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过程设备设计 第三版 教学PPT78011477

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过程设备设计课件ppt

过程设备设计课件ppt
机构、凸轮机构等。
机械力学基础
了解并掌握静力学的基本概念 和方法，如力的合成与分解、 力矩与力偶等。同时掌握材料 力学的基本概念和方法，如拉 伸、压缩、弯曲等基本变形。
机械材料与工艺
了解并掌握常用机械材料的种 类、性能和用途，如钢、铸铁 、有色金属等。同时掌握机械 零件的加工工艺和方法，如铸
造、锻造、焊接等。
感谢您的观看
THANKS
础和依据。
行业标准
各行业根据自身特点和发展需求 ，制定的一系列行业标准。
企业标准
企业根据自身实际情况和需求，制 定的企业标准。
过程设备材料及选型
1 2
过程设备材料的分类及特点
根据不同的使用环境和要求，选择合适的材料 。
材料选择的原则和方法
根据设备的具体使用条件、工艺要求、操作环 境等因素综合考虑，选择适合的材料。
06
总结与展望
总结：过程设备设计的关键要素与优化方向
关键要素
过程设备设计涉及的关键要素包括材料选择、结构设计、 制造工艺、操作条件确定、安全可靠性评估等方面，这些 要素对于设备的性能、质量和安全性都有重要影响。
制造工艺
制造工艺的选择对于过程设备的性能和质量也有重要影响 。在制造过程中，需要采用先进的加工设备和制造技术， 确保设备的精度和表面质量。
过程设备是工业生产中的重要组成部分，设计过程需要遵循一定 的原则和标准。
过程设备设计的任务和目标
通过对设备的设计，实现生产过程的优化、节能和安全。
过程设备设计的基本流程
从需求分析到方案设计、详细设计、施工图绘制等环节。
过程设备设计标准规范
国家标准
国家制定的有关过程设备设计 的标准规范，是设计工作的基

过程设备-287页PPT

过程设备-287页PPT
例：钢丝绳
S
S A
TB
TC
A
B
C
T’B T’C
B
C
G 2019/10/3 G
2.光滑面约束
两个物体的接触面有良好的润滑或比较光滑、 摩擦力可忽略不计时的约束。
只能承受压力，不能阻止物体的离开。 其约束反力常用 N 表示。
2019/10/3
例：槽铁对物体的约束
O
A
WB
2019/10/3
O
NA N’A A
1. 力在坐标轴上的投影 已知：力F 的大小、方向
由三角学得到：
FX =F cos = a b FY =F sin = a´b´
F2 =FX2+FY2
tg = FY / FX
2019/10/3
Y
b´
FY F

a´ A
FX
Oab
X
2. 合力投影定理：
合力在任意轴上的投影，等于诸分力在同一轴上 投影的代数和。
2019/10/3
2.力的三要素
大小 方向 作用点
物体
2019/10/3
•力是矢量。 • 表示方法：
F、P、 T、W 或
F、T、P、W
4. 力的平行四边形公理
作用于某一点的两个力，其合力的作用线 必须通过该点，合力的大小与方向可由这两个 力矢为邻边的平行四边形的对角线来表示。
2019/10/3
F2 F F1
F F1 F2
6. 力的分解
F2

