设备设计考试重点整理

手孔的直径一般≥150mm；圆形人孔的直径≥400mm；椭圆形人孔尺寸一般为350*450mm；圆筒形容器支座分（立式容器支座）和（卧式容器支座）；立式容器支座：有腿式支座，支撑式支座，耳式支座，裙式支座；球形容器多采用柱式或裙式支座；介质危害性是指毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性，其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。

设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，中国将化掌介质分为极度危害(I级) 最高容许浓度<0.1mg/m3、高度危害(Q级)0.1-<1、中度危害(m级)1-<10、轻度危害(N级)>=10等四个级别。

压力容器爆炸或泄露所造成的危害越严重，对材料的选用，制造，检测，管理要求越高。

如Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器;盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A, B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。

易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。

易燃介质压力容器的所有焊缝(包括角焊缝)均应采用全焊透结构等。

按承压方式分类，压力容器可分为内压容器与外压容器。

内压容器又可按设计压力(p)大小分为四个压力等级，具体划分如下低压(代号L)容器0. 1MPa≤p＜1. 6MPa; 中压(代号M)容器1. 6MPa≤p＜10. 0MPa; 高压(代号H)容器1OMPa≤p＜100MPa 超高压(代号U)容器p)100MPa,外压容器中，当容器的内压力小于一个绝对大气压(约0. 1MPa)时又称为真空容器。

中国《固定式压力容器安全技术监察规程》根据介质、设计压力和容积等三个因素进行压力容器分类，将所适用范围内的压力容器分为第I类压力容器设计压力小于100Mpa、第II类压力容器小于30Mpa和第Ⅲ类压力容器等级最低，适用温度不低于0度，设计压力小于1Mpa。

中国《固定式压力容器安全技术监察规程》适用于以下条件1最高工作压力大于等于0.1Mpa.2压力与容积的乘积大于或者等于2.5Mpa*L。

3盛装介质为气体，液化气体或者最高工作温度高于等于标准沸点的液体。

ASME规范为美国标准。

GB 150《钢制压力容器》中国第一部压力容器国家标准。

只适用于固定的承受恒定载荷的压力容器。

压力容器机械设计中，一般采用表压。

非压力载荷可分为整体载荷和局部载荷。

整体载荷是作用于整台容器上的载荷.如重力、风、地展、运输等引起的载荷。

局部载荷是作用于容器局部区城上的载荷，如管系载荷、支座反力和吊装力等。

交变载荷的实例：1间歇生产的压力容器的重复加压，减压。

2由往复式压缩机或泵引起的压力波动。

3生产过程中，因温度变化导致管系热膨胀或收缩，从而引起接管上的载荷变化。

4容器各零部件之间的温度差的变化。

5装料，卸料引起的容器支座上的载荷变化。

6液体波动引起的载荷变化7震动（如风诱导振动）引起的载荷变化交变载荷是容器设计中的一个重要控制因素，小载荷改变量大循环次数与大载荷改变量小循环次数，同样都要认真考虑。

正常操作工况：容器正常操作时的载荷包括:设计压力、液体静压力、重力载荷。

特殊载荷工况：包括压力试验、开停工及检修等工况。

意外载荷工况：紧急状态下容器的快速启动或突然停车、容器内发生化学爆炸、容器周围的设备发生燃烧或爆炸等意外情况下，容器会受到爆炸载荷、热冲击等意外载荷的作用。

按照厚度t与其中面曲率半径R的比值大小.壳体又可分为薄壳和厚壳。

工程上一般把(t/R)最大值≤1/10的壳体归为薄壳，反之为厚壳。

在薄壳应力分析中，假设壳体材料连续、均匀、各向同性;受载后的变形是弹性小变形;壳壁各层纤维在变形后互不挤压。

根据材料力学的分析方法，薄壁圆筒在均匀内压力作用下，圆筒壁上任一点B将产生两个方向的应力:一是由于内压作用于封头上而产生的轴向拉应力，称为“经向应力”或“轴向应力”，二是由于内压作用使圆筒均匀向外膨胀，在圆周的切线方向产生的拉应力，称为“周向应力”或“环向应力”。

在壳体理论中，若同时考虑薄膜内力和弯曲内力，这种理论称为有力矩理论或弯曲理论。

当薄壳的抗弯刚度非常小，或者中面的曲率、扭率改变非常小时，弯曲内力很小。

这样，在考察薄壳平衡时，就可省略弯曲内力对平衡的影响，于是得到无矩应力状态。

省略弯曲内力的壳体理论，称为无力矩理论或薄膜理论。

无矩应力状态时，应力沿厚度均匀分布，壳体材料强度可以合理利用，是最理想的应力状态。

工程上常用标准椭圆形封头.其alb== 2;此时σΘ的数值在顶点处和赤道处大小相等但符号相反，即顶点处为pa/t，赤道上为-pa/t，σΨ恒是拉伸应力，在顶点处达最大值为pa/t.。

椭球壳的应力大小与内压p，壁厚t有关。

还与长轴与短轴的比a/b有关无力矩理论应用的条件1壳体的厚度，中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理性能相同。

2壳体的边界处不受横向剪力，弯矩和转矩的作用。

3壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠度。

由于这种总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大的现象称为不连续效应或边缘效应由于这种总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象称为不连续效应或边缘效应。

由此引起的局部应力成为不连续应力或边缘应力。

不连续应力具有局部性和自限性两种特性。

温度变化的情况下，应变由两部分叠加而成1热应变2热变形时由于相互约束引起的应变热应力的特点：热应力随约束程度的增大而增大；热应力与零外载相平衡是由热变形受约束引起的自平衡应力，在温度高处发生压缩，在低温处发生拉伸；热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低。

