压力容器外压容器与压杆的稳定计算课件.ppt

1、上一内容下一内容回主目录O返回第二篇 压力容器 第六章第六章 压力容器与化工设备常用材料压力容器与化工设备常用材料 第七章第七章 压力容器的薄膜应力、弯曲应压力容器的薄膜应力、弯曲应力、二次应力力、二次应力 第八章第八章 内压容器内压容器 第九章第九章 外压容器与压杆的稳定计算外压容器与压杆的稳定计算 第十章第十章 法兰连接法兰连接 第十一章第十一章 人孔、手孔、视镜和液面计人孔、手孔、视镜和液面计 第十二章第十二章 开孔补强与设备凸缘开孔补强与设备凸缘 第十三章第十三章 容器支座容器支座 第十四章第十四章 容器的焊接结果容器的焊接结果 第十五章第十五章 压力容器的监察管理与定期压力容器的监察

2、管理与定期检验检验上一内容下一内容回主目录O返回序言序言1 稳定的概念与实例稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核圆筒的轴向稳定校核第九章 外压容器与压杆的稳定计算上一内容下一内容回主目录O返回序言外压容器：外压容器：壳体壳体外部外部压力压力大于大于壳体壳体内部内部压力的容器压力的容器实例：实例：减压精馏塔、真空冷凝器、夹套反应釜等减压精馏塔、真空冷凝器、夹套反应釜等上一内容下一内容回主目录O返回序言序言1 稳定的概念与实例稳定的概念与实例2

3、 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核圆筒的轴向稳定校核第九章 外压容器与压杆的稳定计算上一内容下一内容回主目录O返回第一节 稳定的概念与实例一、稳定的概念一、稳定的概念 P209，第一段二、二、“稳定稳定”问题实例问题实例 临界压力临界压力上一内容下一内容回主目录O返回序言序言1 稳定的概念与实例稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介压杆稳定

4、计算简介6圆筒的轴向稳定校核圆筒的轴向稳定校核第九章 外压容器与压杆的稳定计算上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算一、临界压力的计算一、临界压力的计算 长圆筒长圆筒的临界压力与长度无关，仅与圆筒厚与直径的临界压力与长度无关，仅与圆筒厚与直径的比值有关。的比值有关。302.2DEpecrooecrDLDEp/59.25.2长圆筒临界压力长圆筒临界压力：短圆筒临界压力：短圆筒临界压力：e：筒体的有效壁厚，：筒体的有效壁厚，mm；D0：筒体的外直径，：筒体的外直径，mm；L：筒体的计算长度，筒体的计算长度，mm。短圆筒短圆筒的临界压力随筒体计算长度增加而减小。的临界压力随筒体计

5、算长度增加而减小。上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算ooecrecrDLDEpDEp/59.22.25.230ecrDDL0017.1 外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度临界长度Lcr来来判定。判定。计算长度计算长度LLcr时，圆筒为长圆筒时，圆筒为长圆筒计算长度计算长度LLcr时，圆筒为短圆筒时，圆筒为短圆筒上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算 外压筒体计算长度外压筒体计算长度L：指筒体上两个刚性构件如封头、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。法兰、加强圈之间的最大距离。对于凸形端盖：

6、对于凸形端盖：L=圆筒长封头直边段圆筒长封头直边段n1/3端盖端盖 深度（深度（n=1或或2）对于法兰：对于法兰：L=两法兰面之间的距离两法兰面之间的距离 对于加强圈：对于加强圈：L=加强圈中心线之间的距离加强圈中心线之间的距离3h3hhhL3hh3hhLLL上一内容下一内容回主目录O返回第二节 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材料性能对外压圆筒稳定性的影响根据公式根据公式9-1、9-2可以看出：可以看出：圆筒临界压力跟材料的弹性模量有直接的联系圆筒临界压力跟材料的弹性模量有直接的联系E值越大，其临界应力越大，抗变形能力越强值越大，其临界应力越大，抗变形能力越强于是可以得

7、出：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并不能提高筒体的临界压力。上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算二、外压圆筒的稳定计算相关二、外压圆筒的稳定计算相关mppcrm：稳定系数，对圆筒：稳定系数，对圆筒m=3许用外压许用外压外压容器的稳定计算中，需要的是许用外压。外压容器的稳定计算中，需要的是许用外压。上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算302.2ecrEpD2.5/2.59/eocroDpEL D长圆筒临界压力长圆筒临界压力：短圆筒临界压力：短圆筒临界压力：eocDp22

