1、第四章 外压容器设计11 12 23 3第四章 外压容器设计2外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的失效形式外压容器的失效形式 基本概念基本概念 外压容器：外压容器：容器外部压力大于内部压力容器外部压力大于内部压力。失效：失效：容器失去了正常的工作能力容器失去了正常的工作能力。外压容器的失效形式外压容器的失效形式 外压容器的失效一是外压容器的失效一是强度不够强度不够，二是，二是稳定性不足稳定性不足。外压薄壁容器失稳是主要的失效形式。外压薄壁容器失稳是主要的失效形式。第四章 外压容器设计3外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的失效形式外压容器的失效形式 失稳的概念失稳的概念 容器强度足够
2、却突然失去了原容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶有的形状，筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外压作用下，了曲波形。这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称筒体突然失去原有形状的现象称弹性失稳。弹性失稳。容器发生弹性失稳将使容器不容器发生弹性失稳将使容器不能维持正常操作，造成容器失效能维持正常操作，造成容器失效。第四章 外压容器设计4外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的失稳形式外压容器的失稳形式 容器失稳形式容器失稳形式 侧向失稳侧向失稳 由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。
3、第四章 外压容器设计5 轴向失稳轴向失稳 薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达到某一数值时，也会丧失稳定性。达到某一数值时，也会丧失稳定性。失稳，仍具有圆环截面，但破坏失稳，仍具有圆环截面，但破坏了母线的直线性，母线产生了波形，了母线的直线性，母线产生了波形，即圆筒发生了褶绉。即圆筒发生了褶绉。局部失稳局部失稳 在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压也可能引起局部失稳。部外压也可能引起局部失稳。外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的失稳形式外压容器的失稳形式第四章 外压容器设计6临界压力的概念临界压力的概念
4、临界压力是导致容器失稳的最小外压力。临界压力是导致容器失稳的最小外压力。临界压力的计算临界压力的计算 影响临界压力的因素影响临界压力的因素 临界压力的大小与筒体几何尺寸、材质及结构因临界压力的大小与筒体几何尺寸、材质及结构因素有关素有关。外压圆筒形容器的分类：外压圆筒形容器的分类：按失稳情形式将外压圆筒分为三类：按失稳情形式将外压圆筒分为三类：长圆筒、短圆筒、刚性圆筒长圆筒、短圆筒、刚性圆筒 外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的临界压力外压容器的临界压力第四章 外压容器设计7 临界压力的计算临界压力的计算 长圆筒长圆筒 短圆筒短圆筒 应用以上两式应满足两个应用以上两式应满足两个条件：条件
5、：临界应力临界应力 圆筒的圆度应符合圆筒的圆度应符合GB150GB150的的规定。规定。3)(2.2oecrDEpooecrDLDEp/)/(59.25.2tSeocrcrDp2外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的临界压力外压容器的临界压力 刚性圆筒刚性圆筒 otseDp2max第四章 外压容器设计8 临界长度计算临界长度计算 临界长度临界长度 区分不同类型圆筒的特征长度。区分不同类型圆筒的特征长度。临界长度的计算临界长度的计算 区分长圆筒和短圆筒的临界长度区分长圆筒和短圆筒的临界长度L Lcrcr eoocrDDL17.1外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压圆筒类型的判定外压圆筒类型的
6、判定第四章 外压容器设计9 区分短圆筒和刚性圆筒的临界长度区分短圆筒和刚性圆筒的临界长度L Lcrcr 计算长度确定计算长度确定 计算长度计算长度 计算长度是指圆筒上相邻两刚性构件（如封头、加计算长度是指圆筒上相邻两刚性构件（如封头、加强圈等）的距离。强圈等）的距离。对具有凸形封头无加强圈的圆筒其计算长度对具有凸形封头无加强圈的圆筒其计算长度L L=圆圆筒长度筒长度+两封头直边高度两封头直边高度+两封头曲面深度的两封头曲面深度的1/31/3。eotsecrDEL3.1外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压圆筒类型的判定外压圆筒类型的判定第四章 外压容器设计10 外压圆筒外压圆筒 计算长度计算长度
