厚壁圆筒的弹性应力分析
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三、高压容器的材料
筒体与封头的特殊要求：
2) 制造工艺性能 具有良好的焊接性能包括可
焊性、吸气性、抗热裂与冷 裂倾向、抗晶粒粗大倾向等、 具有良好的可锻性
第五章 高压容器设计
7
第一节 概述
三、高压容器的材料
筒体与封头的特殊要求：
3) 其他要求 耐腐蚀性 原材料检验要求较高 耐高温性能：高温下有较高
100 MPa以上
超高压容器ห้องสมุดไป่ตู้
一般属于三类容器
本章专门介绍其特殊的结构和设计方法
第五章 高压容器设计
3
第一节 概述
一、高压容器的应用 军事工业：炮筒、核动力装置 化学和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、油类加
氢等合成反应的高压反器、高压缓冲与贮存容器。 电力工业：核反应堆，水压机的蓄力器 发展现状：直径4.5米，壁厚280毫米，重约1000吨, 压力
第五章 高压容器设计
第一节 概述 第二节 高压容器筒体的结构与强度设计 第三节 高压容器的密封结构与设计计算 第四节 高压容器的主要零部件设计
第一节 概述
一、高压容器的应用 二、高压容器的结构特点 三、高压容器的材料
第五章 高压容器设计
2
第一节 概述
一、高压容器的应用 工程上：
10 MPa < P设 < 100 MPa 高压容器
2000MPa
第五章 高压容器设计
4
第一节 概述
二、高压容器的结构特点
高压容器设计与制造技术发展的核心问题： 既要随着生产的发展能制造出大壁厚的容器 又要设法尽量减小壁厚以方便制造。
高压容器特点： 1 结构细长(长径比可达28) 2 采用平盖或球形封头(平盖仅在1m直径以下采用) 3 密封结构特殊多样(多种自紧式密封) 4 高压筒身限制开孔
第五章 高压容器设计
18
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
二、厚壁圆筒的弹性应力分析 （一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力
第五章 高压容器设计
19
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
二、厚壁圆筒的弹性应力分析 （一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力
强度，抗珠光体球化与石墨 化能力较强
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型 二、厚壁圆筒的弹性应力分析 三、高压筒体的失效及强度计算
第五章 高压容器设计
9
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（一）整体锻造式：直径300～800mm，长度<12m 优点：性能优良，缺点：加工费用高
第五章 高压容器设计
11
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（二）单层式 单层厚壁高压容器有种形式： 单层卷焊式：直径工序少，周期短效率高 单层瓦片式：生产效率比单层卷焊差，费工费时 无缝钢管式：效率高，周期短 以上三种形式被三方面因素制约： 1）厚壁材料来源； 2）大型机械条件； 3）纵向和环向深厚焊逢中缺陷检测；
第五章 高压容器设计
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第一节 概述
三、高压容器的材料
筒体与封头的特殊要求：
1) 强度与韧性 为了提高材料强度以减少壁厚，一般采用 低合金钢，如16MnR、15MnVR和18MnMoNBR。 同时为了保证韧性，加入少量（<2%）Ni和Cr， 并控制P和S含量<0.004%
第五章 高压容器设计
6
第一节 概述
（二）单层式:单层卷焊、单层瓦片和无缝钢管式。 优点：加工简单，缺点：材料设备受限制
（三）多层式：层板包扎式、热套式和绕板式 （四）绕带式：中国独创（浙大）
第五章 高压容器设计
10
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（一）整体锻造式
最早采用的筒体型式,筒体和法兰可整 段而出或用螺纹连接，锻造容器的质量较 好,特别是和与焊接性能较差的高强钢所 制作的超高压容器,受锻造条件限制,一般 直径为300-800mm,长度不超过12米。
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
厚壁容器承受压力载荷时产生的应力具有如下特点： 薄壁容器中的应力只考虑经向和周向两向应力，忽略径向应力。
但厚壁容器中压力很高，径向应力则难以忽略，应考虑三向应力 分析。 在薄壁容器中将二向应力视为沿壁厚均匀分布薄膜应力，厚壁容 器沿壁厚出现应力梯度，薄膜假设不成立。 内外壁间的温差随壁厚的增大而增加，由此产生的温差应力相应 增大，厚壁容器中的温差应力不应忽视。
第五章 高压容器设计
13
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（三）多层式 2)热套式——不同直径过盈配合的圆筒。 特点：1.生产效率高，中厚板，层数少 2.材料来源广泛利用率高 3.焊缝质量容易保证 3)绕板式——薄板均匀地缠绕在内筒上。 特点：1.效率高，不需一片一片地下料； 2.材料利用率高，基本没有边角余料； 3.机械化程度高，绕板机上一次完成。 缺点：探伤困难，焊接残余应力大，坡口量大。
第五章 高压容器设计
12
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（三）多层式 1）层板包扎式 特点：1.只需薄板，原材料供应方便(4-8mm)
2.只需卷板机和包扎机； 3.改善筒体应力分布(内层压应力) 4.比单层安全 5.内筒可采用与筒体不同的结构 缺点：1.生产效率低 2.层板材料利用率低 3.层板间间隙较难控制 4.导热性差
第五章 高压容器设计
14
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设 计选型
四）绕带式
对原材料要求一般 材料利用率相当高 缠绕机简单 制造方便 成本低
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（五）设计选型原则
各种结构型式的高压容器主要是围绕如何用经济的方 法获得大厚度这一问题。
设计选型时必须综合原材料来源，配套的焊条焊丝、 制造厂所具备的设备条件和工夹具条件，以及对特殊 材料的焊接能力、热处理要求及工厂装备条件等。
作充分调查论证后才能做到选型正确，确有把握。
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型 二、厚壁圆筒的弹性应力分析 三、高压筒体的失效及强度计算
