压力容器培训

2.2.1 椭圆封头 1）应力分布 标准椭圆封头（a/b=2）应力分布： 标准椭圆封头（a/b=2）应力分布：
σr =
pa
δ
σθ =
pa
δ
σθ = −
σr =
pa 2δ
pa
δ
2、受压元件——封头 受压元件——封头
径向应力σ 为拉伸应力，封头中心最大， 径向应力σr为拉伸应力，封头中心最大，沿径线向封头底边逐渐 减小。 减小。 周向应力σθ封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减小， 周向应力σ 封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减小， 由拉伸应力变为压缩应力，至底边压应力最大。且a/b越大，底部压应 由拉伸应力变为压缩应力，至底边压应力最大。 a/b越大， 越大 力愈大。出于上述考虑，GB150规定a/b≯2.6。 力愈大。出于上述考虑，GB150规定a/b≯2.6。 规定a/b≯2.6 所以在内压作用下，封头短轴要伸长， 所以在内压作用下，封头短轴要伸长，长轴要缩短称之为趋园现象 在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩，园筒径向胀大， ，在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩，园筒径向胀大，在边界 力作用下产生附加弯距（弯曲应力）， ），封头上最大应力为薄膜应力和弯 力作用下产生附加弯距（弯曲应力），封头上最大应力为薄膜应力和弯 曲应力之和。 曲应力之和。
2、受压元件——封头 受压元件——封头
2.2 封头
2.2.2 碟形封头 1）应力分布 碟形封头由球面、 碟形封头由球面、环壳和园 筒组成， 筒组成，应力分布与椭圆封头相 似。 为拉伸应力， 径向应力 σr为拉伸应力， 在球面部分均匀分布， 在球面部分均匀分布，至环壳应 力逐渐减小， 力逐渐减小，到底边应力降至一 半。 周向应力 σθ在球面部分为 均匀分布拉伸应力， 均匀分布拉伸应力，环壳上为压 缩应力， 缩应力，在连接点到底边逐渐减 小，而在球面与环壳连接处最大 。
σr
ϕ0
σθ
Ri = 2r0 h= r0 2
碟形壳的应力与变形
2、受压元件——封头 受压元件——封头
碟形封头与椭圆封头形状相似，不同点是应力与变形都是不连续的， 碟形封头与椭圆封头形状相似，不同点是应力与变形都是不连续的， 而且有两个拐点（球面与环壳、环壳与园筒） 而且有两个拐点（球面与环壳、环壳与园筒）在两个边界上产生附加力矩 弯曲应力） （弯曲应力） 在内压作用下，球面外凸，环壳内缩，园筒外胀。 r/R越小 越小， 在内压作用下，球面外凸，环壳内缩，园筒外胀。当r/R越小，球面 与环壳处产生应力最大；r/R→1趋于球壳 弯距→ 趋于球壳， 与环壳处产生应力最大；r/R→1趋于球壳，弯距→0；所以蝶形封头最大 应力在球面与环壳过度区。 应力在球面与环壳过度区。
GB150 钢制压力容器
Steel pressure vessels
主要内容
1、总论 2、受压元件 外压元件（园筒和球壳） 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 低温压力容器（附录C 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B） 超压泄放装置（附录B
主要内容
1、总论
2、受压元件 外压元件（园筒和球壳） 3、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 5、法兰 低温压力容器（附录C 6、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录B） 超压泄放装置（附录B
1、总论
1.1 GB150适用范围 适用范围
压力：适用于设计压力不大于35MPa， 压力：适用于设计压力不大于35MPa， 35MPa 不低于0.1MPa及真空度高于0.02MPa 不低于0.1MPa及真空度高于0.02MPa 0.1MPa及真空度高于0.02 温度： 温度：钢材允许使用温度
适用范围
2、受压元件——封头 受压元件——封头
3）稳定性
在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能， 在内压作用下，长轴缩短，产生压应力，存在周向失稳可能，标准 控制最小厚度来保证。（ 。（GB150 下部说明） 控制最小厚度来保证。（GB150 表7-1 下部说明） 在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能， 在外压作用下，短轴缩短，产生压应力，球面部分存在失稳可能， 用图表法进行校核计算。 用图表法进行校核计算。
主要内容
1、总论 、
2、受压元件 、
3、外压元件（园筒和球壳） 、外压元件（园筒和球壳） 4、开孔补强 、 5、法兰 、 6、低温压力容器（附录 ） 、低温压力容器（附录C） 7、超压泄放装置（附录 ） 、超压泄放装置（附录B）
2、受压元件——园筒和球壳 受压元件——园筒和球壳
2.1园筒和球壳 2.1园筒和球壳
适用范围
1、总论
1.2 GB150管辖范围 管辖范围
容器壳体及与其连为整体的受压零部件 1）容器与外部管道连接 焊缝连接第一道环向焊缝端面 法兰连接第一个法兰密封面 螺纹连接第一个螺纹接头端面 专用连接件第一个密封面 接管、人孔、手孔等的封头、 2）接管、人孔、手孔等的封头、平盖及紧固件 非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等） 3）非受压元件与受压元件焊接接头（如支座、垫板、吊耳等） 4）连接在容器上的超压泄放装置