F1 Q
2019/10/3
QF1F2
两力构件： N F`
F
N` N
N`
2019/10/3
例：皮带传动

过程设备设计 第三版 教学PPT4章第3节2

过程设备设计 第三版 教学PPT4章第3节2
0.5225 0.5542
0.20 0.5047
0.5193 0.5465
0.30 0.5032
0.5128 0.5310
0.40 0.5017
0.5064 0.5155
0.50 0.5000
0.5000 0.5000
35°
40° 45° 50°
0.5883
0.6222 0.6657 0.7223
0.5573
第四章压力容器设计
2、椭圆形封头
第四章压力容器设计
由半个椭球面和短圆筒组成，如图4-20（b）所示。
直边段作用
避免封头和筒体的连接焊缝处出现经向曲率 半径突变，以改善焊缝的受力状况。
应用
a 、受内压（凹面受压）的椭圆形封头 受力：薄膜应力＋不连续应力
在一定条件下，椭圆形封头中的最大应力和圆筒周向薄膜应力
1.0270 1.1608 1.3500
0.8181
0.8944 0.9980 1.1433
0.7440
0.8045 0.8859 1.0000
0.6402
0.6765 0.7249 0.7923
0.5635
0.5804 0.6028 0.6337
0.5000
0.5000 0.5000 0.5000
0.7230 0.8000
0.6486 0.7000
0.5743 0.6000
0.5000 0.5000
第四章压力容器设计
c、受外压锥壳
α≤60°：按等效圆筒体计算；
α＞60°：按平盖计算。
Le： 锥壳当量长度， 有相应计算公式； DL： 所考虑的锥壳段的 大端外直径
外压锥壳的计算 假设锥壳名义厚度δne——计算锥壳有效厚度δec=（δnc-C） cosα——按外压圆筒体的图算法进行外压校核计算——以 Le/DL代替L/Do，DL/δec代替Do/δe。 锥壳与筒体连接处的外压加强设计 锥壳大端或小端和筒体连接处存在压缩强度和周向稳 定性问题，在必要时应设臵加强结构。

过程设备设计第1章ppt(建材装备设计)[1]

过程设备设计第1章ppt(建材装备设计)[1]
2013-7-25 9
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
。
2013-7-25
图0.1 湿法水泥生产工艺过程及设备
10
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
干法：采用干法生产时，原料需预先干燥(包括石灰石、粘土)， 然后进行磨碎和混合，制得的干细粉末叫生料粉(一般含水量应<％)， 再将此生料粉先进入预热器预热，再入窑煅烧。如在悬浮预热器与 回转窑之间设有一个分解炉，在分解炉中加入约60％的燃料，与生 料充分混合，使燃料的燃烧过程和生料的吸热过程同时在悬浮状态 下极其迅速地进行，使生料入回转窑时已完成85～90％的分解，此 项技术称窑外分解。 干法生产的工艺过程和所使用的机械设备见图0.2所示。 半干法：是介于湿法和干法两者之间的生产方法(也有划在干法之 内的)。将干法制得的生料粉调配均匀加适量的水(一般加水12～14％)， 制成料球再入窑煅烧。一般回转窑生产可采用湿法、干法和半干法，立 窑生产只采用半干法，其生产工艺过程和使用的机械设备与半干法相 似，二者的区别仅在于：
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
二、平板玻璃生产过程及设备
平板玻璃的定义 指其厚度远远小于其长和宽，上下表面平行的板状玻璃制品。 平板玻璃的分类 产品可以分为窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、双层中 空玻璃、有色玻璃、吸热和反射玻璃、光致变色玻璃、釉面玻璃、玻 璃空心砖、波形玻璃，槽形玻璃等。 平板玻璃生产过程 首先进行原料的加工处理。为了使配合料均匀混合，加速玻璃的 熔制过程，提高破璃的熔制质量，必须将大块的矿物原料和结块的化 工原料进行破碎，粉碎、过筛等加工处理，使之成为一定大小的颗粒。 原料经破碎和粉碎以后，分散度增加，其表面积增大，相应地增加了 配合料各颗粒间的接触面积，可加速它们在熔制时的物理化学反应， 提高熔化速度和玻璃液的均匀度。 下一步是平板玻璃的熔制和成型。

过程装备管理(第三版)装备维修的技术管理课件

过程装备管理(第三版)装备维修的技术管理课件

装备维修技术资料管理

装备修理用主要技术资料见表6-10。其中 如设备图册、动力管网图、设备修理工艺、 件制造工艺、修理质量标准等均应有底图 和蓝图，各种资料在资料室均装订成册。
装备维修技术资料管理




