《压力容器知识》PPT课件.ppt
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1、1,压力容器设计复习,潘家祯华东理工大学机械与动力工程学院,知识点及基本概念,2,1我国压力容器设计规范名称是 _。,第一章 化工容器设计概论,GB150-1998 钢制压力容器。,欧盟压力容器规范名称为 _。,EN13445-2002非直接着火压力容器,3,3.美国压力容器设计规范中的常规设计在ASME锅炉与压力容器设计规范第_卷,第_分册。名称为 _。分析设计规范在第_卷,第_分册。名称为_。,2,1,按规则设计 Design by Rule,按分析设计 Design by Analysis,VIII,VIII,第一章 化工容器设计概论,4,4我国钢制压力容器设计规范GB150-98采用的
2、强度理论为:()(A);(B);(C);(D)。,A,第一章 化工容器设计概论,GB压力容器标准中以第一强度理论为设计准则,将最大主应力限制在许用应力以内。,p18,5,5我国钢制压力容器设计规范GB150-89适用于设计压力不大于_MPa:()(A)100;(B)64;(C)35;(D)16。,C,第一章 化工容器设计概论,GB-150压力容器标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验与验收。,p17,6,6.按设计压力大小,容器分为四个等级:(1)低压容器:_ p MPa;(2)中压容器:_ p MPa;(3)高压容器:_ p MPa;(4)超高压容器:p MPa;
3、,0.1,1.6,1.6,10.0,10.0,100,100,第一章 化工容器设计概论,p19,7,7对压力容器用钢的综合要求是足够的、良好的、优良的、以及良好的。,强度,塑性,韧性,可焊性,第一章 化工容器设计概论,综上所述,保证强度又要有良好的塑性、韧性和可焊性,以致低温韧性,这是对压力容器用钢的基本要求。p7,8,8.空气贮罐,操作压力为0.6MPa,操作温度为常温,若设计厚度超过10毫米,则下列碳素钢材中不能够使用的为:()(A)Q235AF(A3F);(B)Q235B;(C)Q235C;(D)20R。,A,第一章 化工容器设计概论,Q235类钢是屈服强度为235MPa的碳素结构钢,强
4、度不高。通常不作为压力容器标准中的容器专用钢,但Q235-B和Q235-C两种钢号被GB150标准允许制造低参数的压力容器。p3,9,9我国压力容器安全技术监察规程把容器分为三类:第一类压力容器为_。第二类压力容器为_ _ _ _ _,第一章 化工容器设计概论,p19,低压容器(下述,条规定者除外),下列情况之一为第二类压力容器:,i:中压容器(下述第三条规定者除外);,ii:易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器;,iii:毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器;,iv:低压管壳式余热锅炉;,V:搪玻璃压力容器。,10,第三类压力容器为_ _ _ _ _,第一章 化工容器设
5、计概论,p19,iii:高压、中压管壳式余热锅炉;,下列情况之一为三类容器:,i:毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和PV大于0.2MPam3 的低压容器;,ii:易燃或毒性程度为中度危害介质且PV大于0.5MPam3的中压反应容器和PV大于等于10MPam3的中压储存容器;,iv:高压容器;,11,10PV0.2MPam3 的毒性为高度或极度危害介质低压容器应定为几类容器?()(A)类;(B)类;(C)类;(D)其他。,C,第一章 化工容器设计概论,p19,12,11工程上,壳体的厚度与中面最小曲率半径R的比值 t/R()视为薄壳,反之,视为厚壳。(A)1/5;(B)1/10;(C)1/
6、20;(D)1/30,第二章 中低压容器的规则设计,C,p23,13,12工程上,把圆板的厚度与直径之比 t/D(),视为薄板,反之视为厚板。(A)1/5;(B)1/10;(C)1/20;(D)1/30,A,第二章 中低压容器的规则设计,p47,14,在壳体上作用有两类内力,法向力N和N,及横向力Q、弯矩M和M。法向力来自中面的拉伸和压缩变形,横向力、弯矩是由中面的弯曲变形产生的,将法向力称为薄膜应力,而将横向力、弯矩称为弯曲应力。在壳体理论中,如果考虑上述全部内力,称为“有力矩理论”或“弯曲理论”。但对部分容器,在特定的壳体形状、载荷和支撑条件下,弯曲应力与薄膜应力相比很小,可以略去不计,使
