内压容器设计.ppt

（一）密封机理 预紧螺栓时，螺栓力通过法兰压紧面使垫片发弹性或塑性变形，从而阻止流体泄漏，当设备操作时，由于内压升起，螺栓被拉长，法兰压紧面分开，如果垫片与压紧面之间没有足够的压紧力，就不能封住流体，即为密封失效。 法兰垫片设计的两个性能参数为： 最小压紧力y 垫片系数m 第三十页，共三十一页，2022年，8月28日 （一）密封机理 a.最小压紧应力y 最小压紧应力y为预紧时，迫使垫片变形与压紧面 紧密结合，形成初始密封条件。此时垫片所必需 的最小压紧载荷。单位为Mpa b.垫片系数m 垫片系数m为操作时，达到紧密不漏时，垫片上所必须维持的比压与介质压力p的比值。 第三十一页，共三十一页，2022年，8月28日 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第一页，共三十一页，2022年，8月28日 压力容器的载荷与应力 容器设计核心问题： 研究容器在外载荷作用下，有效抵抗变形和破坏的能力，处理强度、刚度和稳定性问题，保证容器的安全性和经济性。 第二页，共三十一页，2022年，8月28日 圆筒轴向应力 假设在内压薄壁容器的应力分析图（上沿AB圆周作一截面，将圆筒分为两部分，以下部为研究对象。作用在容器内表面的介质压力，分布在圆面积；容器的切割面是一圆环面，在此圆环面上，受均匀分布的拉应力。对（b）建立平衡方程： 第三页，共三十一页，2022年，8月28日 圆筒环向应力 如内压薄壁容器的应力分析图所示，在图（b）上沿CD面再做一横截面，过圆筒轴线又再做一垂直截面，如图（c），建立水平方向的平衡条件： 第四页，共三十一页，2022年，8月28日 比较两式可知：薄壁圆筒受内压时，环向应力是轴向应力的两倍。因此，在设计过程中，如在筒体上开椭圆孔，应使其短轴与筒体的轴线平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度，使环向应力不致增加很多。筒体的纵向焊缝受力大于环向焊缝，施焊时应予以注意。 第五页，共三十一页，2022年，8月28日 压力容器的不连续分析 a. 不连续效应或边缘效应 容器由于总体结构的不连续而在连接边缘的局部 地区出现 衰减很快的应力升高现象，称为“不连续效应”或“边缘效应”。 b. 不连续应力或边缘应力 由于不连续而引起的局部应力称为“ 不连续应力” 或“边缘应力”。 第六页，共三十一页，2022年，8月28日 不连续应力的局部性和自限性 理论与实验均已证明，发生在连接边缘处的边缘应力具有局限性和自限性两个基本特性： 1．局限性—— 不同性质的联接边缘产生不同的边缘应力，但它们大多数都有明显的衰减波特性，随着离开边缘的距离增大，边缘应力迅速衰减。 2．自限性—— 由于边缘应力是两联接件弹性变形不一致，相互制约而产生的，一旦材料产生了塑性变形，弹性变形的约束就会缓解，边缘应力自动受到限制，这就是边缘应力的自限性。 　　 因此，若用塑性好的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险性。 正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般不按局部应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但对于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。 第七页，共三十一页，2022年，8月28日 内压薄壁容器的设计 圆筒和球壳的设计计算 设计参数的规定 压力实验 封头的设计计算 第八页，共三十一页，2022年，8月28日 (一)设计内容：容器应根据工艺过程要求和条件， 进行结构设计和强度设计。 结构设计 主要选择适用、合理、经济的结构 形 式，同时满足制造、检测、装配、运输和维 修的要求。 强度计算 内容包括选择容器的材料，确定主 要尺寸，满足确定、刚度和稳定性的要求，以确保容器安全可靠地运行。 第九页，共三十一页，2022年，8月28日 （二）设计方法 常规设计：又称规则设计，依据“钢制压力容器” 国家标准进行设计。该标准采用弹性失效准则，对壳体应力不作详细分析，只计算总体应力，并限制壳体的基本（薄膜）应力不超过材料的许用应力值。而由于总体结构不连续引起的附加应力，以应力增强系数引入壁厚计算。 分析设计：要求对容器的载荷做详细的分析。并根据载荷的性质进行分类，在此基础上，对不同的应力加以限制。 第十页，共三十一页，2022年，8月28日 （三）强度理论 按照强度理论，对于钢制容器适宜于采用第三、 第四强度理论，但是，第一强度理论在容器设计 历史上使用最早，有成熟的实践经验，而且由于 强度条件不同而引起的误差已考虑在安全系数内， 所以至今在容器常规设计中仍采用第一强度理论， 对于内压薄壁回转壳体，通常，第一主应力为周向应力，第二主应力经向应力，另一个主应