压力容器的设计_压力容器零部件(支座及开孔).
第十二章压力容器的开孔补强
m
23
(三)应力集中系数的计算
3.椭圆形封头开孔的应力集中系数 椭圆形封头开孔的应力集中系数可以近似的采 用上述球壳开孔接管的曲线,只要将椭圆中心处的 曲率半径折算为球的半径即可
Ri KDi
式中K为修正系数 Di为椭圆封头的内直径 Ri为折算为球壳的当量半径
13
(一)开孔的应力集中
1.平板开小孔的应力集中
σ
σθ
σθ
r
θ σθ σ
max=3σ
σγ
σ
a
r 0
图12-1 平板开小孔时应力集中
平板开孔的最大应力在孔边 孔边沿r=a处: 0,
2
处
2
max 3
14
一、开孔应力集中及应力集中系数
(一)开孔的应力集中 1.平板开小孔的应力集中
10
第二节 开孔及补强设计
一、开孔应力集中及应力集中系数
二、开孔补强设计的要求
三、等面积补强计算
11
一、开孔应力集中及应力集中系数
容器开孔接管后在应力分布与强度方面会带来下 列影响: 1. 开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中。 2. 接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力。 3. 壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡而引 起应力集中。 上述三种因素均使开孔或开孔接管部位的 引力比壳体中的膜应力大,统称为开孔或接管 部位的应力集中。
1
第一节 总体设计问题概述
结果在开孔和接管处的局部地区,应力可能达到很大的数值 。这样高的局部应力,有时再加上接管上还受到其他外部载 荷(例如安装的附加弯短、热应力等)以及开孔结构在制造 过程中难兔产生的残余应力等,于是开孔附近往往就成为容 器的破坏源。因此必须对开孔处进行强度校核,如不能满足 强度要求,则必须进行补强。
《压力容器设计》课程教学大纲
《压力容器设计》课程教学大纲课程名称:压力容器设计课程编号:1010540020 课程类别:必修英文名称:Pressure Vessel Design学分/学时:2学分/32学时开课学期:春季学期适用专业:过程装备与控制工程、安全工程及相关专业先修课程:理论力学、材料力学、机械工程材料后续课程:弹性力学与有限元、压力容器分析设计开课单位:化工机械与安全学院任课教师:王泽武一、课程说明《压力容器设计》是过程装备与控制工程专业一门重要的专业基础课,也是专业必修的核心主干课程。
《压力容器设计》是讲授压力容器薄壳结构应力分析与强度计算的课程,旨在让学生掌握失效形式、设计准则和规范设计方法,学会立足于材料的物理化学行为、过程与制造工艺、质量保证与安全等方面对压力容器进行强度、刚度、稳定性计算和结构设计,理解相关标准对压力容器不同部位结构设计的基本要求,具有综合运用所学知识解决复杂结构压力容器工程设计的能力。
二、课程目标1. 本课程支撑的毕业要求本课程主要支撑的毕业要求为:1.4利用过程装备、流体机械、控制工程等专业知识,掌握解决工程问题的基本思路和方法,具备综合应用所学知识解决复杂工程问题的能力。
2.3具备综合应用数学、自然科学和工程科学基本原理分析复杂工程问题,并获取有效结论的能力。
3.1理解过程装备设计、制造、检验与监管领域国际和国内相关的技术规范、标准以及管理条例,具备依照标准与规范设计元件、系统或流程以满足需求的能力。
5.1利用CAD、CFD、CAE等现代工程工具和信息技术分析、模拟及设计元件、系统及流程,对过程装备与控制系统进行模拟和预测,并能够理解其局限性。
2. 本课程拟达到的特定教学目标(1)要求学生能够通过课程学习,具备综合应用所学的筒体、封头、法兰、开孔补强等计算方法,解决压力容器复杂结构的工程计算和设计问题;(2)要求学生能够辨识压力容器结构力学行为的核心特征,掌握薄膜应力基本理论和工程计算方法;(3)要求学生了解当前国内外压力容器发展状况、未来趋势和关键科学问题,具有国际化视野的竞争和合作能力;(4)要求学生熟悉国内外压力容器主流设计规范和关键标准,能够在法规和标准的框架下开展压力容器设计工作;(5)要求学生能够通过CAD、CAE及“资源共享课”、“慕课”等网络教学内容,进行计算机与信息技术学习,提升终身学习能力的培养。
压力容器零部件设计---法兰设计
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。
法兰的类型
1)压力容器法兰:连接筒体与封头、筒体与筒体、 法兰与管板。
2)管法兰:管道之间连接。
思考:两类法兰作用相同,外形相同,能互换吗? 为什么?
