内压薄壁容器的设计计算

薄壁圆形容器厚度计算公式在工程设计和制造过程中，薄壁圆形容器是一种常见的结构。

这种容器通常用于储存液体或气体，如水箱、储气罐等。

在设计和制造这些容器时，确定合适的壁厚是非常重要的，因为合适的壁厚可以保证容器的强度和稳定性。

本文将介绍薄壁圆形容器厚度的计算公式，并讨论如何应用这个公式来确定合适的壁厚。

薄壁圆形容器的厚度计算公式如下：t = (P r) / (2 S)。

其中，t为壁厚，P为设计压力，r为容器的半径，S为容器材料的允许应力。

在这个公式中，设计压力P是指容器在设计工作条件下所承受的压力。

半径r是指容器的内半径或外半径，取决于设计要求。

容器材料的允许应力S是指材料在设计工作条件下所能承受的应力。

利用这个公式，我们可以计算出合适的壁厚，以确保容器在设计工作条件下具有足够的强度和稳定性。

接下来，我们将详细讨论如何应用这个公式来确定薄壁圆形容器的壁厚。

首先，我们需要确定设计压力P。

设计压力通常由工程师根据设计要求和工作条件来确定。

例如，如果容器用于储存液体，设计压力将取决于液体的密度和高度，以及容器所处的环境压力。

一旦设计压力确定，我们就可以利用公式来计算壁厚。

其次，我们需要确定容器的半径r。

这通常是根据设计要求和空间限制来确定的。

如果容器的内半径和外半径不同，我们需要根据设计要求选择合适的半径。

最后，我们需要确定容器材料的允许应力S。

这通常是根据材料的强度和工作条件来确定的。

不同的材料具有不同的允许应力，因此在选择材料时需要考虑到这一因素。

一旦我们确定了设计压力P、容器的半径r和容器材料的允许应力S，我们就可以利用公式来计算出合适的壁厚。

这个壁厚将确保容器在设计工作条件下具有足够的强度和稳定性。

除了上述的计算公式，我们还需要考虑到一些其他因素来确定薄壁圆形容器的壁厚。

例如，我们需要考虑到容器的使用寿命、安全系数、制造工艺等因素。

这些因素将对壁厚的确定产生影响，因此在确定壁厚时需要综合考虑这些因素。

第三章内压薄壁容器设计第一节内压薄壁圆筒设计【学习目标】通过内压圆筒应力分析和应用第一强度理论，推导出内压圆筒壁厚设计公式。

掌握内压圆筒壁厚设计公式，了解边缘应力产生的原因及特性。

一、内压薄壁圆筒应力分析当圆筒壁厚与曲面中径之比δ/D≤0.1或圆筒外径、内径之比K=D0/D i≤1.2时，可认为是薄壁圆筒。

1、基本假设①圆筒材料连续、均匀、各向同性；②圆筒足够长，忽略边界影响（如筒体两端法兰、封头等影响）；③圆筒受力后发生的变形是弹性微小变形；④壳体中各层纤维在受压（中、低压力）变形中互不挤压，径向应力很小，忽略不计；⑤器壁较薄，弯曲应力很小，忽略不计。

2、圆筒变形分析图3-1 内压薄壁圆筒环向变形示意图筒直径增大，说明在其圆周的切线方向有拉应力存在，即环向应力（周向应力）圆筒长度增加，说明在其轴向方向有轴向拉应力存在，即经向应力（轴向应力）。

圆筒直径增大还意味着产生弯曲变形，但由于圆筒壁厚较薄，产生的弯曲应力相对环向应力和经向应力很小，故忽略不计。

另外，对于受低、中压作用的薄壁容器，垂直于圆筒壁厚方向的径向应力相对环向应力和经向应力也很小，忽略不计。

3、经向应力分析采用“截面法”分析。

根据力学平衡条件，由于内压作用产生的轴向合力（外力）与壳壁横截面上的轴向总应力（内力）相等，即：124δσππD p D =由此可得经向应力： δσ41pD=图3-2 圆筒体横向截面受力分析4、环向应力分析 采用“截面法”分析。

图3-3 圆筒体纵向截面受力分析根据力学平衡条件，由于内压作用产生的环向合力（外力）与壳壁纵向截面上的环向总应力（内力）相等，即：22δσL LDp = （3-3）由此可得环向应力： δσ22pD= （3-4） 5、结论通过以上分析可以得到结论：122σσ=，即环向应力是经向应力的2倍。