减小热应力的措施：避免外部对热变形的约束、设置膨胀节(或柔性元件)、采用良好的保温层。

对于承受内压的厚壁圆筒，随着内压的增大，内壁材料先开始屈服，内壁面呈塑性状态。

当厚壁圆筒进入弹塑性状态后，这时若将内压力Pi全部卸除，塑性区因存在残余变形不能恢复原来尺寸，而弹性区由于本身弹性收缩，力图恢复原来的形状，但受到塑性区残余变形的阻挡，从而在塑性区中出现压缩应力，在弹性区内产生拉伸应力，这种自平衡的应力就是残余应力。

把这种卸载后保留下来的变形称为残余变形。

残余应力与以下因素有关：应力应变关系简化模型；屈服失效判据；弹塑性交界面的半径。

对于压力很高的容器，工程上通常对圆筒施加外压或自增强处理，使内层材料受到压缩预应力作用，而外层材料处于拉伸状态。

需要指出:实际的多层厚壁圆筒，由于层间间隙存在，且不均匀，特别是经过水压试验后，层间又有不同程度的间隙改变，应力分布十分复杂。

当压力卸除后，塑性区中形成残余压缩应力，弹性区中形成残余拉伸应力。

这种通过超工作压力处理，由筒壁自身外层材料的弹性收缩引起残余应力的方法，称为自增强。

小挠度理论的假设（特希霍夫假设）：1、板弯曲时其中面保持中性，即板中面内各点无伸缩和剪切变形，只有沿桌面法线的挠度2、变形前位于中面法线上的各点，变形后仍位于弹性曲面的同一法线上，且法线上各点间的距离不变3、平行于中面的各层材料互不挤压看，即板内垂直于板面的正应力较小，可忽略不计平板分类:厚板与薄板，大挠度板和小挠度板。

厚板与薄板、大挠度板与小挠度板均无明确界限，在通常计算精度要求下，平板厚度t与中面的最小边长b之比，即t/b≤1/5时，平板挠度w与厚度t之比，即w/t≤1/5时，认为可按小挠度薄板计算。

壳体有两种可能的失效形式:一种是因强度不足，发生压缩屈服失效；另一种是因刚度不足，发生失稳破坏。

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屈曲或失稳对于壁厚与直径比很小的薄壁回转壳.失稳时器壁的压缩应力通常低于材料的比例极限，这种失稳称为弹性失稳;当回转壳体厚度增大时，壳壁中的压应力超过材料的屈服强度才发生失稳，这种失稳称为非弹性失稳或弹塑性失稳。

圆筒的形状缺陷主要有不圆和局部区域中的折皱，鼓胀和凹陷。

在内压作用下圆筒有消除不圆度的趋势。

这些缺陷对内压圆筒强度影响不大。

对于外压圆筒，在缺陷处会产生会产生附加的弯曲应力，使得圆筒的压缩应力增大，临界压力降低，这是实际失稳压力与理论计算结果不能很好吻合的主要原因之一，因此，对圆筒的初始不圆度应严格限制。

降低局部应力的措施：（1）合理的结构设计a减少两连接件的刚度差。

b尽量采用圆弧过渡c局部区域补强d选择合适的开孔方位。

（2）减少附件传递的局部载荷。

（3）尽量减少结构中的缺陷按化学成分分类，压力容器用钢可分为碳素钢，低合金钢，高合金钢碳素钢又称碳钢，是含碳量0.02﹪~2.11﹪(一般低于1.35﹪)的铁碳合金。

第一类是碳素结构钢，如Q2 3 5-B 和Q235-C钢板。

第二类是优质碳素结构钢，如10, 20钢钢管，20, 35钢锻件。

第三类是压力容器专用钢板，如Q245R (R读音为容，表示压力容器专用钢板)。

G表示高压无缝钢管碳素钢特点：碳索钢强度较低，塑性和可焊性较好，价格低廉，故常用于常压或中、低压容器的制造，也用作支座、垫板等零部件的材料。

在载荷作用下，材料将发生变形。

当载荷卸除后能够恢复的变形为弹性变形，载荷卸除后不能够恢复的变形称为塑性变形或水久变形。

金属在常温或者低温下发生塑性变形后，随塑性变形盈增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为应变强化或加工硬化。

为减少焊接应力和变形，应从结构设计和焊接工艺两个方面采取措施，如尽量减少焊接接头数量，相邻焊缝间应保持足够的间距，尽可能避免交叉，焊缝不要布置在高应力区，避免出现十字焊缝，焊前预热等。

焊接会使压力容器产生各种缺陷，较为常见的有裂纹、夹渣、未熔透、未熔合、焊瘤、气孔和咬边。

焊接接头的检验方法有破坏性检验和非破坏性检验两类。

压力容器中常用的非破坏性检验方法主要有外观检查、密封性检验和无损检测。

按热处理目的分类可以分为焊后热处理、恢复或改善性能(力学性能、耐腐蚀性能、加工性能)热处理两类;按热处理对象可分为原材料热处理、零部件热处理、产品热处理等三种。

蠕变：金属在长时间的高温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。

蠕变的结果：使压力容器材料产生蠕变脆化应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。

氢腐蚀是指高温高压下氢与钢中的碳形成甲烷的化学反应，又称为氢蚀。

按照发展阶段和严重程度，氢腐蚀可分为两个阶段:一是氢与钢材表面的碳化合生成甲烷，引起钢表面脱碳.使力学性能恶化;二是氢渗透到钢材内部，与固溶碳或碳化物反应生成甲烷。

影响氢腐蚀的因素有：温度，氢分压，时间，合金成分，应力氢脆系指钢因吸收氢而导致韧性下降的现象，属氢致环境脆化。