思考:两类法兰作用相同,外形相同,能互换吗? 为什么?
答:不能。 因为: 压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的
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)。
法兰设计的重要概念
1、预紧密封比压:
预紧时(无内压),迫使 垫片变形与压紧面密合, 形成初始密封条件。此时 在垫片单位面积上的压紧 力。(也称最小压紧应力 MPa)
法兰设计的重要概念
2、工作密封比压:操
作时(有内压),压紧力 减小,垫片具有足够的回 弹能力,回复的变形能够 补偿螺栓和密封面的变形, 此时预紧密封比压下降到 正常工作的最小值 。 (MPa)
02 压力容器设计 第1章 结构、分类与设计要求
1.1.1 压力容器及其构成 构成:本体和附件 圆筒形容器本体:筒体+封头 封头:球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形 封头、锥形封头和平盖封头等 附件:支座、法兰、接管、人孔、手孔、视镜和安 全附件等
厚基础、重能力、多实践、求创新
1.1.1 压力容器基本组成
图1-1压力容器的整体结构
1-法兰; 2-支座; 3-封头拼接焊缝; 4-封头; 5-环焊缝; 6-补强圈; 7-人孔;8-纵焊缝; 9-筒体; 10-压力表; 11-安全阀;12-液面计
按《固定式压力容器安全技术监察规程》
(2015版)
第三类 第二类
第一组 厚基础、重能力、多实践、求创新
1.2 压力容器分类
过程设备设计
1.2.2 压力容器分类(续) (2)按容器在生产中的作用分类
反应压力容器 (代号R):完成物理、化学反应
换热压力容器(代号E):完成介质热量交换
生产过程 中的作用
(Ⅲ)高压容器(代号H) 10MPa≤p<100MPa
(Ⅳ)超高压容器(代号U)
p≥100MPa
厚基础、重能力、多实践、求创新
1.1.2 压力容器的分类
按《压力容器安全技术监察规程》
(2015版):
① 第三类压力容器 高压容器;中压容器(极度毒性和高度危害) ② 第二类压力容器 中压容器;低压容器(极度毒性和高度危害) ③ 第一类压力容器 除第二和第三类外,所有低压容器
1.2.2 压力容器分类(续) 按安全技术管理分类(续1)
d. 中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介
质,且pV乘积大于等于0.5MPa· m3);
e.低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质,
且pV乘积大于等于0.2MPa· m3); f.高压、中压管壳式余热锅炉;
压力容器零部件设计---1封头设计
平板形封头
α<30º
30º<α<60º
设计问题: 1球形封头与圆筒连接
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
设计问题: 1椭圆形封头与法兰连接(GB150 7.6)
内压碟形封头
壁厚:
MPC Ri 2[ ]t 0.5PC
3、冷成形封头热处理的问题
GB150中10.4.2.2规定冷成形封头应进行热处理, 当制造单位确保成形后的材料性能符合设计使用要 求时,不受此限。除图样另有规定,冷成形的奥氏 体不锈钢封头可不进行热处理。
关于凸形封头的几个问题
4、封头成形的主要质量问题 (1)形状偏差要求 (间隙样板弦长和外凸内凹问题)
按半球形封头计算壁厚,R0取球面部分外半径。
4、无折边球形封头
按半球形封头计算壁厚
关于凸形封头的几个问题
1、封头成形时壁厚减薄量的问题
JB/T4746规定:按照GB150设计的封头,图样上标注了最小 厚度(设计厚度),则封头成形后实测厚度不得小于该最小 厚度;如未标最小厚度,则成形后实测厚度不小于名义厚度 减去钢板负偏差。
关于凸形封头的几个问题
2、关于拼接封头拼接接头系数φ的选取
GB150中10.8.2.2只规定了封头拼接接头应进行100%UT或 者RT检测,但未规定拼接接头系数φ是如何选取?
