第六章容器零部件设计
《化工设备机械基础》习题解答
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量Ａ组B组：第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围第三章 内压薄壁容器的应力分析四、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力σσθ和m。
MP S PD m 6384100824=⨯⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21D A R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασSP RR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。
B 点处坐标x=600mm 。
25051010==b a 标准椭圆形封头 bb b y x A aR a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ五、 工程应用题1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
包装结构设计(第三版孙诚编著)——第六章塑料包装容器结构设计
一、塑料熔体的充模流动与成型 1、熔体流动特性 1）塑料熔体的层流形式
Re D v /
6-1
式中：
Re：雷诺数； D：导管直径； v：液体平均速度； ρ：液体密度；
μ：液体剪切黏度。
第六章 塑包装容器结构设计
2）熔体流动速率MI
是指在一定温度、一定负荷下，10分钟通过内 径2.1mm、长8mm的标准口模的熔体质量，单位为 g/min，MI越大，熔体流动性越好。
第六章 塑包装容器结构设计
第六章 塑包装容器结构设计
第六章 塑包装容器结构设计
第六章 塑包装容器结构设计
2、吹塑成型
吹塑成型，简称吹塑。是利用气体的压力，将闭合在 模具中的半溶融状态的管状型坯，吹胀成为中空塑料制品的 成型方法吹塑成型适于不同口径、不同容量的瓶、罐类塑料 中空容器的成型，是生产率高，质量易于控制的成型方法。
注射吹塑：型坯注射压力10 ～ 40MPa；型坯温 度65—135℃；吹塑压力0.7 ～1.2MPa；吹塑模 具温度20 ～ 60℃；吹胀比2 ～3。 拉伸吹塑：不同塑料拉伸吹塑型坯温度是不同的， 如PET在90 ～ 110℃范围内；空气压力，挤拉吹 塑个小于0.2MPa，注拉吹塑一般调控在1.37 ～ 1.47MPa之内。
第六章 塑包装容器结构设计
例：塑料成型件壁厚设计合理与不合理的对比实例
第六章 塑包装容器结构设计
第六章 塑包装容器结构设计
注射成型塑料制品的壁厚与流程关系 （正比例）： 流程是塑料熔体从模具进料口流向型腔各处的距离。当注射
压力、注射温度、模具温度等已确定的情况下．壁厚越小、熔体 流动阻力越大，成型越困难；同样，流程越长，成型件结构越复 杂，要求的壁厚也就越大。所以，为保证塑料容器符合设计的质 量要求，所确定的壁厚符合一个较为合理的数值。一般情况下、 可根据表6-10所列关系式．由流程计算确定。
第六章 高压厚壁容器
第六章高压厚壁容器第一节厚壁容器设计理论及结构【学习目标】掌握高压容器设计理论及壁厚计算公式，了解多层包扎压力容器、热套压力容器等多层厚壁圆筒结构。
一、厚壁容器设计理论高压容器（10MPa≤P＜100MPa）又称为厚壁容器，δ/D＞0.1或K=D0/D i＞1.2。
厚壁容器由于径向应力较大，不能忽略，因此筒壁处于三向应力状态。
在三向应力中，除经向应力仍可视为沿壁厚均匀分布外，径向应力和环向应力并不沿壁厚均匀分布，最大当量应力发生在容器的内壁上。
1、厚壁容器的失效准则（1）弹性失效准则这种观点认为，器壁上应力最大处（内壁）的应力达到屈服极限后，容器便失去正常的工作能力，亦即失效，这种失效称之为弹性失效。
厚壁容器内壁屈服后，可能会在局部应力较大处出现微裂纹，并且在各种因素作用之下，可能会使裂纹进一步扩展，最终导致破坏。
弹性失效准则被许多国家采用，我国的GB150《压力容器》标准也是依据了这一准则。
（2）塑性失效准则这种观点认为，器壁上应力最大处的材料进入屈服阶段，并不导致整个容器的破坏，因为容器都是用具有一定塑性及韧性的材料制成的，内壁处的材料虽然屈服了，但在它外面的材料仍处于弹性状态，故屈服了的材料想进一步发生塑性变形，便要受到仍处于弹性状态的外层材料的约束。
只有当压力逐渐增加，塑性区不断扩展，直至容器的整个截面从里到外都达到屈服，才失去正常的工作能力。
这种失效称之为塑性失效。
（3）爆破失效准则这种观点认为，厚壁容器的壁很厚，材料的塑性又较好，它不会一达到整体屈服就发生破坏，它有明显的应变硬化现象，只有当容器承受的压力继续增大时，器壁中的应力和应变才会继续增加，直至压力增大到爆破压力，容器发生爆破，才能算真正失效。
