內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計

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1、內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計中國石化工程建設(shè)公司桑如苞向全國壓力容器設(shè)計同行問好！14內(nèi)外壓容器——受壓元件設(shè)計壓力容器都離不開一個為建立壓力所必須的承壓外殼—壓力殼。內(nèi)外壓容器設(shè)計即是指對組成壓力殼的各種元件在壓力作用下的設(shè)計計算。壓力殼必須以一定方式來支承：當(dāng)采用鞍式支座支承時成為臥式容器的形式，由于自重、物料等重力作用，在壓力殼上（特別是支座部位）產(chǎn)生應(yīng)力，其受力相當(dāng)于一個兩端外伸的簡支梁，對其計算即為臥式容器標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。當(dāng)采用立式支承時成為立（塔）式容器的形式，由于自重、物料重力、風(fēng)載、地震等作用，在壓力殼上產(chǎn)生應(yīng)力，其受力相當(dāng)于一個直立的懸臂梁，對其計算即為塔式容器標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容

2、。當(dāng)壓力殼做成球形以支腿支承時，即成為球罐，在自重、物料重力、風(fēng)載、地震等作用下的計算即為球形儲罐標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。一、壓力容器的構(gòu)成圓筒—圓柱殼壓力作用下，以薄膜應(yīng)力承載，為此整球形封頭—球殼體上產(chǎn)生一次薄膜應(yīng)力，控制值1倍殼體橢圓封頭（橢球殼）許用應(yīng)力。但在相鄰元件連接部位，會碟封（球冠與環(huán)殼）因變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生局部薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)典型板殼結(jié)構(gòu)錐形封頭（錐殼）力，稱二次應(yīng)力，控制值3倍許用應(yīng)力。圓平板（平蓋）壓力作用下，以彎曲應(yīng)力承載，為此整平板環(huán)形板（開孔平蓋）體上產(chǎn)生一次彎曲應(yīng)力，控制值1.5倍環(huán)（法蘭環(huán)）許用應(yīng)力。彈性基礎(chǔ)圓平板（管板）二、壓力容器受壓元件計算1.圓筒1）應(yīng)力狀況：兩

3、相薄膜應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力為軸向應(yīng)力的兩倍。2）壁厚計算公式：符號說明見GB150。稱中徑公式：適用范圍，K≤1.5，等價于pc≤0.4[σ]t3）公式來由：內(nèi)壓圓筒壁厚計算公式是從圓筒與內(nèi)壓的靜力平衡條件得出的。設(shè)有內(nèi)壓圓筒如圖所示（兩端設(shè)封頭）。（1）圓筒受壓力pc的軸向作用：pc在圓筒軸向產(chǎn)生的總軸向力：14F1=圓筒橫截面的面積：fi=πDiδ由此產(chǎn)生的圓筒軸向應(yīng)力：σh=當(dāng)控制σh≤[σ]時，則：δ1=此即按圓筒軸向應(yīng)力計算的壁厚公式。（2）圓筒受壓力pc的徑向作用（見圖）pc對圓筒徑向作用，在半個圓筒投影面上產(chǎn)生的合力（沿圖中水平方向）：F2=pc·Di·l承受此水平合力的圓筒

4、縱截面面積：f2=2δl由此產(chǎn)生的圓筒環(huán)向應(yīng)力：σθ=當(dāng)控制σθ≤[σ]時，δ2=14此式稱為內(nèi)壓圓筒的內(nèi)徑公式。上述計算公式認(rèn)為應(yīng)力是沿圓筒壁厚均勻分布的，它們對薄壁容器是適合的。但對于具較厚壁厚的圓筒，其環(huán)向應(yīng)力并不是均勻分布的。薄壁內(nèi)徑公式與實(shí)際應(yīng)力存在較大誤差。對厚壁圓筒中的應(yīng)力情況以由彈性力學(xué)為基礎(chǔ)推導(dǎo)得出的拉美公式較好地反映了其分布：由拉美公式：厚壁筒中存在的三個方面的應(yīng)力，其中只有軸向應(yīng)力是沿厚度均勻布的。環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力均是非均勻分布的，且內(nèi)壁處為最大值。筒壁三向應(yīng)力中，以周向應(yīng)力最大，內(nèi)壁處達(dá)最大值，外壁處為最小值，內(nèi)外壁處的應(yīng)力差值隨K=Do/Di增大而增大。當(dāng)

5、K=1.5時，由薄壁公式按均勻分布假設(shè)計算的環(huán)向應(yīng)力值比按拉美公式計算的圓筒內(nèi)壁處的最大環(huán)向應(yīng)力要偏低23%，存在較大的計算誤差。由于薄壁公式形式簡單，計算方便、適于工程應(yīng)用。為了解決厚壁筒時薄壁公式引起的較大誤差，由此采取增大計算內(nèi)徑，以適應(yīng)增大應(yīng)力計算值的要求。為此將圓筒計算內(nèi)徑改為中徑，即以（Di+δ）代替Di代入薄壁內(nèi)徑公式中：則有：σθ=經(jīng)變形得：2σθδ－pcδ=pcDiδ（2σθ－pc?）=pc·Di當(dāng)σθ控制在[σ]，且考慮接頭系數(shù)時，即σθ取[σ]時，則δ=此即GB150中的內(nèi)壓圓筒公式，稱中徑公式。當(dāng)K=1.5時，按此式計算的應(yīng)力與拉美公式計算的最大環(huán)向應(yīng)力僅偏小

6、3.8%。完全滿足工程設(shè)計要求。4）公式計算應(yīng)力的意義：一次總體環(huán)向薄膜應(yīng)力，控制值[σ]。5）焊接接頭系數(shù)，—指縱縫接頭系數(shù)。6）二次應(yīng)力：當(dāng)圓筒與半球形封頭、橢圓形封頭連接時二次應(yīng)力很小，能自動滿足3[σ]的強(qiáng)度條件，故可不予考慮。2.球殼1）應(yīng)力狀況，各向薄膜應(yīng)力相等2）厚度計算式：δ=稱中徑公式，適用范圍pc≤0.6[σ]等價于K≤1.3533）公式來由同圓筒軸向應(yīng)力作用情況4）計算應(yīng)力的意義：一次總體、薄膜應(yīng)力（環(huán)向、經(jīng)向）控制值：[σ]。145）焊縫接頭系數(shù)：指所有拼縫接頭系數(shù)（縱縫、環(huán)縫）。注意包括球封與圓筒的連接環(huán)縫系數(shù)。6）與圓筒的連接結(jié)構(gòu)：見GB150附錄J圖J1

7、（d）、（e）、（f）。原則：不能削薄圓筒，局部加厚球殼。7）二次應(yīng)力：當(dāng)半球形封頭與圓筒連接時二次應(yīng)力很小，能自動滿足3[σ]的強(qiáng)度條件，故可不予考慮。3.橢圓封頭A、內(nèi)壓作用下1）應(yīng)力狀況a.薄膜應(yīng)力a）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭薄膜應(yīng)力分布：經(jīng)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn)。環(huán)向應(yīng)力：最大拉應(yīng)力在頂點(diǎn)，最大壓應(yīng)力在底邊。b)變形特征：趨圓。c)計算對象意義：拉應(yīng)力——強(qiáng)度計算壓應(yīng)力——穩(wěn)定控制b.彎曲應(yīng)力（與圓筒連接）a)變形協(xié)調(diào)，形成邊界力。b)產(chǎn)生二次應(yīng)力14c.橢