西安石油大学：《过程设备设计基础 Basic Theory and Design of Process Equipments》课程教学资源（电子课件）第四章 压力容器设计 4.3 常规设计

第四章压力容器设计 CHAPTERⅣ Design of Pressure Vessel 43常规设计

1 44..33

 CHAPTER Design of Pressure Vessel

4.3常规设计 过程设备设计 4.3.1概述 4.1概述 4.3.2 圆筒设计 4.2设计准则 4.3.3封头设计 4.3.4密封装置设计 4.3常规设计 4.3.5开孔和开孔补强设计 4.4 分析设计 4.3.6支座和检查孔 4.5疲劳分析 4.3.7安全泄放装置 4.3.8 焊接结构设计 4.6压力容器设计技术进展 4.3.9 压力试验 2

2 4.3
 4.1
4.2  4.3  4.4  4.5  4.6  4.3.3  4.3.4  4.3.5  4.3.6  !" 4.3.7 #$%& 4.3.2 '( 4.3.1
4.3.8 )*+, 4.3.9 -.


4.3常规设计 过程设备设计 43常规设计≈ 本章重点 教学重点: (1)内压圆筒的强度设计 (2)外压圆筒的图算法; (3)开孔补强设计 教学难点: 螺栓法兰连接的密封性设计

3 4.3

 1    2   3  
  !" 4.3  #$


43.1概述 过程设备设计 4.3.1概述 设计思想 “按规则设计”( Design by rules),只考虑单一的最大 载荷工况,按一次施加的静力载荷处理, 区别于分 不考虑交变载荷,也不区分短期载荷和永 析设计 久载荷,不涉及容器的疲劳寿命问题。 应力求解—依据校核—一受压元件边缘应力一一采用 材料力学及板壳 的应力强度 分析设计标准中 理论,按最大拉<材料许用应力 的有关规定和思 应力准则来推导 (强度) 想,确定结构的 受压元件的强度<材料许用外压力 某些相关尺寸范 尺寸计算公式。 (失稳) 围,或由经验引 入各种系数

4 /0123 45678/0394: ;/034?@ABCDEF :GH  I I J J KL —— “M”NDesign by RulesO3P56QIARS /0TU3MIVWXAY Z[\——]^ _`a@bc 2d3MRSe Zfgh i jkAl mnopqF rs——i jk AZl < _`tuZ NlO < _`tuv  NwxO yzZ——{u |} A~€K L3€+,A ‚ƒ„mn… †3‡ˆ‰.Š ‹ŒŽF 4.3.1
4.3.1 


43.1概述 过程设备设计 弹性失效设计准 压力容器材料韧性较好,在弹性失效准则中, σ1≤lo] (4-3) o -o3<O (4-4) [1-02)2+(2-3)2+(3-1)2≤l(4-5) 采用式(44)或式(45)较为合理。 但对于内压薄壁回转壳体,在远离结构不连续处,03≈0 式(43)简单,成熟使用经验,将该式作为设计准则

5 t
[
] 1 ≤ N4-3O 4.3.1  t
-
[
] 3 ≤ N4-4O t [(
-
) (
-
) (
-
) ] [
] 21 2 3 1 2 2 3 2 1 2 + + ≤ {uqN4-4O‡qN4-5O‘’2F H• ™cš3›œ+,4žŸ13
3 ≈ 0 qN4-3O Q3¡¢£u‰.3¤¥q¦‘F _`§¨©3›ª¨w«}3 N4-5O ¬J ª¨w«


43.1概述 过程设备设计 二、弹性失效设计准则(续) 内压薄壁圆筒: 经向薄膜应力 周向薄膜应力 DD P D 46 26 6—计算厚度,mm; 第2章应力分析中的厚度t 筒体中面直径,mm。 是指实际厚度,与设计中 需要确定的厚度并不是同 一个概念,因此用δ代替

6 ¬J ª¨w«NŸO • '(­ 4
pD
= ®¯°Z 2

pD
±—o²l3mm³ D—(š}´µ¶3mmF ‰¯°Z ·2¸Z }A²lt ¹º»¼²l3½} ¾¿€A²lÀ4¹Á IÂ
Ã3ÄÅu±ÆÇtF 4.3.1



43.1概述 过程设备设计 、弹性失效设计准则(续) PD 显然,:=00,由式(43)0=0。=2 K+1 k-1D(D简体内直径)代入上式,化简 用D D.δ 2 K+1 [ (4-10) 2(K-1) 取等号得 K 径比K为 2[]-p (4-11) 2 DR 筒体壁厚计算式为8 (4-12) 中径公式

7 t pD [
] 2 ÈÉ3Ê
1



1=
3ˆqN4-3O uD= Di K2+ 1 Di K2−1 NDi(š•µ¶OƋËq3Ì  t K K p [
] 2( -1) 1 p p K t t 2[
] - 2[
]
p pR t i 2[
] - 2
N4-10O ÍÎÏÐ ¶Ñ K‘ N4-11O (š²oq‘ N4-12O }¶pq
= ¬J ª¨w«NŸO 3 4.3.1



431概述 过程设备设计 二、弹性失效设计准则(续) 将第2章表2-1中仅受内压作用时,厚壁圆筒内壁面处的三向应力 分量计算式,代入弹性失效设计准则式(43)~式(4-5), 表4-1按弹性失效设计准则的内压厚壁圆筒强度计算式 匚设计准则应力强度a筒体径比K筒体计算厚度6 最大拉应力准则 K2+1 [O+p K2-1 V[可y-p R O [O]+p [-p 2K 最大切应力准则 [a K2-1 Ⅵ[q-2p R:( [o-2p √3K 形状改变比能准则PK2-1 Ⅵ[q-√3p R O op K+1 2[q]+p 中径公式 R O 2(K-1) 2[o]-p ]-p

8 ¤·2¸Ò2-1}Ói• ¦uÔ3²'(•´1AÕ¯Z Öoq3Ƌª¨w«qN4-3O×qN4-5O3 ¬J ª¨w«NŸO
     eqi  K  K 1 K 1 p 2 2 − + K 1 2K p 2 2 − K 1 3K p 2 2 − 2(K 1) K 1 p − + p p t t [
] - [
] p t t [
] - 2 [
] p t t [
] - 3 [
] p p t t 2[
] - 2[
] -1) [
] - [
] ( pp R tt i -1) [
] - 2 [
] ( p R t t i -1) [
] - 3 [
] ( p R t t i ) 2[
] - 2 ( p p Ri t 4.3.1

4-1   


431概述 过程设备设计 二、弹性失效设计准则(续) 实验值 压力容器常用 径比范围 中径公式 P:/0s 最大拉应力准则代表筒体的 旧075 弹性承载能 力,它和筒 R洲区 05十 形状改变比能谁则体径比K的 关系见图4 最大切应力准则1。 025 P:为内 壁初始屈服 时所对应的 1152 压力。 径比K 图4-1各种强度理论的比较

9   Psi /
s 
  !"# $% K &'()4- 1* Psi+ ,-./ 0123 * )4-1 4567%8 4.3.1



43.1概述 过程设备设计 、弹性失效设计准则(续) (1)按形状改变比能屈服失效判据——计算出的 初始屈服压力和实测值最为接近 (2)在壁厚较薄时即压力较低时,各种设计准则差 别不大; (3)在同一承载能力下,最大切应力准则计算出的 壁厚最厚,中径公式算出的壁厚最薄

10 4.3.1
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