2、厚壁容器弹性设计理论弹性设计理论下厚壁容器三向应力计算公式见表6-1。
在材料力学中，三个主应力按一定的顺序排列，即σ1＞σ2＞σ3，对应厚壁圆筒的三向应力为σt＞σx＞σr。
在弹性失效准则下，有四个不同的弹性强度理论，见表6-2。
化工设备机械基础习题解答
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量Ａ组B组：第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围第三章 内压薄壁容器的应力分析和MP S m 63844=⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21DA R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασ SPRR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。
B 点处坐标x=600mm 。
25051010==b a 标准椭圆形封头bb b y x A a R a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ五、 工程应用题1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
化工设备机械基础习题解答86184
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量Ａ组B组：第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围第三章 内压薄壁容器的应力分析和MP S m 63844=⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2.圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21DA R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασ SPRR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。
B 点处坐标x=600mm 。
25051010==b a 标准椭圆形封头bb b y x A a R a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ五、 工程应用题 1.某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2.有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
压力容器零部件设计(一)
压力容器零部件设计(一)压力容器零部件设计压力容器是一种存储、运输和加工液体、气体或固体的设备。
压力容器不仅需要能够耐受压力、温度等因素的影响，还需要具备高度的安全保障。
零部件是构成压力容器的基础，好的压力容器零部件设计可保障压力容器的安全、寿命和性能。
缺陷分析压力容器零部件设计需要避免以下缺陷：1. 结构强度不足：压力容器工作环境的压力、温度等因素对容器本身的材质和结构有很高的要求。
设计时若结构强度不足会导致容器的爆炸等严重后果。
2. 材料选择不当：材料的选择不当可能导致零件在高压、高温等复杂环境下出现失效，进而对容器的整体安全性造成影响。
3. 缺乏必要的松弛缝：由于容器的变形，需要把材料和结构上的缺陷转化为必要的松弛缝，以避免材料和结构的锁死和破裂，也避免了过多的应力集中。
关键设计指标压力容器零部件设计需要符合以下关键设计指标：1. 固定力：压力容器需要通过零部件的固定力将所有部件固定在一起。
2. 尺寸和形状：零部件的尺寸和形状要和容器本身的尺寸和形状相匹配，保证不会出现空隙或者松动的情况。
3. 材质选取：针对不同的工作环境，压力容器零部件的选择需要合理，确保零部件的耐久性能、超压时的性能以及高温环境下的性能等都能满足要求。
4. 强度和稳定性：设计时需要遵循国家标准，零部件的强度和稳定性能够贯穿整个容器的运作寿命。
设计原则对于压力容器零部件设计，有以下几个原则：1. 材料要优先选择纯度高、强度和韧性较好的材料。
2. 控制整体重量，减小材料成本。
3. 尽可能地减少零部件数量，从而减少加工成本和组装成本。
4. 优先考虑贴近整个容器的结构，避免孤立的点，整体性较强可以提高体积利用率。
5. 通过分阶段设计来避免未来的改进成本和时间成本。
压力容器是关系到人们生命和财产安全的装备，所以对于设计要求非常高，本文阐述压力容器零部件设计的缺陷分析、关键设计指标和原则，以期为日益重要的压力容器行业提供帮助。
压力容器零部件设计---法兰设计共39页
一、开孔补强 二、法兰设计 三、卧式容器支座 四、立式容器支座
概述
压力容器的主体构件 : 筒体、封头、开孔接管等.
