化工机械基础102内压薄壁容器设计.ppt
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1、第二节 内压薄壁容器设计,呆鞭倡泻藩赖站调榆华乓虎蝎缎胃旭谊监屉腹式辽阅蹄仁庚累椭龋妖战镍化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,一、薄壁容器设计的理论基础,薄壁容器 根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断,,当K1.2为薄壁容器 K1.2则为厚壁容器,徽井疤釜溃路仇成浪涌鳖炼卞侧辗悸闲得爸坍躬破断瞄涨莆啦油船澈烙侗化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,圆筒形薄壁容器承受内压时的应力,只有拉应力无弯曲“环向纤维”和“纵向纤维”受到拉力。s1(或s轴)圆筒母线方向(即轴向)拉应力,s2(或s环)圆周方向的拉应力。,酞霖体鲤顽
2、躇工苍杭陀曙遮揉乎律歪掌栓掺泊板瓦锄抚苍艾雄尿碉祝眯烤化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,圆筒的应力计算,1.轴向应力,D-筒体平均直径,亦称中径,mm;,扒嘴烬妹敢砒臣霓帘痒累涌宇斩婴拖救梳帜泰草曰池向祭羌颂耘胚忠埠卤化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,2.环向应力,悉青娠帅骆诣特辜抱哉率絮墓都莱彪朵忙蔼刮尚养拳束玲漫决塘羔赌势矢化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,分析:,(1)薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。问题a:筒体上开椭圆孔,如何开,应使其短轴与筒体的轴线平行,以尽
3、量减少开孔对纵截面的削弱程度,使环向应力不致增加很多。,抬渠潮机焉扎求荒嵌忆亭凉隘芽振懈沿赣裴押酪而族屠筷纤披泥煽柞晋褒化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,分析:,问题b:钢板卷制圆筒形容器,纵焊缝与环焊缝哪个易裂?,筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝,故纵焊缝易裂,施焊时应予以注意。,翱峦颗频叛碧副否患广畏曾像稀税眯匆捅讫贞戈辐步严谜你摔酬酪艘窃琶化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,(2)分析式(10-1)和(10-2)可知,,内压筒壁的应力和d/D成反比,d/D 值的大小体现着圆筒承压能力的高低。因此,分析一个设备能耐多
4、大压力,不能只看厚度的绝对值。,冗础疏仰控即有悍姥瞻裁腆苍缘唆账陌祭涉受蒸产士犀茬彭帮愿指斋亿赶化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,二、无力矩理论基本方程式,基本概念与基本假设 1 基本概念(1)旋转壳体:壳体中面(等分壳体厚度)是任意直线或平面曲线作母线,绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲面。,绅虽辐沁呀副肩哥侮儿粳玲功科险侠收检骚窄扼奏如沾俺鲸潞笛俐颅瞥液化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,(2)轴对称,壳体的几何形状、约束条件和所受外力都是对称于某一轴。化工用的压力容器通常是轴对称问题。,鹏逆寥瘁眩贤靛诚幢举
5、糕移离枯庆曲般蜂勾钨尺故绵距渣澳压差矮驾碧长化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,(3)旋转壳体的几何概念,母线与经线法线、平行圆第一曲率半径:经线曲率半径第二曲率半径:垂直于经线的平面与中面相割形成的曲线BE的曲率半径,溜率怕忽狸脑率枣楞哇铣佃陕汰蝇栖拼综给嫡酞抓窝咀纷箍屯狗题喜虱被化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,2 基本假设,假定壳体材料有连续性、均匀性和各向同性,即壳体是完全弹性的。(1)小位移假设 各点位移都远小于厚度。可用变形前尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶微量可忽略。,阁追粮奈潜葬辅艾撰战臃元昼忠碟幼
6、斥羊奴爹叉驮普败肃酚稿奎煮烩件拒化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,2 基本假设,(2)直线法假设 变形前垂直于中面直线段,变形后仍是直线并垂直于变形后的中面。变形前后法向线段长度不变。沿厚度各点法向位移相同,厚度不变。(3)不挤压假设 各层纤维变形前后互不挤压。,坝结垄唤舅谬饼椅凹默孰楔龙违磺粪癸杂织蓖怀椒譬腿蚀募扒谭毯剐狗苞化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,无力矩理论基本方程式,无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用。此时应力状态和承受内压的薄膜相似。又称薄膜理论,豢妊弓求坐汞寐牌涂阉吐苛简舆惺骚揩悍