7、外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压圆筒类型的判定外压圆筒类型的判定第四章 外压容器设计11 圆筒类型的判定圆筒类型的判定 当当L LL Lcrcr时，为长圆筒；时，为长圆筒；当当L LL Lcrcr时，刚性圆筒；时，刚性圆筒；当当L LcrcrL LL Lcrcr时，为短圆筒。时，为短圆筒。外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压圆筒类型的判定外压圆筒类型的判定第四章 外压容器设计12 1、设计压力和液压试验压力、设计压力和液压试验压力l设计压力设计压力P设设：正常工作过程中可能产生的最大内外压差正常工作过程中可能产生的最大内外压差l 真空容器：有安全装置，取（真空容器：有安全装置，取（1.25
8、 Pmax，0.1MPa）中的中的 较小值；无有安全装置，取较小值；无有安全装置，取0.1MPal 夹套容器：内部真空，真空容器设计压力夹套设计压力夹套容器：内部真空，真空容器设计压力夹套设计压力 考虑容器可能出现的最大压差的危险工况。如考虑容器可能出现的最大压差的危险工况。如 内内筒泄漏、夹套液压试验等工况筒泄漏、夹套液压试验等工况外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的设计参数外压容器的设计参数第四章 外压容器设计13 1、设计压力和液压试验压力试验压力PT：l不带夹套的外压容器，按内压试验；l带夹套外压容器，夹套试验压力按外压容器，但必须校核内筒的稳定性；l真空容器以内压作压力试验；M
9、PaPMPaPPtT，1.025.1max外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的设计参数外压容器的设计参数第四章 外压容器设计14外压容器的设计参数外压容器的设计参数 2、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。l对于凸形端盖：L圆筒长封头直边段 端盖深度l对于法兰：L两法兰面之间的距离l对于加强圈：L加强圈中心线之间的距离 31外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的设计参数外压容器的设计参数第四章 外压容器设计15外压容器的设计参数外压容器的设计参数 3、外压容器的设计计算 “设计规定”稳定性系数m3，此时要求圆筒的不圆度 e 0.5%Dg，且e
10、25mm.mPPPcr外压容器的稳定性外压容器的稳定性外压容器的设计参数外压容器的设计参数第四章 外压容器设计16(一)设计压力和压力试验压力 设计压力的定义与内压容器相同，但其取法不同。外压容器的设计压力应取在正常工作过程中可能产生的最大内外压力差；真空容器按外压容器计算，l 当装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的较小值；l 当无安全装置时，取0.1MPa。对于带夹套的容器应考虑可能出现最大压差的危险工况，例如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生的最大压差。对于带夹套的真空容器，则按上述真空容器选取的设计外压力加上夹套内的设计内压力一起作为设计外压。外压
11、容器的稳定性外压容器的稳定性有关有关设计参数的规定设计参数的规定第四章 外压容器设计17(一)设计压力和压力试验压力外压容器的压力试验分为两种情况：l 不带夹套的外压容器和真空容器，以内压进行压力试验，所以试验压力取法同前面内压容器所述；l 带夹套外压容器，则分别确定内筒和夹套的试验压力，除内筒试验压力按确定，因夹套一般受内压，故在按内压容器确定了夹套的试验压力以后，必须按内筒的有效厚度校核在该试验压力下内筒的稳定性。若内筒不能保证足够的稳定性，或增加内筒厚度或在压力试验过程中内筒保持一定的压力，以保证整个试压过程中夹套和简体的压差不超过确定的允许试验压差。外压容器的稳定性外压容器的稳定性有关
12、有关设计参数的规定设计参数的规定第四章 外压容器设计18(一)加强圈尺寸 外压圆筒上设置加强圈借以缩短计算长度，达到减少壁厚的目的。为了保证壳体与加强圈的稳定性，加强圈必须有合适的尺寸，外压容器的稳定性外压容器的稳定性加强圈设计计算加强圈设计计算第四章 外压容器设计19一、加强圈的作用、结构及要求一、加强圈的作用、结构及要求 加强圈的结构加强圈的结构 加强圈是焊接在圆筒外侧或内侧、且具有足够刚性的加强圈是焊接在圆筒外侧或内侧、且具有足够刚性的圆环状构件圆环状构件。其截面形状有矩形、。其截面形状有矩形、L L形、形、T T形、形、U U字形、工字形、工字形等。常用型钢制作，如扁钢、角钢、槽钢、工
13、字钢等字形等。常用型钢制作，如扁钢、角钢、槽钢、工字钢等。对加强圈的要求对加强圈的要求 加强圈本身应具有足够的刚度，在外压力作用下不会加强圈本身应具有足够的刚度，在外压力作用下不会失稳，才能对圆筒起到加强作用。失稳，才能对圆筒起到加强作用。外压容器的稳定性外压容器的稳定性加强圈设计计算加强圈设计计算第四章 外压容器设计20二、加强圈尺寸 先假定加强圈的个数与间距Ls(LsLcr)，然后选择加强圈尺寸，计算或由手册查得As，确定有效壳体的作用宽度，计算加强圈与有效壳体实际的组合惯性矩Js。加强圈和壳体所需的组合惯性矩外压容器的稳定性外压容器的稳定性加强圈设计计算加强圈设计计算第四章 外压容器设计21二、加强圈尺寸 根据已知的Pc、Do和选择的te、Ls，按右式计算B，再应用上述外压圆筒的图4-12图4-15等算图，根据加强圈材料和相应的设计温度读取A值，最后按右式计算J，若Js大于J 则满足要求，否则重新选择加强圈尺寸，重复上述计算，直至满足为止。如查图时无交点，则A按A3B/2E计算。加强圈和壳体所需的组合惯性矩外压容器的稳定性外压容器的稳定性加强圈设计计算加强圈设计计算
