化工设备课件 第四节 外压容器
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◆ 图算法的步骤
利用图算法设计不同类型的圆筒其过程也有所不同， 现以Do/δe≥20的圆筒为例说明
● 确定、pc、t、C、E、L、 p、T 等s相关参数；
● 假设圆筒的名义厚度 ，n 得 e n C Do Di 2 n
● 计算 L Do , Do 的e 值；
● 在几何参数计算图上，由L/Do和Do/δe在横坐标上 找到系数A值，若L/DO大于50、用L/DO=50查图， 若L/DO小于0.05，用L/DO=0.05查图；
●根据圆筒所用材料选厚度计算图，在此图上由第（4）
步所得A值和设计温度t在纵坐标上找到系数B值，并按 下式计算许用外压力[p],即
[ p] B e
Do
若A值落在设计温度下材料线的左方，则直接用下式 计算许用外压力[p],即
● 比较
[ p] 2 EA e
3
Do
若[p]≥pc,则以上假设的 满足 n要求,否则重新假设另
第四节 外压容器
目录
1 外压容器的稳定性 2 外压薄壁容器参数确定 3 提高外压薄壁稳定性措施
第一部分 外压容器的稳定性
一、外压容器的失效形式
◆ 基本概念 ●外压容器：容器外部压力大于内部压力。
●失效：容器失去了正常的工作能力。
◆ 外压容器的失效形式
● 外压容器的失效一是强度不够而破坏，二是刚度不 足而失稳。
加强圈是焊接在圆筒外侧或内侧、且具有足够刚性的 圆环状构件。其截面形状有矩形、L形、T形、U字形、 工字形等。常用型钢制作，如扁钢、角钢、槽钢、工字 钢等。
◆ 对加强圈的要求
加强圈本身应具有足够的刚度，在外压力作用下不 会失稳，才能对圆筒起到加强作用。
◆ 加强圈的作用
A 0.125 e
● 根据圆筒所用材料选厚度计算图，R在o 此图上由第（3）
步所得A值和设计温度t在纵坐标上找到系数B值，并按
下式计算许用外压力[p],即
[ p] B e
Ro
若A值落在设计温度下材料线的左方，则直接用下式
计算许用外压力[p],即
[ p] 0.0833 E( e )2
Ro
● 比较：
● 侧向失稳
由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。
● 轴向失稳
薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷 达到某一数值时，也会丧失稳定性。
失稳，仍具有圆环截面，但破坏 了母线的直线性，母线产生了波形， 即圆筒发生了褶绉。
● 局部失稳
在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局 部外压也可能引起局部失稳。
◆ 临界压力的概念
若[p]≥pc,则以上假设的满足要求,否则重新假设另一
较大的，重复以上各步、直至满足要求为止。 对于承受外压力的锥形壳体，当半顶角α＞60o时，按
平封头计算，平盖直径取锥体的最大内直径；当α≤60o 时，按相当的外压圆筒计算，具体计算方法可参见
GB150。
第三部分 提高外压容器稳定性措施
一、加强圈的作用、结构及要求 ◆ 加强圈的结构
（2）按Do/δe≥20的方法确定系数B
（3）用下式计算许用外压力
P
min
2.25
D0
e
0.0625
B,
2 0
D0
e
1
1 D0
e
比较
若[p]≥pc,则以上假设的 n 满足要求, 否则重新假设另一较大的 n ，重复以上各步
、直至满足要求为止。
三、外压封头壁厚确定的图算法
● 液压试验
pT 1.25 p
● 气压试验
pT 1.15 p
二、圆筒壁厚确定的图算法
◆ 图解法的依据
图算法的基础是解析法，将解析法的相关公式经过分析整理，绘 制成两张图。一张图反映圆筒受外压力后，变形与几何尺寸之间的 关系，称为几何参数计算图，另一张图反映不同材质的圆筒在不同 温度下，所受外压力与变形之间关系的图，称为厚度计算图，此图 不同的材料有不同的图。
外压薄壁容器失稳是主要的失效形式。
二、外压容器的失稳与临界压力
◆ 失稳的概念
容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压 瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。 这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称弹 性失稳。
