外壓容器設(shè)計(jì),15.1概述15.2外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計(jì)15.3外壓封頭的厚度設(shè)計(jì),15.1概述,15.1.1穩(wěn)定的概念所謂穩(wěn)定是就平衡而言。平衡有穩(wěn)定的平衡與不穩(wěn)定的平衡。小球處于凹處A或C，它所具有的平衡是穩(wěn)定的；小球處于曲面的頂點(diǎn)B處，雖然也可處于平衡，但是這種平衡是不穩(wěn)定的，只要有微小的外力干擾使它離開B點(diǎn)，它就不會自動回復(fù)到原來的位置。,15.1.2“穩(wěn)定”問題實(shí)例,1.壓桿,拉桿不失穩(wěn),壓桿可能失穩(wěn),影響壓桿穩(wěn)定性的因素1.桿件的柔度L/D（長度直徑比）2.桿件材料的機(jī)械性能，E3.由外載荷F引起的σ（桿件內(nèi)應(yīng)力）,2.外壓容器的失穩(wěn),外壓圓筒的橫向與軸向失穩(wěn)(e)的變形,使外壓圓筒從在圓的形狀下能夠維持穩(wěn)定的平衡過渡到不能維持穩(wěn)定平衡的那個(gè)壓力，稱為該外壓圓筒的臨界壓力pcr。,（1）筒體幾何尺寸a.L/D0有關(guān)b.δe/D0有關(guān)c.是否有加強(qiáng)圈,外壓容器失穩(wěn)的影響因素,（2）筒體材料的機(jī)械性能：E，E增大，pcr增大，抗變形能力越強(qiáng)，但各種鋼的E值相差不大，所以用高強(qiáng)度鋼代替一般碳鋼制造外壓容器，并不能提高pcr。（3）外載荷,（1）受橫向壓力作用，容器變成波紋形式（圖15-1中abcd）（2）受軸向壓力作用，容器變成圖15-2外壓容器失穩(wěn)，發(fā)生在σ2<<σs的時(shí)候外壓容器維持正常操作的基本條件：可靠地保持原來的形狀和尺寸,外壓容器失穩(wěn)形式,（1）容器截面形狀不規(guī)則（2）材料厚度的不均勻（3）載荷有不穩(wěn)定變化，交變性,外壓容器提前失穩(wěn),15.2外壓圓筒的厚度設(shè)計(jì),15.2.1解析法,1.臨界壓力和臨界長度,,當(dāng)短圓筒的長度增大一定值時(shí)，封頭對筒體的支撐作用消失，這時(shí)這個(gè)短圓筒的臨界壓力將和長圓筒的臨界壓力相等，即,當(dāng)圓筒的計(jì)算長度L≥Lcr時(shí)，為長圓筒；否則為短圓筒。,臨界壓力pcr的討論,圓筒被壓屈服時(shí)的屈服壓力為,比較：pcr0.5%DN時(shí)，且大于25mm時(shí)，其初始橢圓度會降低圓筒的臨界壓力，就不能再用m＝3計(jì)算。,試驗(yàn)壓力,3.計(jì)算步驟,（1）假設(shè)一名義厚度δn，則δe=δn-C（2）求Lcr（3）比較L與Lcr，確定計(jì)算公式求pcr和[p]（4）比較p與[p]，若p小于且接近于[p]，則假設(shè)δn符合要求。否則再另設(shè)，直至滿足要求,注意：應(yīng)用本計(jì)算方法時(shí)，臨界應(yīng)力應(yīng)在彈性范圍之內(nèi),例題有一減壓精餾塔，內(nèi)徑為2400mm，壁厚附加量為C1+C2=2mm，筒體自長24600mm(含封頭直邊高度)，筒體上下端均為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，已知塔內(nèi)真空度為30mmHg，設(shè)計(jì)溫度150℃，塔體無安全裝置。已知材料的彈性模量E＝2.1105MPa，長圓筒的pcr=2.2E(δe/Do)3，短圓筒的pcr=2.59E(δe/Do)2.5/(L/Do)。當(dāng)塔體的壁厚為10mm時(shí)，請采用解析法確定塔體的穩(wěn)定性是否符合要求。,解：依題意知C1+C2=2mm故δe=δn-C=8mmD0=Di+2δn=2420mmL=24600mm+400mm=25000mm<Lcr，圓筒為短圓筒（計(jì)算長度取24600也算對。）由于是減壓精餾塔真空度為30mmHg，故設(shè)計(jì)壓力p=30mmHg=0.004MPa，p[p]，則可用增加厚度或縮短圓筒計(jì)算長度的方法來解決。在圓筒的外部或內(nèi)部設(shè)置加強(qiáng)圈可以減小圓筒的計(jì)算長度，此法比增加壁厚更節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)。,1.加強(qiáng)圈的作用（1）有效降低容器的有效長度L（2）提高[p]（3）降低容器的δn（4）防止過多的材料消耗,2.加強(qiáng)圈的材料要有足夠的剛性，常用角鋼、扁鋼、工字鋼,3.加強(qiáng)圈的焊接聯(lián)接必須保證加強(qiáng)圈和筒體一起受力，聯(lián)接方式常用焊接（1）加強(qiáng)圈自身在進(jìn)行焊接時(shí)，一定采用對接焊（2）若加強(qiáng)圈安裝在筒體外部，加強(qiáng)圈可以與筒體間可以采用連續(xù)焊接或間斷焊接；焊縫總長度不小于筒體外周長的1/2，且間斷焊縫最大間距不大于筒體壁厚的8倍（3）若加強(qiáng)圈焊在筒內(nèi)，加強(qiáng)圈可以與筒體間可以采用連續(xù)焊接或間斷焊接；則焊縫總長度不應(yīng)小于內(nèi)圓周長度的1/3，且焊縫間距不得大于筒體壁厚的12倍（4）加強(qiáng)圈不應(yīng)任意削弱或斷開。如水平容器中的加強(qiáng)圈往往必須開一個(gè)排液用的小孔，加強(qiáng)圈允許割開或削弱的最大弧長間斷值，可由有關(guān)規(guī)定查得。,15.5.2加強(qiáng)圈的計(jì)算方法及步驟,（1）初定加強(qiáng)圈的數(shù)目和間距Ls,,,（2）選擇加強(qiáng)圈的材料并初定截面尺寸(按型鋼規(guī)格)，再計(jì)算它的橫截面積As和加強(qiáng)圈與有效段筒體實(shí)際所具有的綜合慣矩Is,（3）求為滿足穩(wěn)定要求所需的最小慣矩I,,,先計(jì)算B：,,利用外壓圓筒與球殼計(jì)算圖15-5到15-7，從圖的右方找到已定B值，查A；若無交點(diǎn)，則按下式計(jì)算A：（屬彈性階段）。,,計(jì)算所需的最小慣性矩,（4）比較Is與I，若Is≥I所選加強(qiáng)圈能用；若Is<I，則加大加強(qiáng)圈的尺寸，直至Is≥I為止。,