第十一章-外压圆筒设计.
4.3.2圆筒设计(外压)解析
特点：反复试算
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
二、图算法原理（标准规范采用）
难点
假设：圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压，与圆环一 样处于单向（周向）应力状态。
3
将式
t pcr 2.2 E D o
2
（2-92）
厚度 t 改为有效 厚度δe，得：
2.59 Et pcr （2-97） LDO DO t
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
二、图算法原理（续）
长圆筒临界压力
pcr 2.2 E (
e
Do
)
3
短圆筒临界压力
pcr = 2.59E
L Do
δ e 2.5 ( ) Do δ e 0.5 0.45( ) Do
令 B=
代入式（4-21）整理得：
cr pcr D o cr E 2Ee
（4-21）
Do [ p]
e
2 E cr m
D0 p e
4.3.2.4 外压圆筒设计
二、图算法原理（续）
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
（2）厚度计算图（不同材料）：B—A关系曲线（续）
2 2 2 B E cr E cr cr m 3 3
短圆筒
刚性圆筒 这种壳体的L/Do较小，而t / Do较大，故刚性较好。 其破坏原因是由于器壁内的应力超过了材料屈极 限所致。计算时，只要满足强度要求即可。
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
长圆筒临界压力：
t pcr 2.2 E D o
外压圆筒设计
才能保证其对筒体的支承作用。
加强圈最大间距：
• 外压圆筒加强圈间距已选定，可按上述图算法确定出筒体厚 •度；如果筒体的D0/se已确定，可从下式解出加强圈最大间距：
• 加强圈实际间距小于或等于算出间距，表明该圆筒能安全承受设计压力。加
有关。
2．设计外压容器
•设计外压容器应使许用外压[p]小于临界压力Pcr，即：稳定条
件
由于Pcr或[p]都与筒体的几何尺寸（ δ e、D0、L）有关，通常 采用（一）试算法：
• 1）由工艺条件定内径和筒体长度先假定一个δ e，计 算：
•2）根据筒体计算长度判断属于长圆筒还是短圆筒，再代入相应临界压力计算 式。
圆筒发生了褶绉。
•（2）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。
1)临界压力：导致筒体失稳的外压，Pcr
2)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σcr表示。
a.外压低于Pcr，在压力卸除后能恢复其原先形状，即:发生弹性变形
。
3b).达临到界或压高力于与Pc哪r时些，因产素生有的关曲波形将是不可能恢复的。 ？
• 3）求出相应[p],然后比较[p]是否大于或接近设计压力p，判断假设是否合理
。
外压容器的设计压力：不小于正常工作过程中可能出现的最大内 外压力差。
1）真空容器： a.有安全控制装置（真空泄放阀），取1.25倍最大内外压
差或0.1MPa中较小值； b.无安全控制装置，取0.1MPa。
2）带夹套容器：真空容器的设计压力再加上夹套设计压力作为 内筒容器设计压力。
外压圆筒的设计计算
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。
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
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
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
外压容器的稳定性
《化工设备设计基础》——第十一章 外压容器
2
《化工设备设计基础》——第十一章 外压容器
3
二、临界压力的概念
容器受外压失稳的实质是容器的一个平衡状态跃变到另一个平 衡状态——容器的应力由单纯的压应力状态跃变到主要是弯曲 应力状态
容器失稳时的压力——临界压力pcr 对应pcr的周向压应力——临界应力σcr 外压容器在工作时应满足pc≤pcr
1
nL R
2
n2
1
D 2R
x D/
y L/D
pcr
E x
n4
12.2 n2 1
0.73 n2 1
y4
x2
0.3
d pcr 0
dn
n
4
7.06x y2
e
D0
t s
e Dmax Dmin 0.5%DN 且e 25mm
《化工设备设计基础》——第十一章 外压容器
18
⒉ 短圆筒的临界压力——Mises公式
pcr
R
Ee 1 2
n2 1
1 2
1
nL R
2
2
2 e
12R2
n2 1
2n2 1
1
nL R