（1)技术资料的收集和编制 企业的修理技术资料主要来源于以下方面。 ①购置设备（特别是进口设备）时，除制造厂按 常规随机提供的技术资料外，可要求 制造厂供应其他必要的技术资料，并列入合同条 款： ②在使用过程中，按需要向制造厂、其他企业、 书店和专业学术团体等购买。 ③企业结合预防修理和故障检修，自行测绘和编 制。
装备维修的质量管理

装备维修的质量管理是指为了保证装 备修理后达到规定的质量标准，组织 和协调企业有关部门和职工，采取技 术、经济、组织措施，全面控制影响 装备维修质量的各种因素所进行的一 系列管理工作。
装备维修的质量管理






装备维修质量管理的主要内容 ①制订设备维修的质量标准，即为了达到质量标准所需采取的工艺技 术措施。制订质量标准时，既要充分考虑技术上的必要性，又要考虑 经济上的合理性。 ②设备维修质量的检验和评定工作。它是保证装备维修后达到规定标 准并且有较好可靠性的重要环节。因此，企业必须建立设备维修质量 检验组织，按图纸、工艺及技术标准，对自制和外购备件、修理和装 配质量、修后精度和性能进行严格检验，并做好记录和质量评定工作。 ③加强维修过程中的质量管理，如认真贯彻工艺规程，对关键工序建 立质量控制点和开展群众性的质量管理小组活动等， ④开展用户服务和质量信息反馈工作，统计分析，找出差距，拟定进 一步提高设备维修质量的目标和措施。 ⑤加强技术业务培训，不断提高维修技术水平和管理水平。

过程设备设计

过程设备设计

2.1.7 回转薄壳的不连续分析
a. 不连续和不连续分析
几何形态不连续、或数学不连续、或载荷 突变，由此造成应力突变或出现大应力状况。 由于不连续情况的存在，在此区域内出现了各 部分变形不协调的情况，造成过大的应力，导 致设备在局部破坏，最终造成设备失效。
分析不连续应力的方法称为不连续分析。
b. 不连续分析方法
（平动或转 动），如压缩机、风机、泵、分离 机；物料只经历物理过程； ——过程设备：完成其主要功能的部件是不动的， 如塔、换热器、反应器、储罐；物料经历物理或 化学过程； ——过程机器的主要功能是把能量传递给物料，提 高其压力或速度；过程设备的主要功能是为物料 的物理过程或化学过程提供适宜的场所；
（9）过程设备的基本要求
总结： 过程设备是化工、轻工、炼油、食品、制药、
冶金、能源等行业广泛使用的一种装备，有别于 一般的装备。过程设备的设计涉及到过程原理、 固体力学、流体力学、热力学、机械学、自动控 制原理与仪器仪表等学科。其涉及学科的范围和 问题的复杂程度都是工程问题中极为少见的。
先进的过程设备设计方法是以计算机辅助设 计（CAE)为标志的以寻求最优化结果为目标的设 计。
E .球形壳体 应力在支座支承处有突变，说明什么？
图片
无力矩理论的应用条件
• 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。
• 壳体的边界处不受集中力、且不受变形限制。
客观地说，实际的压力容器都不能使用无力 矩理论，但对于大部分的薄壁容器，由无力矩理 论得到的结果与真实情况之间的偏差并不大，完 全可以满足工程界的要求。如果上述条件得不到 满足，则无力矩理论不适用。
• 过程装备设计理论和手段的创新
——如热经济学优化设计理论、强度理论、失效判断 理论等；计算机辅助设计(CAE)软件包（i-deas、proe、UG、ANSYS等）。