容器发生弹性失稳将使容器不能维持正常操作，造 成容器失效。
◆ 容器失稳形式
受外压力的凸形封头（半球形、椭圆形、碟形）， 利用图算法按如下步骤确定壁厚。
●假设封头的名义厚度 ，n 得 e n C
●计算 Ro e的值
对半球形封头 Ro R，i Rin 为半球形内半径； 对椭圆形RO=K1Do，K1按表4-20查取；
对碟形封头Ro=球面部分内半径。
● 计算临界应变A值
外部压力与内 部压力之差
临界压力是导致容器失稳的最小外压力。
筒体允许的工作外压应小于筒体的临界压力
Pc≤[P]=Pcr/m
◆ 影响临界压力的因素 影响临界压力的大小主要因素是筒体尺寸，
此外材料性能、质量及圆筒形状精度等对临界 压力也有一定的影响。
（1）e D0。在其他条件相同的情况下，筒壁 e 越厚，圆筒外直径越小，e D0越大，筒壁的抗 弯曲能力越强，圆筒的临界压力越高。
（2）圆筒长度。其他条件相同的情况下， 筒体短者临界压力高。封头的支撑作用
2、材料的性能、材料
圆筒的失稳不是由于强度不足引起的，而是取决 于刚度。材料弹性模量E值越大，则刚度越大， 材料抵抗变形能力越强，临界压力也就越高。
3、圆筒的形状精度
圆筒形状不精确会导致临界压力的降低。我国规 定外压容器筒体的初始椭圆度（最大直径与最 小直径之差）不能超过公称直径的0.5%，且不 大于25mm。
第二部分 外压薄壁容器壁厚确定
一、设计参数
◆ 设计外压力
对真空容器当在容器上装有安全阀时，设计外压力取 1.来自百度文库5倍的最大外、内压力差与0.1MPa二者中的小值； 当容器未装有安全阀时，设计外压力取0.1MPa，在以 上基础上考虑相应的液柱静压力，可得计算外压力Pc 。
◆ 试验压力
外压容器依然以内压力进行压力试验，其试验压力为：
一较大的 ，重 复n 以上各步、直至满足要求为止。
● 校核压力试验时圆筒的强度 。
Do/δe<20的圆筒,应同时考虑强度和稳定性
（1）计算A值
当4≤Do/δe<20时，按Do/δe≥20的方法计算 当Do/δe<4时，用下式计算A值A 1.1
(D0 e )2
计算得到的 A>0.1时，取 A=0.1
利用图算法设计不同类型的圆筒其过程也有所不同， 现以Do/δe≥20的圆筒为例说明
● 确定、pc、t、C、E、L、 p、T 等s相关参数；
● 假设圆筒的名义厚度 ，n 得 e n C Do Di 2 n
● 计算 L Do , Do 的e 值；
● 在几何参数计算图上，由L/Do和Do/δe在横坐标上 找到系数A值，若L/DO大于50、用L/DO=50查图， 若L/DO小于0.05，用L/DO=0.05查图；
●根据圆筒所用材料选厚度计算图，在此图上由第（4）
步所得A值和设计温度t在纵坐标上找到系数B值，并按 下式计算许用外压力[p],即
[ p] B e
Do
若A值落在设计温度下材料线的左方，则直接用下式 计算许用外压力[p],即
● 比较
[ p] 2 EA e
3
Do
若[p]≥pc,则以上假设的 满足 n要求,否则重新假设另
第四节 外压容器
目录
1 外压容器的稳定性 2 外压薄壁容器参数确定 3 提高外压薄壁稳定性措施
第一部分 外压容器的稳定性
一、外压容器的失效形式
◆ 基本概念 ●外压容器：容器外部压力大于内部压力。
●失效：容器失去了正常的工作能力。
◆ 外压容器的失效形式
● 外压容器的失效一是强度不够而破坏，二是刚度不 足而失稳。
加强圈是焊接在圆筒外侧或内侧、且具有足够刚性的 圆环状构件。其截面形状有矩形、L形、T形、U字形、 工字形等。常用型钢制作，如扁钢、角钢、槽钢、工字 钢等。
◆ 对加强圈的要求
加强圈本身应具有足够的刚度，在外压力作用下不 会失稳，才能对圆筒起到加强作用。
◆ 加强圈的作用
A 0.125 e
● 根据圆筒所用材料选厚度计算图，R在o 此图上由第（3）
步所得A值和设计温度t在纵坐标上找到系数B值，并按
下式计算许用外压力[p],即
[ p] B e
Ro
若A值落在设计温度下材料线的左方，则直接用下式
计算许用外压力[p],即
[ p] 0.0833 E( e )2
Ro
● 比较：
● 侧向失稳