结论:拼接封头拼接接头系数φ的选取等同于该容器的纵 向焊接接头系数。 Φ=0.85时,RT Ⅲ级合格
Φ=1.0时, RT Ⅱ级合格
GB150中10.2.3.2规定用弦长等于封头内径3/4Di的内 样板检查,其最大间隙不得大于封头内径Di的1.25%
压力容器零部件
新型焊接工艺的发展:如激光焊接、电子束焊接等提高了焊接质量和效率降低了制造成 本。
模块化设计:将压力容器零部件设计成模块化结构方便维修和更换提高了设备的可靠性。
压力容器零部件的市场需求和发展趋势
市场需求:随着工 业生产和能源需求 的增长压力容器零 部件的市场需求不 断扩大。
压力容器零部件的铸造工艺要求严格需遵循相关标准和规范确保生产出的零件符合安全性能要求。
锻造工艺
定义:通过加热和加压使金属 材料变形并形成所需形状的工 艺
优点:高强度、耐磨性、耐腐 蚀性
制造过程:备料、加热、锻打、 冷却、热处理等
应用范围:压力容器、化工机 械、石油机械等领域
焊接工艺
焊接的定义和原理 焊接的分类和应用 压力容器零部件制造中常用的焊接方法 焊接工艺对压力容器零部件性能的影响
和性能。
智能化监测: 通过智能化监 测技术实现对 压力容器零部 件的实时监测 和预警提高设 备的安全性和
可靠性。
新型材料应用: 新型材料的不 断涌现和应用 将为压力容器 零部件的制造 提供更多选择
和可能性。
绿色环保:随 着环保意识的 提高压力容器 零部件的设计 和制造将更加 注重环保和节 能减少对环境
的影响。
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选用原则:选用压力容器零部件时应考虑介质特性、操作条件、载荷状况等因素以确保安全可靠 地运行。
压力容器零部件的标准和规范
压力容器零部件必须符合相关国 家和行业标准确保安全性能和使 用寿命。
定期进行检测和维护确保压力容 器零部件的正常运行和使用安全。
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压力容器基本结构及制造过程
压力容器通常是由板、壳组合而成的焊接结构。
受压元件中,圆柱形筒体、球罐(或球形封头)、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头和膨胀节所对应的壳分别是圆柱壳、球壳、椭球壳、球冠+环壳、球冠、锥壳和环形板+环壳。
而平盖(或平封头)、环形板、法兰、管板等受压元件分别对应于圆平板、环形板(外半径与内半径之差大于10倍的板厚)、环(外半径与内半径之差小于10倍的板厚)以及弹性基础圆平板。
上述7种壳和4种板可以组合成各种压力容器结构形式,再加上密封元件、支座、安全附件等就构成了一台完整的压力容器。
图1-1为一台卧式压力容器的总体结构图,下面结合该图对压力容器的基本组成作简单介绍。
简体筒体的作用是提供工艺所需的承压空间,是压力容器最主要的受压元件之一,其内直径和容积往往需由工艺计算确定。
圆柱形筒体(即圆筒)和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。
筒体直径较小(一般小于100Omm)时,圆筒可用无Si钢管制作,此时筒体上没有纵焊缝;直径较大时,可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒,再用焊缝将两者焊接在一起,形成整圆筒。
由于该焊缝的方向和圆筒的纵向(即轴向)平行,因此称为纵向焊缝,简称纵焊缝。
若容器的直径不是很大,一般只有一条纵焊缝;随着容器直径的增大,由于钢板幅面尺寸的限制,可能有两条或两条以上的纵焊缝。
另外,长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头,构成一个封闭的压力空间,也就制成了一台压力容器外壳。
但当容器较长时,由于钢板幅面尺寸的限制,就需要先用钢板卷焊成若干段筒体(某一段筒体称为一个筒节),再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的筒体。
筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝,由于其方向与筒体轴向垂直,因此称为环向焊缝,简称环焊缝。
圆筒按其结构可分为单层式和组合式两大类。
1、单层式筒体筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构成,也就是器壁只有一层(为防止内部介质腐蚀,衬上的防腐层不包括在内)。
压力容器第一章基本知识
外压容器(内部压力小于外部压力的容器)
第一章 基础知识
按安全的重要程度分类 我国《压力容器安全监察规程》,根据容器的压力高低、介质的
危害程度及在生产过程中的重要作用,将容器分为三类。
一类容器(代号为Ⅰ) 压力容器 二类容器(代号为Ⅱ)
