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外压圆筒设计

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4.3.2圆筒设计(外压)解析

4.3.2圆筒设计(外压)解析

特点：反复试算
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
二、图算法原理（标准规范采用）
难点
假设：圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压，与圆环一 样处于单向（周向）应力状态。
3
将式
t pcr 2.2 E D o
2
（2-92）
厚度 t 改为有效 厚度δe，得：
2.59 Et pcr （2-97） LDO DO t
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
二、图算法原理（续）
长圆筒临界压力
pcr 2.2 E (
e
Do
)
3
短圆筒临界压力
pcr = 2.59E
L Do
δ e 2.5 ( ) Do δ e 0.5 0.45( ) Do
令 B=
代入式（4-21）整理得：
cr pcr D o cr E 2Ee
（4-21）
Do [ p]
e
2 E cr m
D0 p e
4.3.2.4 外压圆筒设计
二、图算法原理（续）
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
（2）厚度计算图（不同材料）：B—A关系曲线（续）
2 2 2 B E cr E cr cr m 3 3
短圆筒
刚性圆筒 这种壳体的L/Do较小，而t / Do较大，故刚性较好。 其破坏原因是由于器壁内的应力超过了材料屈极 限所致。计算时，只要满足强度要求即可。
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
长圆筒临界压力：
t pcr 2.2 E D o

压力容器设计外压圆筒的设计计算

压力容器设计外压圆筒的设计计算
1
本节重点
外压容器设计参数的规定； 设置加强圈的目的及结构要求 。
本 节 完
单击此处添加副标题
谢谢大家！
由该式建立B与A的关系图
第三节 外压圆筒的设计计算
工程设计方法
外压圆筒 （Do／te）
薄壁圆筒（Do／te≥20）
失稳
Do／te＝20
厚壁圆筒（Do／te＜20）
失稳
强度失效
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
Do/te≥20薄壁筒体，稳定性校核：
c. 由材料选——厚度计算图（图4-12～图4-15）
（b）
A在材料线左方时， ，按(b)式计算许用外压[p]：
系 数 A
设计温度
根据
(a)
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
图算法求解过程
第三节 外压圆筒的设计计算
pc＞[p]——假设tn不合理 ——重设tn，直到满足
pc≤[p]且较接近—— 假设的名义厚度tn合理
容器外部：焊接的总长不小于 筒体外圆周长的1/2
3、加强圈的结构设计
工字钢
其它型钢
常用 型钢
扁钢
角钢
材料：多为碳素钢。 筒体为贵重金属，在筒体外部设置碳素钢加强圈， 节省贵重金属。
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
第四章 外压容器设计
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
特点：反复试算，比较繁琐。
图算法
解析法
外压圆筒设计
第三节 外压圆筒的设计计算
图算法原理：（标准规范采用）
03
为避开材料的弹性模量E（塑性状态为变量），采用应变表征失稳时的特征：

外压圆筒设计

外压圆筒设计
碳钢。 加强圈要求：必须具有足够的刚性，在外压作用下本身不失稳，
才能保证其对筒体的支承作用。
加强圈最大间距：
• 外压圆筒加强圈间距已选定，可按上述图算法确定出筒体厚 •度；如果筒体的D0/se已确定，可从下式解出加强圈最大间距：
• 加强圈实际间距小于或等于算出间距，表明该圆筒能安全承受设计压力。加
有关。
2．设计外压容器
•设计外压容器应使许用外压[p]小于临界压力Pcr，即：稳定条
件
由于Pcr或[p]都与筒体的几何尺寸（ δ e、D0、L）有关，通常 采用（一）试算法：
• 1）由工艺条件定内径和筒体长度先假定一个δ e，计 算：
•2）根据筒体计算长度判断属于长圆筒还是短圆筒，再代入相应临界压力计算 式。
圆筒发生了褶绉。
•（2）局部失稳
•
在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局部外压也可能引
起
• 局部失稳。
1)临界压力：导致筒体失稳的外压，Pcr
2)临界应力：筒体在临界压力作用下，筒壁内的环向压缩应力 ，
以σcr表示。
a.外压低于Pcr，在压力卸除后能恢复其原先形状，即:发生弹性变形
。
3b).达临到界或压高力于与Pc哪r时些，因产素生有的关曲波形将是不可能恢复的。 ？
• 3）求出相应[p],然后比较[p]是否大于或接近设计压力p，判断假设是否合理
。
外压容器的设计压力：不小于正常工作过程中可能出现的最大内 外压力差。
1）真空容器： a.有安全控制装置（真空泄放阀），取1.25倍最大内外压
差或0.1MPa中较小值； b.无安全控制装置，取0.1MPa。
2）带夹套容器：真空容器的设计压力再加上夹套设计压力作为 内筒容器设计压力。

