第4章外压容器(2)_化工设备

D0 δ e
δn
=10mm， =10mm，
＝1020／8＝127.5>20； 1020／ 127.5>20； 注意： 题图） 注意：L = l + 2 × (1 3)hi + 2 h（题图）
用内插法查图； 用内插法查图； 具体步骤见图： 具体步骤见图： 其他步骤略。 其他步骤略。
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补充“设计外压力” 补充“设计外压力”的确定
3、安全系数 在计算许用设计外压时，必须考虑一定的稳定性安全系数m 在计算许用设计外压时，必须考虑一定的稳定性安全系数m： GB150规定：圆筒体，m取3.0；球壳， m取14.52。 GB150规定：圆筒体， 3.0；球壳， 14.52。 规定
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第4章 外压容器
4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法
三、外压球壳的图算法 1、球壳的临界压力
δ 对于钢制受均匀外压的球壳临界压力为： 对于钢制受均匀外压的球壳临界压力为：pc = 0.25E Re o
外压圆筒图算法（ ≥20、 <20的圆筒和管子 的圆筒和管子） 外压圆筒图算法（D0/δe≥20、D0/δe<20的圆筒和管子）
几何参数计算图： 关系曲线, 几何参数计算图：L/Do—Do/δe—A关系曲线,如图4-4 厚度计算图（不同材料）：B 关系曲线图，如图4 厚度计算图（不同材料）：B—A关系曲线图，如图4-5-图4-12 ）：
复习：外压薄壁圆筒的变形特征、几何特点、临界压力 复习：外压薄壁圆筒的变形特征、几何特点、
1、长圆筒、短圆筒、刚性圆筒的描述和临界参数计算 长圆筒、短圆筒、
相对几何尺 寸 长圆筒 L/D0较大 两端边 界影响 忽略 临界压力与 几何尺寸关 系
只与δe/D0有 只与 关，与L/D0无 关
临界压力
δ pc = 2.2 E e D o
L Do
L D o 和 Do
δe ；
值,过此点沿水平方向右移与
Do δ e
,线相交（遇中间值 线相交（
按所用材料选用图4 按所用材料选用图4-5—图4-12，在图的横坐标上找到系数 ； 12， 若A值落到设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下的材 值落到设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移， 料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿水平方向移动， ），再过此交点沿水平方向移动 料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿水平方向移动，在图的纵 坐标上查得系数B 坐标上查得系数B 值，并按下式计算许用外压力
2
4.1外压容器稳定性 4.1外压容器稳定性
计算长度L 计算长度
设置加强圈等刚性构件后，筒体的几何长度对于计算临界压力值， 设置加强圈等刚性构件后，筒体的几何长度对于计算临界压力值， 已失去直接意义，这时需要的是所谓计算长度 已失去直接意义，这时需要的是所谓计算长度 。 L：筒体上相邻两个刚性构件（封头、法兰、支座、加强圈等均可 筒体上相邻两个刚性构件（封头、法兰、支座、 视为刚性构件）之间的最大距离。 视为刚性构件）之间的最大距离。 计算时可根据以下结构进行确定： 计算时可根据以下结构进行确定： 如图4 (a)(b)(c)(d 所示， 如图4-3 (a)(b)(c)(d)所示，
令:
取m=3，代入上式得： m=3，代入上式得：
为坐标轴得厚度计算图， 为基础， 10为几种常用钢材的 以A和B为坐标轴得厚度计算图，以σ-ε为基础，图4-5～图4-10为几种常用钢材的 厚度计算图。 厚度计算图。
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第4章 外压容器
4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法
二、外压圆筒的图算法
2、外压圆筒的图算法
p cr = 2.59Eδ e2 L D o Do / δ e
3
失稳波 形数 2 大于2 大于 的整数
短圆筒
L/D0较小
显著
与δe/D0有 关，与L/D0 有关 筒体较短、 筒体较短、 壁较厚， 壁较厚，容 器刚性较好
刚性圆筒
L/D0较小 δe/D0较大
p max
2δ σ = e s Di
t
不失稳
1[ p] =ຫໍສະໝຸດ cB Do δ e