三类容器(代号为Ⅲ)
第一章 基础知识
第三类压力容器 ⒈属于下列情况之一者为第三类压力容器(代号为Ⅲ): ⑴高压容器。 ⑵毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器。 ⑶易燃或毒性程度为中度危害介质、且设计压力p与容积V的乘
按壁温分
第一章 基础知识
压力容器
常温容器:温度高于-20℃至200℃条件下工作的容器。 低温容器:温度低于-20℃条件下工作的容器。 高温容器:温度达到材料蠕变温度下工作的容器。
§按结构材料分 金属容器
压力容器 非金属容器
§按安装方式分 压力容器 固定式容器 移动式容器
第一章 基础知识
代号标记法
⑽容积大于等于50m3的球形储罐。 ⑾容积大于5m3的低温绝热压力容器。
第一章 基础知识
第二类、一类压力容器 ⒉属于下列情况之一者为第二类压力容器(代号为Ⅱ): ⑴中压容器。 ⑵毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器。 ⑶易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储
存容器。 ⑷低压管壳或余热锅炉。 ⑸低压搪瓷玻璃压力容器。 ⒊属于下列情况者为第一类压力容器(代号为Ⅰ): 除列入第三类、第二类的低压容器之外的所有低压容器。
比较大,这部分压力容器大多都是工业生产中承载压力的容器。这 类容器被划归为一种特殊设备进行管理,设立专门机构对其进行监 督,建立健全了各类规章制度,并要求严格按规定规范进行选材、 设计、制造、安装、使用管理与维修改造和定期检验。
压力容器的设计_ 压力容器零部件(支座及开孔)
壳体开孔满足全部条件,可不另行补 强:
(1) 设计压力小于或等于2.5MPa; (2) 两相邻开孔中心的间距(对曲面间距 以弧长计算)应不小于两孔直径之和的 两倍; (3) 壳体名义壁厚大于12mm,接管公称 外径小于或等于80mm;壳体名义壁厚 小于或等于12mm ,接管公称外径小于 或等于50mm (4) 接管最小壁厚满足表4-19的要求。
设备直径大,可同时用几组液面计接管。
现有标准中有反射式玻璃板液面计、 反射式防霜液面计、透光式板式液 面计和磁性液面计。
第二节 容器支座
概述:
容器支座,支承容器重量、固定容器 位置并使容器在操作中保持稳定。 结构型式由容器自身的型式决定,分 卧式容器支座 立式容器支座 球形容器支座
一、立式容器支座
立式容器的支座主要有 耳式支座 支承式支座 裙式支座 中、小型直立容器常采用前二种, 高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
3. 不需补强的最大开孔直径
计算壁厚考虑了焊缝系数,钢板规格,壳 体壁厚超过实际强度,最大应力值降低, 相当于容器已被整体加强。 且容器开孔总有接管相连,其接管多于实 际需要的壁厚也起补强作用。 容器材料有一定塑性储备,允许承受不是 十分过大的局部应力,所以当孔径不超 过一定数值时,可不进行补强。
第三节 容器的开孔补强
一. 容器开孔应力集中现象及其原因
容器为什么要开孔? 工艺、安装、检修的要求。 开孔后,为什么要补强? 削弱器壁的强度,出现不连续, 形成高应力集中区。
峰值应力通常较高,达到甚至超 过材料屈服极限。 局部应力较大,加之材质和制造 缺陷等, 为降低峰值应力,需要对结构开 孔部位进行补强,以保证容器 安全运行。
㈠ 耳式支座
• 简称耳座,筋板和支脚板。 广泛用在反应釜及 立式换热器等直立设备上。 简单、轻便,但局部应力较大。 当设备较大或器壁较薄应加垫板。 不锈钢制设备,用碳钢作支座,防止合 金元素流失,也需加一个不锈钢垫板。
压力容器主要由哪几部分组成
1. 压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答:压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用:用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用:与筒体直接焊在一起,起到构成完整容器压力空间的作用。
密封装置的作用:保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用:满足工艺要求和检修需要。
支座的作用:支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用:保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数,保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