外压圆筒的设计计算

外压圆筒的设计计算
四、设计参数 的规定
试验压力
pT 1.25 p
带夹套外压容器
夹套容器是由内筒和夹套组成的多腔压力容器，各腔的 设计压力通常是不同的，应在图样上分别注明内筒和夹 套的试验压力值。
内筒试验压力
pT 1.25 p
第三节 外压圆筒的设计计算
夹套： 按内压容器确定试验压力。
注意：
在确定了夹套试验压力后，还必须校核内 筒在该试验压力下的稳定性。 如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套 的液压试验时，必须同时在内筒保持一定 的压力，以确保夹套试压时内筒的稳定性。
不论长圆筒或短圆筒，失 稳时周向应变（按单向应 力时的虎克定律）为：
cr
cr
E

pcr Do 2Ete
第三节 外压圆筒的设计计算
将长、短圆筒的 pcr公式分别代入应变式中，得
长圆筒
cr
cr
E

1.1 ( Do )2
te
短圆筒
cr
cr
E
1.30 t Do L Do
pi
)max
的规定
无安全装置时：p=0.1Mpa
2、带夹套的真空容器 p取真空容器的设计压力加上夹套压力
3、其它外压容器（包括带夹套的外压容器）
p应不小于容器正常工作过程中可能出现的最大内
外压力差
即：p≥(po-pi)max
注意：最大内外压差的取值
压力试验
不带夹套的外压容器和真空容器
第三节 外压圆筒的设计计算
计算长度
第三节 外压圆筒的设计计算
计算长度：筒体外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距 离，通常封头、法兰、加强圈等均可视为刚性构件。
第三节 外压圆筒的设计计算

外压薄壁圆筒与封头的强度设计课件

外压薄壁圆筒与封头的强度设计课件

一、临界压力
承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性 压缩变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当 外压力增大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形， 就失去了原来的稳定性。
导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力， 以Pcr表示。
筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力 称为临界压应力，以σcr表示。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
1. 算图的由来
若将失稳时的环向应变与允许工作外压的关系曲线找出来， 那么就可能通过失稳时的环向应变ε为媒介，将圆筒的尺寸 （D0、Se、L）与允许工作外压直接通过曲线图联系起来。
[p] p cr m
pcr m[p]
Ectr 2pcSerD E0t m 2S[eEpt0]D
【注意】钢材的E和μ值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢制造外压 容器，不能提高筒体的临界压力。
3. 筒体椭圆度和材料不均匀
稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为即使壳体 的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。
壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，即能使失 稳提前发生。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
2. 外压圆筒和管子壁厚的图算法
⑴ 对D0/Se≥20（薄壁）的圆筒和管子
④ 根据所用材料选用图11-4～11-9，在图下方找出由③所得的系数A。
若A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计
温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿
水平方向右移，在图的右方得到系数B，并按下式计算许用外压力
D0
D0
短圆筒应变
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
1. 算图的由来
外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何尺寸（Se，D0，L）之间 的关系

简述外压圆筒的设计流程

简述外压圆筒的设计流程

简述外压圆筒的设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!简述外压圆筒的设计流程外压圆筒的设计流程主要包括以下几个方面：一、设计参数确定1.1 确定筒体直径和长度1.2 确定筒体壁厚二、筒体材料选择2.1 根据设计参数在材料选择图表上查找合适的材料2.2 根据筒体工作环境选择耐腐蚀性良好的材料三、筒体稳定性计算3.1 根据筒体材料在对应材料的AB图上查找临界压力3.2 计算筒体实际承受的外压，确保小于临界压力四、筒体强度计算4.1 计算筒体承受内压时的应力4.2 计算筒体承受外压时的应力五、筒体制造和检验5.1 确定筒体的制造工艺5.2 对筒体进行水压试验和气密性检验通过以上设计流程，可以确保外压圆筒在承受外压的情况下具有足够的强度和稳定性。

