压力容器设计基础知识.ppt

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1、1压力容器设计复习 基本概念2第一章 压力容器设计概论 压力容器设计复习 3第一章 压力容器设计概论 这一章内容主要阐述了化工容器的特点，从安全性和经济性两方面分析了设计压力容器的基本要求，同时通过介绍压力容器质量保证体系这一重要概念，从而明确本课程的性质、对象、范围及方法。4第一章 压力容器设计概论(1)明确本课程的主要任务和主要研究对象。(2)了解压力容器的应用特点和设计压力容器的基本要求。(3)充分认识压力容器建立质量保证体系的必要性并了解其基本内容。(4)一般了解国内外主要的压力容器规范。1.1 基本要求5第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(1)“压力容器设计”的任务是研究容器

2、在压力、温度和化学介质等作用下的受力、变形和失效的规律，为合理设计容器截面形状和尺寸提供有关强度、刚度、稳定性分析和密封性的基本理论和方法。6第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(2)压力容器设计是以材料力学、机械零件、金属材料等课程为基础的一门专业主干课，因此学习本课程不仅要掌握压力容器的一般设计方法，重在掌握基本原理和设计思想，学会综合运用其他课程的基本理论和方法，全面考虑、分析和解决工程实际问题。7第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(3)压力容器的本身特点决定其安全性是核心问题，因此设计容器应当是以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足

3、够的安全寿命，即使容器满足强度、刚度和稳定性的要求，此外，材料消耗低，制造、操作、安装和维修方便等。8第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(4)压力容器的质量管理和质量保证体系是更严格意义上的安全性，它是近代系统工程学在压力容器领域中的应用，所以也称“压力容器安全系统工程”，它包括了安全监察、检验、设计制造、使用管理以及安全评估等方面。就一台容器而言，包括了设计、材料、制造与制造过程中的检验、在役检验与监控四个方面。其中，设计是先导，材料是基础，制造是关键，检验是保征。9第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(5)正确选择和合理使用材料是压力容器设计的一个重要组成部分，对于保证容器的

4、结构合理，安全使用和降低制造成本至关重要。除了适合工艺过程要求外，材料的选择必须考虑力学性能和工艺性能两方面的要求。前者包括适当的强度、良好的塑性和较好的韧性，后者包括良好的冷热加工性能，较好的可焊性和适宜的热处理性能等。因钢材具有上述众多优点而成为主要的容器用材，但不排斥特殊的场合使用有色金属、非金属材料等。10第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(6)压力容器用钢按化学成分与用途主要有三类，即普通碳素钢、低合金(高强度)钢、不锈耐酸钢和耐热钢。普通碳素钢与低合金钢又可根据制造容器的特殊要求派生出压力容器用钢。压力容器用钢区别一般用钢主要在于降低了钢中的硫、磷的含量，增加了冲击功的指标

5、和提高了质量检验要求。11第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(7)压力容器的设计和制造都需遵循一定的标准规定，这类标准和规范是综合了理论、试验和经验的产物，在法律上是强制性的。我国的压力容器设计规范主要有GB150“钢制压力容器”以及JB4732“钢制压力容器分析设计标准”。同时作为政府部门对压力容器安全监督的法规主要是“压力容器安全技术监察规程”。此外还有关于材料、制造、检验等必须遵循的国家标准和行业标准。这些共同组成以GBI5O为核心的标准体系，是压力容器质量管理和质量保证体系中加强法制的具体表现。12第一章 压力容器设计概论 1.2 内容要点(8)从安全的重要程度对压力容器分类，

