第5章 外压容器的稳定计算

化工设备机械基础第四版答案【篇一：化工设备机械基础复习及答案】>一、填空题1、强度是指构件＿＿的能力。

2、刚度是指构件＿＿的能力。

3、稳定性是指构件＿保持原有＿平衡状态的能力。

4、如物体相对于地球静止或作匀速运动，则称物体处于＿。

5、物体受外力作用变形时，其内部各部分之间因相对位置改变而引的相互作力称为＿6、脆性材料的安全系数一般取得比塑性材料要＿＿。

7、在轴向拉伸或压缩时，杆件不但有＿＿变形，同时＿＿也发生变形。

8、扭转是＿杆件＿的又种变形方式。

10、弯曲是工程实际中最常见的一种＿＿变形形式。

11、简支梁是梁的一端为固定铰支座，另一端为＿12、外伸梁是简支梁的一端或＿＿伸出支座之外。

13、悬臂梁是梁的一端固定，另一端＿自由＿。

14、最大拉应力理论又称＿15、最大伸长线应变理论又称＿＿强度理论。

16、最大剪应力理论又称＿17、形状改变比能理论，又称＿＿强度理论。

18、构件在工作时出现随时间作周期变化的应力称为＿交变＿应力。

19、硬度是用来＿20、裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力称为断裂＿＿。

21、化工设备的密封性是一个十分＿22、化工设备的耐久性是根据所要求的＿＿年限来决定。

23、发生边缘弯曲的原因是由于＿24、当q/b=＿30、凸形封头包括半球形封头＿椭圆形＿封头、碟形封头、球冠形封头四种。

31、碟形封头由以ri为半径的球面，以r为半径的＿过度弧＿高度为h0的直边三部分组成。

32、锥形封头在同样条件下与凸形封头比较，其＿＿情况较差。

33、球冠形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的＿＿封头。

失稳破坏的问题。

35、加强圈应有＿36、卧式容器的支座有＿37、立式容器有耳式支座、＿＿腿式支座和裙式支座四种。

38、法兰按其整体性程度可分为松式法兰、＿39、国家标准中的手孔的公称直径有＿＿和dn250两种。

40、平带一般由数层帆布＿41、v带的横截面为＿等腰梯形＿，其工作面是与轮槽相接触的两侧面。

实验二 外压容器的失稳实验一.实验目的1. 观察薄壁容器在外压作用下丧失稳定的现象。

2. 测定圆柱形薄壁容器在外压作用下丧失稳定的临界压力，并与理论值进行比较，以验证临界压力公式。

3. 观察试件失稳后的波数和波形。

二.实验原理容器在受内压时，当器壁内的应力超过材料的极限强度时，便引起容器的破坏。

对于在某一外压作用下的容器，往往强度能满足要求，即器壁内的压应力还未达到材料的极限强度时，壳体会突然失去原来的形状而出现被压瘪呈现几个波形。

薄壁容器在失稳前所能承受的最大外压力称为临界压力；临界压力与波数决定于容器的长度对直径的比值及壁厚对直径的比值。

因此，对外压容器而言，既有强度问题，还有稳定性问题。

容器丧失稳定性的原因，绝非容器壳体不圆，即使是非常圆的壳体也会丧失稳定性；当然，壳体不圆，容器容易丧失稳定，即它的临界压力下降。

容器丧失稳定性的道理和压杆失稳的道理类同，外压容器的临界压力P cr 与下面因素有关。

< 1 >. 长度与直径之比LD ；< 2 >. 厚度与直径之比S D 0； < 3 >. 材料的物理性质；按失效情况，受外压的圆筒壳体有长圆筒、短圆筒之分。

用临界长度（L cr )来作为划分长、短圆筒的界限，当其长度超过临界长度时，属于长圆筒范围。

反之属于短圆筒。

临界长度可按下列公式计算：017.1S DDL cr = ( cm ) ( 1 ) 长圆筒的临界压力公式为：302)(12D S E P cr μ-= ( Kgf / cm 2 ) ( 2a ) 对于钢制圆筒，取μ=0.3，则上式可写成302.2⎪⎭⎫⎝⎛=D S E P cr ( Kgf / cm 2 ) ( 2b ) 短圆筒的临界压力公式可按下式进行近似计算：P ES LD D Scr =259020. ( Kgf / cm 2 ) ( 3 )钢制圆筒的失稳波数nDSLD=706224.()( 4 )以上诸公式中:D−−圆筒中间面的直径．( cm )S0−−减去壁厚附加量的壁厚．( cm )L−−圆筒的长度. ( cm )E−−弹性模数，碳钢取E=⨯106 ( Kgf / cm2 )μ−−泊桑系数，碳钢取μ=三.实验装置１．手摇试压泵： 2．缓冲罐：３．试验容器：４．薄皮垫：５．Ｏ型橡胶垫６．偏置压块：７。