《过程设备设计》课件

《过程设备设计》课件

03
混合器操作
需要考虑混合效率、均匀度、能 耗等多方面因素，以确保混合器 能够高效、安全地运行。
需要严格控制混合速度、温度等 操作参数，以及密切监视混合过 程，及时调整操作条件。
分离设备
分离器类型
包括离心机、过滤器、萃取塔等，每种类型都有 其特定的应用场景和优缺点。
分离设计
需要考虑分离效率、处理能力、能耗等多方面因 素，以确保分离器能够高效、安全地运行。
设备材料选择
总结词
设备材料选择是过程设备设计的重要 环节，它决定了设备的性能和使用寿 命。
详细描述
设备材料选择需要考虑材料的物理、 化学和机械性能，以及耐腐蚀、耐高 温等特殊性能，以确保设备能够满足 生产工艺要求和安全运行。
结构设计
总结词
结构设计是过程设备设计的关键环节，它决定了设备的稳定性和可靠性。
《过程设备设计》ppt 课件
目录
• 过程设备设计概述 • 过程设备的主要类型 • 过程设备设计的基本要素 • 过程设备的制造与安装 • 过程设备的运行与维护 • 过程设备设计的发展趋势
01
过程设备设计概述
定义与目的
定义
过程设备设计是一门涉及工艺、机械 、材料、控制等多个领域的综合性学 科，旨在为工业生产过程中的各类设 备进行合理的设计和优化。
安全可靠
过程设备设计应遵循安全可靠的原则 ，确保设备在正常操作和异常情况下 均能安全稳定运行，同时要充分考虑 设备的维修和保养需求。
环保节能
过程设备设计应遵循环保节能的原则 ，通过优化设备结构和运行方式，降 低能耗和资源消耗，减少对环境的负 面影响。
02
过程设备的主要类型
反应设备
反应器类型
包括釜式反应器、管式反应器、 塔式反应器等，每种类型都有其 特定的应用场景和优缺点。

过程设备设计 第三版 教案PPT第二章-第二节概要

过程设备设计 第三版 教案PPT第二章-第二节概要

单向约束：
ty Et
2018/11/19
第二章 压力容器应力分析
图2-20热应变 （b）单向约束
第二章压力容器应力分析
双向约束：
Et 1
t x t y
三向约束：
Et 1 2
t x t y t z
2018/11/19
图2-20热应变（c） 双向约束
热应力大小与内外壁温差成正比
t 取决于壁厚，径比K值愈大 t 值也愈大，表2-2中的
Pt 值也愈大。
热应力沿壁厚方向是变化的
2018/11/19
第二章 压力容器应力分析
第二章压力容器应力分析
（三）内压与温差同时作用引起的弹性应力

r r rt ,
,
∑σ ∑σ θ
内加热 内压
∑σ
外加热 内压
内壁应 力改善
∑σ θ ∑σ
z
O
∑σ ∑σ Ri Ro
r
z
r
外壁应 O 力改善
Ri Ro
r ∑σ
r
（a）内加热情况
2018/11/19
a.内加热情况
（ b ）外加热情况 图2-22 厚壁筒内的综合应力
第二章 压力容器应力分析
b.外加热情况
第二章压力容器应力分析
K2 po 2 K 1
第二章压力容器应力分析
z z
r
r
(a)仅受内压
2018/11/19 第二章 压力容器应力分析
(b)仅受外压
图2-19 厚壁圆筒中各应力分量分布
第二章压力容器应力分析
从图看到，仅在内压作用下，筒壁的应力分布规律为：