否则须重新假设名义厚度， 计算出的许用外压力应大于或等于 p ，否则须重新假设名义厚度，重复上述步 为止。 骤，直到 [p ]大于且接近 p 为止。
c
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第4章 外压容器
4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法
二、外压圆筒的图算法
2、外压圆筒的图算法 <20的圆筒和管子 承受外压时应同时考虑强度和稳定性问题。 的圆筒和管子( 同时考虑强度和稳定性问题 对D0/δe<20的圆筒和管子(承受外压时应同时考虑强度和稳定性问题。) 求取B值的计算步骤同Do/δe≥20的薄壁筒体； 求取B值的计算步骤同Do/δe≥20的薄壁筒体； Do/δe≥20的薄壁筒体 但对
4.1外压容器稳定性 4.1外压容器稳定性
2、临界长度Lcr与计算长度L 临界长度L 与计算长度L
相同直径和壁厚的情况下，短圆筒的临界压力高于长圆筒的临界压力， 相同直径和壁厚的情况下，短圆筒的临界压力高于长圆筒的临界压力，随 直径和壁厚的情况下 着短圆筒长度的增加，封头对筒壁的支撑作用渐渐减弱， 着短圆筒长度的增加，封头对筒壁的支撑作用渐渐减弱，临界压力也随之减 小。
2、外压圆筒的图算法 /δe≥20的圆筒和管子 这类圆筒或管子受外压时仅需进行稳定性核 的圆筒和管子（ 仅需进行稳定性核）： 对D0/δe≥20的圆筒和管子（这类圆筒或管子受外压时仅需进行稳定性核）： 假设壁厚为 δ n ，并按 δ e = δ n − C 计算得 δ e ，定出 在图4-4左方找到 用内插法）； 用内插法）；
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第4章 外压容器
4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法
1、图算法的基本原理
（1）几何参数计算图：L/Do—Do/δe—A关系曲线 几何参数计算图： 径向受均匀外压，径向和轴向受相同外压的圆筒。 径向受均匀外压，径向和轴向受相同外压的圆筒。令A=εcr， 作为纵坐标， 作为参量绘成曲线，如图4 以A作为横坐标， L/Do作为纵坐标，Do/δe作为参量绘成曲线，如图4-4。 作为横坐标， （2）厚度计算图（不同材料）：B—A关系曲线 厚度计算图（不同材料）：B ）： 的关系——判定筒体在操作外压力下是否全。 ——判定筒体在操作外压力下是否全 由周向应变A——找出A与pcr的关系——判定筒体在操作外压力下是否全。 周向应变A——找出A 找出 临界压力p 稳定性安全系数m 许用外压力[p] [p]， =m[p]，由此推得： 临界压力pcr，稳定性安全系数m，许用外压力[p]，故 pcr=m[p]，由此推得：
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第4章 外压容器
4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法
一、外压圆筒的解析法
外压圆筒设计为解析法和图算法的两种方法，解析法： 外压圆筒设计为解析法和图算法的两种方法，解析法： 假设筒体的名义厚度δn； 假设筒体的名义厚度δn； δn 计算有效厚度δe； 计算有效厚度δe； δe 求出临界长度L 将圆筒的外压计算长度L Lcr进行比较 进行比较， 求出临界长度Lcr，将圆筒的外压计算长度L与Lcr进行比较，判断圆筒 属于长圆筒还是短圆筒； 属于长圆筒还是短圆筒； 根据圆筒类型， Pcr； 根据圆筒类型，选用相应公式计算临界压力 Pcr； 计算许用外压[p]； 计算许用外压[p]； [p] 比较设计压力p [p]的大小。 小于等于[p]且较为接近， 比较设计压力p和[p]的大小。若p小于等于[p]且较为接近，则假设的名 的大小 [p]且较为接近 义厚度δn符合要求；否则应重新假设δn 重复以上步骤， δn符合要求 δn， 义厚度δn符合要求；否则应重新假设δn，重复以上步骤，直到满足要 求为止。 求为止。
1、定义：定义与内压容器相同，取值方法不同。 定义：定义与内压容器相同，取值方法不同。 2、确定（GB150规定） 确定（GB150规定） 规定
外压容器设计压力：考虑正常工作情况下可能出现的最大内外压力差； 外压容器设计压力：考虑正常工作情况下可能出现的最大内外压力差； 真空容器设计压力：按承受外压考虑，当装有安全控制装置时（ 真空容器设计压力：按承受外压考虑，当装有安全控制装置时（如真空泄放 阀），设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1 MPa两者中的较小值；当无安 ），设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1 MPa两者中的较小值； 设计压力取1.25倍最大内外压力差或 两者中的较小值 全控制装置时， 0.1MPa； 全控制装置时，取0.1MPa； 带夹套容器:考虑可能出现最大压差的危险工况， 带夹套容器:考虑可能出现最大压差的危险工况，如内容器突然泄压而夹套内 仍有压力时所产生的最大压差。 仍有压力时所产生的最大压差。