6、对于压力容器的技术管理和安全监督具有特殊的意义。这里，容器的类别按压力高低、容器大小、介质的危害程度以及在生产中的重要作用划分成三类，其中的三类容器最为重要。要求也最为严格。132.1 回转壳体的薄膜应力2.2 压力容器的不连续应力2.3 圆形平板的应力第二章 容器设计的理论基础压力容器设计复习 142.1 回转壳体的薄膜应力第二章 容器设计的理论基础本节通过介绍薄壳理论的一些基本概念、基本理论和分析方法、主要讨论回转薄壳的无力矩理论以及在轴对称条件下的薄膜应力和变形的计算。152.1 回转壳体的薄膜应力轴对称问题是容器壳体的应力分析和强度计算的最基本问题，对轴对称问题的理解和掌握是薄壁容器的

7、工程设计的理论基础，同时无力矩理论所得结果总可以作为分析壳体在载荷、结构突变处附近局部区域弯曲问题(有力矩理论)的特解，因此掌握好本节内容将有助于后续各节的学习。第二章 容器设计的理论基础162.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.1基本要求(1)了解回转薄壳应力分析中采用两种计算理论的基本原理与意义。(2)掌握回转壳体几伺特性的基本定义，学会对几种典型回转壳体第一曲率半径和第二曲率半径的计算。第二章 容器设计的理论基础17(3)熟练掌握利用无力矩壳体理论求解轴对称问题的基本方程式计算常用容器壳体的薄膜应力以及薄膜平行圆径向位移和经线转角。(4)正确理解无力矩理论的应用条件。2.1 回转壳体的薄膜

8、应力 2.1.1基本要求第二章 容器设计的理论基础182.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(1)工程实际中，薄壳指的是壳体厚度与其中间面最小主曲率半径的比值不超过1/10的薄壁壳体结构。薄壁容器的外壳一般是这种，且其几何上对称于某一轴线的结构，故称回转薄壳。容器薄壳通常承受的外部载荷对称于同一轴线，且支承条件也是轴对称。由于载荷、结构是轴对称的，因而壳内的应力和变形均具有轴对称特点，解这类壳体问题统称为回转壳体的轴对称问题。第二章 容器设计的理论基础192.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(2)分析壳体的应力有两种基本理论“无力矩理论(薄膜理论)”与“有力矩理论”。对于

9、轴对称问题，壳体中面微元四个边上存在法向力N、N，弯矩M、M和横向力Q等五个内力分量(它们是沿微元侧边分布的单位长度的力与力矩)。若N、N相对于M、M、Q大得多，可将后者忽略为零。大大简化了计算。这种壳体理论就是“无力矩理论”、反之考虑全部内力，就是“有力矩理论”。第二章 容器设计的理论基础202.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(3)回转壳体中几何特征中的第一主曲率半径(Rl)和第二主曲率半径(R2)是计算壳体薄膜应力的两个重要几何参数。从定义出发，Rl是壳体上任意点的经线曲率半径，因此可以直接由描述经线形状的关系式确定：而R2是垂直于该点经线切线的截面切割壳体中面而成的曲线的主

10、曲率半径。第二章 容器设计的理论基础212.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点 由于Rl的中心Ol、与R2的中心O2都在中面的法线上，和第二主曲率中心O2在回转轴线上，R2为壳体中面上考察点沿法线至回转轴的长度，或利用R2与垂直于回转轴与垂直于回转轴与中面相割的平行圆半径的关系式求解(见图)。注意Rl、R2可以是常数，如球壳、锥壳和圆柱壳，也可以是逐点变化的，如椭球壳，尖顶壳等。第二章 容器设计的理论基础222.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(4)按无力矩理论计算回转壳体薄膜应力是薄壁容器强度计算的理论基础。若对于圆柱或球形薄壳，受均匀气压下可采用材料力学“截面法”计算

11、周向内力N和经向内力N，但是对一般回转壳，因沿经线的内力不相同，只能采用从壳体上取微体的力平衡分析得到以下两个基本方程。以求解壳体上任意点的薄膜内力(仅考虑受法向分布面载荷Pz)，即第二章 容器设计的理论基础232.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点将式(2-1)中的N 从代入式(2-2)，并将所得表达式两边乘以sin，于是化为：(2-1)(2-2)微体平衡方程式。第二章 容器设计的理论基础242.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(2-2)从壳体通过角截出一部分，F表示作用在该壳体上所有外部载荷的轴向合力，因轴对称，N沿角截出的壳体作用边为常数。所以根据轴向的平衡条件(见