圆筒失稳时，筒体由圆截面变成了波形截面，筒壁各 点的曲率发生变化（突变），筒体周向受到弯曲
✓ —— δ/D大，抗弯能力强
封头的刚性较圆筒高，圆筒承受外力时，封头对筒体 起着一定的支撑作用。
✓ —— 封头的支撑作用随着圆筒几何长度的增加而减弱
《化工设备设计基础》——第十一章 外压容器
12
✓ 当筒体的长度增加到一定限度后，封头的支撑作用 消失
2
✓ 在圆筒壳的几何尺寸及材料性能值已知的情况下，对不同的
外压容器设计11
三、加强圈的设计计算
二、加强圈尺寸
参数A、B
cr
A
Pcr Do 2Ete
(4 - 26)
式中te为圆筒在设置加强圈后的等效壁厚
38
三、加强圈图算法的基本步骤
(1)设定加强圈个数n,计算加强圈间距Ls=L/(n-1)
(2)选定加强圈（扁钢、角钢或工字钢）， 计算B，
(3)由B查A，若交不到，计算A
▪ 有一个圆筒容器，材料为20R，E 2105 MPa ▪ 圆筒内径D2=1000mm,壁厚S=10mm，长度
为20m，常温操作，承受均匀气体外压力， 求： ▪ 1、当圆筒椭圆度为0.2%时的临界压力； ▪ 2、当圆筒长度改为2m时重新计算。
52
44
三、外压法兰的计算
外压法兰仍利用Water 对内压法兰建立的 应力公式进行计算。
在预紧情况下，外压法兰与内压法兰的力 矩计算相同；
在操作状态下，因流体轴向静压力的方向 与内压时相反，升压时螺栓力降低，垫片反 力反而增加，故可以假定W＝0，P3＝P1＋P2
45
三、外压法兰的计算
46
三、外压法兰的计算
m
“ 设计规定”稳定性系数m＝3，此时要求了圆筒的 不圆度e
16
第二节 外压薄壁圆筒的稳定性计算
一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力 二、受均布侧向外压短圆筒的临界压力 三、轴向受压圆筒的临界应力
17
一、受均布侧向外压的长圆筒的临界压力
基本概念：长圆筒与短圆筒 当圆筒的长度与直径之比较大时，其中间部
29
第三节 外压圆筒的设计计算
一、解析法 二、图算法
30
第三节 外压圆筒的设计计算
一、解析法 基本原则：
外压容器的图算法(精)
[ p] 0.0833 E(
e
Ro
)
2
（5）比较：若[p]≥Pc，则以上假设的壁厚满足要 求，否则重新假设，重复以上步骤，直至[P]大于并接 近Pc为止。
【例题】
确定一外压圆筒的壁厚，如图所示。已 知：设计压力 p 0.2MPa ， Di 1800mm ，设 t 250 C ，取壁厚附加量C=2mm， 计温度 材料Q345R。取 pc p 0.2MPa
hi
hi / 3 L
L 10350
hi / 3 L
【例题】
解：（1）假设名义厚度
n 14mm
e n C 12mm
D0 Di 2 n 1800 2 14 1828 mm
L 10350 / 3 3450 mm
L / D0 3450/ 1828 1.9
p B
e
D0
若A值落在设计温度下材料线的左方，则直接用 下式计算许用外压力[p]，即
e 2 p EA 3 D0
n
一、外压圆筒的图算法
（5）比较：若[P]≥Pc，则以上假设的满足要求， 否则须重新假设名义厚度，重复上述步骤，直至[P] 大于并接近Pc为止。
二、外压封头的图算法
D0 / e 1828/ 12 152
【例题】
解： （2）由图1-134查得A=0.00035； （3）由图1-136可知A=0.00035，落在 250 C 线(插值)直线段,所以
1.86 1.69 E 10 5 1.775 10 5 MPa 2
【例题】
2 2 B EA 1.775 10 5 0.00035 41.42 MPa 3 3 (或从图中直接查取B值)
外压圆筒计算
《外压圆筒计算》原始数据及计算结果表～～～～～～～～～～～～～～设计单位:武汉纽威制药机械有限公司日期:2011.8 共2页第1页━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━序号名称单位符号数值━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━1 设计外压力(输入正值)....................................................... MPa P 0.1 *2 圆筒内直径.............................................................................. mm Di 1400 *3 设计温度................................................................................... ℃t 120 *4 计算外压力见3.4.4说明(同设计外压力输入0).............. MPa Pc 0 *5 名义厚度(自动计算输入0)............................................... mm δn 0 *6 筒体厚度腐蚀裕量.................................................................. mm C 0 *7 筒体长度(不计封头).............................................................. mm L1 1800 *8 凸形封头曲面深度(标准椭圆形输入0)............................ mm hi 0 *9 凸形封头直边高度(自动计算输入0)................................ mm H0 0 *10 筒体上有无加强圈代号：1..无加强圈；2..有加强圈；选择1~2，A12，1(无加强圈) *11 筒体厚度负偏差(自动查询输入0)..................................... mm C 0 *12 筒体计算长度(图6-1的L 两端封头相同输入0).............. mm L 1297 *13 请选择筒体查系数B 的曲线图代号1~~8 (代码).... CH 8(图6-10) *14 筒体材料................................................................... *(钢板)00Cr17Ni14Mo2 GB 423715 设计温度下筒体材料的许用应力(60mm；120℃)................. MPa 117.6416 设计温度下筒体材料的屈 限(60mm；120℃)..................... MPa σ 139.617 筒体材料类型代号(1为钢板；2为钢管) ................................. LX1 . 118 确定的计算压力........................................................................ MPa Pc .119 采用的封头曲面深度 ................................................................ mm hi 35020 采用的封头直边高度JB/T 4746-2002 ..................................... mm H0 2521 无加强圈时筒体的计算长度(输入的) .................................... mm L 129722 自动计算的初始厚度 ................................................................ mm δo 3.523 重算时的筒体厚度.................................................................... mm δo 524 设计温度下筒体材料的许用应力(5mm；120℃)...................... MPa 117.6425 设计温度下筒体材料的屈 限(5mm；120℃).......................... MPa σ 139.626 查询负偏差按GB 709-88 ......................................................... mm FP .427 采用的筒体厚度负偏差............................................................. mm C .428 筒体厚度附加量C=C +C ................................................ mm C .429 筒体外径.................................................................................... mm Do 141030 筒体的有效厚度...................................................................... mm δe 4.631 GB 150-1998 P30图6-2纵轴值L/Do ..................................... MM .919858232 GB 150-1998 P30图6-2曲线值Do/δe ................................... NN 306.521733 依MM、NN查GB 150-1998 P30图6-2求得的系数A ........ . A 2.737663E-0434 设计温度下筒体材料的弹性模量(按图6-3~6-10) ................... MPa E 187468.635 查GB 150-1998 曲线图6-10 计算的系数B .......................... MPa B 34.1892736 许用外压力(Do/δe>=20)GB 150-1998 P29式6-1 ................... MPa P .111539537 自动计算的设计厚度含附加量............................................... mm δn2 4.875设计单位:武汉纽威制药机械有限公司日期:2011.8 共2页第2页━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━序号名称单位符号数值━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━38 筒体厚度附加量C=C +C ............................................. mm C .439 输入圆整的筒体的名义厚度................................................... mm δn 540 自动计算圆整的筒体名义厚度............................................ mm δn 541 许用外压力与计算外压力之比 P /Pc ............................. 倍ΔP1 1.11539542 外压圆筒计算通过通过43 圆筒质量(不含封头) ............................................................... kg Tz 311.844744 外压圆筒计算结束。
压力容器设计外压圆筒的设计计算
压力容器设计外压圆筒的设计计算压力容器是一种用于贮存和输送液体或气体的设备，它承受着高压环境下的压力。
外压圆筒是其中一种压力容器的设计方式，其承受的是外部环境对容器的压力作用。
在外压圆筒的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.材料的选择：选取适合承受高压的材料，例如碳钢、不锈钢等。
根据压力容器的使用环境和介质特性，选择合适的材料，以保证容器的安全性和可靠性。
2.外压力的计算：根据容器所在环境的压力情况，计算外压力的大小。
外压的计算包括静态外压和动态外压两种情况，其中静态外压是指容器承受的恒定外力，而动态外压则是指容器承受的变化外力。
3.壁厚的计算：根据外压力的大小和材料的强度特性，计算容器的壁厚。
壁厚的计算是为了保证容器在外压力作用下的强度和刚度，以防止容器发生破裂、变形等事故。
4.稳定性的计算：在设计容器的几何形状时，需要考虑外压力对容器的稳定性的影响。
通过计算容器的抗剪稳定系数和抗弯稳定系数，判断容器是否满足稳定的要求。
5.接头设计：容器的接头连接处是容器的弱点，容易发生泄漏和破裂等事故。
在外压圆筒的设计中，需要经过计算和分析，选择合适的接头类型和连接方式，以保证接头的强度和密封性能。
6.强度计算：容器在外压力作用下，需要具备足够的强度承受力。
通过计算容器的主应力和主应变，确定容器的强度和破坏情况。
7.辅助装置的设计：外压圆筒在使用过程中，需要配备相应的辅助装置，如止回阀、减压阀等，以确保容器内压力的稳定和安全。
在设计完成后，需要进行一系列试验和检验，以验证容器的设计是否满足安全和可靠的要求。
总之，外压圆筒的设计计算是一项复杂而重要的工作，需要充分考虑几个方面的因素，以确保容器在高压环境下的安全运行。
外压圆筒加强圈计算
外压圆筒加强圈计算首先，我们需要了解外压圆筒加强圈的结构形式。
外压圆筒加强圈是由圆筒和圆环形加强件组成的一种结构，圆筒承受外压载荷，而圆环形加强件则起到增强圆筒抗外压性能的作用。
圆筒的几何参数一般包括内外径、高度等，而圆环形加强件的几何参数包括加强圈的截面内外径及高度。
在计算外压圆筒加强圈的组合截面特性时，主要包括以下几个步骤：1.计算圆筒截面的面积和惯性矩：根据给定的圆筒几何参数，可以计算出圆筒截面的面积和惯性矩。
圆筒的面积可以通过圆筒的内外径计算得出，而惯性矩则需要考虑圆筒的截面形状。
2.计算加强圈截面的面积和惯性矩：类似地，根据给定的加强圈的几何参数，可以计算出加强圈截面的面积和惯性矩。
加强圈的面积可以通过加强圈的内外径计算得出，而惯性矩则需要考虑加强圈的截面形状。
3.计算组合截面的面积和惯性矩：根据圆筒和加强圈的位置关系，可以确定组合截面的面积和惯性矩。
在计算中，需要注意加强圈的位置和数量对组合截面特性的影响。
4.计算抗外压能力：根据组合截面的面积和惯性矩，可以计算出外压圆筒加强圈的抗外压能力。
一般来说，抗外压能力与截面的面积和惯性矩成正比，可以通过比较计算结果与设计要求来评估结构的安全性。
在计算过程中，需要考虑材料的特性，如弹性模量、屈服强度等。
这些参数可以用于计算应力和应变分布，从而评估结构的稳定性。