7、壳体计算大大简化,这时壳体的应力状态仅由法向力N和N确定,基于这一假设求解薄膜内力的理论,称为“无力矩理论”或“薄膜理论”。,13什么叫无力矩理论?什么叫有力矩理论?,第二章 中低压容器的规则设计,15,14球形容器的第一曲率半径为_,第二曲率半径为_。,球半径R,第二章 中低压容器的规则设计,15圆柱形容器的第一曲率半径为_,第二曲率半径为_。,16圆锥形容器的第一曲率半径为_,第二曲率半径为_。,p28,球半径R,无穷大,圆柱体半径R,无穷大,R2=x tan,16,17受均匀内压作用的球形容器,经向薄膜应力和周向薄膜应力的关系为()(A);(C)pR/2t(D)pR/t,C,第二章 中低
8、压容器的规则设计,(2-12)p28,17,18受均匀内压作用的圆柱形容器,经向薄膜应力和周向薄膜应力的关系为()(A)=2pR/2t;(B)=2pR/t;(C)2=pR/t;(D)2pR/2t,B,第二章 中低压容器的规则设计,(2-13)p28,18,19均匀内压作用椭圆形封头的顶点处,经向薄膜应力和周向薄膜应力的关系为()(A);(B);(D)1/2,A,第二章 中低压容器的规则设计,(2-16)p29,19,20无力矩理论使用的条件是什么?,第二章 中低压容器的规则设计,20,21承受均匀内压时,椭圆形封头是否会失稳?,第二章 中低压容器的规则设计,在椭圆形封头的长短轴之比大于2时,在
9、封头的转角处和赤道处的周向应力成为负值,会产生局部失稳。,p30,21,22.由边缘力和弯矩产生的边缘应力具有_、_和_等基本特性。,局部性,自限性,衰减性,第二章 中低压容器的规则设计,p47,23由边缘力和弯矩产生的边缘应力,影响的范围为()(A)(B)(C)(D),A,对圆柱壳而言,其作用范围与 同一量级。,22,24圆筒形容器承受内压时,在筒体与封头连接处,除由内压引起的_应力外,还存在满足_条件而产生的_应力,后者具有_和_的特性。,薄膜应力,连续性,边缘,局部性,衰减很快,第二章 中低压容器的规则设计,23,第二章 中低压容器的规则设计,24,p52,第二章 中低压容器的规则设计,
10、25,p53,第二章 中低压容器的规则设计,26,25受均布横向载荷作用的周边简支圆形薄平板,最大径向弯曲应力在:()(A)周边;(B)中央;(C)12半径;(D)3/8半径,B,26受轴对称横向均布载荷的圆形薄板,周边固定时,最大弯曲应力在_处,最大挠度在_处。当周边简支时,最大弯曲应力在_处,最大挠度在_处。,板边缘,板中心,板中心,板中心,第二章 中低压容器的规则设计,27,27受均布横向载荷作用的周边固支圆形薄平板,最大应力为周边径向弯曲应力,当载荷一定时,降低最大应力的方法有()(A)增加厚度;(B)采用高强钢;(C)加固周边支撑;(D)增大圆板直径。,A,第二章 中低压容器的规则设
11、计,28,28容器下封头为圆板,与筒体和裙座焊接,受力状态为固支,板上最大应力和挠度变形为:()(A)最大应力为径向应力r,位于封头中心,最大挠度位于封头周边(B)最大应力为周向应力,位于封头中心,最大挠度位于封头周边(C)最大应力为径向应力r,位于封头周边,最大挠度位于封头中心(D)最大应力为周向应力,位于封头周边,最大挠度位于封头中心,C,第二章 中低压容器的规则设计,29,29压力容器的设计压力通常取最高工作压力的_倍。,1.051.10,30容器的壁厚附加量包括:_、_和成型加工工程中的壁厚减薄量。,腐蚀裕量C2,钢板负偏差C1,31焊接接头系数是:_的比值。,焊缝金属与母材强度,第二
12、章 中低压容器的规则设计,30,32安全系数的选取方法,用抗拉强度b时,为_;用屈服强度y时,为_;用蠕变强度tn时,为_;用持久强度tD时,为_;,3.0,1.6,1.0,1.5,第二章 中低压容器的规则设计,31,34液压试验的压力为设计压力的:()(A)1.05倍;(B)1.10倍;(C)1.15倍;(D)1.25倍,D,p67,35气压试验的压力为设计压力的:()(A)1.05倍;(B)1.10倍;(C)1.15倍;(D)1.25倍,(2-96)p67,C,第二章 中低压容器的规则设计,32,36液压试验时的应力不得超过该试验温度下材料屈服强度的_;气压试验,不得超过屈服强度的_。,9
13、0%,80%,第二章 中低压容器的规则设计,p68,对液压试验,此应力值不得超过该试验温度下材料屈服强度的90%,对气压试验,则不得超过屈服强度的80%。,33,37按照我国压力容器标准,最小壁厚,对于碳钢和低合金钢容器不小于_mm,对高合金钢容器不小于_mm。,3,2,第二章 中低压容器的规则设计,p67,最小壁厚:(1)对碳钢和低合金钢容器不小于3mm。(2)对高合金钢容器不小于2mm。,34,39低合金钢容器,液压试验时液体温度不得低于()(A)0 oC;(B)5 oC;(C)10 oC;(D)15 oC,38碳素钢制容器,液压试验时液体温度不得低于()(A)0oC;(B)5 oC;(C
14、)10 oC;(D)15 oC,D,B,p67,40液压试验用水应控制氯离子_。,2510-6,第二章 中低压容器的规则设计,35,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(1)压力试验一般用水,进行液压试验。液压试验压力为:其中:PT为内压试验的压力,p为试验内压,s为试验温度下的许用应力,st为设计温度下的许用应力。,第二章 中低压容器的规则设计,36,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(2)奥氏体不锈钢为防止氯离子的腐蚀,应控制Cl 2510-6,(3)为防止试验时发生低温脆性破坏,碳素钢、16MnR、正火15MnVR温度不能低于5oC,其他低合金钢,温