由于制造、安装、运输、检修及操作工艺等方面的 要求，容器的零部件常做成可拆连接，然后再组合。
可拆连接的基本要求
（1）足够的刚度及连接件间的压紧力。保证操作中
（5）参照各尺寸绘法兰图。
螺栓设计
包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载
荷计算。
计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压。
材料：根据螺栓载荷、工作温度等。一般螺栓材料比
螺母材料的硬度高30HB以上。
直径和个数：连接螺栓DN≥ M12，先由标准定个数，
一般为4的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力计 算螺栓根径，再由此定DN。最后校核螺栓中心距。
3）金属—非金属组合垫圈：
兼容了前二者的优点，提高了耐蚀性、耐热性和密封性能， 适用于较高的压力和温度
形式：金属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片。
垫圈的选择
垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。 选择依据：介质的腐蚀性、操作温度和压力，
考虑价格低廉、制造容易和更换方便。
高温高压：金属垫圈 中温中压：金属与非金属组合式或非金属 中、低压：多用非金属 高真空或深冷：金属垫圈
2）自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力
压紧密封元件，使密封面获得很大的压紧力，在密 封口产生较大的密封比压，达到密封目的。
泄漏
法兰连接的失效形式：泄漏。
泄漏途径 ： ①垫圈渗漏，②密封面泄漏（为主）
防止泄漏方法：
①采用不渗透性材料或有填充剂堵塞多孔性材料的 孔隙；
6第六章 产品包装容器造型与结构设计
段骏平 475185814@
05 包装造型
5.1包装造型设计的基本原则 5.2包装造型设计的步骤和方法 5.3包装造型设计的美学法则及 5.4各种形状的包装造型设计分析
包装 造型设计
包装造型设计是指利用一定的材料和工艺，运用美学原则，对线形、比例、空间、 色彩和肌理等造型元索进行设计，在满足容纳商品和使用便利等基本功能的基础 上， 设计出新颖美观的包装造型。
包装造型设计总的原则
美学因素
在满足功能因素和经济因素的基础上，将形态美感、材料美感和工艺美 感充分体现于包装造型设计。既要有视觉的美，还要兼顾触觉的美，给 消费者带来多重感官的愉悦。
图中是来自新加坡的一款莲花烛台的设计，该设计有 着独特的结构形式、运用激光的生产方法。烛台由三 层环形的花形成优美而灵动的莲花盛开的独特造型， 每一环的花瓣可以取下单独作为一个独立的烛台使用， 或者也可以堆叠在一起形成一个莲花烛台。形似于一 个微妙盛开的莲花.
图中是一款来自匡威的儿童运动鞋包装设计，包 装设计采取独特的三角形的外观设计，当5盒收集 起来放在一起就可以形成匡威之星的外形。这是 封闭的多边形多面体包装设计成功的案例，它不 但造型独特，而且具有非凡的创意。
包装造型设计总的原则
案例：这是一款非常有创意的蜂蜜包装设计，与内装的蜂蜜绝对是天造 地设的一对。新包装以蜂窝为原型，在传统的玻璃瓶外面套上了若干木 质“呼啦圈”，用绳子串在一起，造型颇具渐变韵律的美感。 包装的整个造型就像一个蜂窝，形态圆润光滑，具有自然朴素的美感， 将玻璃瓶牢牢包裹在里面，给蜂蜜打造了一个安全的、原生态的储存场 所。包装不仅造型独特，方便携带，同时为用户带来全新的使用体验， 不禁让人联想到蜂蜜的天然、营养、美味和安全。
压力容器零部件设计法兰设计-PPT课件
与“公制管”配管系列对应的管法兰标准是 化工行业标准 HG20592～20635-97《钢制管法兰、垫片、紧
固件》标准。公制管管法兰有6种。
适用：温度、压力有 波动，介质渗透性
密封面的选用原则
首先必须保证密封可靠， 然后力求加工容易，装配方便、成本低。
垫圈（垫片）
垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主 要取决于垫圈的密封性能。
垫圈材料的要求：
耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应， 不污染产品和环境， 具有良好的弹性， 有一定的机械强度和适当的柔软性， 在工作温度和压力下不易变质（硬化、老化、软化）。
垫圈的类型
压力容器法兰及管法兰采用的密封 垫圈，根据所用材料有哪几种类型？
垫圈的类型
1）非金属垫圈： （适用于P<6MPa, T<450度）
材料：橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯垫和膨胀（或柔性） 石墨垫。断面为矩形或O形。
2）金属垫圈：（适用于P>6.4MPa, T>350度）
材料：软铝、钢、纯铁、软钢、铬钢和不锈钢。断面有矩形、 波纹形、齿形、椭圆形和八角形。
适用：低压和无毒 介质。
②凹凸型
优点：便于对中，垫圈 放在凹面不易挤出，密 封面窄比压大。
缺点：加工量大
适用：压力稍高
③榫槽型
优点：密封面窄，不与 介质接触，
缺点：拆卸难，垫圈不 易清理
适用：压力更高，密封 要求严
④梯形槽：
与椭圆型或八角型金 属垫圈配用。
特点：槽的锥面与垫 圈成线（或窄面）接 触密封。
影响密封的主要因素：
1、螺栓预紧力：大小合适、分布均匀 2、垫圈性能:变形能力和回弹能力(弹性、塑性) 3、密封面型式和表面性能：平直度、表面粗糙
压力容器设计-零部件及分析设计
3、尽量降低焊件刚度
焊接结构设计原则
1、尽量采用对接接头 2、尽量采用全焊透结构 3、尽量减小焊缝处的应力集中 4、便于进行无损检验
§4-4
分 析 设 计
一、分析设计和常规设计的比较
常规设计的局限性
（1）常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次 施加的静载荷处理，不涉及容器的疲劳寿命问题， 不考虑热应力。
（2）一次局部薄膜应力强度SⅡ 限制条件：SⅡ ≤1.5KSm