过程设备设计 第三版 教学PPT

过程设备设计 第三版 教学PPT
嵌入式接管的焊接结构 属于整体补强结构中的一种，适用于承受交变载荷、低温和 大温度梯度等较苛刻的工况。 （a）图：适用于球形封头或椭圆形封头中心部位的接管与 封头的连接，且封头厚度δn ≤50mm。
（a）
（b）
图4-59 嵌入式接管与封头的焊接结构
第四章压力容器设计
凸缘与壳体的焊接结构 1）角焊连接：连接不承受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如 图4-60 所示。 2）对接连接：连接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳 体，如图4-61。
第四章压力容器设计
（a）
（b）
图4-57 带补强圈的插入式接管焊接结构
第四章压力容器设计
安放式接管的焊接结构
优点
结构拘束度低、焊缝截面小、较易进行射线检测等。
图（a）：适用于接管内径小于或等于100mm的场合； 图（b）和（c）：适用于壳体厚度δn≤16mm的碳素钢和碳
锰钢，或 δn≤25mm的奥氏体不锈钢容器。其中图
2、气压试验
气体：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体，温度：≥15℃ 气压试验较液压试验危险，故试验压力比液压试验低，
容器上的对接接头应进行100%射线或超声检测。
内压容器 [σ]/[σ]t 的取值要 求同液压 试验。 外压容器和真空容器
[] PT 1.15p t []
PT 1.15p
PT ( Di e ) T 0.8 s ( 0.2 ) 2 e
改进
较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面
焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或
采用带垫板的坡口等。
第四章压力容器设计
3、尽量减少焊缝处的应力集中
接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处，因此，在设计 焊接结构时必须尽量减少应力集中。 尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接， 应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接， 措施 以避免形状突变，减缓应力集中程度。一般当薄板 厚度δ2不大于10mm，两板厚度差超过3mm；或当 薄板厚度δ2大于10mm，两板厚度差超过薄板的 30%，或超过5mm时，均需按图4-55的要求削薄厚

4.3.1 概述——【过程设备设计】

4.3.1 概述——【过程设备设计】

第四章 压力容器设计 CHAPTER Ⅳ Design of Pressure Vessels4.3 常规设计14.3 常规设计4.1 概述 4.2 设计准则 4.3 常规设计 4.4 分析设计 4.5 疲劳分析 4.6 压力容器设计技术进展过程设备设计4.3.1 概述 4.3.2 圆筒设计 4.3.3 封头设计 4.3.4 密封装置设计 4.3.5 开孔和开孔补强设计 4.3.6 支座和检查孔 4.3.7 安全泄放装置 4.3.8 焊接结构设计 4.3.9 耐压试验24.3 常规设计4.3 常规设计过程设备设计本章重 点教学重点： （1）内压圆筒的强度设计； （2）外压圆筒的图算法； （3）开孔补强设计。

教学难点： 螺栓法兰连接的密封性设计。

34.3.1 概述一、设计思想4.3.1 概述过程设备设计——“按规则设计”（Design by Rules） ，只考虑单一的最大 载荷工况，按一次施加的静力载荷处理，区别于 分析设计不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永 久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。

应力求解——依据 材料力学及板壳 理论，按最大拉 应力准则来推导 受压元件的强度 尺寸计算公式。

校核——受压元件 的应力强度 < 材料许用应力 （强度） < 材料许用外压力 （失稳）边缘应力——采用 分析设计标准中 的有关规定和思 想，确定结构的 某些相关尺寸范 围，或由经验引 入各种系数。

44.3.1 概述二、弹性失效设计准则过程设备设计压力容器材料韧性较好，在弹性失效准则中，σ 1 ≤ [σ ]t σ 1 - σ 3 ≤ [σ ]t（4-3） （4-4）1 [(σ 21-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2]≤[σ]t采用式（4-4）或式（4-5）较为合理。

（4-5）但对于内压薄壁回转壳体，在远离结构不连续处，σ 3 ≈ 0式（4-3）简单，成熟使用经验，将该式作为设计准则。

54.3.1 概述4.3.1 概述二、弹性失效设计准则（续）内压薄壁圆筒：经向薄膜应力周向薄膜应力σφ=pD 4δσθ=pD 2δ过程设备设计δ—计算厚度，mm； D—筒体中面直径，mm。

