For personal use only in study andresearch; not for commercial use第七章外压容器设计莀第一节 外压容器设计袇【学习目标】 掌握外压容器稳定性概念，了解加强圈设置规定；掌握外压圆筒、封头、 加强圈的设计计算；掌握外压容器压力试验规定芃一、外压容器的稳定性肃容器在正常操作时，凡壳体外部压力高于内部者，均称为外压容器，这类容器有两种： 真空容器；两个压力腔的夹套容器蒈但是对于薄壁容器，承受外压作用时，往往在强度条件能够满足、应力远低于材料屈 服强度的情况下，容器有可能因为不能保持自己原有的形状而出现扁塌，这种现象称为结构 丧失了稳定性，即失稳失稳是由于外压容器刚度不足而引起的，因此，保证容器有足够的 稳定性（刚度）是外压容器能够正常工作的必要条件，也是外压容器设计中首先应该考虑的 问题莆按圆筒的破坏情况，外压圆筒可分为长圆筒、短圆筒和刚性圆筒三类羄长圆筒刚性最差，最易失稳，失稳时呈现两个波形短圆筒刚性较好，失稳时呈现两 个以上的波形刚性圆筒具有足够的稳定性，破坏时属于强度失效膄 1 、临界压力袁外压容器由原平衡状态失去稳定性而出现扁塌时对应的压力称之为临界压力 （Per）。
影响临界压力的因素有：聿①圆筒的几何尺寸螄况D （壁厚与直径的比值）、L/D （长度与直径的比值）是影响外压圆筒刚度的两个重 要参数况D的值越大，圆筒刚度越大，临界压力 Per值也越大；L/D的值越大，圆筒刚度越小，临界压力Per也越小羁②材料的性能罿材料的弹性模量E值和泊松比M直对临界压力有直接影响，但是这两个值主要由材料 的合金成分来决定，对已有材料而言无法改变，因此讨论弹性模量 E值和泊松比□值的影响意义不大葿③圆筒的不圆度蒅圆筒的不圆度会影响圆筒抵抗变形的能力，降低临界压力 Per，因此在圆筒制造过程中要控制不圆度羃2、许用外压力莁与内压容器强度设计要取安全系数类似，外压容器刚度设计也要设定稳定系数，我国 标准规定外压容器稳定系数 m=3，故许用外压力Ip 1 - per 3袈二、外压圆筒的计算长度芅外压圆筒的计算长度对许用外压值影响很大从理论上说，计算长度的选取应是判断在 该圆筒长度的两端能否保持足够的约束，使其真正能起支撑线的作用，从而在圆筒失稳时仍 能保持圆形，不致被压塌肄支撑线系指该处的截面有足够的惯性矩，不致在圆筒失稳时也出现失稳现象蒀圆筒计算长度，应取圆筒上两相邻支撑线之间的距离，见图 7-1。
芇三、加强圈的设置羅GB150.3第4章“外压圆筒和外压球壳”对加强圈的设置做出了规定袂1 、加强圈可设置在容器的内部或外部， 应整圈围绕在圆筒的圆周上 加强圈两端的接合 形式应按图 7-2 中 A 、 B 所示袂2、容器内部的加强圈，若布置成图 7-2中C、D、E或F所示之结构时，则应取具最小 惯性矩的截面进行计算螇3、在加强圈上需要留出如图 7-2中D、E及F所示的间隙时，则不应超过图 7-3规定的 弧长，否则须将容器内部和外部的加强圈相邻两部分之间接合起来，采用如图 7-2中C所示的结构但若能同时满足以下条件者可以除外：螆a）每圈只允许一处无支撑的壳体弧长；羃b）无支撑的壳体弧长不超过 90°圆周；羀c）相邻两加强圈的不受支撑的圆筒弧长相互交错 180°;蚆d）圆筒计算长度 L应取下列数值中的较大者：羆——相间隔加强圈之间的最大距离；蒄——从封头切线至第二个加强圈中心的距离再加上 1/3 封头曲面深度蕿图 7-2 外压容器加强圈的各种布置图莀4、 容器内部的构件如塔盘等，若设计成起加强作用时，也可作加强圈用螆 5、加强圈与圆筒之间可采用连续的或间断的焊接， 当加强圈设置在容器外面时， 加强圈每侧间断焊接的总长，应不少于圆筒外圆周长的 1/2 ，当设置在容器里面时，应不小于圆筒 内圆周长的 1/3 。