（3）一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力强度SⅢ 限制条件：S Ⅲ ≤1.5KSm
（4）一次加二次应力强度SⅣ 限制条件：S Ⅳ ≤3Sm
（5）峰值应力强度SⅤ 限制条件：S Ⅴ ≤Sa
Sa----由疲劳设计曲线得到的应力幅
应力强度限制条件汇总
举例：圆筒边缘处的应力及应力强度
注意：〈1〉设计载荷与工作载荷不相同时，计算SⅣ和S Ⅴ 时应采用工作载荷。 〈2〉 τxθ 、 τx z 、τ zθ 与主应力相比为小量可略去，
σx、 σθ和 σz 即为三个主应力。
四、应力强度限制
一次应力的许用值由极限分析确定
——防止韧性断裂或塑性失稳
二次应力的许用值由安定性分析确定
③将各类应力按同种分量分别叠加，得到Pm 、PL 、PL + Pb和 PL+ Pb十Q共四组应力分量，每组一般有6个。
④由每组6个应力分量，计算各自的主应力σ1 、σ2和σ3 ，取 σ1 > σ2 > σ3 。
⑤计算每组的最大主应力差： σ13= σ1 - σ3 各组的 σ13即为与Pm 、PL 、PL + Pb和PL+ Pb十Q相对应的应力强度SⅠ、SⅡ 、SⅢ和 SⅣ。
《化工设备机械基础》第六章习题解答
第六章 容器零部件二、填空题：A 组：1 法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。
3 提高法兰刚度的有效途径是1（增加法兰厚度） 2（减小螺栓作用力臂） 3（增加法兰盘外径）。
4 制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR ）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的5 法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。
6 卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于（筒体）长度加上两端凸形封头曲面深度的（2/3）。
7 配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在（支座）处和（跨距中间）处。
8 卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是：轴向应力应为（σ拉 ≤[]σt ） 轴向压力应为（σ压 ≤[]σt ）和（轴向许用压缩应力[]σac 的较小值） B 组：1 采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A≤(0.25)D 0,且A 不大于（0.2）L2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=（120°） 和θ=（150°）两种。
3 采用补强板对开孔进行等面积补强时，其补强范围是：有效补强宽度是（}22,2m ax {nt n d d B δδ++=）外侧有效补强高度是（min {接管实际外伸高度,1nt d h δ= }） 内侧有效补强高度是（min {接管实际内伸高度,2nt d h δ=}） 4 根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积A≤A e =(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 2+(焊缝金属截面积)A 3。
5 采用等面积补强时，当筒体径Di ≤1500mm时，须使开孔最大直径d≤(1/2)D i ,且不得超过（520）mm.当筒体直径D i ,>1500mm 时，，须使开孔最大直径d≤( 1/3)D i ,,且不得超过（1000）。
容器零部件设计资料
非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 柔软 耐温度和压力性能较金属垫片差。 只适用于常、中温和中、低压设 备和管道的法兰密封。
金属垫片：
材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。
常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、 蒙耐尔合金(含Ni67％，Cu30％， Cr4～5％)钢等。 主要用于中、高温和中、高压法 兰联接密封。
说明：①密封比压力主要决定于垫片材质。 ②垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力， 预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫 片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫 片。 ③为了实现法兰联接处的密封，必须使密封元件 在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧 力。因此螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度， 不发生过大的变形。
四、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有两类，
一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准
㈠ 压力容器法兰标准
1．平焊法兰：
2．对焊法兰
长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚 性大。 更高压力范围(PN 0.6MPa～ 6.4MPa)和直径范围 (DN300mm～2000mm)，适用 温度范围为-20℃～450℃。
思考题：
1.法兰垫片密封的原理是什么？影响 密封的因素有哪些？ 2.法兰的型式有哪些？各有什么特 点？ 3.法兰密封面型式有哪些？各适用 什么场合？ 4.常用的垫片材料有哪些？