2,《压力容器安全技术监察规程》的适用范围:○1最高工作压力≥0.1MPa (不含液体静压力);○2内直径(非圆形截面指其最大尺寸)≥0.15m ,且容积≥0.025m 3;○3盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
GB150的适用范围:○10.1MPa ≤p ≤35MPa ,真空度不低于0.02MPa ;○2按钢材允许的使用温度确定(最高为700℃,最低为-196℃);○3对介质不限;○4弹性失效设计准则和失稳失效设计准则;○5以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数;○6最大应力理论;○7不适用疲劳分析容器。
1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么?答:几何形状、承受载荷、边界支承、材料性质均对旋转轴对称。
1. 试应用无力矩理论的基本方程,求解圆柱壳中的应力(壳体承受气体内压p ,壳体中面半径为R ,壳体厚度为t )。
若壳体材料由20R (MPa MPa s b 245,400==σσ)改为16MnR(MPa MPa s b 345,510==σσ)时,圆柱壳中的应力如何变化?为什么?解:○1求解圆柱壳中的应力 应力分量表示的微体和区域平衡方程式:δσσθφzp R R -=+21φσππφsin 220t r dr rp F k r z k=-=⎰圆筒壳体:R 1=∞,R 2=R ,p z =-p ,r k =R ,φ=π/2tpRpr tpR k 2sin 2===φδσσφθ○2壳体材料由20R 改为16MnR ,圆柱壳中的应力不变化。
压力容器---零部件
江2 特点: 1.考虑支座弯矩对容器圆筒所产生的局部应力,避免筒体由于 局部应力过大有可能引起失效。局部径向弯矩包括设备自重、水 平载荷(风载荷或地震载荷)及偏心载荷所产生的弯矩。 2.提出了支座的制造要求,以保证支座的制造质量。 若容器壳体有热处理要求时, 支座垫板应在热处理前焊接在器 壁上。 3.改进了垫板结构。为改善容器的受力情况,JB/T4725-92 将 垫板四角倒圆;并在垫板中心开一通气孔,以利于焊接或热处理 时气体的排放。 ●耳式支座设计计算: 支座处容器圆筒内存在以下几种应力: (1) 内压引起的一次总 体薄膜应力 Pm; ( 2) 支座弯矩引起的一次局部薄膜应力 Pl; (3) 支座弯矩引起的一次弯曲应力 Pb; 根据应力分析的方法按照下列 原则计算: Pm≤[σ ] Pm+Pl≤1.5[σ ] Pm+Pl+Pb≤1.5[σ ] 至于组合应力,按照第三强度理论进行计算。
容器外径, 有保温层时取保温层外径; f1-风压高度变化系数; q0-10 米高度处的基本风压值;H0-容器总高度;h-水平力作用点至底板 距离;Se-偏心距;D-螺栓分布圆直径。 (2) 按 Q Q,选取相应的支座。 (3) 校核 M M ,若不符合则应选取大一号的支座或增加支 座数量。 由于支反力 Q 对容器器壁作用一外力矩 M,M=Q(l2-s1)
2.
支承式支座(JB/T4724-92)
● 支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器: a.公称直径 DN800~4000mm; b.圆筒长度 L 与公称直径 DN 之比 L/DN≤5; c.容器总高度 HO≤10m。 ●支承式支座多用于安装在距地坪或基础面较近的具有椭圆 形或碟形封头立式容器。 ● 支承式支座数量一般应采用三个或四个均布。 ●支承式支座型式分类: 型 A B 式 支 座 号 适 用 公 称 直 径 结 构 特 征 (mm) 1~6 DN800~3000 钢板焊制,带垫板 1~8 DN800~4000 钢管制作,带垫板
第二节 压力容器零部件 1.2.1 筒体和封头
管子的公称直径(通径)既不是管子的内径也不 是管子的外径,而是一个略小于外径的数值。
零部件的二个基本参数
公称压力(PN)
国家标准GB1048将管路元件的公称压力分为以 下十个等级:0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、 1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.30MPa、10.0MPa、 16.0MPa、25.0MPa 。
(e) 梯形压紧面(Trapezium face):适用于高温,压力较高场合,O形圈、金 属垫圈— —八角垫、椭圆垫
(a)全平面
(b)突面
(c)凹凸面
(d)榫槽面
(e)环连接面(梯形槽)
突出平面型压紧面
凹凸面法兰连接
榫槽面法兰连接
榫槽型密封面
梯形槽密封面
金属与金属的接触(Metal to metal)
中华人民共和国机械电子工业部 中华人民共和国化学工业部 中华人民共和国劳动部 中国石油化工总公司