需要注意的是，外压圆筒加强圈的计算较为复杂，需要综合考虑几何形状、材料特性和加载条件等因素。
因此，在实际工程中，一般会借助计算软件或进行实验验证来进行更准确的计算。
总之，外压圆筒加强圈的组合截面特性计算涉及到圆筒和加强圈的几何参数、材料特性和加载条件等多个方面的考虑。
通过计算组合截面的面积和惯性矩，可以评估结构的抗外压能力，从而设计出更安全可靠的结构。
外压圆筒设计图算法与公式法
外压圆筒设计图算法与公式法本文旨在对比研究外压圆筒设计图算法和公式法，探讨两种方法的优缺点，并提出作者的设计方案。
我们将简要介绍外压圆筒设计图算法和公式法的背景和意义；接着，将详细阐述这两种方法的原理和应用；我们将对外压圆筒设计图算法和公式法进行比较分析，并提出作者的设计方案。
外压圆筒设计图算法是一种基于几何图形计算的设计方法。
它通过将圆筒形容器分解为多个圆柱体和圆锥体，并根据外压条件计算出各部分的直径、高度等参数，最终得到圆筒设计的详细尺寸。
此算法具有较高的精确性和可靠性，适用于各种复杂形状和尺寸的圆筒设计。
然而，它需要较高的计算成本和时间，对于一些大型或复杂项目来说可能不太适用。
公式法是一种基于经验公式的计算方法。
它根据已知的参数和经验公式，直接计算出圆筒设计的各项参数。
此方法具有较快的计算速度和较低的计算成本，适用于一些简单形状和尺寸的圆筒设计。
但是，由于公式法的原理基于经验数据，因此对于一些特殊或复杂形状的圆筒设计可能无法提供精确的计算结果。
外压圆筒设计图算法和公式法各有优缺点。
对于一些需要精确计算和复杂形状的圆筒设计，外压圆筒设计图算法是一种更为可靠的方法。
然而，对于一些简单形状和尺寸的圆筒设计，公式法则具有较快的计算速度和较低的计算成本。
在实际应用中，应根据项目需求和设计要求选择合适的方法。
基于对外压圆筒设计图算法和公式法的比较分析，作者提出以下设计方案：对于一些重要且复杂的圆筒设计项目，建议采用外压圆筒设计图算法，以保证计算结果的精确性和可靠性；对于一些简单且常规的圆筒设计项目，可以尝试使用公式法，以节省计算成本和时间；对于一些介于两者之间的圆筒设计项目，可以根据项目需求和设计要求进行选择。
例如，可以在保证计算结果较为精确的前提下，采用公式法进行快速估算。
本文对比研究了外压圆筒设计图算法和公式法，分析了两种方法的优缺点，并提出了作者的设计方案。
在实际应用中，应根据项目需求和设计要求选择合适的方法。
外压圆筒设计.共58页文档
1、合法而渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
4.3.2圆筒设计(外压)解析
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
三、工程设计方法（续）
pc≤[p]且较接近——假设的名义厚度δn合理 d. pc＞[p]——假设δn不合理
重设δn， 直到满足
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
三、工程设计方法（续）
2、Do/δe＜20 厚壁筒体
2.59 Et pcr （2-97） LDO DO t
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
二、图算法原理（续）
长圆筒临界压力
pcr 2.2 E (
e
Do
)
3
短圆筒临界压力
pcr = 2.59E
L Do
δ e 2.5 ( ) Do δ e 0.5 0.45( ) Do
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计 二、图算法原理（续） 圆筒在Pcr作用下，
过程设备设计
产生的周向应力
不论长圆筒或短圆筒，失稳
pcr Do cr 2 e
cr pcr D o cr E 2Ee
代入长圆 筒、短圆 筒临界压 力公式
时周向应变（按单向应力时
3
（2-92）
短圆筒临界压力：
2.59 Et pcr LDO DO t
2
（2-97）
临界长度Lcr ：
Lcr 1.17Do
Do t
（2-98）
4.3.2.4 外压圆筒设计
4.3.2.4 外压圆筒设计 解析法 外压圆筒设计 图算法
过程设备设计
一、解析法求取外压容器许用压力 ①假设筒体的名义厚度δn； ②计算有效厚度δe； ③求出临界长度Lcr，将圆筒的外压计算长度L与Lcr进行 比较，判断圆筒属于长圆筒还是短圆筒；
外压圆筒设计计算
附图1 外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算图(适用所有材料)350附图 2 外压圆筒和球壳厚度计算图(屈服点σ>207MPa的碳素钢和OCrl3、1Crl3钢) E一设计温度下螺旋板材料的弹性模量(MPa)附图 3 外压圆筒和球壳厚度计算图(16MnR、15CrMo钢)354一液氨贮罐为圆筒形容器，内直径D i=2200mm,装有安全阀，介质在50℃时的饱和蒸汽压是 2.1MPa（绝压）,材质为16MnR,бs=350MPa,[б]=[б]t=173MPa,取焊缝系数ф=0.85,C=1.8mm，试设计其筒体和封头的壁厚并进行水压试验时的强度校核。