金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、 0Cr18Ni9等）将非金属包起来； 金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢 带)与石棉带一起绕制而成。不带定 位圈和带定位圈。
金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属 垫片有较好的性能，适应的温度与 压力范围较高一些。
垫片材料的选择：
根据温度、压力以及介质腐蚀决定， 同时考虑密封面形式、螺栓力的 大小以及装卸要求等。 查表
第六章包装容器造型设计
（3）金属罐 容量一般小于或等 于16L的金属容器。截面有多种形 状，如圆形、椭圆形、扁圆形、方 形等。在结构上有密封和不密封两 种。主要用于食品、饮料、茶叶、 化妆品、文化用品及药品的包装。 根据罐的结构及加工成型方法可以 分为三片罐和二片罐。三片罐由罐 筒、盖、底三片组成；二片罐的罐 筒和底为一体，盖为另外冲压成型。
选择包装材料要素
质优、体轻、面广、合理、节约、无害、无污染
选择包装材料性能
●保护性功能（防潮、防水、防腐蚀、防紫外线，耐热、耐寒、 耐光、耐油） ●方便使用性能（便于开启、提取、再封闭，开启性能好，不 易破裂、损坏） ●降低费用性能（《限制商品过渡包装要求》总成本不应超过 售价15%，包装空隙不大于55%，中消协明确指出，凡包装体积 明显超过商品本身的10％、包装费用明显超出商品价格的30％， 就可判定为侵害消费者权益的“商业欺诈”。） ●附加值性能（提高购买者欲望） ●与商品性质适应（防止出现使商品变质或降低使用价值）
3、常见金属容器形态 （1）圆柱形铝罐马口铁罐一般通用于食品饮料，如可口 可乐、百事可乐、啤酒罐，化 妆品发用摩丝、喷发胶，家庭 用品中的杀虫剂、喷洁蜡，工 业用品中的气体罐、油漆罐等 等
圆柱形的金属容器应用范围广 泛，并且用量很大，已经有相 当长的生产历史，因此，各方 面的生产模具、生产流水线等 相关设计，均已趋于成熟。因 此，作圆柱形罐造型设计时， 特别要注意罐体各尺寸与生产 机械的相符，并为保证内装物 品以及在运输过程中的罐体强 度，要特别注意盖、底的加强 环设计，既保证造型美观，又 保证容器强度。
压力容器零部件设计
压力容器零部件设计什么是压力容器？压力容器是指用来贮存或运输气体、液体及其混合物的容器，在使用时内部压力可高达几百兆帕，因此具有高度危险性和技术性。
常见的压力容器有储气瓶、锅炉、压缩空气储存罐等。
压力容器在工业生产中起着非常重要的作用，但由于其压力和温度较高，所以零部件的设计十分关键。
在设计压力容器零部件时，需要考虑各种因素，如材料、结构、强度等。
压力容器零部件的种类压力容器零部件是指组成压力容器的各个零件，包括隔离元件、连接元件、支撑元件、附属设施及安全附件等。
根据其在压力容器中的功能，可以将压力容器零部件分为以下几类：•隔离元件：主要由容器壳体、管道、泵、阀门等部件组成，用于存放和输送介质或压缩气体。
•连接元件：主要由焊接、螺栓紧固、法兰连接等部件组成，用于连接压力容器零件。
•支撑元件：主要由支架、支柱、衬垫等部件组成，对容器内部结构进行支撑和固定，保证其稳定性。
•附属设施：包括排液管、补偿器、冷却器、加热器等，用于对压力容器环境进行控制。
•安全附件：包括安全阀、减压器、检测仪表等，用于对压力容器进行安全控制。
压力容器零部件是由不同的部件组成的复杂系统，这些部件的功能、结构、材料均需要经过严格的计算和测试，只有这样才可以确保整个系统的稳定性和安全性。
压力容器零部件的设计要求在设计压力容器零部件时，需要考虑许多因素，包括材料、结构、强度等。
以下列举了压力容器零部件设计的一些基本要求：1.材料的选择：在设计压力容器零部件时，需要考虑所用材料的特性。
在选择材料时需要考虑到其机械性能、耐热性、耐腐蚀性，同时还需要考虑到铸造、锻造、焊接等工艺条件。
常用的材料有不锈钢、碳钢、铝合金等。
2.结构设计：压力容器零部件的结构必须合理，才能保证系统的正常运行。
在设计结构时，需要考虑到不同力的作用、容器的密封性以及容器与其他零部件的连接方式等。
3.强度计算：强度计算是设计压力容器零部件的一项基本工作，其目的是确保零部件在正常使用过程中不会发生松动、变形、破裂等失效现象。
压力容器零部件设计
压⼒容器零部件设计压⼒容器零部件设计⼀、压⼒容器的封头设计平板形封头带折边锥形封头⽆折边锥形封头锥形封头⽆折边球形封头头带折边球形（碟形）封半椭球（椭圆形）封头半球形封头凸形封头封头椭圆形封头的最⼩厚度标准椭圆形封头：δe≥0.15%Di ⾮标准椭圆形封头：δe≥0.30%Di内压碟形封头e i e t W C t i C MR P P R MP δφδσφσδ5.0][2][5.0][2+=-=最⼤允许⼯作压⼒：壁厚：碟形封头的最⼩厚度标准碟形封头：δe≥0.15%Di ⾮标准碟形封头：δe≥0.30%Di（1）受内压(凹⾯受压)球冠形端封头封头的计算厚度按式(7-6)计算：式中：Q ——系数，由GB150图7—5查取。
（2）受外压(凸⾯受压)球冠形端封头封头的计算厚度按下列两种⽅法确定，取其较⼤值：a) 按球形封头计算公式确定的外压球壳厚度；b) 按式(7-6)计算得到的厚度。
（3）两侧受压的球冠形中间封头（3.1）当不能保证在任何情况下封头两侧的压⼒都同时作⽤时，封头计算厚度应分别按下列两种情况计算，取较⼤值：（3.2）当能够保证在任何情况下封头两侧的压⼒同时作⽤时，可以按封头两侧的压⼒差进⾏计算：在任何情况下，与球冠形封头连接的圆筒厚度应不⼩于封头厚度。
否则，应在封头与圆筒间设置加强段过渡连接。
圆筒加强段的厚度应与封头等厚；端封头⼀侧或中间封头两侧的加强段长度L 均应不⼩于2c t i c p D P -=φσδ][2Q δ0.5DiGB/T25198-2010压⼒容器封头⼏点变化⼆、法兰设计螺栓法兰连接结构及密封设计垫⽚选择原则①要有全⾯的观念，综合考虑温度、压⼒、介质、压紧⾯形式等⽅⾯要求，其中温度和压⼒是影响密封的主要因素，也是选择垫⽚的主要依据。
