压力容器-外压容器与压杆的稳定计算课件.ppt

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1、第二篇 压力容器,第六章 压力容器与化工设备常用材料第七章 压力容器的薄膜应力、弯曲应力、二次应力第八章 内压容器第九章 外压容器与压杆的稳定计算第十章 法兰连接第十一章 人孔、手孔、视镜和液面计第十二章 开孔补强与设备凸缘第十三章 容器支座第十四章 容器的焊接结果第十五章 压力容器的监察管理与定期检验,序言1 稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,序言,外压容器：壳体外部压力大于壳体内部压力的容器,实例：减压精馏塔、真空冷凝器、夹套反应釜等,序言1 稳定的概念与实例2 外压

2、圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第一节 稳定的概念与实例,一、稳定的概念 P209，第一段,二、“稳定”问题实例 临界压力,序言1 稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第二节 外压圆筒环向稳定计算,一、临界压力的计算,长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒厚与直径的比值有关。,长圆筒临界压力：,短圆筒临界压力：,e：筒体的有效壁厚，mm；D0：筒体的外直径，mm；L：筒体的计

3、算长度，mm。,短圆筒的临界压力随筒体计算长度增加而减小。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度Lcr来判定。,计算长度LLcr时，圆筒为长圆筒计算长度LLcr时，圆筒为短圆筒,第二节 外压圆筒环向稳定计算,外压筒体计算长度L：指筒体上两个刚性构件如封头、法兰、加强圈之间的最大距离。对于凸形端盖：L=圆筒长封头直边段n1/3端盖 深度（n=1或2）对于法兰：L=两法兰面之间的距离 对于加强圈：L=加强圈中心线之间的距离,第二节 外压圆筒环向稳定计算,2.材料性能对外压圆筒稳定性的影响,根据公式9-1、9-2可以看出：,圆筒临界压力跟材料的弹性模量有直接的联系

4、E值越大，其临界应力越大，抗变形能力越强,于是可以得出：选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器时并不能提高筒体的临界压力。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,二、外压圆筒的稳定计算相关,m：稳定系数，对圆筒m=3,许用外压,外压容器的稳定计算中，需要的是许用外压。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,长圆筒临界压力：,短圆筒临界压力：,压力与应力关系,长圆筒临界应力：,短圆筒临界应力：,公式中有弹性模量E无法确定（弹性形变或非弹性形变）,第二节 外压圆筒环向稳定计算,应力与应变关系,长圆筒临界应变：,短圆筒临界应变：,长圆筒临界应力：,短圆筒临界应力：,第二节 外压圆筒环向稳定计算,外压圆筒的稳定计算方法

5、,1）根据圆筒的外径D0、有效厚度e、计算长度L，计算cr,2）根据计算所得cr，结合材料-曲线，求出cr：,cr p，cr=E cr,crp，从-曲线上查得cr,3）计算需用压力,略小于设计压力p或工作压力,第二节 外压圆筒环向稳定计算,三.外压圆筒稳定计算的图算法 p215图9-7,引入两个参数A和B：,或,即,绘制L/Do-Do/e-A 关系曲线,根据圆筒的L/Do和Do/e查L/Do-Do/e-A 关系曲线，可得到A 值（即cr）。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,将材料的-曲线改为2/3-，即A-B曲线，则根据A值可从图中求出B值，可计算需用压力。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,1）假

6、设壁厚n，计算有效厚度e=n-C1-C2，计算筒体长度L；2）计算L/Do、Do/e，查图9-7，得A值，若L/Do 50，用L/Do=50查A值；3）根据材料选出A-B曲线，在曲线横坐标上找到A点，若A点位于直线段（左侧），说明圆筒发生弹性失稳，B=2/3EA，若A位于曲线段（右侧），从曲线上查得B值；4）计算许用压力,5）比较p和p，若p P且较接近，则假设的n符合要求，否则重新假设n，重复以上过程直到符合要求为止。,第二节 外压圆筒环向稳定计算,图算法外压圆筒稳定计算的计算步骤：,对于在用外压容器的稳定校核，根据实测厚度c，计算有效厚度e=c-2n，按上述步骤计算p，进行稳定校核。,第二

7、节 外压圆筒环向稳定计算,塔的计算长度,钢板负偏差均为0.8mm（p173表8-11）钢板的腐蚀裕量取1mm有效厚度为7.2、10.2和12.2mm简化计算，有效厚度取7、10和12mm,例1：分馏塔内径2000mm，塔身(不包括椭圆形封头)长度为6000mm，封头深度500mm。370及真空条件下操作。现库存有9、12、14mm厚20R钢板。能否用这三种钢板制造。,解：,第二节 外压圆筒环向稳定计算,当de=7mm时,查图9-7得A=0.000082。20R钢板的ss=250MPa，查图9-9，A值点落曲线左侧，E=1.69105MPa,p0.1MPa，所以9mm钢板不能用。,第二节 外压圆

