压力容器设计 外压圆筒的设计计算

本节重点
（1）外压容器设计参数的规定； （2）设置加强圈的目的及结构要求 。
设计压力 1、真空容器 、 1.25( po − pi ) max 有安全装置时： 有安全装置时：p = min
0.1MPa
四、设计参数 来自百度文库规定
无安全装置时： 无安全装置时：p=0.1Mpa 2、 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 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） 、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 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： 注意：最大内外压差的取值
工程设计方法
薄壁圆筒（ 薄壁圆筒（Do／te≥20） ） 外压圆筒 （Do／te） Do／te＝20 失稳 厚壁圆筒（Do／te＜20） 厚壁圆筒（ ）
失稳
强度失效
第三节 外压圆筒的设计计算
Do/te≥20薄壁筒体，稳定性校核： 薄壁筒体， 薄壁筒体 稳定性校核： a. 假设名义厚度 n，令te=tn-C，算出 假设名义厚度t ，算出L/Do和Do/te；
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。 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， 值减小，筒体厚度减薄； 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。 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
第三节 外压圆筒的设计计算
3、加强圈的结构设计（续） 、加强圈的结构设计（ 要求： 要求： # 加强圈应整圈围绕在筒体的圆周上，不许任意 加强圈应整圈围绕在筒体的圆周上， 削弱或割断。 削弱或割断。 # 设置在内部的加强圈，若开设排液孔、排气孔， 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。 所给定的值。 削弱或割断的弧长不得大于图 所给定的值
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 ）几何参数计算图： 关系曲线 作为横坐标， 作为纵坐标， 令A=εcr，以A作为横坐标，L/Do作为纵坐标， 作为横坐标 Do /te作为参量绘成曲线；见图 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 与纵坐标平行的直线簇， 长圆筒 与纵坐标平行的直线簇 周向应变A与 无关； 周向应变 与L/Do无关； 短圆筒——斜平行线簇，失稳时A与 斜平行线簇，失稳时 与 短圆筒 斜平行线簇 L/Do、Do/te都有关。 都有关。 与材料弹性模量E无关，对任何钢材的筒体都适用。 与材料弹性模量 无关，对任何钢材的筒体都适用。 无关
第三节 外压圆筒的设计计算
根 据
系 数A B 按(a)式计算许用外压 式计算许用外压[p] 式计算许用外压 设计温度
温度对应的曲线在 图上没有时， 图上没有时，插值
[ p] =
B Do t e
(a)
2 AE A在材料线左方时， = 在材料线左方时 B 在材料线左方 ，按(b)式计算许用外压 式计算许用外压 3 [p]： ：
第四章 外压容器设计
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
特点：反复试算， 特点：反复试算，比较 繁琐。 繁琐。
解析法 外压圆筒设计 图算法
第三节 外压圆筒的设计计算
图算法原理：（标准规范采用） 图算法原理：（标准规范采用） ：（标准规范采用
p cr t = 2 .2 E D o
第三节 外压圆筒的设计计算
）：B-A关系曲线 （2）厚度计算图（不同材料）： ）厚度计算图（不同材料）： 关系曲线
查 由L/Do，Do/te——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]
＃以A和B为坐标轴的厚度计算图，以σ－ε为基础，图4图 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
2 B = EA ，求取B。 3
[ p ]Do B= t
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
压力试验
不带夹套的外压容器和真空容器
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， 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， 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。 套的试验压力值。 内筒试验压力
方法思路： 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， 大于并接近J 弯曲能力，满足 Js大于并接近
第三节 外压圆筒的设计计算
3、加强圈的结构设计 、 扁钢 常用 角钢 型钢 工字钢 其它型钢 设置 位置
容器内部： 容器内部：焊接总长不小于 筒体内圆周长的1/3 筒体内圆周长的 容器外部： 容器外部：焊接的总长不小于 筒体外圆周长的1/2 筒体外圆周长的
第三节 外压圆筒的设计计算
计算长度
计算长度： 计算长度：筒体外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距 通常封头、法兰、加强圈等均可视为刚性构件。 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
2.59 Et 2 将长圆筒转化为短圆筒， 将长圆筒转化为短圆筒，可以有效地减小筒体厚 pcr = Do 提高筒体稳定性。 度、提高筒体稳定性。 LDo t
ε cr
pcr Do = = E 2 Et e
σ cr
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
1 .1 ε cr = = Do 2 E ( ) te
1.30(t Do ) = ε cr = E L Do
σ cr
短圆筒
σ cr
1 .5
ε cr = f ( L / Do , Do / te )
b. 以L/Do、Do/te值由图 值由图4-11查取 值（遇中间插值），若 查取A值 遇中间插值）， ），若 查取 L/Do值大于 ，则用 值大于50，则用L/Do=50查图；若L/Do值小于 查图； 值小于0.05， 查图 ， 则用L/Do=0.05查图 则用 查图
c. 由材料选 由材料选——厚度计算图（图4-12～图4-15） 厚度计算图（ 厚度计算图 ～ ）
材料：多为碳素钢。 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， 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。 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
加强圈两侧的间断焊缝可错开或并排， 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8δ 对内加强圈12δn（δn为 的最大间隙对外加强圈为 n，对内加强圈 筒体的名义厚度）。 筒体的名义厚度）。
pT = 1.25 p
第三节 外压圆筒的设计计算
夹套： 夹套：
按内压容器确定试验压力。 按内压容器确定试验压力。
注意： 注意： 在确定了夹套试验压力后，还必须校核内 在确定了夹套试验压力后， 筒在该试验压力下的稳定性。 筒在该试验压力下的稳定性。 如不能满足外压稳定性要求， 如不能满足外压稳定性要求，则在作夹套 的液压试验时， 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。 的压力，以确保夹套试压时内筒的稳定性。
2 AE [p] = 3(Do t e )
（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 且较接近—— 且较接近 假设的名义厚度tn合理 假设的名义厚度 d. pc＞[p]——假设 n不合理 假设t 假设 ——重设 n，直到满足 重设t 重设
第三节 外压圆筒的设计计算
σ cr
m[ p]Do Do [ p ] 2 ε cr = = Eε cr 即 2Ete te m
pcr Do ε cr = = E 2Ete
第三节 外压圆筒的设计计算
[ p]Do ，GB150取m=3，代入上式得： 令 B= te 2 2 B = E ε cr = σ cr 3 3
由该式建立B与 的关系图 由该式建立 与A的关系图
3
（4-8）
2.59 Et 2 pcr = LDo Do t
（4-15）
pcr Do σ cr = 2te
为避开材料的弹性模量E（塑性状态为变量），采用 为避开材料的弹性模量 （塑性状态为变量），采用 ）， 应变表征失稳时的特征： 应变表征失稳时的特征： 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：