15、度不低于15oC,第二章 中低压容器的规则设计,37,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(5)气压试验时,介质温度不得低于15 oC。,(4)不宜作液压试验的容器,可用清洁的干空气、氮气或者其他惰性气体,气压试验的压力为:且 MPa。,第二章 中低压容器的规则设计,38,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(6)液压或者气压试验时,须按下式校核圆筒的应力:,液压试验时,此应力值不得超过试验温度下材料屈服点的90%,气压试验不得超过80%。,第二章 中低压容器的规则设计,39,圆筒形容器,球形容器,椭圆形封头,平板封头,第二章 中低压容器的规则设计,40,4
16、3从设计角度,法兰可以分为以下三类:_法兰、_法兰和_法兰。,松式,整体,任意式,44螺栓垫片法兰连接的密封中两个重要的工况是:_、_。,预紧工况,操作工况,第二章 中低压容器的规则设计,41,松式法兰,松式法兰,松式法兰,整体法兰,整体法兰,整体法兰,任意式法兰,任意式法兰,任意式法兰,第二章 中低压容器的规则设计,42,46法兰密封常用的压紧面型式有:_、_、_、_四种型式。,榫槽面,梯形槽,凹凸面,突台面,p80,第二章 中低压容器的规则设计,43,47螺栓垫片法兰连接的密封中两个重要的垫片性能参数是:_、_。,垫片压紧力(比压力)y,垫片系数 m,第二章 中低压容器的规则设计,44,(
17、1)必须在预紧时,使螺栓力在压紧面与垫片之间建立起不低于y值的比压力;(2)当设备工作时,螺栓力应能够抵抗内压的作用,并且在垫片表面上维持m倍内压的比压力。,48保证法兰连接紧密不漏的条件是什么?,第二章 中低压容器的规则设计,p85,45,(1)开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中;(2)接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力;(3)壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡(即小圆角)而引起应力集中。这三种因素均使开孔或开孔接管部位的应力比壳体中的膜应力为大,统称开孔或接管部位的应力集中。,49压力容器开孔接管后对应力分布和强度带来什么影响?,第三章 压力容器的整体设计问题,p101,46,5
18、0应力集中系数是指_和_的比值。容器开孔接管,除了_加上_,及_等因素的综合作用,其附近就成为压力容器的破坏源。,应力峰值,薄膜应力,开孔引起的应力集中,容器壳体与接管形成的结构不连续应力,壳体与接管连接处因不等截面过渡引起的应力集中,第三章 压力容器的整体设计问题,47,51在均匀内压作用的竖直的薄壁圆筒上开孔时,孔周边的的最大应力出现在:()(A)孔周边任一点;(B)孔周边与水平线成45夹角处;(C)孔周边与水平线成60夹角处;(D)孔周边与水平线成90夹角处;,D,第三章 压力容器的整体设计问题,p102,48,52平板开孔的应力集中系数为:()(A)2;(B)2.5;(C)3;(D)0
19、.5,C,p102,第三章 压力容器的整体设计问题,49,53球壳开孔的应力集中系数为:()(A)2;(B)2.5;(C)3;(D)0.5,第三章 压力容器的整体设计问题,A,p102,50,54圆筒开孔的应力集中系数为:()(A)2;(B)2.5;(C)3;(D)0.5,第三章 压力容器的整体设计问题,B,p102,51,55应力指数 I 与应力集中系数 Kt 的区别?,第三章 压力容器的整体设计问题,应力指数I指考虑点(可以多个点)的应力分量(、t、r)与容器无开孔接管时的周向薄膜应力之比。应力集中系数Kt指最大应力分量的点(只有一个点)与无应力集中时的计算应力(对容器来说也是无开孔接管时
20、的周向计算薄膜应力)之比。一个区域只有一个Kt值。Kt的大小可以衡量结构应力集中的优劣。结构的应力指数I可以有多个(如拐角的内侧、外侧不同方向),而且不一定是最大的。,p104,52,56目前我国容器设计中开孔补强的设计准则是_。等面积补强的原则是:,等面积补强,在有效的补强范围内,壳体除本身承受内压所需截面积外的多余截面积不应少于开孔所减少的有效截面积,第三章 压力容器的整体设计问题,p108,53,57容器开孔后,局部补强结构形式有:_、_、_。,补强圈补强,整锻件补强,接管补强,第三章 压力容器的整体设计问题,54,p109,第三章 压力容器的整体设计问题,55,58有效补强范围有多大?