8、筒环向稳定计算,当de=10mm时,查图9-9，A值所在点仍位于曲线左侧，E=1.69105MPa,p0.1MPa，所以12mm钢板也不能用。,查图9-7得A=0.000014,第二节 外压圆筒环向稳定计算,查图9-9，A值所在点仍位于曲线左侧，E=1.69105MPa,p0.1MPa，所以，须采用14mm厚的20R钢板制造。,当de=12mm时,查图9-7得A=0.000018,序言1 稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第三节 封头的稳定计算,一、外压球壳与凸形封头的稳

9、定计算,1.外压球壳,临界压力,临界应力,临界应变,许用压力,R：球壳半径,第三节 封头的稳定计算,许用压力,ms=14.52,令,则,令,则Bs值可从A-B曲线中查得,第三节 封头的稳定计算,外压球壳稳定计算步骤：,1）假设壁厚n(新容器)，或实测壁厚n(在用容器)，计算有效厚度e=n-C1-C2或e=c-2n，计算e/R；,3）根据材料选出A-B曲线，若A值位于曲线左侧，说明发生弹性失稳，根据图上的E值，计算许用压力p：,2）计算A值,4）若A位于曲线右侧，从曲线上查得Bs值，计算 p：,5）比较 p与p,第三节 封头的稳定计算,2.外压凸形封头,外压凸形封头的稳定计算与球壳相同，但球壳半

10、径R取值不同：球冠形封头R取球面内半径；标准椭圆形封头取R=0.9Di；蝶形封头取球面部分外半径。,第三节 封头的稳定计算,3.外压带折边的锥形封头,当半锥角a60时，用“当量圆筒”进行计算：,1）当量圆筒的直径=封头大端直边段外直径D0,2）当量圆筒的当量长度Lc：,3）当量圆筒的当量厚度dc：,第三节 封头的稳定计算,外压带折边的锥形封头稳定计算步骤：,1）假设壁厚n，计算当量厚度c，根据有关尺寸计算当量长度Lc；2）计算Lc/Do、Do/c，查图9-7，得A值；3）根据材料选出A-B曲线，若A点位于曲线左侧，说明圆筒发生弹性失稳，B=2/3EA，若A位于曲线右侧，从曲线上查得B值；4）计

11、算许用压力,5）比较p和p，若p P且较接近，则假设的n符合要求，否则重新假设n，重复以上过程直到符合要求为止。,序言1 稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,第四节 真空容器加强圈的计算,在圆筒的内部或外部相隔一定的距离焊接用型钢做的加强圈，利用圈对筒壁的支撑作用，可以缩短圆筒的计算长度，提高圆筒的临界压力，从而提高其工作外压。,结构：扁钢、角钢、工字钢等都可以制作加强圈。,一、加强圈的作用和结构,第四节 真空容器加强圈的计算,加强圈的结构形式,扁钢,角钢,工字钢,槽钢,第

12、四节 真空容器加强圈的计算,二、加强圈的间距和数量,钢制短圆筒临界压力为：,Ls加强圈的间距，mm。,可见，当圆筒的D0、e 一定时，外压圆筒的临界压力和允许最大工作外压都随着筒体加强圈间距Ls的缩短而增加。通常设计压力是由工艺条件确定了的，只有通过改变加强圈的参数来满足设备稳定性的要求。,第四节 真空容器加强圈的计算,筒体的D0、e和承受的外压p已确定时，该筒体需加强圈的最大间距：,加强圈的数量等于圆筒不设加强圈的计算长度L除以所需加强圈间距Ls再减去1：加强圈个数n=(L/Ls)一1,第四节 真空容器加强圈的计算,理论分析可导出：,Imin：使在设计外压p（p=pc）的作用下圆环不失稳，加

13、强圈所必须具有的最小轴惯性矩。,L：加强圈间距，mmD0：筒体外径，mm,1.加强圈所需要的最小截面轴惯性矩,第四节 真空容器加强圈的计算,根据稳定条件，加强圈（包括型钢和筒体有效段）所提供的轴惯性矩Ix必须满足：,2）组合截面对中性轴惯性矩Ix的计算,1）稳定条件,x0：角钢的中性轴,x1：矩形截面的中性轴,x：组合截面的中性轴,2.加强圈实际提供的截面轴惯性矩,第四节 真空容器加强圈的计算,组合截面中性轴的位置：,A0、A1：角钢和矩形截面面积,组合截面对x轴的惯性矩Ix等于角钢对x轴的惯性矩(Ix)A和矩形截面对x轴惯性矩(Ix)R角之和：,第四节 真空容器加强圈的计算,惯性矩平移定理：,z1,z,a,z：过截面形心z1：与z平行，相距aA：截面面积Iz：截面对z轴的惯性矩,截面对z1轴的惯性矩Iz1：,利用惯性矩平移定理将型钢的Ix0和矩形截面Ix1转化为(Ix)A和(Ix)R则可求得组合截面的惯性矩：,从而可以进行加强圈的稳定计算：,序言1 稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,序言1 稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介6 圆筒的轴向稳定校核,第九章 外压容器与压杆的稳定计算,