②在保证密封的前提下，尽量选⽤结构简单、价格便宜、便于安装和更换的垫⽚。
螺栓是法兰密封连接中的重要元件，对其基本要求是强度要⾼、韧性要好。
化工设备基础ppt课件pptch6容器零部
第六章容器零部件
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演讲人姓名
第一节法兰联接
被连接件
连接件
密封元件
法兰联接
一、法兰联接结构与密封原理
1、密封组成
*
2、工作原理
泄漏途径
密封原理
压紧面泄漏
垫片渗漏
当压力介质通过密封口的阻力降大于密封口两侧的介质压力降时，介质就被密封住
为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加在垫片上的压应力，称为操作密封比压。 操作密封比压往往用介质计算压力的m倍表示， m称为“垫片系数”。
引入概念2 “操作密封比压”
（c）操作工况
（c）操作工况
图6-3 密封机理图
*
法兰的结构与分类
按法兰接触面分
图6-４ 窄面法兰与宽面法兰
2、按法兰与设备或管道的联接方式划分
裙座结构
基础环 基础环是块环形垫板，它把由座体传下来的载荷，再均匀地传到基础上去。
裙座结构
螺拴座 由座板和筋板组成，供安装地脚螺栓用，以便地脚螺栓把塔设备固定在基础上
裙座结构
管孔 在裙座上有检修用的人孔、引出管孔, 排气管孔等
裙座结构
裙座结构
第三节 容器的开孔补强
1.设备的管口
5、操作条件
在压力、介质和温度的联合作用下，尤其是波动的高温下，会严重影响密封性能，甚至使密封因疲劳而完全失效。
操作条件
指压力、温度及介质的物理化学性质对密封性能 的影响。
特 点
高温下，介质粘度小，渗透性大，易泄漏；介质对垫片和法兰的腐蚀作用加剧，增加了泄漏的可能性；法兰、螺栓和垫片均会产生较大的高温蠕变与应力松弛，使密封失效；某些非金属垫片还会加速老化、变质，甚至烧毁。
第六章-容器零部件
第六章 容器零部件 二、填空题： A 组：1 法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。
3 提高法兰刚度的有效途径是1（增加法兰厚度） 2（减小螺栓作用力臂） 3（增加法兰盘外径）。
4 制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR ）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的5 法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。
6 卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于（筒体）长度加上两端凸形封头曲面深度的（2/3）。
7 配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在（支座）处和（跨距中间）处。
8 卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是： 轴向应力应为（σ拉≤[]σt）轴向压力应为（σ压≤[]σt）和（轴向许用压缩应力[]σac的较小值）B 组：1 采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A≤(0.25)D 0,且A 不大于（0.2）L2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=（120°） 和θ=（150°）两种。
3 采用补强板对开孔进行等面积补强时，其补强范围是： 有效补强宽度是（}22,2max{nt n d d Bδδ++=）外侧有效补强高度是（min {接管实际外伸高度,1nt d h δ=}）内侧有效补强高度是（min {接管实际内伸高度,2nt d h δ=}）4 根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积A≤A e =(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 2+(焊缝金属截面积)A 3。
5 采用等面积补强时，当筒体径Di ≤1500mm时，须使开孔最大直径d≤(1/2)D i ,且不得超过（520）mm.当筒体直径D i ,>1500mm 时，，须使开孔最大直径d≤( 1/3)D i ,,且不得超过（1000）。
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•根据操作温度、设计压力和所用材料，应
按公称压力为0.6MPa查选尺寸。
•压力不高，直径不大，表4-16用甲型平焊
法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板。
•法兰的各部尺寸从附录表9中查，
•联接螺栓材料Q235-A，M20共36个。
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第六章容器零部件设计
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第六章容器零部件设计
法兰公称压力：
与最大操作压力、操作温度以及 材料有关。
定义：以16MnR在200℃时的机 械性能为基准确定法兰尺寸，在 200℃时，它的最大允许操作压 力就认为是具有该尺寸法兰的公 称压力。部件设计
公称压力PNO.6MPa法兰，用
16MnR制造的，在200℃时， 最大允许操作压力0.6MPa。
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第六章容器零部件设计
（二）松式法兰
法兰与容器或管道不连接，比整体 式连接强度差
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第六章容器零部件设计
法兰盘可用不同材料，用于铜制、 铝制、陶瓷、石墨及其非金属材料 的设备或管道上。