8、1.12oeeocrcrDEDp压力与应力关系压力与应力关系5.100/3.12DLDEDpeeocrcr长圆筒临界应力长圆筒临界应力：短圆筒临界应力：短圆筒临界应力：公式中有弹性模量公式中有弹性模量E无法确定（弹性形变或非弹性形变）无法确定（弹性形变或非弹性形变）上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算E应力与应变关系应力与应变关系21.1oecrcrDE5.100/3.1DLDEecrcr长圆筒临界应变长圆筒临界应变：短圆筒临界应变：短圆筒临界应变：21.12oeeocrcrDEDp5.100/3.12DLDEDpeeocrcr长圆筒临界应力长圆筒临界应力：短圆筒临界应力

9、：短圆筒临界应力：上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒的稳定计算方法外压圆筒的稳定计算方法1）根据圆筒的外径）根据圆筒的外径D0、有效厚度、有效厚度e、计算长度、计算长度L，计算，计算cr21.1oecrcrDE5.100/3.1DLDEecrcr2）根据计算所得）根据计算所得cr，结合材料，结合材料-曲线，求出曲线，求出cr：crp，从，从-曲线上查得曲线上查得cr3）计算需用压力）计算需用压力crecrDmpp0231略小于设计压力略小于设计压力p或工作压力或工作压力上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算三三.外压圆筒稳定计算的图算法外压圆

10、筒稳定计算的图算法 p215图图9-7引入两个参数引入两个参数A和和B：5.100/3.1DLDAecr21.1oecrDA或或即即)/,/(00DLDfAe绘制绘制L/Do-Do/e-A 关系曲线关系曲线 根据圆筒的根据圆筒的L/Do和和Do/e查查L/Do-Do/e-A 关系曲线，可关系曲线，可得到得到A 值（即值（即cr）。）。上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算crcrEB3232creDp0320DBpe 将材料的将材料的-曲线改为曲线改为2/3-，即，即A-B曲线，则根据曲线，则根据A值值可从图中求出可从图中求出B值，可计算需用压力。值，可计算需用压力。上一内

11、容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算1）假设壁厚）假设壁厚n，计算有效厚度，计算有效厚度e=n-C1-C2，计算筒体长，计算筒体长度度L；2）计算）计算L/Do、Do/e，查图，查图9-7，得，得A值，值，若若L/Do 50，用用L/Do=50查查A值；值；3）根据材料选出）根据材料选出A-B曲线，在曲线横坐标上找到曲线，在曲线横坐标上找到A点，点，若若A点位于直线段（左侧），点位于直线段（左侧），说明圆筒发生弹性失稳，说明圆筒发生弹性失稳，B=2/3EA，若，若A位于曲线段（右侧），从曲线上查得位于曲线段（右侧），从曲线上查得B值；值；4）计算许用压力）计算许用压力0DBpe

12、5）比较比较p和和p，若，若p P且较接近，则假设的且较接近，则假设的n符合要求符合要求，否则重新假设否则重新假设n，重复以上过程直到符合要求为止。，重复以上过程直到符合要求为止。上一内容下一内容回主目录O返回第二节 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：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，根据实测厚度对于在用外压容器的稳定校核，根据实测厚度c，计，计算有效厚度算有效厚度e=c-2n，按上述步骤计算，按上述步骤计算p，进行稳定校，进行稳定校核。核。上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算塔的计算长度塔的计算长度钢板负偏差均为钢板负偏差

13、均为0.8mm（p173表表8-11）钢板的腐蚀裕量取钢板的腐蚀裕量取1mm有效厚度为有效厚度为7.2、10.2和和12.2mm简化计算，有效厚度取简化计算，有效厚度取7、10和和12mmmmL63405003126000例例1：分馏塔内径分馏塔内径2000mm，塔身，塔身(不包括椭圆形封头不包括椭圆形封头)长度为长度为6000mm，封头深度，封头深度500mm。370及真空条件下操作。现及真空条件下操作。现库存有库存有9、12、14mm厚厚20R钢板。能否用这三种钢板制造。钢板。能否用这三种钢板制造。解：解：50060002000上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算当当

14、 e=7mm时时 查图查图9-7得得A=0.000082。20R钢板的钢板的 s=250MPa，查图，查图9-9，A值点落曲线左侧值点落曲线左侧，E=1.69105MPap0.1MPa，所以，所以9mm钢板不能用。钢板不能用。15.372200063400DL287720140eDEAB320DBpeMPa032.02871102.81069.13255032DEAe上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算当当 e=10mm时时查图查图9-9，A值所在点仍位于曲线左侧，值所在点仍位于曲线左侧，E=1.69105MPap0.1MPa，所以，所以12mm钢板也不能用。钢板也不能用