化工设备机械基础(第四版)第5章 外压圆筒与封头的设计

化工设备机械基础(第四版)第5章 外压圆筒与封头的设计

2S e[ ]t压 [ pw ] Di S e
5.4
临界长度Lcr
实际的外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度Lcr来判定。
当圆筒处于临界长度Lcr时，则用长圆筒公式计算所得的临界压力Pcr 值和用短圆筒公式计算的临界压力Pcr值应相等。
t Se 2.2 E D 0
• 但由于各种钢材的弹性模量与泊桑比相差不大，因此选用高强度钢
代替一般碳钢制造外压容器，并不能有效提高圆筒的临界压力。
(3). 筒体椭圆度和材料的不均匀性
5. 外压圆筒的分类
5.1 长圆筒
• 当筒体足够长，两端刚性较高的封头对筒体中部的变形不 能起到有效支撑作用时，这类圆筒最容易失稳压瘪，出现
波纹数n=2的扁圆形。这种圆筒称为长圆筒。
2. 外压容器的失稳现象
• 外压圆筒的压缩应力还在远远低于材料的屈服点时，筒壁就已经突 然被压瘪或发生褶皱，即在某一瞬间失去原来的形状，这种在外压作 用下，突然发生的圆筒失去原形，即突然失去原来的稳定性的现象称 为弹性失稳； • 弹性失稳是从一种平衡态跃变为另一种平衡状态，实际上是容器筒壁 内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。
t D0 2.5E L cr
3
S e D 0

2.5
Lcr 1.17 Do
Do Se
Lcr
1.3E t S e [ ]
t 压
• 当L>Lcr时，长圆筒； • L‘cr<L<Lcr时，短圆筒； • 若L<L'cr时，刚性圆筒。
D0 Se
•例 题
某一钢制圆筒，外径为Do=1580mm，高L=7060mm（切

外压圆筒和封头的设计

外压圆筒和封头的设计

加强圈结构 加强圈自身在环向的连接要用对接焊，与筒体的连接可采用连续焊或间断焊。装在筒体外部 的坚强圈，其每侧间断焊的总长应不小于容器外圆周长度的二分之一；加强圈装在内部时则 应不少于圆周长度的三分之一。 所需加强圈的最大间距：
Ls 0.86 E t
D0 Se p D0
2.5
pc p
pcr m
（4-5）
对圆筒、锥壳取m=3，球壳、椭圆形和碟形封头取m=15。 由于外压圆筒壁厚的理论计算方法非常复杂，《钢制压力容器》GB150-1998推荐采用图算法。 一、算图的由来（Origin of Rendering） 将长、短圆筒的临界压力计算公式归纳成：
S pcr KE t e D0
S
2 pc
t
t
Qpc D i
式中Q为系数，根据 pc 和 Ri Di 由图查取。
二、椭圆形封头（Elliptical Head） 按外压球壳图算法进行设计，其中椭圆形封头的当量球壳外半径R0按下式确定：
R0 K1D0
D0为椭圆形封头的外径，K1为由椭圆封头长短轴之比确定的形状系数。
将以上关系绘成曲线，即为外压圆筒几何参数计算图，该图适用与任何材料的圆筒。
圆筒许用外应力
pcr KE Se p 3 D0 m
t
3
p D0 KE t Se 2 KE t Se 2 2 AE t cr 3 D0 3 2 D0 3 3 Se
A
系数A>0.1时，取A=0.1。
1.1
D0
Se
2
（4-9）
（2）按下式计算 p 1和 p 2，取两者中的较小值为许用外压力 p ，