21、,p110,第三章 压力容器的整体设计问题,56,59为了使跨中截面弯矩与支座截面弯矩数值上相近,对卧式容器鞍座的位置宜取()(A)A0.2L;(B)A0.5R;(C)A0.2L;(D)A=L/3,A,第三章 压力容器的整体设计问题,57,卧式容器除了考虑由操作压力引起的薄膜应力外,还要考虑容器总重导致筒体横截面上的纵向弯矩和剪力,而且跨中截面和支座截面是容器可能发生失效的危险截面。为了进行强度或稳定性校核,需要确定危险截面上的最大应力的位置与大小。,60卧式容器中_和_是需校核的危险截面。,支座截面,跨中截面,第三章 压力容器的整体设计问题,p116,58,p117,61支承在双鞍座上正压操
22、作的卧式容器,器壁中出现最大轴向拉伸应力的工况是:()装满物料而未升压;(B)装满物料已升压(C)未装物料而升压;,A,第三章 压力容器的整体设计问题,59,第三章 压力容器的整体设计问题,62卧式容器鞍座跨中截面上筒体的最大轴向应力发生在_和_。,截面最高点,截面最低点,p116,60,支座截面上:,63卧式容器鞍座支座截面上筒体的最大轴向应力发生在_和_。,截面最高点,截面最低点,第三章 压力容器的整体设计问题,p117,61,64卧式容器筒体上的最大切向应力在筒体有加强圈时发生在_,筒体无加强圈但是被封头加强时,及筒体未被加强时分别在_。,水平中心线处,p118,第三章 压力容器的整体设
23、计问题,62,65卧式容器筒体上最大周向压缩应力发生在()跨中截面最高处;(B)跨中截面最低处(C)支座截面最高处;(D)支座截面最低处;,D,第三章 压力容器的整体设计问题,63,66压力容器在结构设计中减少局部应力的措施是_;_。,局部载荷作用处加强,垫衬板减小局部应力,在结构不连续处尽可能圆滑过渡并避开焊缝,p136,第三章 压力容器的整体设计问题,64,p136,67压力封头和筒体连接处,为什么要直边段?,第三章 压力容器的整体设计问题,65,p136,68怎样把角焊缝变成对接焊缝?,第三章 压力容器的整体设计问题,66,第三章 压力容器的整体设计问题,69怎样把变径段的角焊缝变成对接
24、焊缝?,p137,上下连接部位的结构不连续应力过大,30o45o时大端应采用带过渡区的折边锥壳,45o时小端也应采用带过渡区的折边锥壳,最好采用反向曲线形式的回转壳,67,第三章 压力容器的整体设计问题,70容器支座为什么最好要加垫板?,p137,68,71焊缝可以分为几类?,第三章 压力容器的整体设计问题,容器壳体的纵向焊缝及凸形封头的拼接焊缝承受最大主应力,均属于A类焊缝。,69,71焊缝可以分为几类?,第三章 压力容器的整体设计问题,壳体的环向焊缝受的主应力仅为纵焊缝应力的一半,将其分类为B类焊缝。,70,71焊缝可以分为几类?,第三章 压力容器的整体设计问题,球形封头与圆筒壳的连接环缝
25、不属于B类而属于A类,因这条环缝相当于凸形封头上的拼接焊缝。A类及B类焊缝全部应为对接焊缝。,71,71焊缝可以分为几类?,第三章 压力容器的整体设计问题,法兰、平封头、管板等厚截面部件与壳体及管道的连接焊缝属C类焊缝,C类焊缝是填角焊缝,72,71焊缝可以分为几类?,第三章 压力容器的整体设计问题,接管、人孔或集液槽等与壳体或封头的连接焊缝属于D类焊缝,这基本上是不同尺寸的回转壳体相贯处的填角焊缝。,73,72压力容器焊接结构设计有哪些基本原则?,p139,第三章 压力容器的整体设计问题,74,72压力容器焊接结构设计有哪些基本原则?,第三章 压力容器的整体设计问题,p140,75,72压力
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