过程设备设计课件

过程设备设计课件

f.
支座
把压力容器支承并固定在基础上。
问题：不要支座行吗？ g. 补强圈 开孔会引发开孔区域产生过大的应力，为 安全计，需要补强圈补强。 提示：局部增强！
h. 安全附件
安装各种安全泄放装置和各种压力表、测温 仪表、液位计等。 问题：高压锅的安全泄放装置？ 问题：任何保证压力容器的安全？
1.2
压力容器的分类
为适应欧洲一体化而建立的标准，正在逐步 完善。该规范对中国的压力容器标准也有一定的 影响。如英国1976年制定的BS5500标准，为分 析设计标准。 • 日本标准 日本于1993年推出分析设计标准JIS8250。
1.3.2
国内主要压力容器标准
较为成熟的标准是：
提示：标准很多！
1989年制定的GB150-89《钢制压力容器》和 GB151-89《钢制管壳式换热器》等。 1998，1999年又重新修订了这两部标准和相关标准。 这些标准都是以ASME规范为蓝本，同时也吸取了欧 洲标准的一些思想，同时也加入了一些自己的思想和 方法（如管板强度设计方法）。 注：新版标准在征求意见中！
除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。 注意：各国对压力容器的分类方法不尽相同。 问题：容规分类中需考虑哪些因素？
1.3 压力容器规范标准 1.3.1 国外压力容器标准简介 • ASME规范
美国标准（American society of Machinery engineering) 为世界上第一部压力容器设计和制造方面的规 范，历史悠久，更新速度快，涵盖范围宽，同时也 是许多国家制定相关规范的蓝本（如日本、中国等 国家）。 提示：压力容器的设计必须遵守各种各样的标准！
1.3.3
国家标准和工业国家标准的比较
GB150较多地参照了ASME！ 1、与美国标准、欧洲标准的内容基本相同； 2、制定标准的出发点也相差不多； 3、差别主要在： a、标准的适用范围 b、材料的许用应力 c、材料的牌号及其性能、技术指标有所不同。
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应用
第四章压力容器设计
（三）爆破失效设计准则
——容器爆破作为失效判据 ——压力容器一般具有应变硬化现象 爆破压力大于全屈服压力 爆破失效设计准则：
pb p nb
pb
——爆破压力 ——爆破安全系数
nb
第四章压力容器设计
（四）弹塑性失效设计准则
弹塑性失效设计准则——又称为安定性准则，认为载荷变化范
疲劳失效设计准则
蠕变失效设计准则 脆性断裂失效设计准则
第四章压力容器设计
（一）弹性失效设计准则（韧性材料）
弹性失效设计准则——将容器总体部位的初始屈服视为失效。
弹性失效设计准则统一：
σ eqi [ ]
t
σ eq1 1
eq3 1 3 eq4
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 2
裂纹扩展区——是疲
劳断口最重要的特征 区域。常呈现贝纹状，
瞬时断裂区— —裂纹扩展到 一定程度时的 快速断裂区。
往位于高应力
区或有缺陷的 部位。
是疲劳裂纹扩展过程
中留下的痕迹。
失效形式——“未爆先漏” ，破坏需要有一定时间。
第四章压力容器设计
压力容器在高温下长期受载，随时间的增加
蠕变断裂
材料不断发生蠕变变形，造成厚度明显减薄 与鼓胀变形，最终导致压力容器断裂。
脆性断 裂原因
等也会使材料脆化； 压力容器用钢一般韧性较好，但若存在严 重的原始缺陷（如原材料的夹渣、分层、折
叠等）、制造缺陷（如焊接引起的未熔透、
裂纹等）或使用中产生的缺陷，也会导致脆 性断裂发生。