压力容器设计外压圆筒的设计计算

压力容器设计外压圆筒的设计计算

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。

第十章 外压圆筒与封头的设计PPT

第十章 外压圆筒与封头的设计PPT

2.2E t ( e )3 ( D0 )
D0 2E t
e 1.1( e )2
D0
(13-13)
2.59E t ( e )2.5 ( D0 )
( e )1.5
D0
e 1.3 D0
L 2Et
L
D0
D0
f
(
D0
e
,
L )
D0
(13-14)
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
刚性圆筒最高
工作压力公式
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
4)结论
刚性圆筒
Lc
r
短圆筒
Lc r 长圆筒
若某圆筒的计算长度为 L ，则：
L ＞ Lcr
属长圆筒
Lcr ＜ L ＜ Lcr
属短圆筒
L ＜ Lcr
属刚性圆筒
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
二、容器失稳型式的分类
1、按受力方向分为侧向失稳与轴向失稳
侧向失稳
p
容器由均匀侧向外压 引起的失稳，叫侧向 失稳 特点:横断面由 圆形变为波形
外压圆筒侧向失稳后的形状
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
轴向失稳
p
轴向失稳由轴向压应力引起，失稳后其 经线由原来的直线变为波形线，而横断 面仍为圆形。
3D0 / e
(4)比较计算压力Pc与许用外压力[P]，要 求Pc[P]且比较接近
NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
情况2
D0 / e 20
(1)用与D0 / δe 20时相同的步骤得到系数B。但对于D0 / δe <4的圆筒和管子， 则系数A用下式计算：

外压圆筒设计计算

外压圆筒设计计算

附图1 外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算图(适用所有材料)350附图 2 外压圆筒和球壳厚度计算图(屈服点σ>207MPa的碳素钢和OCrl3、1Crl3钢) E一设计温度下螺旋板材料的弹性模量(MPa)附图 3 外压圆筒和球壳厚度计算图(16MnR、15CrMo钢)354一液氨贮罐为圆筒形容器，内直径D i=2200mm,装有安全阀，介质在50℃时的饱和蒸汽压是 2.1MPa（绝压）,材质为16MnR,бs=350MPa,[б]=[б]t=173MPa,取焊缝系数ф=0.85,C=1.8mm，试设计其筒体和封头的壁厚并进行水压试验时的强度校核。

（20分）解：按有安全阀，取：P=（1.05—1.1）P工作（1分）P工作=2.1-0.1=2.0MP a （表压）（1分） P=1.1×2.0=2.2MP a1、筒体壁厚（6分）S=PD i/2[σ]t Φ-P=2.2×2200/2×173×0.85-2.2=16.58mmS d=S+C=16.58+1.8=18.38mm 圆整取：S n=19mm2、封头壁厚（6分）取M=2的标准椭圆封头则： K=1S=KPD i/2[σ]tΦ-0.5P=2.2×2200/2×173×0.85-0.5×2.2=16.25mmS d=S+C=16.58+1.8=18.32mm 圆整取：S n=19mm3、水压试验校核（6分）P t=1.25P×[σ]/[σ]t=1.25×2.2×1=2.75MP aσT=P T（D i+S e）/2S eΦ=2.75×（2200+19-1.8）/2×（19-1.8）×0.85=208.53MP a0.9σs=0.9×350=315MP a σT<0.9σs安全确定筒体和封头厚度均为S n=19mm。