（20分）解：按有安全阀，取：P=（1.05—1.1）P工作（1分）P工作=2.1-0.1=2.0MP a （表压）（1分） P=1.1×2.0=2.2MP a1、筒体壁厚（6分）S=PD i/2[σ]t Φ-P=2.2×2200/2×173×0.85-2.2=16.58mmS d=S+C=16.58+1.8=18.38mm 圆整取：S n=19mm2、封头壁厚（6分）取M=2的标准椭圆封头则： K=1S=KPD i/2[σ]tΦ-0.5P=2.2×2200/2×173×0.85-0.5×2.2=16.25mmS d=S+C=16.58+1.8=18.32mm 圆整取：S n=19mm3、水压试验校核（6分）P t=1.25P×[σ]/[σ]t=1.25×2.2×1=2.75MP aσT=P T（D i+S e）/2S eΦ=2.75×（2200+19-1.8）/2×（19-1.8）×0.85=208.53MP a0.9σs=0.9×350=315MP a σT<0.9σs安全确定筒体和封头厚度均为S n=19mm。
外压容器设计练习及课后作业参考答案
1．外压容器除了强度外，还应考虑____问题。
请举两个不同类型外压容器的例子：失稳第十一章外压容器设计1________________________________、________________________________。
真空操作的冷凝器、结晶器、蒸馏塔的外壳带有加热或冷却夹套的反应器内壳2．怎样区分长圆筒和短圆筒？它们的的临界长度为_______________。
第十一章外压容器设计23．真空容器的设计压力：当装有安全控制装置时，取__________________，或_______两者中的较小值；无安全装置时，取_______。
带夹套的真空容器，则按1.25倍最大内外压力差0.1MPa 0.1MPa 第十一章外压容器设计3真空容器按外压容器计算，装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa 两者中的较小值；无安全装置时，取0.1MPa 。
带夹套的容器应考虑可能出现最大压差的危险工况，例如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生的最大压差。
带夹套的真空容器，按上述真空容器选取的设计外压力加上夹套内的设计内压力一起作为设计外压。
__________________________ 加上________________________________。
上述真空容器选取的设计外压力夹套内的设计内压力一起作为设计外压4．现需设计一个在常温下操作的夹套冷却容器，内筒为真空，无安全控制装置，夹套内为0.8MPa (表压)冷却水，则校核内筒稳定性时的设计压力应取（）01MP 08MP 09MP (D)10MP C 第十一章外压容器设计4真空容器按外压容器计算，装有安全控制装置时，取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa 两者中的较小值；无安全装置时，取0.1MPa 。
带夹套的容器应考虑可能出现最大压差的危险工况，例如当内筒容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生的最大压差。
带夹套的真空容器，按上述真空容器选取的设计外压力加上夹套内的设计内压力一起作为设计外压。
外压容器的失稳圆筒受到外压作用后
σ=P
i
e
c
2δ
≤ σ
t
t
压
......(11 - 5)
2δ φσ 也可写成： P = D +δ
e i e c
e
压
......(11 - 6)
式中：P - 设计外压力，MPa；
σ
e
t
压
- 材料在设计温度下的许用压应力，可取σ =
t
σ
t s
压
4
, MPa；
δ -筒体的有效厚度，mm； φ - 焊缝接头系数，在计算压应力时可取φ 1。
11.2 临界压力
①圆筒失稳时，筒壁各点的曲率半径发生了变化，材料环向 “纤维”受到了弯曲。筒壁的δ /D越大，筒壁抵抗弯曲的能力越 强。所以，δ /D大者，筒体的临界压力高。 ②封头的刚性较筒体高，筒体承受外压时，封头对筒壁能起 着一定的支撑作用。因而，当圆筒的δ /D相同时，筒体短者临界 压力高。 ③当圆筒长度超过某一限度后，封头对筒壁的支撑作用将全 部消失，这种得不到封头支撑的圆筒，临界压力低。
因此，为了提高临界压力的值，可在筒体的外壁（或内壁） 焊上一至数个加强圈，从而使得不到封头支撑作用的筒壁，得到 了加强圈的支撑。所以，当筒体的δ /D和L/D值均相同时，有加强 圈者，临界压力高。
11.2 临界压力
当筒体焊上加强圈后，就需要确定所谓的计算长度，这一长 度是指相邻两加强圈之间的距离，封头计入1/3的凸面高度。
