化工设备机械基础7-内压容器设计

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d、中压反应容器(易燃或中毒介质); e、低压容器(极毒、高毒); f、中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉 g、中压搪瓷压力容器; h、使用强度级别较高的材料制造的压力容器( σb≥540MPa); i、移动式压力容器; j、球形储罐(V≥50m3); k、低温液体储存容器(V>5m3) 。
14.1.4 容器机械设计的要求:安全适用经济
(2)按压力大小
a.常压容器:p<0.1MPa b.低压容器: 0.1MPa≤p<1.6MPa c.中压容器: 1.6MPa≤p<10MPa d.高压容器: 10MPa≤p<100MPa e.超高压容器: p>100MPa
5.按容器安全监察管理( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类)
一类容器:a、非易燃或无毒介质的低压容器; b、易燃或有毒介质的低压分离器或换热器。
14 内压容器设计
• 概述 • 薄壁容器的应力分析 • 内压薄壁壳体的厚度设计 • 内压封头的厚度设计
14.1 概 述
14.1.1 化工容器定义:设备外部壳体的总称 14.1.2 容器的组成及用途
1.筒体:圆柱形、圆锥形、球形、矩形 2.封头:标准椭圆、圆形、碟形、平盖、球形 3.法兰与法兰联接:使设备可拆卸 4.开孔及接管 5.支座:悬挂式支座、支承式支座、鞍式支座 6.安全与检修:安全阀、爆破阀、手孔、人孔
以提供良好的劳动环境及维持正常操作。 其它:节约材料,便于制造,运输、安装、操作、维修方便等。
适用
(1)工艺性 (2)化学性 (3)操作性 (4)加工性
14.2 容器的受力分析
一、薄壁容器的概念
K D0 Di 2 n


1.2
Di
Di
1.2

为薄壁容器即 为厚壁容器即
二、回转薄壳的几何概念
1.回转曲面
n 0.1
Di
n 0.1
Di
一条曲线绕轴线旋转一周得到的曲面
母线:曲线称为母线
2.回转壳体
以回转曲面作为中间面具有一定厚度的壳 体,化工容器多为回转壳体
3.三个曲率半径 以中间面回转曲面为例
1. 过M点和OA轴作一平面,该平面与回 转曲面的交线称为该回转曲面的经线(如 图中的AMB)。其曲率中心一定在M点法 线上,设曲率中心点为K1,则其曲率半径, 称为M点的第一曲率半径,用R1表示。
个圆锥面与回转壳体相正交)截取的截面(锥截面)不一样,前 者不能截出壳体的真正厚度,而锥截面才能截出壳体的真实壁厚。
三、回转薄壳的应力分析
薄膜压力
(1)壳壁简化成薄膜,内压作用下均匀膨
胀,主要内力是拉力
1.薄膜应力分析
(2)压力沿着厚度方向是均匀分布的
微体在abcd上所受的外力为:F pdl1dl2
安全
(1)强度:容器抵抗外力被破坏的能力,以保证安全生产; (2)刚度:容器抵抗外力使其产生变形的能力,以防止容器在使用、
运输或安装过程中发生不允许的变形; (3)稳定性:在外力作用下维持其原有形状的能力,以防止被压瘪或
出现褶皱; (4)耐久性:容器必须保持一定的使用年限,一般为10~15年; (5)气密性:承压的或处理有毒有害介质的容器应有可靠的气密性,
0
p 2
rK 0
rdr

rK2
p
在内压的作用下,整个分离体的截面上产生内力,其值在OZ轴
上的分量为:
Q ' 2 rK1 cos
Q Q ' rK p 21 cos
1

2
prk
cos
四、薄壁容器应力分析的实例
1.圆筒形壳体
R1 , R 2 R
代入区域平衡方程得经向应力为
由微体平衡方程
1 2 p
14.1.3.容器的分类
1.按用途分类 (1)反应型 (2)分离型 (3)贮运型 (4)换热型
2.按形状分类 圆柱形、球形、矩形、圆锥形
3.按壁厚分类
a.薄壁容器: Kc

D0 Di
1.2
b.厚壁容器:高压或超高压钢制容器
Kc

D0 Di
1.2
4.按压力性质分类 (1)按内外压
a.内压容器:内部压力高于外部压力 b.外压容器:外部压力高于内部压力
bc与ad截面上的经向力为: Q1 1 dl2
ab与cd截面是的环向力为: Q2 2 dl1
经向力Q1在法线方向上的分量为:
2Q1 sin
d1
2

2Q1
d1
2

Q1
dl1 R1
环向力Q2在法线方向上的分量为:
2Q2 sin
d 2
2
2Q2
d 2
2
Q2
dl2 R2
1 dl2
几种特殊回转曲面的R1、R2、R3
(1)圆柱形,直径为D:R1=∞,R2=D/2,R3=D/2 (2)球形,直径为D:R1=D/2,R2=D/2,R3=r (3)锥形,直径为D:R1=∞,R2=r/cosɑ,R3=r (4)椭圆,x2/a2+y2/b2=1:R1、R2、R3与x、y的值有关
用与轴垂直的平面截取壳体截面(横截面)和用圆锥面(这
dl1 R1
2 dl1
dl2 R2

pdl1dl2
1 2 p R1
拉普拉 斯方程
2.经向薄膜应力分析
取宽度为dl的环带KK’则环带上受内 压p的作用而产生沿OZ轴的分力为
dQ p 2rdl cos
整个分离体上所受到的轴向力(合力)为
Q
rK dQ
二类容器:a、中压容器; b、剧毒介质的低压容器; c、内径小于1m的低压管壳或余热锅炉; d、易燃或有毒介质的低压反应容器和储运容器; e、低压搪玻璃压力容器。
三类容器:
a、高压、超高压容器; b、剧毒介质且pw×v≥200L•MPa的低压容器或剧毒介质的中压容器; c、易燃或有毒介质且pw×v≥500L•MPa的中压容器或pw×v≥500L•MPa 的中压贮运容器;
2. 过M点作曲线AMB的法平面,法平面 与回转曲面相交得到一闭合曲线ME,该 曲线在M点的曲率中心K2必在过M点的法 线MK1上。于是MK2就称为M点的第二曲 率半径,用R2表示。
纬线 以中间回转曲面看,从某点作一与 回转曲面相正交的锥形面,锥形面与回转 曲面的交线称为纬线。
3. 过M点做平面垂直于轴线,该平面必和 回转曲面有一交线,交线为圆,则曲率中 心K3必在OA轴上,曲率半径就是圆半径, 称为第三曲率半径,用R3表示 。
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