JB4700-92 压力容器法兰分类与技术条件
适用范围:公称压力0.25~6.4MPa,工作温度-20~450℃ 分类:甲型平焊法兰,乙型平焊法兰,长颈对焊法兰 法兰、垫片、螺柱、螺母材料的匹配
容器法兰公称直径:指与法兰相配的筒体或封头的公称直径。
压力容器的公 称直径DN:
无 钢缝 板钢 卷管 焊作 点筒 筒体 体: :外 内径 径D1i5390,201,590,302,850,40, 216000,1600,3000等
公称压力pN:一定温度和材料的法兰的最高工作压力。
容器法兰的公称压力是以16Mn在200℃时的最高操作压 力为依据制订的。
3)法兰的类型
压力容器结构 ppt课件
压力容器结构
(1)球形封头——半球形封头由球壳的一半作成。与其他 形状的封头相比,封头壳壁在压力作用下产生的应力最小, 因此它所需要的壁厚最薄,用材节省。但半球形封头深度 大、制造比较困难,尤其对加工设备条件较差的中小型设 备制造厂困难更大。而对于大直径(Di>3m)的半球形 封头可用数块钢板在大型水压机成型后拼焊而成。半球形 封头还用于高压容器上代替平封头,以节省钢材。
的最小厚度; ✓ 垫板材料一般与容器壳体材料相同。
39
压力容器结构
A型腿式支座
40
裙式支座
裙式支座:适用于高大型或重型立式容器的支承。裙式支 座型式有圆筒形和圆锥形两种形式,通常采用圆筒型裙 座。圆锥形裙座一般用于以下情况:
① 塔径D>1000m,且H/D≥30或D≤1000m,且H/D≥25; ② 基本风压q≥0.5KN/m2或地震烈度≥8度时。圆锥形裙
为改善容器的受力情况,将支座垫板四角倒圆;并在垫 板中心开一通气孔,以利于焊接或热处理时气体的排放。
35
压力容器结构
支承式支座是由数块钢板焊接成(A型),也可以用钢管制 作(B型)。
支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器: ① 公称直径DN800~4000mm; ② 圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN≤5; ③ 容器总高度H0≤10m。
18
压力容器结构
整体锻造
水晶釜
19
压力容器结构
b)单层卷焊: c)锻焊结构:总结了整体锻造和单层卷焊容器的优点,进行
了有机的结合。质量 好,适用于重要场合,如核工业、加 氢反应器等。
20
压力容器结构
2、组合式结构 定义:为满足强度、刚度和稳定性要求所需要的厚度是由
压力容器的设计—压力容器零部件
·板卷筒体,与相联接筒体的公称直径相 同; ·无缝钢管作筒体,与相联接无缝管的公 称直径相同。
50
公称压力
公称压力——是以16Mn在200℃时的最高工作压力为依据 制定的,因此当法兰材料和工作温度不同时,最大工作压
力将降低或升高。
法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度以及法 兰材料三个因素有关。
公称压力 PN 法兰材质
Q235-A
0.6
16MnR
15MnVR
最大允许工作压力 (MPa)
-20~200℃ 300℃ 350℃
0.4
0.33 0.30
0.6
0.51 0.49
0.65
0.63 0.651
3、压力容器法兰的标记
52
压力容器法兰设计步骤:
(1)确定DN; (2)根据法兰材质、工作温度和最高工作压力,确
有一个圈座是滑动支承的。
77
㈢ 腿式支
座
简称支腿
连接处造成严重的局部应力, 只适用于小型设备
难,榫易损坏。
注意:应使固定在设备上的 法兰为槽面,可拆下部分的法
兰为榫面。
榫槽型压紧面
29
锥形压紧面
通常用于高压密封,其缺 点是需要的尺寸精度和表 面粗糙度要求高。须与透 镜垫片配合,常用于高压管
道。
锥形压紧面
30
梯形槽压紧面
槽底不起密封作用,是槽的 内外锥面与垫片接触成梯形, 形成密封的,与椭圆或八角
凝土制的基础上。
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㈡ 支承式支座
用钢管、角钢、 槽钢制作,或 用数块钢板焊 成,
型式、结构、 尺寸及材料 JB/T 4724-92 《支承式支 座》。
压力容器设计_支座
第三章 压力容器的整体设计问题
A型、AN型耳式支座
第三章 压力容器的整体设计问题
B型、BN型耳式支座
Q [ m0 g Ge kn
4(Ph GeSe )] nD
103 KN
第三章 压力容器的整体设计问题
支承式支座
第三章 压力容器的整体设计问题
支腿布置
容器支座容器支座支座耳式支座支承式支座腿式支座裙式支座立式支座鞍式支座圈式支座支腿支座卧式支座第一节支座容器支座支座是用来支承容器及设备重量并使其固定在某一位置的压力容器附件
第三章 压力容器的 整体设计问题
第三章 压力容器的整体设计问题
第三节 支座
支座
立式支座 卧式支座
耳式支座 支承式支座 腿式支座 裙式支座