第四章压力容器设计
疲劳断裂
压力容器在交变载荷作用下，经 过一定周期后发生的断裂。 包括压力波动、开车停车； 加热或冷却时温度变 化引起的热应力变化； 振动或容器接管引起 的附加载荷的交变而 形成的交变载荷。
设计是否合理
第四章压力容器设计
一、压力容器的失效
压力容器在规定的使 用环境和时间内，因 尺寸、形状或者材料
失效表现形式 过渡变形 断裂 泄漏
失效原因多种多样
性能变化而危及安全
或者丧失正常功能的
现象，称为压力容器
失效。
第四章压力容器设计
（一）压力容器的失效形式
1、强度失效
因材料屈服或断裂引起的压力容器失效
特征
其断口齐平，并与最大应力方向垂直； 断裂的速度极快，常使容器断裂成碎片。 由于脆性断裂时容器的实际应力值往往很低，爆
课本第1 页彩图2
破片、安全阀等安全附件不会动作，其后果要比
韧性断裂严重得多。
第四章压力容器设计
材料脆性和缺陷。
材料选用不当、焊接与热处理不当使材料
脆化；低温、长期在高温下运行、应变时效
操作方式与要求：连续操作或间隙操作；压力、温度是否
稳定；对压力、温度有波动时，应注明 变动频率及变化范围；对开、停车频繁的
容器应注明每年的开车、停车次数；
其它： 容积、材料、腐蚀速率、设计寿命、是否带安 全附件、是否保温等。
第四章压力容器设计
一般容器条件图
换热器条件图 塔器条件图 搅拌容器条件图
三、刚度失效设计准则
在载荷作用下，要求构件的弹性位移 和（或）转角不超过规定的数值
破坏时的循环次数较低，一般在105次以下。 低周疲劳设计曲线——由试验及理论得，虚拟应力幅与许用循环
次数之间的关系曲线。
疲劳失效设计准则——最大虚拟应力幅按低周疲劳设计曲线所确 定的许用循环次数大于容器所需的循环次
数，容器就不会发生疲劳失效。
断裂力学理论——带裂纹的压力容器疲劳设计准则，即按照疲劳 裂纹扩展与断裂的规律对循环载荷作用下的容 器作出安全评定。
第四章压力容器设计
设计要求
设计的基本知识
设计文件 设计条件
根据给定的 工艺设计条件， 遵循 现行的规范标准 规定，
压力容器设计 在确保 安全 的前提下，
经济、正确地 选择材料 ， 并进行结构、强（刚）度 和密封设计。
第四章压力容器设计
结构设计 ——确定合理、经济的结构形式，满足制造、
检验、装配、运输和维修等要求。
从变形看— 具有韧性断裂特征
从应力看— 具有脆性断裂特征
第四章压力容器设计
腐蚀断裂
韧性断裂特征／脆性断裂特征。
均匀腐蚀的减薄和 局部腐蚀的凹坑 引起的断裂
晶间腐蚀和应力腐蚀 引起的断裂
第四章压力容器设计
2、刚度失效
由于压力容器的变形大到足以影响其 正常工作而引起的失效。如塔受风载 荷，产生过大弯曲变形。 在压应力作用下，压力容器突然失去 其原有的规则几何形状引起的失效。 泄漏而引起的失效。 危害——可能引起中毒、燃烧和爆炸等 事故，造成环境污染等。
韧性断裂 脆性断裂 疲劳断裂
蠕变断裂
腐蚀断裂
第四章压力容器设计
韧性断裂
压力容器在载荷作用下，产生的应力达到 或接近所用材料的强度极限而发生的断裂。
特征
断后有肉眼可见的宏观变形，如整体鼓胀， 周长伸长率可达10～20%，断口处厚度显著 减薄；没有碎片，或偶尔有碎片；按实测厚 度计算的爆破压力与实际爆破压力相当接近。 原因 壁厚过薄和内压过高
第四章压力容器设计
将力学分析结果与简单实验测量结果
1、失效判据 相比较，判别压力容器是否会失效。
这种判据，称为失效判据。
2、设计准则
强度失效设计准则 根据失效判据，再考虑各种
不确定因素，引入安全系数， 分类 得到与失效判据相对应的设
计准则。
刚度失效设计准则
失稳失效设计准则 泄漏失效设计准则
第四章压力容器设计
