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1、第三章、31内压薄壁壳体强度计算目的要求：使学生掌握内压圆筒内压球形壳体的强度计算，以及各类厚度的 相互关系。重点难点：掌握由第一强度理论推出的内压圆筒，内压球形壳体的强度计算 公式。第三章内压薄壁容皿本章的任务就是在回转薄壁壳体应力分析的基础上，推导出内压薄壁容皿强 度计公式。本章的压力容皿设计计算公式，各种参数制造要求以及检验标准均与 GB150-1998钢制压力容皿保持一致。第一节 压内薄壁壳体强度计算一、内压圆筒为了保证圆筒受压后不破裂，根据第一强度理论应使筒体上最大应力，即 环向应力b小于等于材料在设计温度下的许用应力b ，2用公式表达：气=D b ，其中P-设计压力。1）中径（。+
2、 D也此外还应考虑到，筒体在焊接的过程中，对焊金属组织的影响以及焊接缺陷 （夹渣、气孔、未焊透等）影响缝焊的强度（使整本强度降低），所以将钢板的 许用应力乘以一个小于1的焊接接头系数，以弥补焊接可能出现的强度削弱，故 。2=穿 。，:穿 叩此外，工艺计算时通常以D做为基本尺寸，故将D = D +8代入上式： 则* b岫可解出5，同时根据GB150-1998规定，确定厚度时的压力用计算压力p c 代替。最终内压薄壁圆筒体的计算厚度5:5 = 2 ；cP ?适用：PC 3mm离合金钢制容皿8 2mmmin对标准椭圆封头（R = 0.9D;r = 0.17D的碳形封头，其有效厚度N DiXi0.15
3、%）（封头）四、各类厚度间的相互关系下面对计算厚度8，设计厚度8d，有效厚度8 e，名义厚度8n，形成厚度， 毛坏厚度作用。第三章第二节设计参数的确定目的要求：使学生初步掌握压力参数、设计温度，许用应力，焊接接头系数中，厚度附加量C的选取。重点难点：压力参数的选取以及各参数间的关系，许用应力的选取。第二节设计参数的确定由强度公式可看出，其公式内包含各种参数如：计算压力、设计压力、焊接 接头系数高计算、选取按GB1998钢制压力容皿一、确定压力参数：1、工作压力Pw：在正常工作情况下，容皿顶部可能达到的最高压力，即也称为最高工作压力。2、计算压力Pc：在相应设计温度下，计算壁厚用到压力，Pc =
4、 P + p夜（设计压力+液柱静压） 若当p夜 P （安全阀开启压力）Pz Pb （爆破压力）Pb （1.151.3）倍最高工作压力。二、温度（设计）t指容皿在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温 度。对0C以上的，t不得低于元件金属工作状态下可能达到最高温度；对0C以下的，t不得高于元件金属工作状态下可能达到最低温度；不可通过传热计算求得见表3-3许用应力卜指容皿壳体、封失等受压元件的材料用强度，根据材料各项强度性能指标分 别除以相应的标准中规定的安全系数确定。GB150给出了钢板，钢管、锻以及螺栓材料在设计温度下的许用应力，当t W20C取 20C。四、焊接接头系数甲
5、容皿都通过焊接制成，焊缝往往可能存在夹渣、气孔、裂纹等缺陷，使缝及 其热影响区的强度受到削弱，为了补偿焊接时可能出现的缺陷对强度的影响，引 入平，中=焊缝金属强度反映焊缝材料削弱程度母材金属强度对双面焊100%中=1.0 局部中=0.85单面对接接头(沿焊缝全长有紧贴基本金属)a. 100%无损检验甲=0.9b. 局部无损检验甲=0.8五、厚度附加量C确定容皿厚度时，不仅要依照强度计算公式得到，还要考虑钢材的厚度负偏 差及腐蚀裕量，即引入厚度附加最C：C=Ci+C2C1-钢板在轧制过程中可能出现比实际厚度小的情况，平重影响其强度。C2由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，需要考虑腐蚀余量。C