因此，对于圆筒形内压容器，纵向焊接接头要比环向焊接接头危险程度高。

在圆筒体上开设椭圆形人孔或手孔时，应当将短轴设计在纵向，长轴设计在环向，以减少开孔对壳体强度的影响。

化工设备设计基础–内压薄壁容器设计引言内压薄壁容器是化工设备中常见的一种结构，广泛应用于石油、化工、医药等行业。

其设计合理与否直接影响到化工设备的使用效果和安全性。

本文将介绍内压薄壁容器设计的基础知识和设计要点，以帮助读者更好地理解和掌握该方面的知识。

1. 薄壁容器的定义与分类薄壁容器是指在工作条件下，容器壁厚度相对较小，其内压应力主要由壁板引起的容器。

根据容器的形态可分为圆筒形、球形、圆锥形、矩形等多种类型。

根据容器的用途可分为储存容器、反应容器、传热容器等。

2. 内压薄壁容器的设计计算内压薄壁容器的设计计算主要包括以下几个方面：2.1 材料选择内压薄壁容器的材料选择至关重要，直接影响容器的强度和耐腐蚀性。

常用的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。

在选择材料时，要充分考虑工作介质的性质和工艺条件。

2.2 壁厚计算壁厚是内压薄壁容器设计中的一个关键参数。

根据ASME（美国机械工程师协会）等标准，可以通过以下公式计算容器的最小壁厚：t = (P * r) / (S * F)其中，t为壁厚，P为设计压力，r为容器的内部半径，S为材料的允许应力，F为安全系数。

2.3 结构设计内压薄壁容器的结构设计需要考虑容器的强度和稳定性。

常用的结构形式有圆筒形、球形、圆锥形等。

在设计过程中，要合理选择结构形式，同时考虑容器的受力特点，确保容器在工作条件下能够承受住内压力的影响。

2.4 衬里设计针对一些特殊介质，内压薄壁容器常需要进行衬里设计。

衬里材料一般为耐腐蚀的塑料或橡胶材料，用于保护容器壁免受介质的侵蚀。

3. 内压薄壁容器的安全考虑内压薄壁容器的安全性是设计过程中必须考虑的重要因素。

下面介绍几个与安全相关的要点：3.1 压力容器的安全阀内压薄壁容器常常需要配备安全阀，用于控制容器内部的压力，一旦超过设计压力，安全阀就会自动打开释放压力，避免容器爆炸等事故的发生。

3.2 检漏装置为了及时发现容器的泄漏情况，常常需要在容器上设置检漏装置。

设计压力计算公式一、压力容器设计压力（以常见的内压容器为例）1. 薄壁圆筒形容器。

- 对于承受内压的薄壁圆筒形容器，其环向应力计算公式为σ=(pD)/(2δ)（其中σ为环向应力，p为设计压力，D为圆筒的中径，δ为圆筒的壁厚）。

- 由此可推导出设计压力p = (2σδ)/(D)。

在实际应用中，需要先确定许用应力[σ]，并根据容器的工作条件（如温度等）进行修正，同时考虑一定的安全系数。

2. 球形容器。

- 球形容器承受内压时，其应力计算公式为σ=(pD)/(4δ)（σ为球壳的应力，p 为设计压力，D为球壳的中径，δ为球壳的壁厚）。

- 那么设计压力p=(4σδ)/(D)。

同样，许用应力的确定需要考虑多种因素，如材料的性能、容器的使用环境等。

二、管道设计压力。

1. 静压头产生的压力。

- 当考虑管道中液体的静压头时，p = ρ gh（p为静压头产生的压力，ρ为液体的密度，g为重力加速度，h为液柱高度）。

这在计算管道系统在不同高度处的压力时非常有用。

2. 考虑流动阻力的情况。

- 在管道中有流体流动时，根据伯努利方程p_1+(1)/(2)ρ v_1^2+ρ gh_1 =p_2+(1)/(2)ρ v_2^2+ρ gh_2+∑ h_f（p_1、p_2为管道中两个截面处的压力，v_1、v_2为相应截面处的流速，h_1、h_2为相应截面的高度，∑ h_f为两截面间的沿程阻力和局部阻力损失之和）。

- 如果要计算某一截面处的设计压力，需要根据已知条件和上述方程进行求解。

例如，当已知进口压力p_1、流速v_1、v_2，高度h_1、h_2以及阻力损失∑ h_f 时，可求出p_2，即p_2=p_1+(1)/(2)ρ(v_1^2 - v_2^2)+ρ g(h_1 - h_2)-∑ h_f。

三、其他情况。

1. 考虑外部载荷的组合。

2. 温度对压力的影响。

- 对于气体介质，根据理想气体状态方程pV = nRT（p为压力，V为体积，n 为物质的量，R为理想气体常数，T为温度）。