焊脚尺寸不得小于相焊件中较薄件的厚度节间断焊缝的布置与间距可参照图 7-4 所示的型式，间断焊缝可以相互错开或并排布置最大间隙t，对外加强圈为8洛，对内加强圈为12#羁图 7-3 圆筒上加强圈允许的间断弧长值蒇四、外压圆筒的稳定性校核莃GB150.3第4章“外压圆筒和外压球壳”规定了外压圆筒的稳定性校核计算肀432 D o/ S e> 20的圆筒膈4.321 确定外压应变系数 A羃根据L/D和D/ S e由图4-2或表4-2查取外压应变系数 A值莄4.322 确定外压应力系数 B蒂按所用材料，查表 4-1确定对应的外压应力系数 B曲线图蚈4.3.2.3 确定许用外压力Lpl蚄计算得到的〔p应大于或等于pc，否则须调整设计参数，重复上述计算，直到满足设计 要求膂433 D o/ S eV 20的圆筒（略）薀五、外压封头的计算肇1、外压球壳的计算蒄GB150.3第4章“外压圆筒和外压球壳”规定了外压球壳的计算芃4.4.1 确定外压应变系数 A虿根据RO 3 e,用式（4-5 ）计算系数A值：蒆4.4.2 确定外压应力系数 B膄按所用材料，查表 4-1确定对应的外压应力系数 B曲线图，由A值查取B值（遇中间值用内插法）；芅4.4.3 确定许用外压力 p I肁根据B值，按式（4-6 ）计算许用外压力Ip 1值：羆计算得到的Ip应大于或等于pc，否则须调整设计参数，重复上述计算，直到满足设计 要求。
羅2、受外压（凸面受压）椭圆形封头的计算肂GB150.3第5章“封头”规定了受外压（凸面受压）椭圆形封头的计算腿以下内容摘选自 GB150.3第5章“封头”蕿5.3.3 凸面受压椭圆形封头的厚度计算应采用本部分第 4章外压球壳设计方法，其中 R）为椭圆形封头的当量球壳外半径， R）=KD）O蚅Ki――由椭圆形长短轴比值决定的系数，见表 5-2 o膃3、其他型式外压封头蒂六、外压圆筒加强圈的计算螆GB150.3第4章“外压圆筒和外压球壳”规定了外压圆筒加强圈的计算肃4.5.1.1 惯性矩计算蚈选定加强圈材料与截面尺寸，计算其横截面积 As和加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩Is；圆筒有效段系指在加强圈中心线两侧有效宽度各为 0.55 D0-：e的壳体莈若加强圈中心线两侧圆筒有效宽度与相邻加强圈的圆筒有效宽度相重叠，则该圆筒的有 效宽度中相重叠部分每侧按一半计算膆4.5.1.2 确定外压应力系数 B袄按式（4-7 ）计算B值：螀 B = ——PcDo （ 4-7）6 +（A / Ls ）蒆4.5.1.3 确定外压应变系数 A薅a）按所用材料，查表 4-1确定对应的外压应力系数 B曲线图，由B值查取A值（遇中间值用内插法）；薄b）若B值超出设计温度下曲线的最大值，则取对应温度下曲线的右端点的纵坐标值为 A值；螁c）若B值小于设计温度下曲线的最小值，则按式（ 4-8 ）计算A值：八 3B 蝿A 厂 （4-8）2E'肄4.5.1.4 确定所需的惯性矩I莄按式（4-9 ）计算加强圈与圆筒组合段所需的惯性矩 I值：(4-9 )D汇、e As/Ls A10.9羇Is应大于或等于I，否则须另选一具有较大惯性矩的加强圈，重复上述步骤，直到 Is大于且接近I为止。
蒄第二节外压容器计算示例肅【学习目标】 在学习外压容器稳定性及外压容器图算法设计的基础上，通过外压容器计算示例，掌握外压容器的刚度设计蚀计算示例艿真空分馏塔的内径2000mm，筒体长度为6000mm，采用标准椭圆形封头筒体、封头拟 用8mm、Q345R钢板制造，技术参数见下表，试设计该塔体加强圈腿技术参数表设计外压力设计温度塔体材料封头材料焊接接头系数腐蚀裕量-0.1 MPa200 CQ345RQ345R0.85 （局部检测）2mm仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquement a des fins personnelles; pas fins commerciales.to员bko g^A.nrogeHKO TOpMeno^b3ygoiflCH6yHeHuac^ egoB u HHuefigo^^HM ucno 员 B30BaTbCE b KOMMepqeckux qe 员 ex. 以下无正文 For personal use only in study and research; not for commercial use。