4.3.1内压圆筒设计(常规设计)1解读

缺点——
组合式
4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
过程设备设计
中径公式（薄壁筒体）
单层圆筒体
筒体强度设计 多层厚壁圆筒
Mises屈服公式（厚壁筒体） Faupel爆破公式（厚壁筒体）
一、单层筒体（薄壁筒体）
设计准则：
厚度计算
σ 1 [σ ]

III 当
t
（4-3）
pD [ ] 2
k
强度条件

IV 当
pD [ ] 2.3
适用于 塑性材料
第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。 压力容器材料都是塑性材料，应采用三、四强度理论， GB150-98 采用第三强度理论.
4.3.1 概述
过程设备设计
二、弹性失效设计准则
压力容器材料韧性较好，在弹性失效准则中，
t
式中 δe—有效厚度， δe=δn –C，mm； δn—名义厚度，mm； C—厚度附加量，mm σt—设计温度下圆筒的计算应力，MPa。
4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
过程设备设计
3、筒体最大允许工作压力[Pw]：
2 e [ ]t [ pw ] Di e
4.3.2.3设计技术参数的确定
过程设备设计
4.3.2.3 设计技术参数的确定
设计压力
设计温度
设计技术参数 厚度及厚度附加量 焊接接头系数
许用应力等
4.3.2.3设计技术参数的确定
过程设备设计
4.3.2.3 设计技术参数的确定
1、设计压力—— 为压力容器的设计载荷条件之一，其值 不低于最高工作压力。
主要计算 公式 （4-13）
pc Di t 2[] p c
式中 δ—计算厚度，mm；
Pc—计算压力，MPa； 条件：Pc
φ—焊接接头系数。

0.4[σ]tφ
2、应力强度判别式：
k
1.5
（工程）
（对筒体进行强度校核，已知筒体尺寸Di、δn或δe）
p c (D i e ) []t （4-14） 2 e
4.3.1 概述
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。
强度理论及其相应的强度条件 薄壁容器的应力状态
环向应力
pD 1 2 pD 2 4
轴向应力
3 r 0
径向应力
常用强度理论
第一强度理论
（最大主应力理论）
4.3 常规设计
4.3.1 概述
过程设备设计
一、设计思想 ——“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， 不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永 区别于
分析设计 久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。 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。
MPa (K
（4-15）
4、说明： Pc 0.4[σ]tφ
1.5)
式（4-13）由筒体的薄膜应力按最大拉应力准则导出的， 用于一定厚度范围，如厚度过大，则由于实际应力情况与 应力沿厚度均布的假设相差太大而不能使用。 按照薄壳理论，（4－13）仅能在δ/D≤0.1即K≤1.2范围内适 用。但作为工程设计，采用了最大拉应力准则、材料设计 系数，厚度范围扩大到在最大承压（液压试验）时圆筒内 壁的应力强度在材料屈服点以内。
设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。
4.3.2.3设计技术参数的确定
过程设备设计
4.3.2.3 设计技术参数的确定
计算压力——是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截
面厚度的压力，其中包括液柱静压力。
◆通常情况下，计算压力=设计压力+液柱静压力 ◆当元件所承受的液柱静压力<5%设计压力时，可忽略不计。

I 当

pD 1 2
适用于 脆性材料
强度条件

I 当
pD [ ] 2
第三强度理论
（最大剪应力理论）

III 当
III 当
pD 1 3 2
适用于 塑性材料
强度条件

pD [ ] 2
第四强度理论
（能量理论）

IV 当
1 2 2 2 1 [( 1 2 ) ( 2 3 ) ( 3 1 ) ] 2 2 pD 2 2 1 2 1 2 2.3
0
式（4-3）简单，成熟使用经验，将该式作为设计准则。
4.3.2 圆筒设计
过程设备设计
4.3.2 圆筒设计
优点——简单 单层式 筒体结构 ①深环、纵焊缝，焊接 缺陷检测和消除困难； 且结构本身缺乏阻止裂 纹快速扩展的能力； ②大型锻件、厚钢板性 能比薄钢板差，不同方 向力学性能差异大，韧 脆转变温度较高，发生 低应力脆性破坏的可能 性也较大； ③加工设备要求高。
容器顶部在正常工作过程中
可能产生的最高表压。
设计压力应视内压或外压容器分别取值。
4.3.2.3设计技术参数的确定
4.3.2.3 设计技术参数的确定
过程设备设计
内压：
装安全阀——不低于安全阀开启压力，1.05～1.10倍 最高工作压力。 外压： （略）
装爆破片——爆破片最低标定爆破压力加上所选爆
破片制造范围的上限。 盛装液化气体容器——根据工作条件下可能达到的 最高金属温度确定。 综合考虑介质压力、饱和蒸气压、装量系 数、温度变化、环境温度、保冷设施。

1.5
pD 2
t
（工程）
D Di
考虑实际情况， 引入pc等参数
pc Di t 2 pc
考虑介质
腐蚀性
pc Di d C2 t 2 pc
考虑钢板厚度 负偏差并圆整
n
4.3.2.2 内压圆筒的强度设计
过程设备设计
一、单层筒体（薄壁筒体） 1、厚度计算式：由中径公式
σ 1 [σ ]t
σ1 - σ3 [σ]
t
（4-3） （4-4） （4-5）
1 [(σ 1 - σ 2 ) 2 (σ 2 - σ 3 ) 2 (σ 3 - σ 1 ) 2 ] [σ ]t 2
采用式（4-4）或式（4-5）较为合理。 但对于内压薄壁回转壳体，在远离结构不连续处，σ
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