化工设备基础 第11章 外压容器设计基础.pdfVIP

第十一章外压容器设计基础

§11.1概述

§11.2临界压力

§11.3外压容器的设计方法及要求

§11.4外压球壳与凸形封头的设计

§11.5加强圈的作用与结构

塑性材料压缩变形破坏

二、铸铁脆性材料压缩时破坏现象

细长杆的压缩稳定性问题

•失稳破坏的特点：

–杆细长；

–压缩力不绝对同轴；

–杆不绝对直；

–弯曲破坏而非压缩应力

破坏；

–瞬间突然变形，应力形

式突变；

–存在临界压力Fcr

化工容器支座的稳定性

•失稳破坏：“压弯了腿”

外压容器失稳破坏

第一节概述

外压容器：容器外部压力大于内部压力

石油、化工生产中外压操作，

例如：

石油分馏中的减压蒸馏塔、

多效蒸发中的真空冷凝器、

带有蒸汽加热夹套的反应釜

真空干燥、真空结晶设备等。

带夹套设备：夹套带正压，内层受外压

容器外压与受内压一样产生经向和环向应

力，也会发生强度破坏。然而这种情况很

少见。实践证明，外压圆筒筒内的压缩应

力经常是其数值还远远低于材料的屈服极

限时，筒壁就被压瘪或发生褶皱，在一瞬

间失去自身的形状。

这种在外压的作用下，突然发生的筒体

失去原形，即突然失去原来形状稳定性的

现象称为弹性失稳。保证壳体的稳定性是

外压容器能正常操作的必要条件。

失稳现象的实质：

外压失稳前，只有单纯的压缩应力，在

失稳时，产生了以弯曲应力为主的附

加应力。

外压容器的失稳，实际上是容器筒壁内

的应力状态由单纯的压应力平衡跃变

为主要受弯曲应力的新平衡。

二、容器失稳形式

1.侧向失稳

v由于均匀侧向外压引起失稳叫侧

向失稳。

v壳体横断面由原来的圆形被压瘪

而呈现波形，其波形数可以等于

两个、三个、四个……。

2.轴向失稳

v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。

v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

筒发生了褶绉。

3.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。

局部范围的壳体壁内的压应力突变

为弯曲应力。

本章主要讨论圆筒受均匀径向

外压时的设计问题。

第二节临界压力计算

一、临界压力Pcr：

导致筒体失稳的外压，称临界压力Pcr

临界应力：筒体在临界压力作用下，筒壁

内的环向压缩应力，以s表示。

cr

Ø外压低于P，变形在压力卸除后能恢复其

cr

原先形状，即发生弹性变形。

Ø达到或高于P时，产生的曲波形将是不

cr

能恢复的。

临界压力与哪些因素有关？

每一具体的外压圆筒结构，都客观上对应着

一个固有的临界压力值。

临界压力的大小与筒体几何尺寸、材质及结

构因素有关。

二、根据失稳情况将外压圆筒分为三类：