化工设备第15讲复习.ppt
化工设备设计基础总复习,总复习 什么是薄壁容器？化工容器的分类 按工艺过程中的作用分类：按承压性质分类：内压容器：按破坏后造成的危害程度分类：压力容器零部件标准化的基本参数：化工压力容器机械设计的基本要求：,/R0.1或D0/Di 1.2,E，S，C，R,内压容器，外压容器,L，M，H，U,一类，二类，三类,DN，PN,化工设备设计基础总复习,化工设备对材料的基本要求：钢中的主要化学成分：钢的机械性能：强度：硬度：塑性：韧性：温度对钢的机械性能的影响：,b，s，f,强度，刚度，稳定，耐久，密封，经济，方便,机械性能，耐蚀性能，加工性能,C，Mn，Si，S，P,强度，硬度，塑性，韧性,HB，HR，HV,，冷弯性能,Akv，Kic和COD，NDT,强度，塑性，韧性,化工设备设计基础总复习,材料的耐腐蚀性能：材料的工艺性能：碳钢的分类及牌号：按含碳量分类：纯 铁：低碳钢：中碳钢：高碳钢：按冶炼方法分类：,耐大气、海水，耐酸，耐碱,焊，锻，切削，成型，热处理,含碳量，冶炼方法，品质,F，Z，b,c0.04,0.04 c0.25,0.25 c0.60,c0.60,化工设备设计基础总复习,按品质分类：普通碳素钢：优质碳素钢：碳钢的性能：机械，工艺，耐蚀性 使用限制：碳钢的热处理：,与合金钢相比强度较低，只能用于压力不很高的中小型容器；耐腐蚀性差，不能用于腐蚀性介质；使用温度范围较窄，不能用于高温或低温场合。,退，淬，正，回，调，固，化,p0.045，s0.050,p0.035，s0.040,化工设备设计基础总复习,什么是合金钢？常用的合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Al、B、W、Mo、V、Ti、Nb 合金元素的作用 强化铁素体 细化晶粒 改善热处理性能 提高耐腐蚀性 提高高温强度和高温抗氧化性,合金元素含量1.5%,化工设备设计基础总复习,合金钢的分类、牌号、性能和用途 按化学成分分类：低，中，高 按用途分类：普低钢：牌号、性能和用途 合金结构钢：牌号、性能和用途 不锈钢：牌号、性能和用途 耐热钢：牌号、性能和用途,普低钢，合金结构钢，不锈钢，耐热钢,化工设备设计基础总复习,有色金属及其合金 铜 铝 铅 镍 化工设备的选材原则,（1）满足生产工艺要求（2）满足安全可靠要求（3）具有良好的加工工艺性（4）经济节约,化工设备设计基础总复习,回转薄壳的薄膜应力理论 第一、二率半径R1和R2 微体平衡方程：区域平衡方程：内压球壳内的薄膜应力：内压圆筒内的薄膜应力：内压圆锥壳内的薄膜应力：,内压椭球壳内的薄膜应力：（1）、是坐标位置的函数，且连续变化。（2）、随长短轴之比a/b的增大而增大，应力分布状 况随a/b的增大而变差。当a/b1时，=，应力分 布最均匀。（3）在x=0处，在x=a，。（4）a/b2时，周边压，顶点拉。,化工设备设计基础总复习,承受液体静压力的内压壳体,化工设备设计基础总复习,边缘应力的特点 局部性：边缘应力仅限于不连续部位附近，离开边 缘区很快衰减为壳体基本应力。作用范围：（R为壳体半径，为壳体厚度）自限性：随着边缘应力的增大，材料发生屈服，从 而使不连续处的变形趋于一致，结果使边缘应力自 动限制在一定范围内。,化工设备设计基础总复习,薄膜应力理论的适用条件 设计上对边缘应力的处理方法 内压容器的设计内容：内压容器的设计参数：,化工设备设计基础总复习,（1）结构、形状、载荷轴对称（2）结构、形状、载荷连续（3）材料性能一致,壳体壁厚；壳体强度校核；容器最大允许工作压力。,设计压力，设计温度，许用应力，焊缝系数，壁厚附加量，最小壁厚等。