园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出： 园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出：
π σH = 4
πDi2 Pc πDi δ
Di Pc t = ≤ [σ ] φ 4δ
σ1 =
4[σ ] φ
t
Pc Di
Pc Di l Pc Di t σθ = = ≤ [σ ] φ 2δ ·l 2δ
园筒受力图
2、受压元件——园筒和球壳 受压元件——园筒和球壳
园筒环向应力是轴向应力2 园筒环向应力是轴向应力2倍，最大主应力为环向应力，所以公 最大主应力为环向应力， 式中焊接接头系数为纵向焊缝接头系数。 式中焊接接头系数为纵向焊缝接头系数。 而球壳环向应力和径向应力是相等。按中径公式可推导出， 而球壳环向应力和径向应力是相等。按中径公式可推导出，球壳 壁厚
1、总论
1.4 设计参数
壁厚（ 个厚度） 1.4.3 壁厚（6个厚度） 计算厚度，由计算公式得到保证容器强度， δc 计算厚度，由计算公式得到保证容器强度，刚度和稳定的厚度 设计厚度， 腐蚀裕量） δd 设计厚度，δd =δc +C2（腐蚀裕量） δn 名义厚度，δn =δd +C1（钢材负偏差）+△（圆整量） 名义厚度， 钢材负偏差） 圆整量） 有效厚度， δe 有效厚度，δe=δn-C1-C2=δc+△ 设计要求的成形后最小厚度， δmin 设计要求的成形后最小厚度，δmin≥δn-C1 壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、 （GB150 3.5.6壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输中刚度 GB150 而定； 是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。 而定；而δmin是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。） 坯料厚度δ +C1 +C3 δ坯 坯料厚度δ坯=δd +C1+△=δn +C3 其中： 制造减簿量，主要考虑材料（黑色，有色） 工艺（ （其中：C3 制造减簿量，主要考虑材料（黑色，有色）、工艺（模压 旋压；冷压，热压） 所以C 值一般由制造厂定。 ，旋压；冷压，热压），所以C3值一般由制造厂定。）
2、受压元件——封头 受压元件——封头
2）碟形封头的计算公式 MPc Ri δ= t 2[σ ] φ − 0.5 Pc
其中： 其中： M =
最大总应力 球壳最大应力
形状系数， 形状系数，
可近似理解为，蝶形封头壁厚是球壳壁厚的M 可近似理解为，蝶形封头壁厚是球壳壁厚的M倍。 Ri/r越大，变形越大，应力也大，所以M R/r增大而增大， Ri/r越大，变形越大，应力也大，所以M随R/r增大而增大， 越大 增大而增大 Ri/r查表 查表7 M与Ri/r查表7-3
1、总论
1.4 设计参数
压力（ 个压力） 1.4.1 压力（6个压力） 正常工况下， Pw 正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力 Pd 与相应设计温度相对应作为设计条件的容器顶部的最高压力 Pd≥PW 在相应设计温度下，确定元件厚度压力（包括静液柱） Pc 在相应设计温度下，确定元件厚度压力（包括静液柱） Pt 压力试验时容器顶部压力 设计温度下，容器顶部所能承受最高压力， Pwmax 设计温度下，容器顶部所能承受最高压力， 由受压元件有效厚度计算得到。 由受压元件有效厚度计算得到。 Pz 安全泄放装置动作压力 ≤(1 05Pw＜Pz ≤(1.05-1.1)Pw Pd ≥Pz
Pc Di δ= t 4[σ ] φ − Pc
适用范围Pc≤0.6[ ] ，相当于K≤1.353 适用范围Pc≤0.6[σ]tΦ，相当于K≤1.353 Pc≤0.6[ 公式中焊接接头系数为所有拼接焊缝接头系数。 公式中焊接接头系数为所有拼接焊缝接头系数。
2、受压元件——封头 受压元件——封头
2.2 封头
1、总论
各厚度之间的相互关系
1、总论
1.4 设计参数
1.4.4 许用应力 许用应力是材料力学性能与相应安全系数之比值： 许用应力是材料力学性能与相应安全系数之比值： σb/nb σs/ns σD/nD σn/nn 当设计温度低于20℃取20℃的许用应力。 当设计温度低于20℃取20℃的许用应力。 20℃ 的许用应力
中径（Di+δ）替代Di
σ2 =
2[σ ] φφ − Pc
t
Pc Di
σ2 =
2[σ ] φ − Pc
t
Pc Di
适用范围Pc ≤ 0.4[σ ]φ , 相当于K ≤ 1.5
2、受压元件——园筒和球壳 受压元件——园筒和球壳
σ H , σ θ 是以 K = D0 ≤ 1.2 薄壁容器内径公式导出，认为应力是均匀分布。 薄壁容器内径公式导出，认为应力是均匀分布。 Di 随壁厚增加K值增大，应力分布不均匀程度加大， K=1.5时 随壁厚增加K值增大，应力分布不均匀程度加大，当K=1.5时，由薄壁公式 计算应力比拉美公式计算应力要低23% 误差较大；当采用（Di+δ） 23%， 计算应力比拉美公式计算应力要低23%，误差较大；当采用（Di+δ）替代 Di内径后 则其应力仅相差3.8% 这样扩大了公式应用范围（K≤1.5）， 内径后， 3.8%， Di内径后，则其应力仅相差3.8%，这样扩大了公式应用范围（K≤1.5）， 误差在工程允许范围内。 误差在工程允许范围内。