12、图)，即为式(2-2)。区域平衡方程式第二章 容器设计的理论基础252.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(2-2)(2-1)和(2-2)两个方程式是求解回转薄壳轴对称问题的无矩内力的基本方程式；解题的难点通常是如何采用直接的方法，根据外部载荷的具体情况，截取部分壳体列出轴向力平衡确定F以求出N。N确定以后，可由式(2-1)得出N。(2-1)第二章 容器设计的理论基础262.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(2-3)(5)在壳体的理论分析中，考虑的是内力，而容器的工程设计关心的壳体内部各点的应力。对于上述的N、N,相当于矩形杆承受轴向载荷所引起应力的合力,因这种应力沿厚度

13、均匀分布，因此环向薄膜应力N和经向薄膜应力N的计算式为(其中t为壳体的厚度):根据薄膜理论的假设，径向应力Z0第二章 容器设计的理论基础272.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(6)轴对称加载的回转壳体，产生轴对称变形。当薄膜应力已知时，可以求出这种变形。并称为薄膜变形。由于分析壳体不连续性概念与计算不连续应力的考虑,关注的是容器边缘处的薄膜平行圆径向位移(或平行圆半径增量)与经线转角。注意按教材的规定,平行圆径向位移的符号约定为平行圆半径增大为负，反之为正；转角以回转轴左侧的经线为准、逆时针转动为正，反之为负。在以后壳体不连续分析时所采用的符号要与之一致。第二章 容器设计的理论基

14、础282.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点(7)壳体的无力矩工作状态存在两种情况，一种是壳体的抗弯刚度非常小实际不能抵抗弯曲，只能是无矩应力状态；第二种情况是壳体既然有厚度，就具有限的抗弯刚度，但由于特定的壳体形状、加载方式以及支承条件使弯曲应力比薄膜应力小很多形成事实上的无力矩应力状态。第一种情况虽属于无力矩理论范围但不是我们研究的对象而实现第二种的无力矩工作状态就必须满足三个限制条件，即：第二章 容器设计的理论基础292.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点 壳体的曲率，厚度和物理性质或作用在壳体上的载荷都是连续的且没有突然的变化；壳体的边界上没有力矩和横向力作用；壳体

15、边界上的法向位移及转角不受限制。第二章 容器设计的理论基础302.1 回转壳体的薄膜应力 2.1.2 内容要点下图是容器上不满足无力矩理论应用条件的一些局部区域的实例。第二章 容器设计的理论基础31第二章 容器设计的理论基础压力容器设计复习 2.1 回转壳体的薄膜应力2.2 压力容器的不连续应力2.3 圆形平板的应力322.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 基本要求(1)了解圆柱壳轴对称弯曲问题的一般解法,掌握长圆柱壳受均匀分布的边缘载荷作用时计算弯曲应力的基本步骤。(2)掌握容器不连续效应的基本概念以及不连续应力的意义和特征。(3)学会用变形连续性条件和迭加原理计算容器在形状、载荷、温度

16、等不连续情况下应力的方法。第二章 容器设计的理论基础332.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点(1)前一节压力容器受内压作用时，考虑遍布全壳沿壁厚均匀分布的法向应力，或称薄膜应力。但壳体必须满足一定的条件，使得壳体中弯曲引起的应力比薄膜应力小得多，因而忽略不计。实际容器壳体，由于不同的薄膜应力而引起的不同位移将发生较大的弯曲变形，它产生的弯曲应力数值可以很大，仅用薄膜应力描述应力状态就不充分了，需要采用有力矩理论考虑壳体的弯曲。第二章 容器设计的理论基础342.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点(2)当考虑较简单的圆柱壳对称弯曲问题时，壳体中不仅有薄膜内力N、N，(其中