,压力容器的设计标准：GB150钢制压力容器（现行1998版）内压圆筒计算厚度：内压圆筒强度校核：内压圆筒最高允许工作压力：公式的适用范围：,化工设备设计基础总复习,压力容器设计几种厚度的定义,化工设备设计基础总复习,内压球壳计算厚度：内压球壳强度校核：内压球壳最高允许工作压力：公式的适用范围：,化工设备设计基础总复习,设计参数的确定 工作压力pw：设计压力p：计算压力pc：工作温度tw：设计温度t：非低温容器，低温容器 焊缝系数的含义 焊缝系数的取值：,化工设备设计基础总复习,双面焊：1.0，0.85；单面焊：0.9，0.8,厚度附加量：C=C1+C2 许用应力：安全系数的影响因素：（1）条件载荷的准确性程度（2）设计计算方法的精确性（3）材料性能的稳定性（4）制造与检验水平（5）操作与管理水平（6）安全裕度（7）其它因素,化工设备设计基础总复习,圆筒的最小（有效）厚度min 椭圆形封头和碟形封头的最小有效厚度min 椭圆形封头：形状系数k1时，min0.15Di 形状系数k1时，min0.30Di 碟形封头：形状系数M1.34时，min0.15Di 形状系数M1.34时，min0.30Di,化工设备设计基础总复习,碳钢及低合金钢制容器，不小于3 mm;高合金钢制容器，不小于2 mm。,试验压力的确定 液压试验：气压试验：气密性试验：压力试验情况下圆筒的应力校核 液压试验：气压试验：,化工设备设计基础总复习,椭圆形封头 计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：标准椭圆形封头K=1,化工设备设计基础总复习,碟形封头 计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：,化工设备设计基础总复习,无折边球面封头 计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：,化工设备设计基础总复习,从强度上比较三种凸形封头的好坏（参考P194例题）,无折边锥形封头 锥体部分 计算厚度：强度校核：最高允许工作压力：大端加强段：小端加强段：,化工设备设计基础总复习,无折边锥形封头的半锥角：30 有折边锥形封头 锥体部分：大端过渡段：小端加强段：,化工设备设计基础总复习,外压圆筒失稳的临界压力 临界压力的影响因素 临界压力的计算公式（1）长圆筒的临界压力Bresse公式（2）短圆筒的临界压力Mises公式,化工设备设计基础总复习,（1）圆筒的几何尺寸：/D，L/D（2）材料的物理性能：E，,临界长度：许用外压力：外压容器设计参数的确定 设计压力：p=max(p)（1）外压容器：p取最大内外压力差（2）真空容器：有安全阀，p=min1.25p，0.1MPa 无安全阀，p=0.1 MPa 试验压力,化工设备设计基础总复习,（1）液压试验：pT=1.25p（2）气压试验：pT=1.15p,外压圆筒计算长度L 圆筒上两相邻能起支撑作用的 构件之间的距离。能起支撑作用的构件：加强圈、支承圈、夹套端板、法兰以及 封头等。对于凸形封头应计入封头曲面 高度的1/3。,化工设备设计基础总复习,外压圆筒图算法设计步骤,化工设备设计基础总复习,（1）假设n，计算e、L/D0和D0/e；,（2）由L/D0和D0/e查图11-3得到系数A；,（3）由系数A，根据材料查图11-411-9得到系数B；,（4）计算许用外压p：,（5）校核稳定性：pcp 且接近为合适。否则，重新假 设n，重复上述步骤，直至合适为止。,外压加强圈的作用（1）设计壳体厚度时（2）给定壳体厚度时 加强圈的结构 型钢整圈围绕并焊接在筒体（内/外）圆周上。,化工设备设计基础总复习,可减小壳体厚度，节约材料；,可提高圆筒的稳定性。,外压加强圈的设计步骤（1）假设加强圈截面形状和尺寸As，计算d 和 a（2）计算组合截面惯性矩：（3）计算系数B：（4）查图11-411-9或按公式计算确定系数A：（5）计算满足稳定要求所需要的组合截面惯性矩：（6）校核稳定性：且接近为合适。,化工设备设计基础总复习,外压半球形封头 临界压力：对于钢材：许用外压：,化工设备设计基础总复习,外压半球形封头图算法设计步骤(1)假设n，计算e和R0/e；(2)计算系数A：；(3)由系数A，按材料查图11-4图11-9得到系数B；(4)计算p：；(5)校核稳定性：pcp 且接近为合适。,化工设备设计基础总复习,外压椭圆形封头和碟形封头 当量球壳半径 椭圆形封头：R0kD0 碟形封头：R0取球冠部分的外半径。无折边球面封头 按外压球壳失稳计算；按外压球壳强度计算（见10.4 节）；取二者较大值。,化工设备设计基础总复习,
