压力容器设计 外压圆筒的设计计算
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Do／te＝20
厚壁圆筒（Do／te＜20）
失稳 失稳 强度失效
精品课件
Do/te≥20薄壁筒体，稳定性校核：
第三节 外压圆筒的设计计算
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
第四章 外压容器设计
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
特点：反复试算，比较 繁琐。
解析法 外压圆筒设计
图算法
精品课件
图算法原理：（标准规范采用）
第三节 外压圆筒的设计计算
3
pcr
2.2E
t Do
（4-8）
2.59Et2 pcr LDo Do t
（4-15）
cr
pcr Do 2te
抗弯曲能力，满足 精品课件
Js大于并接近J
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
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。
te
（b）
第三节 外压圆筒的设计计算
精品课件
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
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
设计压力
四、设计参数
1有、安真全空装容置器时：pmin10..21M 5(poPapi)max
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 3
EA精，品课求件 取B。
B [ p]Do t
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）
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
精品注课件意：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
四、设计参数 的规定
试验压力
pT 1.25p
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 p 精品课件 T 1.25p
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。
c. 由材料选——厚度计算图（图4-12～图4-15） 精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
根 据
系数
A
设计温度
B
温度对应的曲线在 图上没有时，插值
按(a)式计算许用外压[p]
p B
(a)
Do te
A在材料线左方时，B 2 AE ，按(b)式计算许用外压
[p]：
3
p 2AE
3 D 精品课件 o
精品课件
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。
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算 精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算 精品课件
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、圆提筒高转筒pcr化体为稳L短定D2.圆性o59筒。ED，to2t可以有效地减小筒体厚
故
pcr=m[p]
cr
cr
E
pcrDo 2Eet
cr
m[ p]Do 2Ete
即
Do[ te
p]
2 m
Ecr
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
令 B= [ p ] D o ，GB150取m=3，代入上式得： te
B32Ecr32cr
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-
精品课件
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8δn，对内加强圈12δn（δn
为筒体的名义厚度）。
精品课件
3、加强圈的结构设计（续）
第三节 外压圆筒的设计计算
要求：
# 加强圈应整圈围绕在筒体的圆周上，不许任意 削弱或割断。
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：精品课件
cr
cr
E
pcrDo 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
加强圈的间距
加强圈设计
截面尺寸 结构设计
精品课件
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。
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
Biblioteka Baidu
crEcr
1.30t Do 1.5
LDo
crf(L/D o,D o/te)
精品课件
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 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。
精品课件
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。
临界压力pcr，稳定性安全系数m，许用外压力[p]，
# 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。
厚壁圆筒（Do／te＜20）
失稳 失稳 强度失效
精品课件
Do/te≥20薄壁筒体，稳定性校核：
第三节 外压圆筒的设计计算
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
第四章 外压容器设计
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
第三节 外压圆筒的设计计算
特点：反复试算，比较 繁琐。
解析法 外压圆筒设计
图算法
精品课件
图算法原理：（标准规范采用）
第三节 外压圆筒的设计计算
3
pcr
2.2E
t Do
（4-8）
2.59Et2 pcr LDo Do t
（4-15）
cr
pcr Do 2te
抗弯曲能力，满足 精品课件
Js大于并接近J
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
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。
te
（b）
第三节 外压圆筒的设计计算
精品课件
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
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
设计压力
四、设计参数
1有、安真全空装容置器时：pmin10..21M 5(poPapi)max
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 3
EA精，品课求件 取B。
B [ p]Do t
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）
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
精品注课件意：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
四、设计参数 的规定
试验压力
pT 1.25p
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 p 精品课件 T 1.25p
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。
c. 由材料选——厚度计算图（图4-12～图4-15） 精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
根 据
系数
A
设计温度
B
温度对应的曲线在 图上没有时，插值
按(a)式计算许用外压[p]
p B
(a)
Do te
A在材料线左方时，B 2 AE ，按(b)式计算许用外压
[p]：
3
p 2AE
3 D 精品课件 o
精品课件
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。
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算 精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算 精品课件
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、圆提筒高转筒pcr化体为稳L短定D2.圆性o59筒。ED，to2t可以有效地减小筒体厚
故
pcr=m[p]
cr
cr
E
pcrDo 2Eet
cr
m[ p]Do 2Ete
即
Do[ te
p]
2 m
Ecr
精品课件
第三节 外压圆筒的设计计算
令 B= [ p ] D o ，GB150取m=3，代入上式得： te
B32Ecr32cr
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-
精品课件
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8δn，对内加强圈12δn（δn
为筒体的名义厚度）。
精品课件
3、加强圈的结构设计（续）
第三节 外压圆筒的设计计算
要求：
# 加强圈应整圈围绕在筒体的圆周上，不许任意 削弱或割断。
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：精品课件
cr
cr
E
pcrDo 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
加强圈的间距
加强圈设计
截面尺寸 结构设计
精品课件
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。
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
Biblioteka Baidu
crEcr
1.30t Do 1.5
LDo
crf(L/D o,D o/te)
精品课件
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 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。
精品课件
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。
临界压力pcr，稳定性安全系数m，许用外压力[p]，
# 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。