6、= tX中t预期的容皿使用寿命对介质为压缩气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢C2 (mm)，不锈钢腐 蚀轻微C2=0。腐蚀裕只对全面腐蚀有意义，对于局部腐蚀效果并不好。六、压力容皿的公称直径、公称压力为了便于设计和成批生产，增强零部件的互换性，降低生产成本，对化工设 备及其零部件制定了系列标准，设计时可采用标准件，标准化的基本参数是公称 直接径和公称压力。公称直径：用钢板卷制成的筒体，其公称直径近的等于内径，封失的公称直 径与筒体一致。若Di=970mm，应将其调整为最接近标准值的1000mm，这样选用公称直径 1000的各种标准零部件。公称压力：把压力容皿所能承受的压力范围公成若干个标准压力等
7、级，称公 称压力，以PN表示，选用容皿时必须将操作温度下的最高操作压力调整为整一 公称压力等级。例：3-1设计压力P=0.4MPa，设计温度t=70C，圆筒内径 Di=1000mmm，H=3000mm，盛装液体介质，液柱静压力为0.03MPa，圆筒材料16MnR。腐蚀余量C2取1.5mm，焊接接头系数中=0.85，试求该容皿的筒体厚度。1）根据设计压力P和液柱静压力P液确定计算压力PC。液柱静压力0.03uPa,已大于设计压力的5%所以应计入计算压力中。. Pc=P+P 液=0.4+0.03=0.43MPa2）求计算厚度5先假设筒体厚度为616mm，查表3-6得设计温度为70 C时许用应力=
8、170MPa，得以上参数带入式（3-2）得筒体计算厚度为：3）求设计厚度5 d4）求名义厚度S查表3-10得钢板的厚度负偏差C=0.3mm，因而可双名义厚度5n = 4mm, 但对于低合金容皿规定不包括腐蚀裕量的最小厚度5 min不应小于3mm,若如上 1.5mm的腐蚀裕量，名义厚度至少取5mm。根据钢板厚度标准规格，名义厚度5 n取6mm5）检查：5n = 6mm,bp没有变化，故取名义厚度6mm合适。第三章 第三节内压封头结构和计算目的要求：使学生熟悉凸形封头，锥形封头和平盖结构，掌握凸形封头，锥 形封头及平盖的计算重点难点：1、凸形封头的结构特点、分类2、凸形封头的结构计算第三节内压封头
9、结构计算封头按结构形状可分为：凸形封头、锥形封头、平盖封头三类，本节着重介 绍常用的这几种封头的结构和强度计算方法1、凸形封头常用的凸形封头有：半球有：半球形封头、椭圆形封头和碟形封头1、半球封头：其封头为半个球壳，其具有球壳所具有的优点（相同5下， 受力为筒体一半，相同受力下，壁厚最薄，容积表面积最小，最结省材料）但其 制造最困难。一般对于中、小直径容皿很少用它，多用于高压容皿上。分析其受力：七=七=pD其厚度（强度）计算公式也与球壳相同PcDib =4。叩一 Pc选用范围：Pc 0.6Q 叩2、椭圆封头：由半个椭圆球面和高为h的短圆筒（直边）组成，直边段作用：避免筒体与封头间环向连接焊缝处
10、出现边缘应力与热应力的叠加，改善受力情况 由于封头的椭球部分经线曲率变化非常平滑连续，故优点应力分部均匀，而且易 于冲压形型。是目前中、低压各皿中应用较广的一种封头的受力：受内压的椭圆 形封头最大原合应力bmax与椭圆封头的比值关有：（在椭圆顶点七=七=墨（b）PaPaa、赤道处：气=5b2 = 25（2b）工程上对a/b=1.02.6的椭圆形封头，引入形状系数K，由此得到封头受最大综合应力：式中K一椭圆形封头形状系数K值可根据a/b * Di/2hi按P64表3-18查由第一强度理论：b bt并考虑焊接系数：K 10%Di,且,35）在建立其厚度公式时，引入形状系数M，得到碟形M MPcRi
11、 o =2b 叩0.5 Pcm 1 Ri、M =（并 ）4 r值M的选取可P65表3-19碟形封头的最大允许工作应力（与标准封头比，碟形封头厚增加33%，笨重不经济）例：3-3,为例3-2中储罐设计合适的凸形封头，封头材料与筒体一致，选16MnR，P=2.5uPa,操作温度-544C，内径Di=1200mm，焊接封头系数甲=0.85，许用应 c力b t = 170MPa 腐蚀裕量 C2 = 1mm ；解：分别算各类封头的强度和经济合理性进行比较1）半球球封头则0d =b+ q= 6.71mm查表 3-10 得钢板厚度负偏差 C=0.60 n = 0 d + C =8mm12）椭圆形封头（取标准椭圆封头K=1）则0 d = 10