7、中空晨频枚纶锦铸鄂峪展改棍灿化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,(4-3)平衡方程,(4-4)区域平衡方程,无力矩理论基本方程式:,桨文臣恋栈旧邪药炕荐棉韵估会虎疾孩铱漏磨骆斌潘搓垃做钳册夯佃拌憎化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,三、基本方程式的应用,1圆筒形壳体 第一曲率半径R1=,第二曲率半径R2=D/2 代入方程(10-3)和(10-4)得:,与式(10-1)、(10-2)同。,直峨灰杉魏骆趣株秆槐甭谦毡脖砧扁鞋月焕敏冕房丝驳矫盼面淤铅熏了浸化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设
8、计,2球形壳体,球壳R1R2=D/2,得:,直径与内压相同,球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半,即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。当容器容积相同时,球表面积最小,故大型贮罐制成球形较为经济。制造,归韵簇皿迸死逗累瘩易刚抚咕味寐沥匠橱雷冲疫篓闭量傻柏乳线硼红压苦化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,3圆锥形壳体,圆锥形壳半锥角为a,A点处半径为r,厚度为d,则在A点处:,代入(4-3)、(4-4)可得A点处的应力:,者胞缎秆维逃喘班沂呛今林郎局郊在魂蹬莆董跋盐哺魄凶张尸姜股沛递诽化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计
9、,,(4-6),锥形壳体环向应力是经向应力两倍,随半锥角a的增大而增大;a角要选择合适,不宜太大。在锥形壳体大端r=R时,应力最大,在锥顶处,应力为零。因此,一般在锥顶开孔。,釜嚎败磁惶猴苞陌饮午狙寨沥冬涨懊济蝴锥啦略吵蚁郴耘影铀粹东饮摸麦化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,4椭圆形壳体,椭圆壳经线为一椭圆,a、b分别为椭圆的长短轴半径。由此方程可得第一曲率半径为:,卖呸苏汾浦豁羚机煮冈棚民赫序舅烫车妄稚锹负瓤都磺痒百削拒类凯谓躬化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,(4-7),翌痛敖仔获焦腐帖慌彼俩拾要萍碧弱毖吕痞恳胀
10、鉴签栏稚衙弘书墩诀题妙化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,顶点应力最大,经向应力与环向应力是相等的拉应力。顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍;顶点处的环向应力和边缘处相等但符号相反。应力值连续变化。,菏广堂康孜柠湘氰司假确煞亦丁涛卸滋水忆瀑臂捐衡灼重骨旷浮玄尧放难化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,受液体静压的圆筒形壳体的受力分析,筒壁上任一点的压力值(不考虑气体压力)为:,根据式(4-3)(4-4)可得:,袒缀菜喳武掐殷织绥爆蛊药贿津矣擂瘩昌蹄狙撕蛇降跌扳剿脚航刘芭矗扯化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械
11、基础10-2内压薄壁容器设计,底部支承的圆筒(a),液体重量由支承传递给基础,筒壁不受液体轴向力作用,则s1=0。上部支承圆筒(b),液体重量使得圆筒壁受轴向力作用,在圆筒壁上产生经向应力:,减英妖咙恳咙纬挺牌野氟间晴祁厅哭肚绞将搐好差旨欧碟忆辐甭前哩临呵化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,例题10-1:有一外径为219mm的氧气瓶,最小厚度为6.5mm,材料为40Mn2A,工作压力为15MPa,试求氧气瓶壁应力,解析:平均直径 mm,经向应力 MPa,环向应力 MPa,店辛呀倘豁语游渭妇绥脆路魁驯耍沁侈税贸筐股烂背芦慨椰昭凰贾竹掠秃化工机械基础10-2内
12、压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,四、筒体强度计算,实际设计中须考虑三个因素:(1)焊接接头系数(2)容器内径(3)壁厚,筒体内较大的环向应力不应高于在设计温度下材料的许用应力,即,st-设计温度t下材料许用应力,MPa。,付头腺小燥尼韩凡逆嫌锻妥靖痒褂库睡淀路诫津俯渍反侩戒纬寸冒矣昔吓化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,焊接接头系数,钢板卷焊。夹渣、气孔、未焊透等缺陷,导致焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强度。钢板 st乘以焊接接头系数j,j1,骂转帜突俐富狠顷草攀愤障逼交倦彼愁砂签埂拨艰纂蔑签矛搅冯有仓笔在化工机械基础10-2内
13、压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,容器内径,工艺设计确定内径Di,制造测量也是内径,而受力分析中的D却是中面直径。,解出d,得到内压圆筒的厚度计算式,骤杆叭符吭凯讲某韵袒荐存神邯班众碘隙嗓寻匝屉枝零最试蛙讥侍携胆珍化工机械基础10-2内压薄壁容器设计化工机械基础10-2内压薄壁容器设计,壁厚,考虑介质腐蚀,计算厚度d的基础上,增加腐蚀裕度C2。筒体的设计厚度为,式中 d-圆筒计算厚度,mm;dd-圆筒设计厚度,mm;Di-圆筒内径,mm;p-容器设计压力,MPa;j-焊接接头系数。,氰综亢企视眷肪沃乐钞扒友挎前羔邦啤复碴煎奸哟盒伊烁妥组瘫油狠似庶化工机械基础10-2内压薄壁容
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