筒体与封头的特殊要求：
2) 制造工艺性能 具有良好的焊接性能包括可
焊性、吸气性、抗热裂与冷 裂倾向、抗晶粒粗大倾向等、 具有良好的可锻性
第五章 高压容器设计
7
第一节 概述
三、高压容器的材料
筒体与封头的特殊要求：
3) 其他要求 耐腐蚀性 原材料检验要求较高 耐高温性能：高温下有较高
100 MPa以上
超高压容器ห้องสมุดไป่ตู้
一般属于三类容器
本章专门介绍其特殊的结构和设计方法
第五章 高压容器设计
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第一节 概述
一、高压容器的应用 军事工业：炮筒、核动力装置 化学和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、油类加
氢等合成反应的高压反器、高压缓冲与贮存容器。 电力工业：核反应堆，水压机的蓄力器 发展现状：直径4.5米，壁厚280毫米，重约1000吨, 压力
第五章 高压容器设计
第一节 概述 第二节 高压容器筒体的结构与强度设计 第三节 高压容器的密封结构与设计计算 第四节 高压容器的主要零部件设计
第一节 概述
一、高压容器的应用 二、高压容器的结构特点 三、高压容器的材料
第五章 高压容器设计
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第一节 概述
一、高压容器的应用 工程上：
10 MPa < P设 < 100 MPa 高压容器
2000MPa
第五章 高压容器设计
4
第一节 概述
二、高压容器的结构特点
高压容器设计与制造技术发展的核心问题： 既要随着生产的发展能制造出大壁厚的容器 又要设法尽量减小壁厚以方便制造。
高压容器特点： 1 结构细长(长径比可达28) 2 采用平盖或球形封头(平盖仅在1m直径以下采用) 3 密封结构特殊多样(多种自紧式密封) 4 高压筒身限制开孔
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
二、厚壁圆筒的弹性应力分析 （一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
二、厚壁圆筒的弹性应力分析 （一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力
强度，抗珠光体球化与石墨 化能力较强
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型 二、厚壁圆筒的弹性应力分析 三、高压筒体的失效及强度计算
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（一）整体锻造式：直径300～800mm，长度<12m 优点：性能优良，缺点：加工费用高
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（二）单层式 单层厚壁高压容器有种形式： 单层卷焊式：直径工序少，周期短效率高 单层瓦片式：生产效率比单层卷焊差，费工费时 无缝钢管式：效率高，周期短 以上三种形式被三方面因素制约： 1）厚壁材料来源； 2）大型机械条件； 3）纵向和环向深厚焊逢中缺陷检测；
第五章 高压容器设计
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第一节 概述
三、高压容器的材料
筒体与封头的特殊要求：
1) 强度与韧性 为了提高材料强度以减少壁厚，一般采用 低合金钢，如16MnR、15MnVR和18MnMoNBR。 同时为了保证韧性，加入少量（<2%）Ni和Cr， 并控制P和S含量<0.004%
第五章 高压容器设计
6
第一节 概述
（二）单层式:单层卷焊、单层瓦片和无缝钢管式。 优点：加工简单，缺点：材料设备受限制
（三）多层式：层板包扎式、热套式和绕板式 （四）绕带式：中国独创（浙大）
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（一）整体锻造式
最早采用的筒体型式,筒体和法兰可整 段而出或用螺纹连接，锻造容器的质量较 好,特别是和与焊接性能较差的高强钢所 制作的超高压容器,受锻造条件限制,一般 直径为300-800mm,长度不超过12米。
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
二、厚壁圆筒的弹性应力分析
厚壁容器承受压力载荷时产生的应力具有如下特点： 薄壁容器中的应力只考虑经向和周向两向应力，忽略径向应力。
但厚壁容器中压力很高，径向应力则难以忽略，应考虑三向应力 分析。 在薄壁容器中将二向应力视为沿壁厚均匀分布薄膜应力，厚壁容 器沿壁厚出现应力梯度，薄膜假设不成立。 内外壁间的温差随壁厚的增大而增加，由此产生的温差应力相应 增大，厚壁容器中的温差应力不应忽视。
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（三）多层式 2)热套式——不同直径过盈配合的圆筒。 特点：1.生产效率高，中厚板，层数少 2.材料来源广泛利用率高 3.焊缝质量容易保证 3)绕板式——薄板均匀地缠绕在内筒上。 特点：1.效率高，不需一片一片地下料； 2.材料利用率高，基本没有边角余料； 3.机械化程度高，绕板机上一次完成。 缺点：探伤困难，焊接残余应力大，坡口量大。
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（三）多层式 1）层板包扎式 特点：1.只需薄板，原材料供应方便(4-8mm)
2.只需卷板机和包扎机； 3.改善筒体应力分布(内层压应力) 4.比单层安全 5.内筒可采用与筒体不同的结构 缺点：1.生产效率低 2.层板材料利用率低 3.层板间间隙较难控制 4.导热性差
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设 计选型
四）绕带式
对原材料要求一般 材料利用率相当高 缠绕机简单 制造方便 成本低
第五章 高压容器设计
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第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型
（五）设计选型原则
各种结构型式的高压容器主要是围绕如何用经济的方 法获得大厚度这一问题。
设计选型时必须综合原材料来源，配套的焊条焊丝、 制造厂所具备的设备条件和工夹具条件，以及对特殊 材料的焊接能力、热处理要求及工厂装备条件等。
作充分调查论证后才能做到选型正确，确有把握。
第五章 高压容器设计
16
第二节 高压容器筒体的结构与强度设计
一、高压筒体的结构型式及设计选型 二、厚壁圆筒的弹性应力分析 三、高压筒体的失效及强度计算