操作失误、液体受 热膨胀、化学反应 失控等。
课本第1页 彩图3
壁厚未经设计 计算或因腐蚀 而减薄
第四章压力容器设计
严格按照规范设计、选材，
配备相应的安全附件， 且运输、安装、使用、检修遵循有关的规定
韧性断裂可以避免
第四章压力容器设计
脆性断裂
变形量很小、且在壳壁中的应力值远低于材料的 强度极限时发生的断裂。在较低应力状态下发生， 故又称为低应力脆断。 断裂时容器没有膨胀，即无明显的塑性变形；
第四章压力容器设计
脆性断裂失效设计准则——
（1）破损安全设计——假设裂纹存在时，结构还能承受
工作载荷——容器裂纹容限问题。 （2）未爆先漏设计——材料具有足够韧性，快速断裂前，
裂纹已穿透壁厚，导致泄漏发生，
可避免突发快速断裂，减少损失。
说明：假设裂纹，真实裂纹（漏 检或在使用中产生）
第四章压力容器设计
强（刚） ——确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性 度设计 要求，以确保容器安全可靠地运行。
密封设计 ——选择合适的密封结构和材料，保证密封
性能良好。
第四章压力容器设计
一、设计要求
安全性与经济性的统一
安全是前提，经济是目 经济性包括高的效率，原材料
标，在确保安全的前提
下应尽可能做到经济。
的节省，经济的制造方法，低
3、失稳失效 4、泄漏失效
交互失效——实际中可能同时发生多种形式的失效。
第四章压力容器设计
（二）失效判据与设计准则
求得压力容器在稳态或 瞬态工况下的力学响应 （如应力、应变、固有频率等）
设计思路
（根据）
压力容器最可能发生的失效形式
确定力学响应的限制值以 判断压力容器能否安全使用 是否获得满意的使用效果
p 计压力 ——全屈服压力
pso p nso
nso
——全屈服安全系数
第四章压力容器设计
弹性失效准则与塑性失效准则的对比
弹性失效设计准则 塑性失效设计准则
依据
危险点的应力强度达 整个危险面屈服 到许用应力 韧性材料各处应力分 韧性材料应力分布不 布均匀，如薄壁容器 均匀，如厚壁圆筒
防止容器发生脆性破坏：
（1）材料——根据受压元件的厚度、应力水平、最低金属
温度、载荷性质、介质对材料韧性的影响等
因素，提出材料夏比V缺口冲击功或断裂韧性 验收指标。
（2）缺陷——尽量减少焊接接头；提高无损检测技术。
（3）设计——由无损检测水平—假设高应力区存在裂纹— 利用断裂方法—裂纹安全性评估—确保容器 不发生低应力脆性破坏。
压力容器设计时
先确定
最可能的失效形式
选择
合适的失效叛据和设计准则
确定
适用的设计标准
再按照标准要求
进行设计、校核
第四章压力容器设计
二、强度失效设计准则
强度失效的两种主要形式 屈服
断裂
（在常温、静载作用下）
弹性失效设计准则 塑性失效设计准则 爆破失效设计准则 常用的强度失效设计准则 弹塑性失效设计准则
的操作和维修费用等。
第四章压力容器设计
二、设计文件
设计图样
设计文件
技术条件 强度计算书 设计或安装、使用说明书 应力分析报告
第四章压力容器设计
强度计算书
包括设计条件、所用规范和标准、材料、腐蚀裕量、
计算厚度、名义厚度、计算应力等。
装设安全泄放装置的压力容器，还应计算压力容器安全


第四章压力容器设计
最大切应力准则
特雷斯卡(Tresca)屈服失效判据 ——最大切应力屈服失效 判据 ——第三强度理论 任意应力 状态
1 3
1 3 s
t
第四章压力容器设计
（二）塑性失效设计准则
塑性失效设计准则——将容器总体屈服或全域屈服视为失效。 理想弹塑性材料，内压厚壁圆筒
注明换热管规格、
管长、根数、排列 形式、换热面积与
设计条件图
程数等
注明塔型（浮阀塔、 筛板塔或填料塔）、
塔板数量及间距、