2.3.1内压薄壁容器设计-I 圆筒球壳的设计计算解析

2
- 3 2
3
-1 2
强度条件为
当
pD
2.3
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.
10
3.2 内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计
3.2.1强度计算公式 一、圆筒形容器 1、强度设计公式
根据第三强度理论，有：
III 当
1 3
pD
2
0 [ ]
将平均直径换为圆筒内径D = Di+δ; 将压力p换为计算压力pc； 考虑焊接制造因素φ，将[σ]换为[σ]tφ则有：
第三章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
压力容器强度计算的内容：
1、新容器的设计 ⑴确定设计参数（P，t，D……等）； ⑵选材； ⑶确定容器的结构型式； ⑷计算筒体与封头壁厚； ⑸选取标准件（如法兰、膨胀节、支座、螺栓、垫片）； ⑹绘制设备图纸
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3
第三章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
4[ ]t
pc
C2
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校核计算公式
t pc (Di e ) [ ]t 4 e
[
pw
]
4[
Di
]t e e
上述球形容器计算公式的适用范围为pc≤0.6[σ]tφ。
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.
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(Di ) pc [ ]t
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2 .
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故：
＝
pc Di
2[ ]t
pc
其中[δσ]—t 计—算材壁料厚在,设mm计温度下的许用应力，MPa;
2、厚度的定义 计算厚度：
＝
pc Di
2[ ]t
pc
设计厚度 δd = δ＋C2 名义厚度 δn = δd＋C1＋圆整值=δ＋C＋圆整值 有效厚度 δe = δn－C

不被加热或冷却，筒内介质最高或最低温度。
用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，载体最高温度或最低温度。
㈡设计温度
㈢许用应力系数
焊接削弱而降低设计许用应力的系数。 根据接头型式及无损检测长度比例确定。
焊接接头形式
无损检测的长度比例
100%
局部
1.0
0.85
小位移假设
各点位移都远小于厚度。可用变形前尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶微量可忽略。
2．基本假设
02
直线法假设
变形前垂直于中面直线段，变形后仍是直线并垂直于变形后的中面。变形前后法向线段长度不变。沿厚度各点法向位移相同，厚度不变。
不挤压假设
各层纤维变形前后互不挤压。
01
2．基本假设
2．球形壳体
直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。 当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。 制造 球壳R1＝R2=D/2，得：
3．圆锥形壳体
圆锥形壳半锥角为a，A点处半径为r，厚度为d，则在A点处： 代入（4-3）、（4-4）可得A点处的应力：
㈡受液体静压的圆筒形壳体的受力分析 筒壁上任一点的压力值（不考虑气体压力）为： 根据式（4-3） （4-4）可得：
上部支承圆筒（b），液体重量使得圆筒壁受轴向力作用，在圆筒壁上产生经向应力：
底部支承的圆筒（a），液体重量由支承传递给基础，筒壁不受液体轴向力作用，则s1=0。
[s]t-设计温度t℃下材料许用应力，MPa。
㈠焊接接头系数
钢板卷焊。夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强度。 钢板 [s]t乘以焊接接头系数f，f≤1

设计难点
材料选择：需要考虑材料的强度、耐腐蚀性和耐高温性等性能
结构设计：需要考虑结构的稳定性、安全性和可维护性等要求
制造工艺：需要考虑制造工艺的可行性、成本和效率等因素
测试与验证：需要考虑测试方法和验证标准，确保设计的安全性和有效性
解ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方案
采用先进的制造工艺，如焊接、锻造等，提高设备的可靠性和耐久性
04
材料加工性能：选择易于加工成型的材料，以降低制造成本和周期
结构优化
优化检测方法：采用先进的检测方法，如超声波、射线等，确保产品质量
04
优化制造工艺：采用先进的制造工艺，如焊接、冲压等
03
优化结构设计：采用合理的结构形式，如加强筋、肋板等
02
优化材料选择：选择高强度、轻质、耐腐蚀的材料
01
内压薄壁球壳设计
采用有限元分析方法，对内压薄壁圆筒和球壳进行应力分析
优化设计参数，如壁厚、材料、结构等，以降低应力水平
定期进行设备检查和维护，确保设备安全运行
设计优化方向
提高安全性能
优化材料选择：选择具有更高强度和耐腐蚀性的材料
01
优化结构设计：采用更加合理的结构设计，提高设备的稳定性和可靠性
02
优化制造工艺：采用更加先进的制造工艺，提高设备的加工精度和质量
03
优化检测方法：采用更加精确的检测方法，确保设备的安全性能符合要求
04
降低成本
优化材料选择：选择价格较低、性能可靠的材料
1
优化结构设计：减少不必要的结构，降低制造成本
2
优化生产工艺：采用先进的生产工艺，降低生产成本
3
优化设计方案：选择最优的设计方案，降低整体成本
4

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化工设备机械 基础
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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
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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
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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。
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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℃。