第三章 压力容器的整体设计问题
表1 支座型式特征
材料
A型支座筋板和底板的材料为Q235-A·F;B型支座钢 管材料钢号为10,底板材料均为Q235-A·F。 垫板材料一般与容器封头材料相同。
第三章 压力容器的整体设计问题
标记方法 JB/T 4724-92,支座 X X
支座号(1~8) 支座型号(A,B)
2、支座及垫板的材料应在设备图样的材料栏内标注,表示方法 如下:支座材料/垫板材料,无垫板时,只注支座材料。
标记示例
JB/T 4725-92,耳座 B3
材料:Q235-A·F/0Cr19Ni9
(2)支承式支座
第三章 压力容器的整体设计问题
(2)支承式支座
结构:在容器封头底部 焊上数根支柱,直接支 承在基础地面上。
其它:
圈座:用于大直径薄壁容器和 真空容器,增加局部刚 度。
支腿:重量较轻的小型容器。
第三章 压力容器的整体设计问题
过程设备设计-压力容器零部件设计
一、密封机理及其分类
1.密封机理
2 密封分类
3.影响法兰密封的主要因素
(1)螺栓预紧力
(2)垫片性能
(3) 压紧面的质量
(4) 法兰刚度
(5) 操作条件
二、螺栓法兰连接设计 1. 螺栓法兰连接的密封设计
四、开孔和开孔补强设计
五、支座和检查孔
支座
1、补强结构
(2)、开孔补强的设计准则
(3)容许不另行补强的最大开孔直径
(4) 等面积补强计算
(5)接管的方位
例题:
某容器DN=1200,设计压力2.5Mpa,设计温
度100℃, 在非标准椭圆端盖(DN1200X12, 形状系数,16MnR)中心接一个 108X6的 平齐式接管(10号无缝钢管),开孔不在焊 缝上。试确定此开孔是否需要补强,补强圈 厚度若干?(端盖的壁厚附加量 C=3mm, 钢 管的壁厚附加量C=2mm)
压力容器设计基础
态时,材料进入塑性流动而失效 工程上广泛应用
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❖ 歪曲应变能理论——第四强度理论
考虑了三个主应力对材料强度的共同影响
压力容器失效准则及设计理论基础
GB150压力容器常规设计
❖ 基于第一强度理论,弹性失效,不允许进入塑性变形 ❖ 结构部件的应力状态计算
薄膜无力矩理论:将整体部件视为厚度方向应力相同的薄膜,只能承 受拉、压应力,不能承受弯曲应力
压力容器的概念
正确使用法规、标准、规范
❖ 法规与标准、规范的关系 ❖ 正确使用标准规范(摘自ASME前言)
压力容器的建造包括选材、设计、制造、检验、试验等一系列工作内容 标准规范包括了对压力容器建造工作的如下三方面的基本内容:强制性要
求,特殊禁用规定,非强制性指南 标准规范不可能涉及容器建造的所有方面、细节,对于那些没有提及的内
( 园筒周向应力)
可近似理解为,椭圆封头壁厚是园筒壁厚的K倍。
a/b越大,越扁平,长轴收缩多,变形越大,应力也大。 K与Di/2hi关系查表 7.1
2、受压元件——封头
3)稳定性
在内压作用下,长轴缩短,产生压应力,存在周向失稳可能,标准控 制最小厚度来保证。(GB150 表7-1 下部说明)
在外压作用下,短轴缩短,产生压应力,球面部分存在失稳可能,用 图表法进行校核计算。
2、受压元件——园筒和球壳
2.1园筒和球壳
园筒和球壳壁厚是根据弹性力学最大主应力理论中径公式导出:
H
4Di2Pc Di
DiPc
4
t
P 2cD · lilP 2cDi t
1
Pc Di
4 t
2
Pc Di
2 t
中径(Di+δ)替代Di
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适用范围和结构:
支承式支座分A型和B型。
形 式
A B
支座 适用的公称直径 号 (mm)
1~6 1~8 DN800~3000 DN800~4000
结构特征
钢板焊制, 带垫板 钢管焊制, 带垫板
㈢ 裙式支座
塔设备最常用裙式支座。 目前还没有标准。 各部分尺寸均需通过计算或实 践经验确定。 有关裙式支座的结构及其设计 方法详见第十七章。
(二).补强形式:
• • • • 1.内加强齐平接管 2.外加强齐平接管 3.对称加强凸出接管 4.密集补强
(三). 补强结构:
(1)补强圈结构
●材质厚度一般与壳体相同;
●补强圈要与壳体、接管很好地焊 接,以同时受力。
●补强板上有一个M10小孔,用以 检查焊缝缺陷;名曰泄漏信号孔。
(2)加强元件结构
㈡ 圈座
采用圈座的情况: 对于大直径薄壁容器和真空容器, 因其自身重量可能造成严重挠曲; 多于两个支承的长容器。 除常温常压下操作的容器外,至少应 有一个圈座是滑动支承的。
㈢ 腿式支 座
简称支腿 连接处造成严重的局部应力, 只适用于小型设备 (DN≤1600、L≤5m)。 腿式支座的结构型式、系列参 数等参见标准JB/T 4714-92 《腿式支座》。
h1 dSnt
(C=C1+C2)
