第十一章-外压圆筒设计.

短圆筒，再代入相应临界压力计算式。
pcr2.20Et(D e0)3 pcr2.59E((eL//D D 00))2.5
求出相应的[p],然后比较[p]
是否大于或接近设计压力p，
以判断假设是否合理。
pcr m[p]
设计外压：
不小于正常工作过程中可能出现的 最大内外压力差。
真空容器：
有安全控制装置（真空泄放 阀），取1.25倍最大内外压差或 0.1中较小值；
得：
Lcr 1.17D0
D0
e
❖ 当筒长度L≥Lcr，Pcr按长圆筒
❖ 当筒长度L≤Lcr时，Pcr按短圆筒
公式按规则圆形推的，实际圆筒
总存在一定的不圆度，公式的使用
范围必须要求限制筒体的圆度e。
第三节 外压圆筒的设计
㈠ 算法概述 外压圆筒计算常遇到两类问题：
一是已知圆筒的尺寸，求它的许用外压 [p]；
刚性筒是强度破坏，计算时只 要满足强度要求即可，其强 度校核公式与内压圆筒相同。
㈣ 临界长度
➢实际外压圆筒是长圆筒还是短圆筒， 可根据临界长度来判定。
➢当圆筒处于临界长度时，长圆筒公 式计算临界压力值和短圆筒公式计 算临界压力值应相等
2.2E 0(e)32.5E 9(e/D 0)2.5
D 0
(L/D 0)
根据150-1998《钢制压力容器》的 规定3，同时规定对于外压或真空 设备的筒体要求其制造的椭圆度 不大于5%。
圆度与D0、0有关。
2．设计外压容器
由于或[p]都与筒体的几何尺寸 （、D0、L）有关，通常采用 试算法：
试算法：由工艺条件 定内径和筒体长度
先假定一个，
Lcr 1.17D0
D0
e
根据筒体计算长度判断属于长圆筒还是
✓ 短圆筒临界压力与相对厚度0有关，也 随相对长度0变化。 ✓ 0越大，封头的约束作用越小，临界压 力越低。
L为筒体计算 长度，指两 相邻加强圈 的间距；
对与封头相连 接的那段筒 体而言，应 计入凸形封 头中的1/3的 凸面高度。
pcr2.59E((eL//D D 00))2.5
临界压力计算公式使用范围：
临界压力计算公式在认为圆筒截面是 规则圆形及材料均匀的情况下得到的。
实际筒体都存在一定的圆度，不可能 是绝对圆的，实际筒体临界压力将低 于计算值。
但即使壳体形状很精确和材料很均匀， 当外压力达到一定数值时，也会失稳， 只不过是壳体的圆度与材料的不均匀 性能使其临界压力的数值降低，使失 稳提前发生。
㈢ 刚性筒 d 2ptDipC2
D0Di 2n
操作温度下圆筒材料的弹性模量，
材料的泊桑比。
❖分析：
pcr
2E
12
(e )3
D0
❖ 长圆筒的临界压力仅与圆筒的 相对厚度0有关，而与圆筒的相对 长度0无关。
对于钢制圆筒，0.3，
则
pcr2.20Et(D e0)3
㈡ 短圆筒
短圆筒的临界压力计算公式为：
pcr2.59E((eL//D D 00))2.5
另一是已给定工作外压，确定所需厚度。
1．许用外压[p]
长圆筒或管子一般压力达到临界 压力值的 l／2～1／3时就可能会 被压瘪。不允许在外压力等于或接 近临界压力，必须有一定的安全裕 度，使许用压力比临界压力小，即
[ p] pcr m
[p]-许用外压； 稳定安全系数，m>1
稳定安全系数m的选取
㈡ 轴向失稳
❖薄壁圆筒承受轴向 外压，当载荷达到 某一数值时，也会 丧失稳定性。
❖失稳，仍具有圆环 截面，但破坏了母 线的直线性，母线 产生了波形，即圆 筒发生了褶绉。
㈢ 局部失稳
在支座或其他支承处以及在 安装运输中由于过大的局部外 压也可能引起局部失稳。
第二节 临界压力
临界压力：导致筒体失稳的外压， 临界应力：筒体在临界压力作用下筒 壁内的环向压缩应力，以表示。 外压低于，变形在压力卸除后能恢复其 原先形状，即发生弹性变形。 达到或高于时，产生的曲波形将是不可 能恢复的。
临界压力与哪些因素有关？
失稳是固有性质，不是由于圆筒不 圆或是材料不均或其它原因所导致。 每一具体的外压圆筒结构，都客观 上对应着一个固有的临界压力值。 临界压力的大小与筒体几何尺寸、 材质及结构因素有关。
根据失稳情况将外压圆筒分为三类：
✓长圆筒：刚性封头对筒体中部变形 不起有效支撑，最容易失稳压瘪，出 现波纹数2的扁圆形。
周向应变 以A代替
Hale Waihona Puke Baidu
f
D0
e
,
L D0
p B
D0 e
（三） 外压圆筒厚度设计方法
利用算图确定外压圆筒厚度。步 骤如下：
1． D0≥20的外压圆筒及外压管
无安全控制装置，0.1
带夹套容器：真空设计压力再加上 夹套设计压力。
长（、二短圆）筒图临界算压力pcr2.59E((eL//D D 00))2.5
计算式均可归纳为 K为特征系数，
pcr
2E
12
(e )3
D0
K
L D0
,
e
D0
pcr
KEt (e
D0
)3
外压圆筒在临界压力下的周向应力为
crp2crD e01 2KtE (D e0)2
✓短圆筒：两端封头对筒体变形有约 束作用，失稳破坏波数n>2，出现三 波、四波等的曲形波。
✓刚性圆筒：若筒体较短，筒壁较厚， 即0较小，0较大，容器的刚性好， 不会因失稳而破坏。
㈠ 长圆筒
长圆筒的临界压力计算公式：
pcr
2E
12
(e )3
D0
式中 临界压力， ；
筒体的有效厚度， ； D0-筒体的外直径，
第十一章 外压容器设计
第一节 概述
一、外压容器失稳 外压容器：容器外部压力大 于内部压力。 石油、化工生产中外压操作， 例如： 石油分馏中的减压蒸馏塔、 多效蒸发中的真空冷凝器、
失稳的概念：
容器外压与受内压一样产生径向和环向 应力，是压应力。也会发生强度破坏。 容器强度足够却突然失去了原有的形 状，筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆 环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外 压作用下，筒体突然失去原有形状的现 象称弹性失稳。 容器发生弹性失稳将使容器不能维持正 常操作，造成容器失效。
失稳现象的实质：
外压失稳前，只有单纯的压缩应力，在 失稳时，产生了以弯曲应力为主的附加 应力。 外压容器的失稳，实际上是容器筒壁内 的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为 主要受弯曲应力的新平衡。
二、容器失稳形式
㈠ 侧向失稳
❖由于均匀侧向外压引起失稳叫侧 向失稳。
❖壳体横断面由原来的圆形被压瘪 而呈现波形，其波形数可以等于 两个、三个、四个……。