内压圆筒设计（常规设计）1解读课件.ppt
4.3 常规设计,力载荷处理，不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。,区别于分析设计,一、设计思想,“按规则设计”（Design by Rules） ，只考虑单一的最大,载荷工况，按一次施加的静,应力求解依据 材料力学及板壳 理论，按最大拉 应力准则来推导 受压元件的强度 尺寸计算公式。,校核受压元件 的应力强度 材料许用应力 （强度） 材料许用外压力 （失稳）,边缘应力采用 分析设计标准中 的有关规定和思 想，确定结构的 某些相关尺寸范 围，或由经验引 入各种系数。,4.3.1 概述,4.3.1 概述,过程设备设计,径向应力,强度理论及其相应的强度条件,薄壁容器的应力状态,轴向应力,环向应力,第一强度理论（最大主应力理论）,第三强度理论（最大剪应力理论）,强度条件,强度条件,适用于脆性材料,适用于塑性材料,常用强度理论,第四强度理论（能量理论）,强度条件,适用于塑性材料,第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。压力容器材料都是塑性材料，应采用三、四强度理论， GB150-98采用第三强度理论.,4.3.1 概述,（4-4）,采用式（4-4）或式（4-5）较为合理。但对于内压薄壁回转壳体，在远离结构不连续处，,式（4-3）简单，成熟使用经验，将该式作为设计准则。,压力容器材料韧性较好，在弹性失效准则中，,（4-5）,二、弹性失效设计准则,过程设备设计,4.3.2 圆筒设计,4.3.2 圆筒设计,过程设备设计,4.3.2.2 内压圆筒的强度设计,过程设备设计,考虑实际情况，引入pc等参数,考虑介质腐蚀性,考虑钢板厚度负偏差并圆整,厚度计算,设计准则：,1、厚度计算式：由中径公式,（4-13）,2、应力强度判别式： （对筒体进行强度校核，已知筒体尺寸Di、n或e）,（4-14）,式中 e有效厚度， e=n C，mm； n名义厚度，mm； C厚度附加量，mm t设计温度下圆筒的计算应力，MPa。,4.3.2.2 内压圆筒的强度设计,主要计算公式,过程设备设计,(K 1.5),4.3.2.2 内压圆筒的强度设计,过程设备设计,4.3.2.2 内压圆筒的强度设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,设计技术参数,设计压力,设计温度,厚度及厚度附加量,焊接接头系数,许用应力等,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,1、设计压力 为压力容器的设计载荷条件之一，其值 不低于最高工作压力。,设计压力应视内压或外压容器分别取值。,容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。,外压：（略）,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,计算压力是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截 面厚度的压力，其中包括液柱静压力。,通常情况下，计算压力=设计压力+液柱静压力,当元件所承受的液柱静压力5%设计压力时，可忽略不计。,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,3、厚度及厚度附加量,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,计算厚度（）由公式采用计算压力得到的厚度。 必要时还应计入其它载荷对厚度的影响。,设计厚度（d）计算厚度与腐蚀裕量之和。dC2,名义厚度（n）设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度。ndC1= C1 C2 ,有效厚度（e）名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕 量。enC1C2,厚度附加量（C）由钢材的厚度负偏差C1和腐蚀裕量 C2 组成，不包括加工减薄量C3。 C=C1+C2,加工减薄量根据具体制造工艺和板材实际厚度由制造 厂而并非由设计人员确定。,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,成形后厚度制造厂考虑加工减薄量并按钢板厚度规格第二 次向上圆整得到的坯板厚度，再减去实际加工 减薄量后的厚度，也为出厂时容器的实际厚度。 一般，成形后厚度大于设计厚度就可满足强度 要求。,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,4.3.2.3设计技术参数的确定,图4-5 厚度关系示意图,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,碳素钢、低合金钢容器：min不小于3mm； 高合金制容器：min不小于2mm；,最小厚度（min）考虑容器的刚性 制造、运输、吊装； 不包括腐蚀裕量；,4.3.2.3设计技术参数的确定,不包括腐蚀裕量,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,钢板或钢管厚度负偏差C1：按照相应钢材标准的规定选取钢材的厚度负偏差0.25mm，且不超过名义厚度的6%时， 可取C1=0。热轧钢板按厚度负偏差分N、A、B、C四个类别压力容器专用钢板厚度负偏差按B类要求，即取0.3mm,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,腐蚀裕量防止容器受压元件由于均匀腐蚀、机械磨损而 导致厚度削弱减薄。与腐蚀介质直接接触的筒 体、封头、接管等受压元件，均应考虑材料的 腐蚀裕量。,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,4.3.2.3设计技术参数的确定,接头形式,无损检测要求及长度比例,焊缝缺陷,夹渣、未熔透、裂纹、气孔等,焊缝热影响区晶粒粗大,母材强度或塑性降低,薄弱环节,4、焊接接头系数焊缝金属与母材强度的比值，反映容器 强度受削弱的程度。,影响因素,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,4.3.2.3设计技术参数的确定,表4-3 钢制压力容器的焊接接头系数值,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,5、许用应力容器壳体、封头等受压元件的材料许用强 度，取材料强度失效判据的极限值与相应 的材料设计系数（又称安全系数）之比。,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,4.3.2.3设计技术参数的确定,对韧性材料按弹性失效设计准则屈服点为基准；同时用抗拉强度作为计算许用应力的基准防止断裂破坏。,同时考虑基于高温蠕变极限,或持久强度,的许用应力,（4-19）,原因,即,或,（4-20）,表4-4 钢制压力容器用材料许用应力的取值方法,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3设计技术参数的确定,表4-4 钢制压力容器用材料许用应力的取值方法,4.3.2.3 设计技术参数的确定,材料设计系数保证受压元件强度有足够的安全储备量。取值：应力计算的精确性、材料性能的均匀性、载荷的确切 程度、制造工艺，使用管理的先进性以及检验水平等 因素有着密切关系。 -理论，实践经验积累。,GB150 查表钢板、钢管、锻件以及螺栓材料， 依据表4-4为钢材（除螺栓材料外）许用应力的确 定依据。螺栓许用应力依据材料不同状态和直径大小而定， 为保证密封性，严格控制螺栓的弹性变形。,4.3.2.3设计技术参数的确定,过程设备设计,4.3.2.3 设计技术参数的确定,