或实际外伸高度的较小 值;
h 2 dSnt 或实际内伸高度的较小 值;
等面积补强,纵截面上的投影面积要满足下式: A1+A2+A3≥A A1—壳体的贡献(有效壁厚减去计算壁厚部分); A2—接管的贡献(有效壁厚减去计算壁厚部分); A3—焊缝金属截面积; A—壳体上需要补强的截面积。(表6-20 P179)
开孔处出现应力集中,应力集中系数为:
K=σ实际/σ膜
其大小为多少?见平板开孔试验测试:
实测结果:K≈3 即应力集中点的实际 应力大约为膜应力的 3倍。
开孔的形状: 应力集中和开孔形状有关, 圆孔的应力集中程度最低。
二.开孔补强原则与补强结构
(一)开孔补强的设计原则 1.等面积补强原则
该方法认为在有效的补强范围内,壳体处本身 承受内压所需截面积外的多余截面积A不应少于开孔 所减少的有效截面积 。 即 这种以通过开孔中心的纵截面上的投影面积来 衡量的补强设计方法,具有使开孔后截面的平均应 力不致升高的含义。在一般情况下可以满足开孔补 强的需要,方法简便,我国的容器标准采用的主要 是这种方法。
鞍座分为轻型(A)和重型(B)(BⅠ~BⅤ)。 固定式——F型; 活动式——S型。 标准号:JB/T4712-92 . 鞍座标记: JB/T4712-92 鞍座 [型号][公称直径]-[F或S] 例如:DN2600的轻型鞍座标记为 JB/T4712-92 鞍座A2600-F JB/T4712-92 鞍座A2600-S
(3)整体补强结构
若须补强的接管较多, 可采取增加壳体壁厚 的办法,也称为整体 补强。
(四).等面积补强的设计方法
1. 开孔有效补强范围及补强面积的计算 等面积补强——补强的金属量等于或大于开孔所 削弱的金属量。 图上看,应该考虑的截面是强度削弱较大的截面 ——轴(纵)向截面的面积:
B=2d d=接管内径+2C
2.极限分析补强设计准则
由于开孔只造成壳体的局部强度削弱,如 果在某一压力载荷下容器开孔处的某一区域其 整个截面进入塑性状态,以至发生塑性流动, 此时的载荷便为极限载荷。利用塑性力学方法 对带有整体补强的开孔补强结构求解出塑性失 效的极限载荷。以极限载荷为依据来进行补强 结构设计,即以大量的计算可以定出补强结构 的尺寸要求,使其具有相同的应力集中系数。。
第三节 容器的开孔补强
一. 容器开孔应力集中现象及其原因
容器为什么要开孔? 工艺、安装、检修的要求。 开孔后,为什么要补强? 削弱器壁的强度,出现不连续, 形成高应力集中区。
峰值应力通常较高,达到甚至超 过材料屈服极限。 局部应力较大,加之材质和制造 缺陷等, 为降低峰值应力,需要对结构开 孔部位进行补强,以保证容器 安全运行。
(二)耳式支座选用的方法:
(1)估算设备总重,算每个支座 (按2个计算)的负荷Q值; (2)确定支座型式,从表4-13或表 4-15按允许负荷Q允大于实际负荷Q, 选支座。 小型设备耳式支座,可支承在管子 或型钢制的立柱上。 大型设备的支座往往搁在钢梁或混 凝土制的基础上。
㈡ 支承式支座
用钢管、角钢、 槽钢制作,或 用数块钢板焊 成, 型式、结构、 尺寸及材料 JB/T 4724-92 《支承式支 座》。
第二节 容器支座
概述:
容器支座,支承容器重量、固定容器 位置并使容器在操作中保持稳定。 结构型式由容器自身的型式决定,分 卧式容器支座 立式容器支座 球形容器支座
一、立式容器支座
立式容器的支座主要有 耳式支座 支承式支座 裙式支座 中、小型直立容器常采用前二种, 高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
(3).鞍座的位置——A的确定:
A≤Do/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。
L——封头赤道圆(切点)间的距离。 A——赤道圆至支座中心线间的距离。
思考:在施工图上,L,A标注在赤道圆上,可否?
鞍座包角120°或150°,安放稳定。 高度200、300、400和500mm。 宽度b根据容,筋板和支脚板。 广泛用在反应釜及 立式换热器等直立设备上。 简单、轻便,但局部应力较大。 当设备较大或器壁较薄应加垫板。 不锈钢制设备,用碳钢作支座,防止合 金元素流失,也需加一个不锈钢垫板。
已标准化JB/T 4725-92 《耳式支座》。 该标准分A型(短臂)和B型(长臂)(有保温 层或直接放在楼板上) 每类又分带垫板与不带垫板两种结构
二、 卧式容器支座
种类:
鞍式支座
应用最广泛的卧式容器支座。 已有标准JB/T4712-92 《鞍式支座》, 根据容器公称直径和重量选用。 由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊 接而成。在与设备连接处,有带加 强垫板和不带加强垫板两种结构。
材质:垫板—与筒体相同,其它---Q235-A.F 。
(2)鞍座标准及其标记