15、。14.3102200063400DL4.2021020200eDMPa078.04.2021104.11069.13245查图查图9-7得得A=0.0000140DBpe032DEAe上一内容下一内容回主目录O返回第二节 外压圆筒环向稳定计算查图查图9-9，A值所在点仍位于曲线左侧值所在点仍位于曲线左侧，E=1.69105MPap0.1MPa，所以，须采用，所以，须采用14mm厚的厚的20R钢板制造。钢板制造。13.3122200063400DL1691220240eDMPa12.01691108.11069.13245当当 e=12mm时时查图查图9-7得得A=0.0000180DBpe0

16、32DEAe上一内容下一内容回主目录O返回序言序言1 稳定的概念与实例稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核圆筒的轴向稳定校核第九章 外压容器与压杆的稳定计算上一内容下一内容回主目录O返回第三节 封头的稳定计算一、外压球壳与凸形封头的稳定计算一、外压球壳与凸形封头的稳定计算1.外压球壳外压球壳RERpeecrscrs605.02临界压力临界压力221.1REpecrs临界应力临界应力临界应变临界应变REecrscrs605.0许用压力许用压力

17、REmRmmppecrssecrssscrs22R：球壳半径：球壳半径上一内容下一内容回主目录O返回第三节 封头的稳定计算许用压力许用压力ms=14.52令令crsscrsssEmmB22RBpes则则令令crsA3/52.141crs84.41Re84.4605.0Re125.0则则Bs值可从值可从A-B曲线中查得曲线中查得REmRmmppecrssecrssscrs22上一内容下一内容回主目录O返回第三节 封头的稳定计算外压球壳稳定计算步骤：外压球壳稳定计算步骤：1）假设壁厚）假设壁厚n(新容器新容器)，或实测壁厚，或实测壁厚n(在用容器在用容器)，计算，计算有效厚度有效厚度e=n-C1-

18、C2或或e=c-2n，计算，计算e/R；3）根据材料选出）根据材料选出A-B曲线，若曲线，若A值位于曲线左侧，值位于曲线左侧，说明说明发生弹性失稳，根据图上的发生弹性失稳，根据图上的E值，计算许用压力值，计算许用压力p：RBpesRAe125.02）计算）计算A值值4）若）若A位于曲线右侧，从曲线上查得位于曲线右侧，从曲线上查得Bs值，计算值，计算 p：220833.052.1421.1REREmppeescrs5）比较）比较 p与与p上一内容下一内容回主目录O返回第三节 封头的稳定计算2.外压凸形封头外压凸形封头 外压凸形封头的稳定计算与球壳相同，但球壳半径外压凸形封头的稳定计算与球壳相同，

19、但球壳半径R取值不同：取值不同：球冠形封头球冠形封头R取球面内半径；取球面内半径；标准椭圆形封头取标准椭圆形封头取R=0.9Di；蝶形封头取球面部分外半径。蝶形封头取球面部分外半径。上一内容下一内容回主目录O返回第三节 封头的稳定计算3.外压带折边的锥形封头外压带折边的锥形封头 当半锥角当半锥角a a60时，用时，用“当当量圆筒量圆筒”进行计算：进行计算：1）当量圆筒的直径）当量圆筒的直径=封头大端封头大端直边段外直径直边段外直径D0 2）当量圆筒的当量长度）当量圆筒的当量长度Lc：)1(2sinLsxcDDLrLa)cos1(21 aiiLDrDDactgDDLsLx)(21a2LDriD0

20、DxLsD3）当量圆筒的当量厚度）当量圆筒的当量厚度 c：aacos)(cos21CCnec上一内容下一内容回主目录O返回第三节 封头的稳定计算外压带折边的锥形封头稳定计算步骤：外压带折边的锥形封头稳定计算步骤：1）假设壁厚）假设壁厚n，计算当量厚度，计算当量厚度c，根据有关尺寸，根据有关尺寸计算当计算当量长度量长度Lc；2）计算）计算Lc/Do、Do/c，查图，查图9-7，得，得A值；值；3）根据材料选出）根据材料选出A-B曲线，若曲线，若A点位于曲线左侧，点位于曲线左侧，说明说明圆筒发生弹性失稳，圆筒发生弹性失稳，B=2/3EA，若，若A位于曲线右侧，从曲位于曲线右侧，从曲线上查得线上查得

21、B值；值；4）计算许用压力）计算许用压力0DBpc5）比较比较p和和p，若，若p P且较接近，则假设的且较接近，则假设的n符合要求符合要求，否则重新假设否则重新假设n，重复以上过程直到符合要求为止。，重复以上过程直到符合要求为止。上一内容下一内容回主目录O返回序言序言1 稳定的概念与实例稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核圆筒的轴向稳定校核第九章 外压容器与压杆的稳定计算上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算 在圆筒的内