17、还包含弯曲成分)，还存在弯曲内力M、M、Q。如果仅考虑力平衡关系，不能求出未知内力，如同材料力学中的静不定问题，要综合考虑力平衡条件、变形(几何)条件和物理条件三个方面，最后归结为求解弯曲问题的微分方程，即 第二章 容器设计的理论基础352.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点 该方程通解等于齐次方程的通解加上一个不为零的特解，可以近似把薄膜解当作一个特解，于是第二章 容器设计的理论基础362.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点 为了应用方便,w齐可表示为长圆柱壳在其边缘上只承受均匀分布的边缘剪力Q0和边缘弯矩M0作用的弯曲解形式(见图)，即(以下w齐用w(Q0,M0)表

18、示)第二章 容器设计的理论基础372.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点由此得到各内力的表达式为：第二章 容器设计的理论基础382.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点在受载端的挠度和转角为：第二章 容器设计的理论基础392.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点(3)实际容器都是由两种(或两种以上)不同形状或厚度或材料的壳体组合而成，在外加载荷(机械载荷或热载荷)作用下，相邻壳体连接处的薄膜变形不相同，就发生了局部弯曲以保持器壁的连续性，在这些部位发生较高的附加应力，称为边缘效应或不连续效应，产生的附加应力，称为不连续应力。第二章 容器设计的理论基础402.2

19、压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点(4)工程上分析容器壳体连接处不连续效应的方法称为不连续分析，其基本方法分别是求出各部分在连接处由压力p和边缘载荷Q0,M0引起的变形，然后利用变形连续条件和叠加原理，得到只包含未知边缘载荷Q0,M0所组成的线性代数方程组，即 第二章 容器设计的理论基础412.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点 据此确定Q0,M0，再后将压力引起的薄膜内力和由边缘载荷引起的弯曲内力迭加，便得到壳体中的总内力。因此一旦得到上述结果，就可求得如下圆柱壳体内外表面的总应力：内压引起的薄膜应力内压引起的薄膜应力Q0,M0引起的弯曲应力弯曲引起圆筒半径伸长或缩短产生

20、的周向拉压应力第二章 容器设计的理论基础422.2 压力容器的不连续应力 2.1.1 内容要点(5)这是总体结构不连续应力，基本特征之一是局部性，影响半径与(Rt)是同一量级；其二是自限性，局部屈服或较小畸变就能消除附加应力发生的条件，因此对于在静载的塑性材料，不连续应力可以通过边缘结构的合理设计，限制其应力水平过高，但是在容器受到交变载荷的作用，或材料在工作环境下呈现脆性时，确定不连续应力具有重要的意义，因为高应力可成为疲劳失效的发源地或直接导致脆性破裂。第二章 容器设计的理论基础43第二章 容器设计的理论基础压力容器设计复习 2.1 回转壳体的薄膜应力2.2 压力容器的不连续应力2.3 圆

21、形平板的应力442.3 圆形平板的应力 2.1.1 基本要求第二章 容器设计的理论基础(1)理解薄板弯曲理论的基本假设及其含义。(2)了解求解圆板轴对称弯曲问题的基本原理和步骤(3)掌握圆板在常用边界条件和几种简单受力下应力和挠度的计算。(4)了解用叠加法对实际容器结构中环板弯曲应力的计算方法。452.3 圆形平板的应力 2.1.1 内容要点第二章 容器设计的理论基础(1)圆板或圆形环板是压力容器的重要构件。按板厚 t 与中面特征尺寸 l(例如直径、边长)相比，t/l 1(工程上，t/l 1/5)称为薄板，否则称为厚板。板在横向载荷作用下，将产生弯曲变形，板的最大弯曲挠度 w 与板厚相比，当