圆筒受到外压作用后，在筒壁内将产生经向和环向应力，其 值与内压圆筒一样。它的强度破坏形式也一样。但外压圆筒壁内 的压缩应力经常是当其数值还远远低于材料的屈服极限时，筒体 就已经被压瘪或发生皱褶，在一瞬间失去自身原来的形状。这种 在外压作用下，突然发生的筒体失去原形，即突然失去原来形状 稳定性的现象称为弹性失稳。
外压容器的稳定性
34
p pcr pcr
m3
p D0
e
pcr m
D0 e
1 3
KE
e D0
3
D0 e
E 3
2
K 2
e D0
2
2E 3
K 2
e D0
2
2 3
EA
2 3
cr
cr 1.5
B
B可由拉伸曲线查得，见图11-4～9
26
L Lcr Lcr L Lcr
L Lcr
——长圆筒 ——短圆筒 ——刚性圆筒
《化工设备设计基础》——第十一章 外压容器
27
三、外压圆筒的公式设计法
已知pc，L和D0，选择材料，查出E 利用长圆筒或短圆筒厚度计算公式计算出δe 利用计算出的δe得出圆筒的临界长度Lcr 比较L和Lcr
n2
1
D 2R
x D/
y L/D
pcr
E x
n4
12.2 n2 1
0.73 n2 1
y4
x2
0.3
d pcr 0
dn
n 4 7.06x y2
《化工设备设计基础》——第十一章 外压容器
20
取 0.3 n2 1 n2
长度L’cr
《化工设备设计基础》——第十一章 外压容器
25
短圆筒
2.5
pcr
2.6ED0 L
第十一章-外压圆筒设计
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 0.1MPa中较小值；
无安全控制装置，0.1MPa
带夹套容器：真空设计压力再加上 夹套设计压力。
（二） 图算 pcr
长、短圆筒临界压力
20g钢板制造。
第四节 加强圈 pcr
2.59E
(d e / D0 )2.5
(L / D0 )
内径2000mm、全长7000mm的分 馏
塔，要保证在0.1MPa外压下安全操
作，须用14mm厚钢板。较簿钢板满 足
不装壁上了的一外支定压撑数要作求 用量。 ，的可加强以圈提，高圆利筒用的圈对临筒界 压力，从而提高其工作外压。
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、 带有蒸汽加热夹套的反应釜 真空干燥、真空结晶设备等。
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。
式中p-设计外压力，MPa； pT-试验压力，MPa。
❖夹套容器内筒如设计压力为正 值时，按内压容器试压；如设 计压力为负值时按外压容器进 行液压试验。
❖夹套容器液压试验合格后再焊接
夹套。夹套内压试验压力
8-26-16-简述外压圆筒设计流程的步骤
简述外压圆筒设计流程的步骤下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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……。
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
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。
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 பைடு நூலகம்0
,
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
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)
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。
✓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，
✓ 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：
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；
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
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
周向应变 以A代替
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
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
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。
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]；