分为两种情况： 分为两种情况： ≥20的圆筒和管子 对D0/δe≥20的圆筒和管子 这类圆筒或管子受外压时仅需进行稳定性核； 这类圆筒或管子受外压时仅需进行稳定性核； 20圆筒和管子 对Do／δe＜20圆筒和管子 失稳； 失稳；强度失效
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第4章 外压容器
4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法
二、外压圆筒的图算法
pcr = 2.59 Eδ e2 Lcr Do δ = 2.2 E e D Do / δ e o
2
Lcr = 1.17 Do D o δ e
当短圆筒与刚性圆筒的临界压力相等时
p cr = 2.59 Eδ e2 Lcr Do Do / δ e
’
=
2δ eσ st Do
Lcr =
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外压容器例题4 外压容器例题4-1
所示某一外压圆筒形塔体，工作温度为150℃ 材料为、 150℃， 【例题4-1】 如图 4-13 所示某一外压圆筒形塔体，工作温度为150℃，材料为、 例题4 普通碳素钢Q2351000mm，筒体总长为6500mm 不包括封头高）， 6500mm（ ），椭 普通碳素钢Q235-A，内径 为1000mm，筒体总长为6500mm（不包括封头高），椭 Q235 圆形封头直边高度为25 曲面深度为250mm 设计压力为0.1MPa 250mm， 0.1MPa， 圆形封头直边高度为25 mm ，曲面深度为250mm，设计压力为0.1MPa， 腐蚀裕 量取1.2mm，无安全控制装置，试计算塔体的壁厚。 量取1.2mm，无安全控制装置，试计算塔体的壁厚。 1.2mm 解：用图算法进行计算。 用图算法进行计算。 假设塔体名义厚度
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第4章 外压容器
4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法
二、外压圆筒的图算法
1、图算法的基本原理 假设：圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压，与圆环一样处于单向（周向） 假设：圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压，与圆环一样处于单向（周向） 应力状态。 应力状态。 作用下，产生的周向应力: 在Pcr 作用下，产生的周向应力: 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（ 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） 向应力时的虎克定律）为： 将长、短圆筒的p 公式分别代入应变式中， 将长、短圆筒的pcr公式分别代入应变式中，得：长圆筒临界应变 短圆筒临界应变 可以看出： 可以看出：
Do δ e
<4的圆筒和管子，应按式下式(4-10)计算系数A值: <4的圆筒和管子，应按式下式(4-10)计算系数A 的圆筒和管子 (4 计算系数
A=
(Do δ e)2
1. 1
注意：系数A>0.1时 则取A 0.1； 注意：系数A>0.1时，则取A＝0.1； A>0.1 分别按以下两式计算 [ p ]1 和 [ p ]2 ，取两者中较小值为许用外压力 [ p ] 。
[ p ]1 = 2.25 − 0.0625 B Do δ e
[ p ]2 =
c
2σ o Do δ e
1 1 − D δ o e

否则须重新假设名义厚度，重复上述步骤， 计算出的许用外压力应大于或等于 p ，否则须重新假设名义厚度，重复上述步骤， 为止。 直到 [ p ]大于且接近 pc为止。
，
1.3E δ e
σ
t s
Do / δ e
区别各类圆筒： 区别各类圆筒： 当圆筒的计算长度 为长圆筒； 当圆筒的计算长度 L≥ Lcr 时，为长圆筒； 当圆筒的计算长度 >L’ 为短圆筒； 当圆筒的计算长度 Lcr> L >L cr 时，为短圆筒； L’ 为刚性圆筒。 当L < L cr 时，为刚性圆筒。