22、w/t 12mm时，接管DN80mm，当壳体的Tn12mm时，接管DN50mm。3.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计91(4)由于开孔应力集中的局部性，一般采用局部补强结构l 贴板补强的结构简单，制造方便，使用经验成熟，但补强面积分散，作用并不大，而且补强圈与壳体搭接处刚度大，焊接易产生裂纹。抗疲劳性能差。温度较高时，热应力较大。l 厚壁管补强的结构简单，制造方便，补强面积集中，能有效降低应力集中系数。l 整锻件补强的补强面积集中，能最有效降低应力集中系数。焊接接头为对接焊，质量容易保证，抗疲劳性能好。但制造麻烦，成本高。3.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要

23、点第三章 中低压容器设计92(5)补强设计准则有等面积法、极限分析法、压力面积法等。其中等面积法是开孔补强计算中应用最为广泛的方法。l 等面积法：该法是在有效补强范围内，使补强金属截面积不小于开孔失去的有效金属截面积，它是以开孔后截面的一次总体平均应力不致升高为依据的。当小开孔时，开孔边缘的应力是以局部薄膜应力为主的，因此上述假设适用。开孔直径较大时，开孔边缘除有很大局部薄膜应力外，还有很高的弯曲应力，故等面积法应对开孔最大直径加以限制。3.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计93(5)补强设计准则有等面积法、极限分析法、压力面积法等。其中等面积法是开孔补强计算中应用

24、最为广泛的方法。l 极限分析法：以开孔补强结构发生塑性失效的极限载荷为依据，并将最大应力控制在2y内的设计方法，在GB150中，将此法称为“开孔补强设计的另一方法”。3.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计945 等面积法的计算3.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计953.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计96(3)有效补强范围宽度外侧高度内侧高度取小值取大值取小值3.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计973.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计wXYZtn图

25、3-2 等面积补强简图开孔削弱的截面积A0壳体计算壁厚外多余的金属面积A1 有效补强区内另外增加的补强元件的金属截面积接管计算厚度外的多余金属截面积有效补强区内焊缝金属截面积98（5）有效补强面积筒体多余金属面积接管多余金属面积有效补强区内焊缝金属截面积A3。当时，不需补强，否则补强面积为圆筒体的斜接管，封头的非径向接管开孔补强以及大开孔的补强计算，可参考有关标准。3.3 开孔与补强设计 3.3.2 内容要点第三章 中低压容器设计99第三章 中低压容器设计压力容器设计复习 3.1 壳体的设计3.2 法兰的设计3.3 开孔与补强设计3.4 卧式容器与支座的设计3.5 局部应力计算3.6 结构设计

26、问题100 卧式容器支座形式有圈座、支腿和鞍座。其中鞍座是应用最广泛的一种支承方式，这种支座已标准化，设计时尽量选择标准支座，不能选标准则需自行设计。即使选用标准鞍座，也应对筒体的强度和稳定性进行校核计算。本节介绍双鞍座容器的载荷、内力、应力的计算及校核等问题。3.4 卧式容器与支座的设计第三章 中低压容器设计101(1)了解鞍式支座的结构，并能合理确定鞍座的位置。(2)能正确进行双鞍座卧式容器的载荷、内力、应力计算和强度校核。3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.1 基本要求第三章 中低压容器设计102(1)卧式容器一般用对称布置的双鞍座，其受力状况可简化为以受均布载荷为主的外伸梁。若鞍座形

27、心至相邻封头切线的距离为A，为使跨中截面与支座截面处轴向弯矩绝对值大致相等，一般取A0.2L，为了尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，还应使A0.5Rm。但对于壁厚、长径比较大的容器，或鞍座处设有加强圈时，A可稍大一些。3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计103(2)双鞍座卧式容器的载荷除操作压力外，还有筒体、封头、附件、充液质量载荷和支座反力。若令设备最大质量为m，则鞍座反力F=mg/2：梁长为L（两封头切线间距）时，梁上承受均布载荷q和梁两端的弯矩M、剪力V作用，如下所示。梁的内力有轴向弯矩和竖直剪力，其最大弯矩在容器的支座截面或跨中截面上；最大剪力在容