由于均匀侧向外压引起失稳叫侧向失稳。
● 轴向失稳
薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷 达到某一数值时，也会丧失稳定性。
失稳，仍具有圆环截面，但破坏 了母线的直线性，母线产生了波形， 即圆筒发生了褶绉。
● 局部失稳
在支座或其他支承处以及在安装运输中由于过大的局 部外压也可能引起局部失稳。
◆ 临界压力的概念
若[p]≥pc,则以上假设的满足要求,否则重新假设另一
较大的，重复以上各步、直至满足要求为止。 对于承受外压力的锥形壳体，当半顶角α＞60o时，按
平封头计算，平盖直径取锥体的最大内直径；当α≤60o 时，按相当的外压圆筒计算，具体计算方法可参见
GB150。
第三部分 提高外压容器稳定性措施
一、加强圈的作用、结构及要求 ◆ 加强圈的结构
（2）按Do/δe≥20的方法确定系数B
（3）用下式计算许用外压力
P
min
2.25
D0
e
0.0625
B,
2 0
D0
e
1
1 D0
e
比较
若[p]≥pc,则以上假设的 n 满足要求, 否则重新假设另一较大的 n ，重复以上各步
、直至满足要求为止。
三、外压封头壁厚确定的图算法
● 液压试验
pT 1.25 p
● 气压试验
pT 1.15 p
二、圆筒壁厚确定的图算法
◆ 图解法的依据
图算法的基础是解析法，将解析法的相关公式经过分析整理，绘 制成两张图。一张图反映圆筒受外压力后，变形与几何尺寸之间的 关系，称为几何参数计算图，另一张图反映不同材质的圆筒在不同 温度下，所受外压力与变形之间关系的图，称为厚度计算图，此图 不同的材料有不同的图。
外压薄壁容器失稳是主要的失效形式。
二、外压容器的失稳与临界压力
◆ 失稳的概念
容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压 瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。 这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称弹 性失稳。
容器发生弹性失稳将使容器不能维持正常操作，造 成容器失效。
◆ 容器失稳形式
受外压力的凸形封头（半球形、椭圆形、碟形）， 利用图算法按如下步骤确定壁厚。
●假设封头的名义厚度 ，n 得 e n C
●计算 Ro e的值
对半球形封头 Ro R，i Rin 为半球形内半径； 对椭圆形RO=K1Do，K1按表4-20查取；
对碟形封头Ro=球面部分内半径。
● 计算临界应变A值
外部压力与内 部压力之差
临界压力是导致容器失稳的最小外压力。
筒体允许的工作外压应小于筒体的临界压力
Pc≤[P]=Pcr/m
◆ 影响临界压力的因素 影响临界压力的大小主要因素是筒体尺寸，
此外材料性能、质量及圆筒形状精度等对临界 压力也有一定的影响。
（1）e D0。在其他条件相同的情况下，筒壁 e 越厚，圆筒外直径越小，e D0越大，筒壁的抗 弯曲能力越强，圆筒的临界压力越高。
（2）圆筒长度。其他条件相同的情况下， 筒体短者临界压力高。封头的支撑作用
2、材料的性能、材料
圆筒的失稳不是由于强度不足引起的，而是取决 于刚度。材料弹性模量E值越大，则刚度越大， 材料抵抗变形能力越强，临界压力也就越高。
3、圆筒的形状精度
圆筒形状不精确会导致临界压力的降低。我国规 定外压容器筒体的初始椭圆度（最大直径与最 小直径之差）不能超过公称直径的0.5%，且不 大于25mm。
第二部分 外压薄壁容器壁厚确定
一、设计参数
◆ 设计外压力
对真空容器当在容器上装有安全阀时，设计外压力取 1.来自百度文库5倍的最大外、内压力差与0.1MPa二者中的小值； 当容器未装有安全阀时，设计外压力取0.1MPa，在以 上基础上考虑相应的液柱静压力，可得计算外压力Pc 。
◆ 试验压力
外压容器依然以内压力进行压力试验，其试验压力为：
一较大的 ，重 复n 以上各步、直至满足要求为止。
● 校核压力试验时圆筒的强度 。
Do/δe<20的圆筒,应同时考虑强度和稳定性
（1）计算A值
当4≤Do/δe<20时，按Do/δe≥20的方法计算 当Do/δe<4时，用下式计算A值A 1.1
(D0 e )2
计算得到的 A>0.1时，取 A=0.1