5.外压圆筒与封头的设计

5.外压圆筒与封头的设计

影响临界压力的因素
在弹性稳定范围内，外压容器的临界压力及其所 呈现的波数与材料的屈服强度无关，与材料的弹性模 数E和泊桑比以及容器的结构尺寸(L/D，/D)有关。 其中结构尺寸为主要影响因素。当失稳应力超 过弹性范围时，它还和材料的屈服强度有关。
外压容器形状椭圆度的影响
外压容器失稳的根本原因并非由于材料的不均匀和 几何形状的初始偏差。但容器材料的不均匀和几何形状 的初始偏差 ——不圆度会导致临界压力下降，所以外压 容器设计时应考虑稳定性安全裕度，制造时对不圆度的 允许值也应严格控制。我国国标GB150-2011《钢制压力
1.算图的由来
思路：由已知条件（几何条件：L/Do,Do/ δe以及材质
，设计温度） 确定许用外压力[p]， 判断计算压力是否满足：
p c [ p]
几何条件
ε
25
稳定条件
长圆筒临界压力： 短圆筒临界压力：
结论：影响临界压力的因素：几何尺寸、Et
问题：
（1）公式中弹性模量Et确定（①是否是变量；②如果是变量，如何 确定）； （2）δ e的试算。
(2)对Do/δe ＜ 20的圆筒和管子 ①用与Do/δe≥20时相同步骤得到B,对于Do/δe ＜ 4
②用①所得系数B
③ 由②所得P1与P2较小值,与[P]比较,直到较小的Pc ＜[P].
设计压力的确定： 外 压 圆 筒 的 设 计 参 数 外压容器： 取不小于实际工作过程中可能产生的最大压差。 真空容器： (l )有安全装置时，取l.25倍最大内外压差或0.lMPa 两者中的较小值。 (2)无安全装置时取0.l MPa。 (3)带夹套的真空容器，按上述原则加上夹套压力。
3）根据材料选出壁厚计算图（图5-7～图5-15），在曲线横 坐标上找到A点，若A点位于直线段（左侧），说明圆筒发 生弹性失稳，Et是常数，B=2/3EtA；若A位于曲线段（右 侧），Et是变量，从曲线上查得B值； e 4）计算许用压力 [ p] B D0

简述外压圆筒设计的流程和方法

简述外压圆筒设计的流程和方法

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第十章外压圆筒与封头的设计

第十章外压圆筒与封头的设计
除了与材料物理性质有关外， 与圆筒的厚径比和长径比均有关 。
试验结果证明：短圆筒失稳时 的波数为大于2的整数。
3.刚性圆筒
刚性圆筒——不会因失稳而破坏。 破坏形式是强度破坏，即压缩应力
许用外压力计算公式为：
4、 临界长度和长圆筒、短圆筒、刚性圆筒的定量描述
1、临界长度
作用: 用临界长度和作为长、短圆筒和刚性圆 筒的区分界限。
2、外压薄壁容器的受力
薄壁圆筒
经向薄膜应力
环向薄膜应力
δ—计算厚度，mm；D—筒体中间面直径，mm。
压应力
3、失稳及其实质
承受外压载荷的壳体，当外 压载荷增大到某一值时，壳 体会突然失去原来的形状， 被压扁或出现波纹，载荷卸 去后，壳体不能恢复原状， 这种现象称为外压壳体的失 稳。
失稳后的情况
外压容器失稳的过程
壳体的椭圆度与材料的不均匀性，能使其 临界压力的数值降低，使失稳提前发生。
三、 长圆筒、短圆筒、刚性圆筒的定性描述
相对几 何尺寸
两端 边界 影响
失稳时 临界压力 波形数
长圆筒
忽略
2
短圆筒
显著
大于2 的整数
刚性 圆筒
不失稳
1.钢制长圆筒 临界压力公式：
从上述公式看，影响长圆筒临界压力的因素如 何？
除了与材料物理性质（E,μ）有关外，几何方 面只与厚径比（δe/DO)有关，与长径比（L/DO) 无关。
试验结果证明：长圆筒失稳时的波数为2。
推论：从长圆筒临界压力公式可得 相应的临界应力与临界应变公式
临界压力
临界应力
应变 应变与材料无关, 只与筒体几何尺寸有关
2.钢制短圆筒
临界压力公式：
L为计算长度 从公式看，短圆筒临界压力大小 与何因素有关？

