化工設(shè)備機械基礎(chǔ)8-外壓容器.ppt
外壓容器設(shè)計,15.1概述15.2外壓薄壁圓筒的厚度設(shè)計15.3外壓封頭的厚度設(shè)計,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,它就不會自動回復(fù)到原來的位置。,15.1.2“穩(wěn)定”問題實例,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.桿件材料的機械性能,E3.由外載荷F引起的(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.e/D0有關(guān)c.是否有加強圈,外壓容器失穩(wěn)的影響因素,(2)筒體材料的機械性能:E,E增大,pcr增大,抗變形能力越強,但各種鋼的E值相差不大,所以用高強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2<<s的時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,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,封頭對筒體的支撐作用消失,這時這個短圓筒的臨界壓力將和長圓筒的臨界壓力相等,即,當(dāng)圓筒的計算長度LLcr時,為長圓筒;否則為短圓筒。,臨界壓力pcr的討論,圓筒被壓屈服時的屈服壓力為,比較:pcr0.5%DN時,且大于25mm時,其初始橢圓度會降低圓筒的臨界壓力,就不能再用m3計算。,試驗壓力,3.計算步驟,(1)假設(shè)一名義厚度n,則e=n-C(2)求Lcr(3)比較L與Lcr,確定計算公式求pcr和p(4)比較p與p,若p小于且接近于p,則假設(shè)n符合要求。否則再另設(shè),直至滿足要求,注意:應(yīng)用本計算方法時,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)計溫度150,塔體無安全裝置。已知材料的彈性模量E2.1105MPa,長圓筒的pcr=2.2E(e/Do)3,短圓筒的pcr=2.59E(e/Do)2.5/(L/Do)。當(dāng)塔體的壁厚為10mm時,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e=n-C=8mmD0=Di+2n=2420mmL=24600mm+400mm=25000mm<Lcr,圓筒為短圓筒(計算長度取24600也算對。)由于是減壓精餾塔真空度為30mmHg,故設(shè)計壓力p=30mmHg=0.004MPa,pp,則可用增加厚度或縮短圓筒計算長度的方法來解決。在圓筒的外部或內(nèi)部設(shè)置加強圈可以減小圓筒的計算長度,此法比增加壁厚更節(jié)省材料,經(jīng)濟。,1.加強圈的作用(1)有效降低容器的有效長度L(2)提高p(3)降低容器的n(4)防止過多的材料消耗,2.加強圈的材料要有足夠的剛性,常用角鋼、扁鋼、工字鋼,3.加強圈的焊接聯(lián)接必須保證加強圈和筒體一起受力,聯(lián)接方式常用焊接(1)加強圈自身在進行焊接時,一定采用對接焊(2)若加強圈安裝在筒體外部,加強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)若加強圈焊在筒內(nèi),加強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)加強圈不應(yīng)任意削弱或斷開。如水平容器中的加強圈往往必須開一個排液用的小孔,加強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加強圈的計算方法及步驟,(1)初定加強圈的數(shù)目和間距Ls,(2)選擇加強圈的材料并初定截面尺寸(按型鋼規(guī)格),再計算它的橫截面積As和加強圈與有效段筒體實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,先計算B:,利用外壓圓筒與球殼計算圖15-5到15-7,從圖的右方找到已定B值,查A;若無交點,則按下式計算A:(屬彈性階段)。,計算所需的最小慣性矩,(4)比較Is與I,若IsI所選加強圈能用;若Is<I,則加大加強圈的尺寸,直至IsI為止。,