际用于承受应力载荷的厚度。
注:对于冲压封头和热卷筒体,制造厂应保证成品的实际厚度≮tn-C1。
球壳在均匀内压p作用下,器壁中的薄膜应力为:
(二)球壳
第四节内压薄壁容器的设计计算二、圆筒和球壳
按照第一强度理论,应有:
同理可得,球壳的计算厚度公式为:
相应的应力校核公式为:
(2-93)
(2-94)
p→pc,解出t
(一)设计压力、计算压力和设计温度
第四节内压薄壁容器的设计计算
三、设计参数的规定
设计压力pd 为设定的容器顶部最高压力,与设计温度一起作为容器的设计载荷条件,其值不低于工作压力pw。pw是指在正常操作情况下,容器顶部可能达到的最高表压力。
确定设计压力时,应考虑以下因素:
⑴容器上装有安全阀时,一般可取pd=~ pw;装有爆破片时,pd≥爆破片的设计爆破压力+制造范围上限。
⑵对于盛装液化气体的容器,在规定的充装系数范围内,应根据工作条件下可能达到的最高器壁温度确定。
计算压力pc 在相应设计温度下,用以确定壳体厚度的压力, pc= pd+危险点处的液柱静压(当<5%pd时可忽略不计)。
第四节内压薄壁容器的设计计算三、设计参数的规定
设计温度Td 系指容器在正常操作情况下设定的受压元件的金属温度(沿厚度的平均值),其值不得低于元件可能达到的最高温度,或在 0℃以下时,不得高于元件可能达到的最低温度。
受压元件的金属温度可通过实测或由传热计算求得,或根据操作介质温度并结合外部条件确定。
是指对接焊接接头强度与母材强度之比。用以反映由于焊接材料