28、器的支座截面处。3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计104图3-2 双鞍座卧式容器受载简图3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计105跨中截面的弯矩：支座截面的弯矩：(3-18)(3-19)3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计106 支座截面的最大剪力，通常在靠近圆筒纵向中心一侧的筒体截面上，为(3-20)3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计107(3)卧式容器除操作压力引起的薄膜应力外，还因质量载荷和支座反力作用，使筒体跨中截在存在轴向弯曲力，在支座截

29、面既有轴向弯曲应力，也有切向剪应力和周向应力。l筒体的轴向应力由压力和轴向弯矩产生的两部分应力组成，如表3-8所示。3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计108表3-8 筒体的轴向应力3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计跨中截面支座截面109 从表中可知，最大拉应力可能出现在跨中截面的最低点处或鞍座截面的最高点处(若筒体未被加强而要考虑扁塌现象时，则在鞍座的边角附近)。最大压应力可能出现在筒体和跨中截面的最高点处或鞍座截面的最低点处。验算应力时应根据不同压力(内压或外压)和不同工况进行应力组合，求出最大拉应力和最大压应力。并

30、使最大拉应力不得超过材料的许用应力，最大压应力不得超过材料的轴向许用压缩应力。3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计110(2)在支座截面处的剪力在筒体中引起切向剪应力，最大剪应力如下表所示，表中的剪应力分别满足表3-9 筒体与封头的最大剪应力3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计位置有加强圈无加强圈水平中心线处鞍座边角处封头上h111(3)在支座截面上，由周向弯矩和周向压缩力引起周向应力，当无加强圈时，筒体的最大周向应力如表3-10所示。表3-10 无加强圈筒体的周向应力3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三

31、章 中低压容器设计位置无垫板或垫板不起加强作用有垫板加强截面最低点鞍座边角处鞍座边角处112 表中tre为垫板有效厚度，k为系数，当容器焊在支座上时为1，否则为零筒体的周向应力应满足：3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计113(4)鞍式支座标准为JB/T4712，标准鞍座分轻型(A型)和重型(B型)，它由底板、腹板、筋板和垫板(或无垫板)组成。鞍座结构尺寸如鞍座宽度、垫板尺寸、包角、鞍座高度和腹板厚度等对鞍座处的各项应力产生影响。为避免筒体由于温度变化产生过大的附加应力，双鞍座中的一个为固定式(F)，另一个用滑动式(S)。3.4 卧式容器与支座的设计 3.4

32、.2 内容提要第三章 中低压容器设计114支座承受的水平分力为：支座有效断面的平均应力为：上述计算出的应力不应超过鞍座材料许用应力sa的2/3倍(3-22)(3-21)3.4 卧式容器与支座的设计 3.4.2 内容提要第三章 中低压容器设计115第三章 中低压容器设计压力容器设计复习 3.1 壳体的设计3.2 法兰的设计3.3 开孔与补强设计3.4 卧式容器与支座的设计3.5 局部应力计算3.6 结构设计问题116 容器受其附件传来的载荷作用，在与附件连接的容器处产生局部应力。对于容器的常规设计，往往只需对结构作适当的处理，当容器需要作疲劳分析时，必须计算壳体与附件连接处的最大应力。本节主要介

