第七章 外压容器设计与压杆稳定性计算

外压薄壁圆筒的厚度设计外压封头的稳定性计算加强圈的设计压杆的稳定性计算

力（信号），保持原有状态的能力。在本课程中是指杆件或压力容器在外力作用下，保持原有结稳定性与前两者的联系：都是构件承载能力：强度、刚度和稳定性；区别：变形更大，以至于明显改变了构件的形状。）受轴向压缩的杆

AB 压杆

稳定性分类：轴向稳定性问题和环向稳定性问题

外压容器横向失稳取决于容器的几何特性和材料的机械性能：

圆筒的外径与有效厚度的比值D 0/δe ；圆筒的长度与外径的比值L/D 0；

材料的机械性能，主要是弹性模量E 泊松常数μ，而不是材料的屈服极限σs ，断裂极限σb 或者是弹性极限σp 。稳定性计算的两种方法：解析法和图表法。

：是指保持容器稳定（或者说不失去稳定）的最大压力。

许用压力：与材料力学的许用应力、许用载荷是同样的3

cr

0 MPa L L e D δ⎛⎞≥⎜⎟⎝⎠

当长圆筒许用压力计算公式

cr

mm L L 2.2mp

C E

+当长圆筒的壁厚设计公式：

”和“短”的区分长度。一般认

为，长圆筒的两端封头对中央筒体部分没有支撑作用，而短圆筒则两端封头有支撑筒体作用。

1.17cr e

D L D δ=临界长度计算公式：短圆筒的壁厚设计公式：

0.4

0 mm L L 2.59p L C E D ⎞

⋅⋅+≤⎟

⋅⎠

当设计参数的选取讨论

圆筒的计算长度L

有加强圈的筒体的计算长度计算

计算长度的椭圆形封头部分

外压容器：取不小于正常工作过程中可能产生的最有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或两者中的较小值；无安全控制装置时，取0.1MPa ；

对带夹套的真空容器，按上述原则再加交通的设液压试验和液压实验压力，容器制造组装完成后，同样

需要进行压力试验，计算公式略。

反应釜

计算公式，并与筒体的实际长度L

相比较，判定筒体是长圆筒或者是短圆筒；设计参数代入长圆筒或短圆筒的许用压力计算公式，

和[p]，如果p < [p]且比较接近，则所假

符合要求。否则，再另设δn ，重复计算，直到满2cr

MPa L L e o

e

D δ≤当22

2

2.52.59 2.59()e o

o o

o e o

e

E E

D L

D D D mL D D δδδ==

⋅⋅

(,)o e o D E L E f A

m D m

δ⋅=⋅ε

σ⋅=E e n e o o A 值；

根据选用的材料，选取相应的B －A 曲线，得值；如果

值在没有画出的斜线部分，根据公式B ＝2/3EA 计算；

根据下面公式得许用操作压力，比与设计外压p 比较，

稍大于等于p ，则开始所取的名义厚度可以作为计算结果，如果小于p 或者超出p 太多，应重新假设名义[p]稍大于等于p ”条件满足为止。

o

e

D B p δ⋅

=][

稳，参见塔器设计章节内容。见课本p.242

外压封头的稳定性计算

也有两种算法：解析法和图解法。每种算法又有两种情况：弹性失稳和塑性失稳；与临界压力的关系。

加强圈是沿着筒体长度方向布置的刚性环向结构，它可以减少筒体的计算长度，提高受外压圆筒的抗失稳能力；容器法兰、分段填料的支持结构、板式塔的塔板、塔体外材料而设计的角钢圈等，都起到加强圈的作加强圈的设计内容：加强圈的数量和加强圈的截面尺寸。

受轴向压缩的杆，除了必须满足强

度条件外，还必须考虑稳定性，而受拉伸的杆没有稳定性的问题。

E 成正比；成正比；与杆的两端支撑情况有关。

2

2)(l EI μπ=

为临界压力；μ为长度系数，反映端部对杆的约为弹性模量，I 为贯性距。

222)(λμE l A

=

⎯⎯→为临界应力；λ为柔度系数。

杆的分类：根据柔度的大小，可把杆分成大柔度杆，中柔

小柔度杆的临界应力计算：

2

λ

σb a cr −=稳定许用应力计算：

]

[σ]][]

cr

cr cr m

σσσ=

=⋅安全系数法：

]

cr [][][σϕσσσ⋅==

cr cr

cr m

折减系数

防止失稳时杆的许用应力