第十一章-外压圆筒设计

第十一章-外压圆筒设计

以判断假设是否合理。
pcr m[ p]
设计外压：
不小于正常工作过程中可能出现的 最大内外压力差。
真空容器：
有安全控制装置（真空泄放 阀），取1.25倍最大内外压差或 0.1MPa中较小值；
无安全控制装置，0.1MPa
带夹套容器：真空设计压力再加上 夹套设计压力。
（二） 图算 pcr
长、短圆筒临界压力
20g钢板制造。
第四节 加强圈 pcr
2.59E
(d e / D0 )2.5
(L / D0 )
内径2000mm、全长7000mm的分 馏
塔，要保证在0.1MPa外压下安全操
作，须用14mm厚钢板。较簿钢板满 足
不装壁上了的一外支定压撑数要作求 用量。 ，的可加强以圈提，高圆利筒用的圈对临筒界 压力，从而提高其工作外压。
第十一章 外压容器设计
第一节 概述
一、外压容器失稳
外压容器：容器外部压力大于内部压力。 石油、化工生产中外压操作，例如： 石油分馏中的减压蒸馏塔、 多效蒸发中的真空冷凝器、 带有蒸汽加热夹套的反应釜 真空干燥、真空结晶设备等。
失稳的概念：
容器外压与受内压一样产生径向和环向 应力，是压应力。也会发生强度破坏。 容器强度足够却突然失去了原有的形 状，筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆 环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外 压作用下，筒体突然失去原有形状的现 象称弹性失稳。 容器发生弹性失稳将使容器不能维持正 常操作，造成容器失效。
式中p-设计外压力，MPa； pT-试验压力，MPa。
❖夹套容器内筒如设计压力为正 值时，按内压容器试压；如设 计压力为负值时按外压容器进 行液压试验。
❖夹套容器液压试验合格后再焊接
夹套。夹套内压试验压力
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❖外压筒体计算长度L：指筒体上两个刚性构件如
封头、法兰、加强圈之间的最大距离。
➢对于凸形端盖：L＝圆筒长＋封头直边段＋1/3 端盖深度
➢对于法兰：L＝两法兰面之间的距离
➢对于加强圈：L＝加强圈外中压圆心筒设线计 之间的距离
(d)
L hi/3
L
(a)
hi/3
L
hi/3
hi
L
hi
(b)
(e) 外压圆筒设计
[ p ] p cr m
[p]-许用外压； m外-压稳圆筒设定计 安全系数，m>1
L
hi/3
L
(c)
(f)
hi
四、外压圆筒的设计
㈠ 算法概述 外压圆筒计算常遇到两类压 [p]；
✓另一是已给定工作外压，确定所需厚 度de。
外压圆筒设计
1．许用外压[p]
圆度，长圆筒或管子一般压力达到临界 压力值的 l／2～1／3时就可能会被压瘪。
大于计算压力的工况，不允许在外压力 等于或接近于临界压力下工作，必须有 一定的安全裕度，使许用压力比临界压 力小，即
✓刚性圆筒：304不锈钢板若筒体较短，筒
壁较厚，即L/D0较小，de/D0较大，容器
的刚性好，不会外因压圆失筒设计稳而破坏。
㈠ 长圆筒
长圆筒的临界压力计算公式：
pcr
2E
1m2
(de
D0
)3
式中 Pcr-临界压力， MPa；
de-筒体的有效厚度， mm；
D0-筒体的外直径， mm D0Di 2dn
外压圆筒设计
㈡ 轴向失稳
❖薄壁圆筒承受轴向 外压，当载荷达到 某一数值时，也会 丧失稳定性。
❖失稳，仍具有圆环 截面，但破坏了母 线的直线性，母线 产生了波形，即圆 筒发生了褶绉。
外压圆筒设计
㈢ 局部失稳
在支座或其他支承处以及 在安装运输中由于过大的局 部外压也可能引起局部失稳。
外压圆筒设计
三、临界压力计算
容器强度足够却突然失去了原有的形状， 筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆环 截面一瞬间变成了曲波形。这种在外 压作用下，筒体突然失去原有形状的 现象称弹性失稳。
容器发生弹性失稳将使容器不能维持正 常操作，造成容外压器圆筒失设计 效。
失稳现象的实质：
外压失稳前，只有单纯的压缩应力， 在失稳时，产生了以弯曲应力为主 的附加应力。
Et-操作温度下圆筒材料的弹性模量， MPa