受力后无附加弯曲应力，只适用于 压力较低场合
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第六章容器零部件设计
（三）任意式法兰
法兰附近筒壁的截面上，将产生 附加的弯曲应力。所以平焊法兰 适用的压力范围较低
（PN<4.0MPa）。
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２．对焊法兰
又称高颈法兰或长颈法兰。
颈提高刚性，厚度比筒体厚， 降低根部弯曲应力。
对接焊缝，比平焊法兰的角焊 缝强度好，对焊法兰适用于压力、 温度较高或设备直径较大的场合。
力。
✓压力不大时，即使直径较大，也能很
好密封。
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4、全平面（FF）与环连接面（RJ）
❖全平面密封适合于压力较小的
场合（PN≤1.6MPa）；
❖环连接面主要用在带颈对焊法 兰与整体法兰上，适用压力范围
为（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。
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第六章容器零部件设计
第六章容器零部件设计
㈠ 螺栓预紧力
螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。
预紧力使垫片压紧并实现初始密封。 预紧力过大则垫片被压坏或挤出。 预紧力通过法兰密封面传递给垫片，良
好的密封，必须使预紧力均匀地作用 于垫片。
当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个 数、减小螺栓直径对密封有利
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2、凹凸面（MFM）
凸面和凹面相配合，凹面上放置垫 片，防止垫片被挤出，适用于压 力较高。
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3、榫槽面(TG)
❖槽中垫片不被挤动。
❖螺栓力较小。获得良好的密封效果。
❖结构较复杂，更换垫片较困难。
❖榫面容易损坏，
✓适于易燃、易爆、有毒介质及较高压
材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。 材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。
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第六章容器零部件设计
㈡ 管法兰标准
❖同样公称直径的容器法兰和管法兰 的尺寸不相同，不能互相代用。
❖管法兰的型式除平焊、对焊法兰外， 还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法 兰、螺纹法兰等。
❖管法兰标准查选方法、步骤与压力 容器法兰同。
高于200℃的最大操作压力将低 于它的公称压力0.6MPa。
低于200℃仍按200℃确定其最 高工作压力。
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材料改为Q235-A，机械性能比16MnR
差，公称压力PN0.6MPa的法兰，
200℃操作，最大允许操作压力也低 于公称压力。
材料由16MnR改为15MnVR，机械性
第六章容器零部件设计
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2020/11/27
第六章容器零部件设计
主要内容：
➢法兰联接结构与密封原理；法兰标 准及选用。
➢容器支座的类型和其它附件的结构 与应用。
➢开孔补强的原理与方法。
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第六章容器零部件设计
第一节 法兰联接
生产工艺要求，或为制造、运输、安 装、检修方便，常采用可拆卸的联 接结构。
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一、法兰联接结构与密封原理
组合件
•联接件强度破坏很少见，多是密封不
好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。
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法兰密封的原理
预紧力压紧垫片。
压紧应力（垫片密封比压力）到一定 数值使垫片变形，密封面上微隙被填 满，形成初始密封条件。
密封比压力主要决定于垫片材质。
垫片材质确定后，垫片越宽，为保证 比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺 寸也越大，所以垫片不应过宽，更不 应该把整个法兰面都铺满垫片。
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第六章容器零部件设计
工作状态内压轴向力拉伸，降低了压 紧应力。垫片有足够回弹，补偿变形， 预紧密封比压值不小于某一值(工作 密封比压)，保持良好密封。反之， 回弹不足，则此密封失效。
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第六章容器零部件设计
金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属 垫片有较好的性能，适应的温度与 压力范围较高一些。
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第六章容器零部件设计
金属垫片：
材料一般并不要求强度高，而是 要求软韧。
常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、 蒙耐尔合金(含Ni67％，Cu30％， Cr4～5％)钢等。