22、部或外部相隔一定的距离焊接用型钢做的加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。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。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一、加强圈的作用和结构上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算加强圈的结构形式加强圈的结构形式扁钢扁钢角钢角钢工字钢工字钢槽钢槽钢上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算二、加强圈

23、的间距和数量二、加强圈的间距和数量钢制短圆筒临界压力为：钢制短圆筒临界压力为：Ls加强圈的间距，加强圈的间距，mm。05.20/)/(59.2DLDEpmpsecr 可见，当圆筒的可见，当圆筒的D0、e 一定时，外压圆筒的临界压力一定时，外压圆筒的临界压力和允许最大工作外压都和允许最大工作外压都随着筒体加强圈间距随着筒体加强圈间距Ls的缩短而增的缩短而增加加。通常设计压力是由工艺条件确定了的，只有通过改变。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。加强圈的参数来满足设备稳定性的要求。上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算5.2005.

24、200)(86.0)/(59.2DpDEmpDEDLees 筒体的筒体的D0、e和承受的外压和承受的外压p已确定时，该筒体需加已确定时，该筒体需加强圈的最大间距：强圈的最大间距：05.20/)/(59.2DLDEpmpsecr 加强圈的数量等于圆筒不设加强圈的计算长度加强圈的数量等于圆筒不设加强圈的计算长度L除以除以所需加强圈间距所需加强圈间距Ls再减去再减去1：加强圈个数加强圈个数n=(L/Ls)一一1上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算理论分析可导出：理论分析可导出：ELDpIc27.730minImin：使在设计外压：使在设计外压p（p=pc）的作用下圆环不失稳，）

25、的作用下圆环不失稳，加强圈所必须具有的最小轴惯性矩。加强圈所必须具有的最小轴惯性矩。L：加强圈间距，：加强圈间距，mmD0：筒体外径，：筒体外径，mm1.加强圈所需要的最小截面轴惯性矩加强圈所需要的最小截面轴惯性矩上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算 根据稳定条件，加强圈（包括根据稳定条件，加强圈（包括型钢和筒体有效段型钢和筒体有效段）所提供的轴惯）所提供的轴惯性矩性矩Ix必须满足：必须满足：minIIx2）组合截面对中性轴惯性矩组合截面对中性轴惯性矩Ix的计算的计算1）稳定条件稳定条件bbcx0 x1z0 xda x0：角钢的中性轴：角钢的中性轴x1：矩形截面的中性轴：

26、矩形截面的中性轴x：组合截面的中性轴：组合截面的中性轴eDb055.02.加强圈实际提供的截面轴惯性矩加强圈实际提供的截面轴惯性矩上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算bbcx0 x1z0 xda 100AAcAa组合截面中性轴的位置：组合截面中性轴的位置：A0、A1：角钢和矩形截面面积：角钢和矩形截面面积 组合截面对组合截面对x轴的惯性矩轴的惯性矩Ix等于角钢对等于角钢对x轴的惯性矩轴的惯性矩(Ix)A和矩形截面对和矩形截面对x轴惯性矩轴惯性矩(Ix)R角之和：角之和：RxAxxIII)()(上一内容下一内容回主目录O返回第四节 真空容器加强圈的计算惯性矩平移定理：惯性矩

27、平移定理：z1zaz：过截面形心：过截面形心z1：与：与z平行，相距平行，相距aA：截面面积：截面面积Iz：截面对：截面对z轴的惯性矩轴的惯性矩截面对截面对z1轴的惯性矩轴的惯性矩Iz1：AaIIzz21 利用惯性矩平移定理将型钢的利用惯性矩平移定理将型钢的Ix0和矩形截面和矩形截面Ix1转化转化为为(Ix)A和和(Ix)R则可求得组合截面的惯性矩：则可求得组合截面的惯性矩：RxAxxIII)()(minIIx从而可以进行加强圈的稳定计算：从而可以进行加强圈的稳定计算：上一内容下一内容回主目录O返回序言序言1 稳定的概念与实例稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介压杆稳定计算简介6圆筒的轴向稳定校核圆筒的轴向稳定校核第九章 外压容器与压杆的稳定计算上一内容下一内容回主目录O返回序言序言1 稳定的概念与实例稳定的概念与实例2 外压圆筒环向稳定计算外压圆筒环向稳定计算3 封头的稳定计算封头的稳定计算4 真空容器加强圈的计算真空容器加强圈的计算5 压杆稳定计算简介压杆稳定计算简介6 圆筒的轴向稳定校核圆筒的轴向稳定校核第九章 外压容器与压杆的稳定计算