压力容器设计外压圆筒的设计计算压力容器是一种用于贮存和输送液体或气体的设备，它承受着高压环境下的压力。

外压圆筒是其中一种压力容器的设计方式，其承受的是外部环境对容器的压力作用。

在外压圆筒的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.材料的选择：选取适合承受高压的材料，例如碳钢、不锈钢等。

根据压力容器的使用环境和介质特性，选择合适的材料，以保证容器的安全性和可靠性。

2.外压力的计算：根据容器所在环境的压力情况，计算外压力的大小。

外压的计算包括静态外压和动态外压两种情况，其中静态外压是指容器承受的恒定外力，而动态外压则是指容器承受的变化外力。

3.壁厚的计算：根据外压力的大小和材料的强度特性，计算容器的壁厚。

壁厚的计算是为了保证容器在外压力作用下的强度和刚度，以防止容器发生破裂、变形等事故。

4.稳定性的计算：在设计容器的几何形状时，需要考虑外压力对容器的稳定性的影响。

通过计算容器的抗剪稳定系数和抗弯稳定系数，判断容器是否满足稳定的要求。

5.接头设计：容器的接头连接处是容器的弱点，容易发生泄漏和破裂等事故。

在外压圆筒的设计中，需要经过计算和分析，选择合适的接头类型和连接方式，以保证接头的强度和密封性能。

6.强度计算：容器在外压力作用下，需要具备足够的强度承受力。

通过计算容器的主应力和主应变，确定容器的强度和破坏情况。

7.辅助装置的设计：外压圆筒在使用过程中，需要配备相应的辅助装置，如止回阀、减压阀等，以确保容器内压力的稳定和安全。

在设计完成后，需要进行一系列试验和检验，以验证容器的设计是否满足安全和可靠的要求。

总之，外压圆筒的设计计算是一项复杂而重要的工作，需要充分考虑几个方面的因素，以确保容器在高压环境下的安全运行。

外压容器的设计计算外压容器是一种常见的工业设备，广泛应用于石化、化工、制药、食品等领域。

外压容器的设计计算非常重要，涉及到容器的强度、安全性、可靠性等方面。

本文将从容器设计的基本原则、压力壳体的计算、配件的设计等方面进行详细阐述。

1.容器设计的基本原则1.1强度原则：容器必须经受住内外压力和外力的作用，保证容器不发生破裂或塑性变形。

1.2稳定原则：容器的结构必须具有足够的稳定性，能够抵抗倾覆、翻滚和滑动等不稳定力矩的作用。

1.3安全原则：容器在正常操作条件下，不得发生渗漏、爆炸等危险情况，以保证人员和设备的安全。

2.压力壳体的计算压力壳体是外压容器的主要承载结构，其计算涉及到壳体的应力、应变等参数。

2.1壳体厚度计算：压力壳体的厚度应满足材料强度和设计容器的内外压力的要求，一般采用均匀厚度计算，即在整个壳体上采用相同的厚度。

2.2应力计算：根据材料的弹性模量和壳体的几何形状，可以计算出壳体在压力作用下的轴向应力和周向应力。

2.3应变计算：根据壳体的轴向应力和周向应力，可以计算出壳体的轴向应变和周向应变，以评估壳体的变形和塑性变形情况。

3.配件的设计3.1头板设计：头板的设计一般可根据受力分析，选择合适的头板形式和厚度。

常见的头板形式有平头、半球头、扁头等，其选择应根据容器的使用条件和结构要求进行合理设计。

3.2法兰设计：法兰是连接容器和管道的关键部件，其设计应满足安装、密封和维修等要求。

法兰的种类和规格应根据容器的使用要求和管道系统的设计标准进行选择。

3.3补强环设计：补强环用于增强容器的稳定性和强度，可以有效抵抗容器的扭转、屈曲和翻滚等不稳定力矩的作用。

补强环的形式和数量应根据容器的几何形状和受力情况进行优化设计。

4.其他注意事项4.1材料选择：容器的材料选择应根据容器的使用环境和要求进行合理选择，考虑到材料的强度、耐腐蚀性和可焊性等因素。

4.2焊接技术：容器的焊接工艺应满足材料的性能要求和容器的设计要求，确保焊缝的质量和可靠性。

外压容器的设计计算哈尔滨市化工学校 徐　毅 李喜华 在外压容器设计时,筒体的壁厚计算按文献〔1〕和〔3〕应采用图算法。

图算法要先假设筒体的壁厚,通过查图表后计算使P≤〔P〕且较接近,则所设壁厚可用;否则应重新假设,直至满足为止。

为简化设计计算,本文将外压容器的解析法与图算法结合,使外压容器的壁厚的假设一次完成。

1　壁厚的计算按文献〔2〕外压容器壁厚的计算公式S≥D0(m pL2.6ED0)0.4+C(1)式中S———外压容器筒体的壁厚,mm;D0———外压容器的外径,mm;L———外压容器的计算长度, mm;C———壁厚附加量,　mm;m———稳定系数,　m=3;P———设计压力,　MPa;E———材料在设计温度时的弹性模量,　MPa;设壁厚为S,计算步骤如下:1.计算壁厚S0=S-C,算出所要设计筒体的L/D0和D0/S0值;2.按文献〔2〕在图6-10(文献〔2〕)的左侧纵坐标上找到L/D0值,由此点引水平线向右与相应D0/S0线相交。

