内压薄壁圆筒的强度设计

设定的容器顶部的最高压力，它与相应设计 温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工 作压力。
计算压力 Pc
指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位 厚度的压力，其中包括液柱静压力。
计算压力pc=设计压力p+液柱静压力
17
表9-1 设计压力与计算压力的取值范围
类型
设计压力（P）取值
1 容器上装有安全阀时 取不小于安全阀的初始起跳压力，通常取 p=1.05~1.1pw
2
新的压力容器的设计内容
• 确定设计参数 P、、D、、C • 选择使用材料。 • 确定容器的结构形式。 • 计算筒体与封头的厚度。 • 选取标准件。 • 绘制设备图纸。
3
压力容器强度校核的意义
[ ]
• 判定在下一个检验周期内或在剩余寿命期间内， 容器是否还能在原设计条件下使用。
• 当容器已被判定不能在原设计条件下使用是，应 通过强度计算，提出容器监控使用的条件。
11
3、内压薄壁圆筒强度计算公式
III 当
pD [ ] t 2
考虑焊缝对材料强度的削弱，引入
pD t
考虑温度对材料的影响引入 t
2
因圆筒内径由工艺计算决定，故 D Di pc (Di ) σ t
用计算压力代设计压力 pc p
2δ
2δσ t pc Di pc
考虑介质腐蚀性，引入腐蚀裕量 C2
[ ]t pc (Di ) 4源自pc Di4 t
pc
计算厚度
d
pc Di
4 t
pc
C2
设计厚度
设计温度下球壳的强度校核：
t pc (Di e ) [ ]t 4 e
设计温度下球壳的最大允许工作压力：
pw

① 根据应力状态确定主应力； ② 确定材料的许用应力。 对承受均匀内压的薄壁容器，其主应力为：
1 2 m
pD 2S pD 4S
3 r 0
1 ）第一强度理论（最大主应力理论）及相应的强度条 件
第一强度理论认为在三向应力中，若最大应力小于许用应力， 则安全。 其强度条件为：
S pDi (m m) t 2.3 p pDi C2 (m m) t 2.3 p
Sd
所以对已有设备进行强度校验和确定最大允许工作压力的计 算公式分别为：
pDi Se t ( MPa) 2Se
2 S s p ( MPa) Di Se
（1）液压试验 （2）气压试验 （3）气密试验
3、压力试验时的应力校核
在压力试验时，容器壁内所产生的最大应力不得超过所用材 料在实验温度下屈服点的90%（液压试验）或80%（气压试验）。 液压实验时：
pr Di Se T 0.9 s 2Se
气压实验时：
pr Di Se T 0.8 s 2Se

V 当

1 2 2 2 1 2 2 3 3 1 2


V
适用性： 第一强度理论适用于脆性材料； 第三、第四强度理论适用于塑性材料。
第二节
内压薄壁圆筒的强度计算
一、强度计算公式 1）圆柱筒体
由薄膜应力理论可知，圆柱筒体上任一点处薄膜应力如下：
① 根据薄膜理论进行应力分析，确定薄膜应力状态下的主 应力； ② 根据弹性失效的设计准则，应用强度理论确定应力的强 度判据；
③ 对封头，考虑到薄膜应力的变化和边缘应力的影响，按 壳体中的应力状况在公式中引进应力增强系数。 ④ 根据应力强度判据，考虑腐蚀等实际因素导出具体的计 算公式。

Page19
化工设备机械 基础
Page20
化工设备机械 基础
5) 焊缝接头系数 焊接接头系数为小于等于1的 数，数值见表9-6。 6) 厚度附加量 厚度附加量由两部分组成
①钢板厚度的负偏差C1 ②腐蚀裕量C2
C=C1+C2
Page21
化工设备机械 基础
5) 焊缝接头系数 受压元件间的焊缝接头分为A,B,C,D四类，非受 压元件与受压元件间的焊缝接头为E类焊缝接 头。
计算厚度
pc Di 4[ ]t pc
设计厚度
d
pc Di
4[ ]t
pc
C2
设计温度下球壳的计算应力：
t pc Di e
4e
设计温度下球壳的最大允许工作压力：[
pw ]
4e[ ]t Di e
Page13
化工设备机械 基础
三、设计参数的确定
1) 设计压力p
指容器顶部的最高压力，与相应设计温度一起作为容器 的基本设计载荷条件，其值不小于工作压力。 对无安全泄放装置的压力容器，设计压力不低于1.0~1.1 倍工作压力。 装有安全泄放装置的压力容器，设计压力不低于安全阀 开启压力和爆破片装置的设计爆破压力加制造范围上限。 外压容器的设计压力，应不小于正常情况下可能出现的 最大内外压力差。
Page38
化工设备机械 基础
2）气压试验。 a.缓慢升压到规定试验压力的10%，且不超过0.05MPa，保
压5min； b.对所有焊缝和连接部位检查； c.合格后，将压力升压规定试验压力50%; d.按照每级为规定试验压力的10%的级差升压到试验压力，
保压10min； e.降到设计压力，保压足够长时间并进行检查； f.如有泄漏，修补后重新试验。 g.试验温度应该比容器金属脆性转变温度高30℃。

Sc pcDi
2[]t- pc
计算壁厚公式
考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚
Sd 2[p]ctD-i pc C2
设计壁厚公式
设计壁厚加上钢板厚度负偏差C1，再根据钢板标准规格向上圆整确定 选用钢板的厚度，即名义壁厚（Sn），即为图纸上标注厚度。
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导 1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
内径为基准 外径为基准
内径为基准 外径为基准
一、强度计算公式
3.球形容器厚度计算及校核计算公式
3.1厚度计算公式
Sc
pcDi
4[]t -
p
计算壁厚
Sd 4[p]ctD i-pc C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pcDi Se[]t
4S e
[pw]
4[]tSe
Di Se
已有设备强度校核
确定最大允许工作压 力
常温容器 中温容器 高温容器
[]
minnss
，b
nb
[]t
minnsst
，bt
nb
[]t
minnsst
， D t ， nt
nD nn
二、设计参数的确定
3.许用应力和安全系数
3.2安全系数
安全系数的影响因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的的精确程度； ②材料的质量和制造的技术水平； ③ 容器的工作条件以及容器在生产中的重要性和危险性。
当
0
n
[]
二、强度理论及其相应的强度条件
复杂应力状态的强度条件，要解决两方面的问题： 一是根据应力状态确定主应力； 二是确定材料的许用应力。
内压薄壁容器的主应力：