m-材料的泊桑比。
外压圆筒设计
❖分析：
pcr
2E
1m2
(de )3
D0
长圆筒的临界压力仅与圆筒的相
对 对厚 长度度dL/e/DD00无有关关。，而与圆筒的相
对于钢制圆筒，m=0.3，
则
d pc
r
2.20Et
外压圆筒设计
(e D0
)3
㈡ 短圆筒
短圆筒的临界压力计算公式为：
pcr
2.59E(de /D0)2.5
(L/D0)
✓ 短圆筒临界压力与相对厚度de/D0有关， 也随相对长度L/D0变化。 ✓ L/D0越大，封头的约束作用越小，临界
压力越低。
外压圆筒设计
L为筒体计算
长度，指两 相邻加强圈 的间距；
对与封头相连 接的那段筒 体而言，应 计入凸形封 头中的1/3的 凸面高度。
pcr
2.59E(de /D0)2.5
(L/D0)
外压圆筒设计
临界压力计算公式使用范围：
临界压力计算公式在认为圆筒截面是规则 圆形及材料均匀的情况下得到的。
❖实际筒体都存在一定的圆度，不可能是 绝对圆的，实际筒体临界压力将低于计 算值。
❖但即使壳体形状很精确和材料很均匀， 当外压力达到一定数值时，也会失稳， 只不过是壳体的圆度与材料的不均匀性 能使其临界压力的数值降低，使失稳提 前发生。
外压圆筒设计
㈢ 刚性筒 dd 2sptDipC2
刚性筒是强度破坏，计算时只 要满足强度要求即可，其强 度校核公式与内压圆筒相同。
外压圆筒设计
圆筒在外压作用下的屈服压力
Ps
2ss
de
D0
比较
pcr
2.59E(de /D0)2.5
(L/D0)
pcr
2E
1m2
(de )3
D0
• 对薄壁容器，圆筒外压失稳的压力远小于被压 屈服的压力，即稳定破坏先于强度破坏
外压容器的失稳，实际上是容器筒 壁内的应力状态由单纯的压应力平 衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。
外压圆筒设计
外压圆筒设计
长园筒
外压圆筒设计
外压圆筒设计
二、容器失稳形式
外压圆筒设计
㈠ 侧向失稳
❖由于均匀侧向外压引起失稳叫侧 向失稳。
❖壳体横断面由原来的圆形被压瘪 而呈现波形，其波形数可以等于 两个、三个、四个……。
根据临界长度Lcr来判定。
➢当圆筒处于临界长度Lcr时，长圆筒公式 计算临界压力Pcr值和短圆筒公式计算临 界压力Pcr值应相等
2.2E 0(de)32.5E 9(de/D 0)2.5
D 0
外压圆筒设计
(L/D 0)
得：
Lcr 1.17D0
D0
de
❖当筒长度L≤Lcr时，Pcr按短圆筒
❖ 当筒长度L≥Lcr，Pcr按长圆筒
临界压力：导致筒体失稳的外压力，Pcr
临界应力：筒体在临界压力作用下，筒壁 内的环向压缩应力，以scr表示。
➢外压低于Pcr，变形在压力卸除后能恢复
其原先形状，即发生弹性变形。
➢达到或高于Pcr时，产生的曲波形将是不
可能恢复的。
外压圆筒设计
临界压力与哪些因素有关？
失稳是固有性质，不是由于圆筒不 圆或是材料不均或其它原因所导致。
外压圆筒设计
外压圆筒设计
一、外压容器失稳
外压容器：容器外部压力大于内部 压力。
石油、化工生产中外压操作，例如： 石油分馏中的减压蒸馏塔、 多效蒸发中的真空冷凝器、 带有蒸汽加热夹套的反应釜 真空干燥、真空结晶设备等。
外压圆筒设计
失稳的概念：
容器外压与受内压一样产生径向和环向 应力，是压应力。也会发生强度破坏。
• 圆筒强度上的承压能力与材料的屈服极限σs直 接相关，而圆筒稳定性上的承压能力与材料的
弹性模量E直接相关，所以用高强度钢板代替
低强度钢板制作外压圆筒不能有效地提高它的
抗失稳能力。
• 筒体的长度不能影响圆筒强度的高低，但却影 响圆筒的临界压力值外压。圆筒设计
㈣ 临界长度
➢实际外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可
每一具体的外压圆筒结构，都客观 上对应着一个固有的临界压力值。
临界压力的大小与筒体几何尺寸、 材质及结构因素有关。
外压圆筒设计
根据失稳情况将外压圆筒分为三类：
✓长圆筒：刚性封头对筒体中部变形不起 有效支撑，最容易失稳压瘪，出现波纹 数n=2的扁圆形。
✓短圆筒：两端封头对筒体变形有约束作 用，失稳破坏波数n>2，出现三波、四 波等的曲形波。