压力容器设计 外压圆筒的设计计算课堂

?
pcr Do 2te
为避开材料的弹性模量E（塑性状态为变量），采用 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：
?cr
? ? cr
E
?
pcr Do 2 E te
3
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
?
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工程设计方法
第三节 外压圆筒的设计计算
外压圆筒 （Do／te）
薄壁圆筒（Do／te≥20） Do／te＝20
厚壁圆筒（Do／te＜20）
失稳 失稳 强度失效
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第三节 外压圆筒的设计计算
Do/te≥20薄壁筒体，稳定性校核：
a. 假设名义厚度tn，令te=tn-C，算出L/Do和Do/te；
b. 以L/Do、Do/te值由图4-11查取A值（遇中间插值），若 L/Do值大于50，则用L/Do=50查图；若L/Do值小于0.05， 则用L/Do=0.05查图
长圆筒——与纵坐标平行的直线簇，失稳时 周向应变A与L/Do无关；
短圆筒——斜平行线簇，失稳时A与 L/Do、Do/te都有关。
与材料弹性模量E无关，对任何钢材的筒体都适用。
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第三节 外压圆筒的设计计算
（2）厚度计算图（不同材料）：B-A关系曲线
由L/Do，Do/te—查—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。
? cr
E
?
1.1 ( Do )2
te
短圆筒
? ? ?cr
?
? cr
E
? 1.30 t Do L Do
1.5
?cr ? f (L / Do , Do / te )
4
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
令A=εcr，以A作为横坐标，L/Do作为纵坐标，
Do /te作为参量绘成曲线；见图4-11
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。
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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。
c. 由材料选——厚度计算图（图4-12～图4-15） 9
第三节 外压圆筒的设计计算
根 系 数A 据 设计温度
B 按(a)式计算许用外压[ p]
?p?? B
(a)
温度对应的曲线在
Do te
图上没有时，插值
A在材料线左方时，B ? 2 AE ，按(b)式计算许用外压
[ p]：
3
?p??
2 AE
3?Do te ?
（b） 10
第三节 外压圆筒的设计计算
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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—— 假设的名义厚度tn合理 d. pc＞[ p]——假设tn不合理 ——重设tn，直到满足
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第三节 外压圆筒的设计计算
设计压力
1、真空容器 有安全装置时：
p
?
?1.25( min?
po
?
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
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，满足 J s大于并接近J
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3、加强圈的结构设计
第三节 外压圆筒的设计计算
扁钢
常用 角钢 型钢 工字钢
其它型钢
设置 位置
容器内部：焊接总长不小于 筒体内圆周长的1/3
容器外部：焊接的总长不小于 筒体外圆周长的1/2
临界压力pcr，稳定性安全系数m，许用外压力[ p]，
故
pcr=m[ p]
?cr
? ? cr
E
?
pcr Do 2Ete
?cr ?
m[ p]Do 2Ete
即
Do[ p] ? te
2 m
E?cr
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第三节 外压圆筒的设计计算
令 B= [ p]Do ，GB150取m=3，代入上式得：
te
B?
2 3
E?cr
第四章 外压容器设计
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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，比较 繁琐。
解析法 外压圆筒设计
图算法
2
图算法原理：（标准规范采用）
第三节 外压圆筒的设计计算
p cr
?
2
.
2
E
????
t D
o
????3
（4-8）
pcr
?
2.59Et 2 LDo Do
t
（4-15）
? cr
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，
节省贵重金属。
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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，但焊缝之间 的最大间隙对外加强圈为8δ n ，对内加强圈12δn （δn 为 筒体的名义厚度）。
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3、加强圈的结构设计（续） 要求：
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第三节 外压圆筒的设计计算 17
第三节 外压圆筒的设计计算 18
第三节 外压圆筒的设计计算
加强圈的设计计算
目的
将度、长提圆高筒筒转pcr体化?稳为L定短2D.性圆o59。筒DE，to2t可以有效地减小筒体厚
加强圈的间距
加强圈设计
截面尺寸 结构设计
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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。 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。
pi ) max
?0.1MPa
无安全装置时： p=0.1Mpa
四、设计参数 的规定
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 13
压力试验
不带夹套的外压容器和真空容器
?
2 3
?
cr
由该式建立B与A的关系图
＃以A和B为坐标轴的厚度计算图，以σ－ε为基础，图4-
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
B ? 2 EA ，求取B。 3
B ? [ p]Do t
第三节 外压圆筒的设计计算
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Fra Baidu bibliotek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 ? 1.25p
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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。