33、绍容器与接管连接结构局部应力的WRC计算法。3.5 局部应力计算第三章 中低压容器设计117(1)容器开孔接管受压力作用时，由于结构不连续等原因引起局部应力。局部应力可以通过实验测定，或进行理论分析计算，现行的方法主要有应力指数法和采用应力集中系数曲线计算其局部最大应力。3.5 局部应力计算 3.5.1 内容提要第三章 中低压容器设计118(2)壳体开孔接管受除压力外的其它载荷作用时，也在壳体与接管连接处产生局部应力。当外载荷为径向力和力矩时，容器上产生局部薄膜应力和弯曲应力，这些正应力的最大值通常发生在壳体与附件连接处的内外表面上；附件受切向剪力和扭矩作用，则容器上产生剪应力，计算最大应力的

34、方法仍可采用应力集中系数曲线(主要是球壳)。或采用WRC法计算。该法是根据壳体参数和附件参数，由线图查出内力和内力矩的无因次量，并按局部应力表中公式计算应力。3.5 局部应力计算 3.5.1 内容提要第三章 中低压容器设计119120壳体同一点的正应力按下式合成：若接管有多种载荷作用时，将各点处的应力叠加。对于受压容器，还应叠加压力引起的应力。(3-23)3.5 局部应力计算 3.5.1 内容提要第三章 中低压容器设计121第三章 中低压容器设计压力容器设计复习 3.1 壳体的设计3.2 法兰的设计3.3 开孔与补强设计3.4 卧式容器与支座的设计3.5 局部应力计算3.6 结构设计问题122

35、 压力容器的结构设计是容器设计中的核心问题之一。压力容器的结构不仅与容器的强度、刚度有关，而且与工艺、材料、制造、腐蚀、操作等因素有关。本节主要介绍以降低结构的局部应力为目的，从强度角度进行合理的结构设计和焊接结构设计问题。3.6 结构设计问题第三章 中低压容器设计123(1)认识进行合理的结构设计的重要性，理解进行合理结构设计的基本原则。并能应用这些原则对某些结构进行分析和指导设计。(2)掌握焊接结构、焊接坡口设计的一般原则，并能运用这些原则完成设计。3.6 结构设计问题 3.6.1 基本要求第三章 中低压容器设计124(1)压力容器主要由受压壳体及零部件组成。各受压部件除有自身的强度和结构

36、外，当其组合成整体容器后，在连接处的局部区域内，原有各构件的薄膜应力将发生变化，容器在压力及某些附件载荷作用下，使其结构中出现不连续应力、局部应力和应力集中。局部区域的高应力，往往成为压力容器的破坏源。在压力容器总体结构设计中，必须注意结构的合理性、尽量避免产生过大的局部应力。具体措施如下：3.6 结构设计问题 3.6.2 内容提要第三章 中低压容器设计125 防止结构上的形状突变，对于不可避免的不连续结构，应采取逐渐的圆滑过渡结构。能引起应力集中或削弱强度的结构应相互错开，避免局部应力的叠加。引起严重应力集中的局部结构必须给以补强。3.6 结构设计问题 3.6.2 内容提要第三章 中低压容器

37、设计126(2)容器组装需要焊接，为了尽量减少结构的局部附加应力和控制焊接质量，必须正确设计两构件连接处的焊接结构。受压窗口焊接结构设计应遵循以下原则：尽量采用对接焊缝。壳体的纵、环焊缝和封头的拼接焊缝必须用对接焊；对某些要求较高的容器的搭接和角接接头也应设计成对接接头。这样既能保证焊接质量，又可减少应力集中。3.6 结构设计问题 3.6.2 内容提要第三章 中低压容器设计127 避免产生较大焊接应力的刚性结构。尽量减少两构件的刚度差，这样可减少结构的焊接附加应力。壳体不等厚度的对焊、加强圈与壳体的焊接都必须注意这个问题。容器焊接缝坡口型式与焊接形式、构件的厚度及焊接方法等因素有关，设计坡口的基本原则是尽量减少填充金属量，保证焊透、避免产生各种焊接缺陷，尽量减少焊接变形和残余应力等。3.6 结构设计问题 3.6.2 内容提要第三章 中低压容器设计128压力容器设计复习