外压圆筒的设计计算

c. 由材料选——厚度计算图（图4-12～图4-15）
第三节 外压圆筒的设计计算
根 系 数A 据 设计温度
B 按(a)式计算许用外压[p]
温度对应的曲线在 图上没有时，插值
p B
(a)
Do te
A在材料线左方时，B 2AE ，按(b)式计算许用外压
[p]：
3
p

2 AE
3Do te
厚壁圆筒（Do／te＜20）
失稳 失稳 强度失效
Do/te≥20薄壁筒体，稳定性校核：
第三节 外压圆筒的设计计算
a. 假设名义厚度tn，令te=tn-C，算出L/Do和Do/te；
b. 以L/Do、Do/te值由图4-11查取A值（遇中间插值），若 L/Do值大于50，则用L/Do=50查图；若L/Do值小于0.05， 则用L/Do=0.05查图
加强圈的间距
加强圈设计
截面尺寸 结构设计
第三节 外压圆筒的设计计算
1、加强圈的间距 设置加强圈，必须使其属于短圆筒才有实际作用。 加强圈数量增多，Lmax值减小，筒体厚度减薄；反 之，筒体厚度须增加。
2、加强圈截面尺寸的确定 目 的： 增强筒壁截面的抗弯曲能力
方法思路： 通过增加截面惯性矩 J 来提高筒壁截面的抗 弯曲能力，满足 Js大于并接近J
1.5
cr f (L / Do , Do / te )
第三节 外压圆筒的设计计算
（1）几何参数计算图：L/Do-Do/te-A关系曲线
令A=εcr，以A作为横坐标，L/Do作为纵坐标，
Do /te作为参量绘成曲线；见图4-11 长圆筒——与纵坐标平行的直线簇，失稳时
周向应变A与L/Do无关； 短圆筒——斜平行线簇，失稳时A与
pi
)max
的规定
无安全装置时：p=0.1Mpa
2、带夹套的真空容器 p取真空容器的设计压力加上夹套压力
3、其它外压容器（包括带夹套的外压容器）
p应不小于容器正常工作过程中可能出现的最大内
外压力差
即：p≥(po-pi)max
注意：最大内外压差的取值
压力试验
不带夹套的外压容器和真空容器
第三节 外压圆筒的设计计算
不论长圆筒或短圆筒，失 稳时周向应变（按单向应 力时的虎克定律）为：
cr
cr
E

pcr Do 2Ete
第三节 外压圆筒的设计计算
将长、短圆筒的 pcr公式分别代入应变式中，得
长圆筒
cr
cr
E

1.1 ( Do )2
te
短圆筒
cr
cr
E
1.30 t Do L Do
加强圈两侧的间断焊缝可错开或并排，但焊缝之间 的最大间隙对外加强圈为8δn，对内加强圈12δn（δn为 筒体的名义厚度）。
3、加强圈的结构设计（续）
第三节 外压圆筒的设计计算
要求：
# 加强圈应整圈围绕在筒体的圆周上，不许任意 削弱或割断。
# 设置在内部的加强圈，若开设排液孔、排气孔， 削弱或割断的弧长不得大于图4-18所给定的值。
四、设计参数 的规定
试验压力
pT 1.25 p
带夹套外压容器
夹套容器是由内筒和夹套组成的多腔压力容器，各腔的 设计压力通常是不同的，应在图样上分别注明内筒和夹 套的试验压力值。
内筒试验压力
pT 1.25 p
第三节 外压圆筒的设计计算
夹套： 按内压容器确定试验压力。
注意：
在确定了夹套试验压力后，还必须校核内 筒在该试验压力下的稳定性。 如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套 的液压试验时，必须同时在内筒保持一定 的压力，以确保夹套试压时内筒的稳定性。
计算长度
第三节 外压圆筒的设计计算
计算长度：筒体外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距 离，通常封头、法兰、加强圈等均可视为刚性构件。
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
加强圈的设计计算
目的
将度长、圆提筒高转筒pcr化体为稳L短定D2.圆性o59筒。ED，to2t可以有效地减小筒体厚
3、加强圈的结构设计
第三节 外压圆筒的设计计算
扁钢
常用 角钢 型钢 工字钢
其它型钢
设置 位置
容器内部：焊接总长不小于 筒体内圆周长的1/3
容器外部：焊接的总长不小于 筒体外圆周长的1/2
材料：多为碳素钢。 筒体为贵重金属，在筒体外部设置碳素钢加强圈， 节省贵重金属。
第三节 外压圆筒的设计计算
加强圈的形式及连接结构
L/Do、Do/te都有关。 与材料弹性模量E无关，对任何钢材的筒体都适用。
第三节 外压圆筒的设计计算
（2）厚度计算图（不同材料）：B-A关系曲线
由L/Do，Do/te—查—图4-11——周向应变A——找出A与 pcr的关系——判定筒体在操作外压力下是否安全。
临界压力pcr，稳定性安全系数m，许用外压力[p]，
故
pcr=m[p]
cr
cr
E

pcr Do 2Ete
cr
m[ p]Do 2Ete
即
Do[ p] te
2 m
E cr
第三节 外压圆筒的设计计算
令 B= [ p]Do ，GB150取m=3，代入上式得：
te
B

2 3Biblioteka Baidu
E cr

2 3

cr
由该式建立B与A的关系图
＃以A和B为坐标轴的厚度计算图，以σ－ε为基础，图4-
外压圆筒的设计计算
特点：反复试算，比较 繁琐。
解析法
外压圆筒设计 图算法
图算法原理：（标准规范采用）
第三节 外压圆筒的设计计算
pcr

2.2E
t Do
3
（4-8）
pcr

2.59Et2 LDo Do
t
（4-15）
cr

pcr Do 2te
为避开材料的弹性模量E（塑性状态为变量），采用 应变表征失稳时的特征：

（b）
第三节 外压圆筒的设计计算
图算法求解过程
第三节 外压圆筒的设计计算
pc≤[p]且较接近—— 假设的名义厚度tn合理 d. pc＞[p]——假设tn不合理 ——重设tn，直到满足
第三节 外压圆筒的设计计算
设计压力
四、设计参数
1、真空容器 有安全装置时：p

min10..215M( Ppoa
12～图4-15为几种常用钢材的厚度计算图。温度不同，
曲线不同；
＃直线部分表示材料处于弹性，属于弹性失稳， B与A成
正比，由A查B时，若与曲线不相交，则属于弹性失稳，
可由
B 2 EA ，求取B。 3
B [ p]Do t
工程设计方法
第三节 外压圆筒的设计计算
外压圆筒 （Do／te）
薄壁圆筒（Do／te≥20） Do／te＝20