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第六章容器零部件设计
㈠ 压力容器法兰标准
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第六章容器零部件设计
1．平焊法兰：
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第六章容器零部件设计
2．对焊法兰
长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚 性大。
更高压力范围(PN 0.6MPa～
6.4MPa)和直径范围
(DN300mm～2000mm)，适用
主要用于中、高温和中、高压法 兰联接密封。
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第六章容器零部件设计
垫片材料的选择：
根据温度、压力以及介质腐蚀决定， 同时考虑密封面形式、螺栓力的 大小以及装卸要求等。
查表4-15
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第六章容器零部件设计
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第六章容器零部件设计
四、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有 两类， 一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准
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第六章容器零部件设计
❖GB9119.7-88外，常用标准还有：化 工部标准HG20592～HG20602-97； 中石化标准SH3406-96等。其中化工 部标准中分为欧洲体系、美洲体系 等，我国常用的为欧洲体系。
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第六章容器零部件设计
•例4-6：塔身与封头的法兰。塔内径 1000mm，操作温度280℃，设计压力
能优于16MnR，公称压力PN0.6MPa
的法兰，在200℃操作时，最大允许 操作压力将高于它的公称压力。
只要法兰的公称直径、公称压力确 定了，法兰的尺寸也就确定了。
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第六章容器零部件设计
最大允许工作压力的确定：
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第六章容器零部件设计
为操作温度300℃，设计压力0.6MPa 的容器选配法兰。
•5、其他类型密封面 •高压容器和高压管道用
•球面（透镜）和椭圆或八角形截 面金属垫片
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第六章容器零部件设计
㈢ 垫片性能
垫片适当变形和回弹能力是形 成密封的必要条件。
最常用垫片分为 非金属、 金属、
非金属与金属混合制的垫片
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第六章容器零部件设计
非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。
当设备是由不锈钢 制作时，采用碳 钢法兰加不锈钢 衬环，可以节省 不锈钢。
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3、公称直径与公称压力
根据公称直径与公称压力由法兰 标准确定法兰尺寸
压力容器法兰公称直径同压力 容器
例如DN 1000mm的压力容器，应 当配用DN 1000mm的压力容器
法兰。
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密封元件在操作压力作用下，仍然保
持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须
有足够大的强度和刚度，不发生过大
的变形。
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第六章容器零部件设计
二、法兰的分类
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第六章容器零部件设计
（一）整体法兰
１．平焊法兰，制造容易，应用广 泛，但刚性较差。
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第六章容器零部件设计
•平焊法兰的适用范围：
常见的可拆卸结构有：
法兰联接
螺纹联接
承插式联接。
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第六章容器零部件设计
可拆卸联接应确保接口密封的可靠性。
法兰联接强度较好和紧密性，适用尺 寸范围宽，设备和管道应用最普遍。
法兰联接不能很快装配与拆卸，制造 成本较高。
设备法兰与管法兰均已制定出标准。 根据公称直径和公称压力，可以从 标准中查到，少量超出标准规定范 围法兰，才需进行设计。
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/27
第六章容器零部件设计
㈡ 密封面
法兰联接密封性能与密封面型式 有关，密封面型式选择，主要 考虑压力、温度、介质。
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第六章容器零部件设计
压力容器和管道中常用的法兰密 封面型式和特点：
1、突面（RF）
光滑平面，可车制密纹水线。结构简 单，加工方便，便于进行防腐衬里。