若L/D0>50,则按L/D0=50查图,由交点沿铅垂方向向下求得横坐标系数A(即ε);3.根据筒体材料选用相应的材料温度线。

文献〔2〕中的图6-12、6-13、6-14,在图的下方横坐标找到由2求得的系数A,若A在材料温度线的右方,则由此点沿铅垂上移,与材料温度线相交,再将此点沿水平方向向右求得纵坐标系数B;4.按系数B用式〔P〕=BS0/D0〔2〕求得许用外压〔P〕;5.比较设计外压P与许用外压〔P〕,若P≤〔P〕,则所假设的壁厚可用。

6.根据钢板规格,最后确定所用钢板厚度。

2　计算实例设计氨合成塔的内筒,已知筒体外径D0= 410mm,计算长度L=4m,材料为oCr18Ni19Ti,弹性模量E=1.58×105MPa,壁温为480℃,壁厚附加量C=0.8m m,所受外压P=0.5MPa,试确定其壁厚。

由(1)式得:　S≥D0(m pL2.6ED0)0.4+C=410 (3×0.5×4×1032.6×1.58×105×410)0.4+0.8=7.6mm假设壁厚S=7.6mm,计算S0=S-C=7.6-0.8 =6.8mm,L/D0=4/0.41=9.75D0/S0=410/6.8 =60.28按文献〔2〕在图6-10查得A=0.00032按文献〔2〕在图6-14查得B=34MPa　按文献〔2〕式〔P〕=BS0/D0=34×6.8/410 =0.57MPa比较P<〔P〕,即0.5MPa<0.57MPa,即假设壁厚可用。

压力容器设计常用计算一、强度计算强度计算是压力容器设计中最基本的计算，其目的是通过计算容器的应力和应变，判断容器在承受工作压力时是否会发生破坏。

根据不同的容器形状和材料性质，常用的强度计算方法有以下几种：1.束缚应力法：根据容器的材料属性，计算容器各部位的允许最大内、外应力和总应力，然后与工作过程中的应力进行比较，判断容器是否会发生破坏。

2.等效应力法：将容器内、外表面上的应力用一个等效应力来代替，然后与容器的抗拉极限强度进行比较，以判断容器是否会发生破坏。

3.具体应力分析法：针对特定形状的容器，通过具体的应力分布分析，计算出容器各部位的应力和应变，进而判断容器是否会发生破坏。

二、蠕变计算蠕变是指材料在高温和长时间作用下发生的塑性变形，其对压力容器的安全性和可靠性产生较大的影响。

常用的蠕变计算方法有以下几种：1.应力分析法：根据容器的材料性质和工作条件，计算容器各部位的蠕变应力，然后与容器材料的蠕变强度进行比较，以判断容器在工作过程中是否会发生蠕变破坏。

2.强度工作时间积法：将容器的工作时间乘以其工作温度下的应力值，得到强度工作时间积，然后与容器材料的蠕变强度工作时间积进行比较来判断容器是否会发生蠕变破坏。

三、疲劳计算在压力容器的使用过程中，往往会受到不断重复的循环载荷，这会导致容器材料的疲劳破坏。

常用的疲劳计算方法有以下几种：1.安全系数法：根据容器的工作周期和载荷特性，计算容器的疲劳安全系数，然后与容器要求的疲劳安全系数进行比较，以判断容器是否会发生疲劳破坏。

2.极限状态法：根据容器的应力分布和载荷变化情况，通过计算容器的疲劳极限状态，判断容器在使用过程中是否会发生疲劳破坏。

四、稳定性计算容器的稳定性计算主要是为了防止在工作过程中容器发生失稳和挤压变形等现象，影响容器的安全性和稳定性。

常用的稳定性计算方法有以下几种：1.柱稳定计算：根据容器的几何形状和材料性质，通过计算容器的柱稳定系数，判断容器在工作过程中是否会发生失稳破坏。

外压失稳计算公式
外压失稳计算公式是防止失稳的许用压力（P）大于或等于容器失稳时的压
力（PCR）。

具体来说，圆筒稳定安全系数取，球壳稳定安全系数取。

此外，失稳是指容器所受的外压达到某种极限时，容器突然失去原来的形状而出现有规则的波形，在卸去外压后，仍不能恢复原来形状的现象。

引起外压容器失稳的主要原因是强度不够和稳定性不足。

外压元件承受的是压应力，其破坏形式主要是失稳，失稳可分为周向失稳和轴向失稳，周向失稳是指断面由圆形变成波形；轴向失稳是指轴线由直线变成波形线。

如果薄壁钢管不能抵抗外压和满足不了运输或安装的要求时，可采用增加管壁或增设加劲环环、锚筋与锁体等来解决。

以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。