水工艺设备与仪表：第3章 水工艺设备理论基础

3.1.3 回转薄壳的薄膜应力
经向应力σm
环向应力σθ
3.1.3 回转薄壳的薄膜应力
（1）经向薄膜应力 σm --（壳体平衡方程）
用一个与回转壳体中间面正交的圆锤面切割一承受内压的壳体， 取截面以下的分离体进行研究。该分离体上作用着介质的内压力p 和经向应力σm（图b、c），二者在轴方向应互相平衡。从这种观点 出发，推导出计算经向应力σm的公式。
3.1.1.2 容器的分类
(2)按容器承压情况分为 (P91)
常压容器：这类容器仅仅承受容器内介质的静压 力，一般不设上盖。
内压容器：当容器内部介质压力大于外界压力时 称为内压容器。这类容器不仅承受容器内介质的 静压力，还需承受介质工作压力。
外压容器：当容器内介质压力小于外界压力时， 该容器称作外压容器。水工艺中用到的外压容器 很少。
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支座：
• 压力容器靠支座支承并固定在基础上。随 安装位置不同，圆筒形容器支座分:
立式容器支座：腿式支座、支承式支座、 耳式支座、裙式支座
卧式容器支座：鞍座，圈座，支承式支座
安全附件
• 安全附件：连锁装置、警报装置、计量装、 泄放装置
压力容器安全附件主要有： 安全阀、爆破 装置、紧急切断阀、安全联锁装置、压力 表、液面计、测温仪表等
3.1.1.2 容器的分类
(4)按容器内有无填料分为
无填料容器:各种贮槽、贮罐以及部分反应 器如气浮器、活性污泥氧化器属于此类。
填料容器:很多容器，因为工艺的要求在容 器内放置了各种不同的填料，如压滤器、吸 附塔、离子交换柱等。这类容器和它里边放 置的填料构成了填料容器。
3.1.1.3 容器设计的基本要求
球形封头 椭圆封头 球冠形封头
开孔与接管：
• 由于工艺要求和检修的需要，常在压力容器的筒 体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人 孔、手孔、 视镜孔、物料进出口接管，以及安装 压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。
• 筒体或封头上开孔后，开孔部位的强度被削弱， 并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径 的增大而加大，因而容器应尽量减少开孔的数量， 尤其要避免开大孔。
3.1.2 回转曲面与回转薄壳
第一主曲率半径ρ1：经线上点的曲率 半径（最大内切圆半径，CK1）。 第二主曲率半径ρ2：考察点C到该点 法线与回转轴交点K2之间长度（CK2） 平行圆：平行圆半径（CK3）。 纬线：平行圆就是回转曲面的纬线。 同一点的第一与第二主曲率半径都在 该点的法线上。
例：圆柱和圆锥
➢ 以回转曲面作为中间面的壳体称作回转壳体。 ➢ 内外表面之间的法向距离称为壳体厚度。 ➢ 对于薄壳，常用中间面来代替壳体的几何特性。
3.1.2 回转曲面与回转薄壳
回转薄壳：中间面是由一条平面曲线或 直线绕同平面内的轴线回转而成。 母线：绕轴线（回转轴）回转形成中面 的平面曲线(AO)。 极点：中间面与回转轴的交点(O)。 经线平面：通过回转轴的平面(KBOK)。 经线：经线平面与中间面的交线(BO)。 平行圆：垂直于回转轴的平面与中间面 的交线称为平行圆。 中间面法线：过中间面上的点且垂直于 该点切线的直线，法线必与回转轴相交 (切线的垂线)
(1)工艺要求 根据工艺生产的要求通过工艺设计计算及生
产经验决定。
(2)机械设计的要求
1)强度 2)刚度 3)稳定性 4)严密性 5)抗腐蚀性和抗冲刷性 6)经济方面的要求 7)制作、安装、运输及维修均应方便
3.1.2 回转曲面与回转薄壳
➢ 回转曲面：以一条直线或平面曲线作母线，绕 其同平面的轴线(即回转轴)旋转一周就形成了 回转曲面。
3.1.3 回转薄壳的薄膜应力
• 回转薄壳承受内压后，在经线方向和纬线方向都 要产生伸长变形，所以，在经线方向将会产生经 向应力σm，在纬线方向会产生环向应力σθ。由 于轴对称，故同一纬线上各点的经向应力σm和环 向应力σθ均相等。
• 由于水工艺所涉及的壳体基本为薄壳，可以认为， σm、σθ在壳壁厚度上均匀分布。
3.1.1.2 容器的分类
(3)按容器材料分为
金属容器:常用于容器制作的金属材料是低碳钢 和普通低合金钢。当介质腐蚀性较大时可使用不 锈钢、不锈复合钢板或铝制容器。
非金属容器:常用于制作容器的非金属材料有聚 氯乙烯、玻璃钢、陶瓷、木材、橡胶等。非金属 材料可以独立制作容器，也可以作为容器的部分 构件和衬里。
孔接管、支座和安全附件，其功能是提供 能承受一定温度和压力的密闭空间。 • 水工艺中使用的容器壁厚与内径之比一般 小于0.1或外径与内径的比值小于1.2，称 作薄壁容器。
压力容器基本组成
• 筒体
• 直径较大时，焊缝的方向和 圆筒的纵向，即轴向平行， 因此称为纵向焊缝，简称纵 焊缝。
• 当容器较长时，由两个或两 个以上筒节组焊成所需长度 的筒体。筒节与筒节之间、 筒体与端部封头之间的连接 焊缝，由于其方向与筒体轴 向垂直，因此称为环向焊缝， 简称环焊缝。
第3章 水工艺设备理论基础
3.1.1 概述
3.1 容器应力理论
容器: 设备外部壳体的总称.
3.1.1.1 容器的结构
–筒体(又称筒身)、 –封头(又称端盖)、 –法兰、 –支座、 –进出管 –人孔(或手孔)、 –视镜等组成
压力容器基本组成
• 压力容器 = 内件 + 外壳 • 外壳一般包括筒体、封头、密封装置、开
3.1.1.2 容器的分类
(1)按容器形状分为
方形或矩形容器：由平板焊成，制造简单，便于布置和分 格，但承压能力差，故只用于小型常压设备。
球形容器：由数块球瓣板拼焊而成，承压能力好且相同表 面积时容器容积最大，但制作麻烦且不便于安置内部构件， 故一般只用于承压的贮罐。
圆筒形容器：这种容器由圆柱形简体和各种形状的封头组 成，制造较为容易，便于安装各种内部构件，而且承压性 能较好，因此在水工艺中应用最为广泛。
封头
平盖封头
• 根据几何形状的不同： –凸形封头：球形、球冠形、椭圆形 –锥壳 –平盖
• 容器不需开启时，可把封头和筒体焊接在 一起，从而有效地保证密封，节省材料和 减少加工制造的工作量。
• 对于因检修或更换内件的原因而需要多次 开启的容器，封头和筒体的连接应采用可 拆式的，此时在封头和筒体之间就必须要 有一个密封装置。