1、第十一章 外压容器的稳定计算,第一节 稳定的概念与实例第二节 外压圆筒环向稳定计算第三节 封头的稳定计算第四节 真空容器加强圈,第一节 稳定的概念与实例,一、外压容器的失稳,壳体横断面由原来的圆形被压瘪而呈现曲波形，其波形数可以等于两个、三个、四个。,容器失稳: 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。,二、容器失稳形式,环向失稳,环向失稳、由于均匀侧向外压引起失稳叫 (周向失稳,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。,局部失稳,在支座或其他
2、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。,三、临界压力的计算,临界压力：导致筒体失稳的外压，Pcr外压低于Pcr，变形在压力卸除后能恢复其原先形状，即发生弹性变形。达到或高于Pcr时，产生的曲波形将是不可能恢复的。,1、长圆筒,两端刚性构件对筒体中部变形不起有效支撑最容易失稳压瘪，出现波纹数n=2的扁圆形。,E-操作温度下圆筒材料的广义弹性模量， MPa,二、临界压力计算,2、 短圆筒,两端封头对筒体变形有约束作用 失稳破坏波数n2，出现三波、四波等的曲波.,3、临界长度,长圆筒短圆筒,L：筒体计算长度，指两刚性构件之间的距离；对与封头相连接的那段筒体，应计入凸形封头中的1
3、/3的凸面高度。,4、 计算长度,5、对Pcr的讨论 1）Pcr与Ps比较2）影响因素,第二节外压圆筒环向稳定计算,一、算法概述1、许可外压2、稳定计算3、设计思路二、外压容器的设计,外压圆筒的稳定计算,假设筒体的名义厚度n,计算有效厚度e；按 确定A； 据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A点位置，确定B；若A在曲线左侧，按式计算p;若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取B，计算p;比较许用外压p与设计外压p,比较许用外压p与设计外压p若pp，假设的厚度n可用，若小得过多，可将n适当减小，重复上述计算若pp，需增大初设的n ，重复上述计算，直至使pp且接近p为止。,第三节 封头的稳定计算,一、
4、外压球壳与凸型封头的稳定计算,1、外压球壳,外压球壳的稳定计算,按 确定A；据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A点位置，确定Bs；若A在曲线左侧，按式计算p;若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取Bs;计算比较许用外压p与设计外压p,比较许用外压p与设计外压p若pp，假设的厚度n可用，若小得过多，可将n适当减小，重复上述计算若pp，需增大初设的n ，重复上述计算，直至使pp且接近p为止。,2、外压凸型封头,稳定计算与球壳相同球型封头、不带折边和带折边的凸型封头与球壳相同，以球面半径代替球壳半径椭圆形封头取当量球壳半径RR=K Di， K 由长短轴比值决定，标准椭圆形封头 K =0.9,系数K,
5、二、外压带折边锥形封头,当量圆筒当量直径当量长度当量厚度,三、防止内压凸型封头失稳的规定,标准椭圆形计算厚度:不小于封头内直径的0.15。碟形封头计算壁厚：不小于封头内直径的0.15-0.3,第四节 真空加强圈,一、作用：装上一定数量的加强圈，利用圈对筒壁的支撑作用，可以提高圆筒的临界压力，从而提高其工作外压。,二、结构与材料扁钢、角钢、工字钢等,三、加强圈安装制造,加强圈可设置在容器的内部或外部。焊接或铆接，必须与筒体紧密贴合不得随意削弱或切断,加强圈可设置在容器内部或外部。连续或间断焊接，当加强圈在外面时，每侧间断焊接的总长度不应小于圆筒外圆周长的1/2；在里面，焊缝总长度不应小于内圆周长
6、度1/3。间断焊最大间距，外加强圈不能大于筒体名义厚度8倍；内加强圈不能大于筒体名义厚度12倍,四、加强圈设计间距尺寸,加强圈间距：,1、 外压圆筒加强圈间距已选定，可按上述图算法确定出筒体厚度；2、如果筒体的D0/e已确定，可从下式解出加强圈最大间距：,加强圈尺寸,组合圆环失稳时单位弧长上的作用力；组合圆环对与筒轴线平行的形心轴的轴惯性矩；组合圆环设计温度下的弹性模量；环组合圆环截面形心圆直径；,1一夹套反应釜如图示，釜体公称直径为1200mm，长度为1000mm（包括封头直边），设计压力p=5MPa，夹套内径Di=1300mm，设计压力为夹套内饱和水蒸汽压力p=4MPa，；夹套和釜体材料均
7、为16MnR，单面腐蚀裕量C2=1mm，焊缝系数=1，设计温度为250，设计出夹套筒体及夹套封头名义厚度为24mm，试设计确定釜体圆筒及标准椭圆形封头名义厚度。,分析,内筒的危险工况1、 正常操作时：内压容器 5MPa2、检修前后泄压或充压时：外压容器 4MPa （设计温度）3、夹套压力实验时：外压容器1.25P/ t （常温）,设计思路：,分为筒体和封头分别进行：1、内压强度设计n=24 mm2 、外压稳定性校核p=2.21MPaP4、夹套水压试验稳定性校核试验压力PT=1.25P/ t=5.54MPa筒体常温p=5.30MPaPT夹套水压试验时，内筒充压0.24MPa,例：一台在用压力容器
8、，原设计图样丢失，容器材质为碳钢，具体钢号不清，容器在常温下工作，经对焊接接头无损检测，未发现超标缺陷，各部分尺寸测量如下：通体内径1.6m，长度2m，壁厚11.2mm，两端均为球形封头，封头实测厚度8.3mm，介质对金属的腐蚀速率为0.2mm/a，现使用该容器至下一检验周期（6年），最高允许内压和外压分别是多大？,分析,最高允许内压按强度来确定最高允许外压按稳定性确定常温，材质按Q235-A(有温度，压力，介质，厚度等使用限制条件）有效厚度按实测厚度确定e= c-2n筒体8.8mm封头5.9mm,内压,筒体封头,外压筒体的稳定计算,计算参数 ，确定A；据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A
9、点位置，确定B；若A在曲线左侧，计算B若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取B;计算,外压球壳的稳定计算,按 确定A；据材料类别，选取相应的B-A曲线，找出A点位置，确定Bs；若A在曲线左侧，按式计算p;若A在曲线右侧，从B-A曲线上查取Bs;计算比较许用外压p与设计外压p,某反应釜，内径1400mm，工作温度5-150，工作压力1.5 MPa，釜体装安全阀，材料为，双面对接焊，全部无损检验，确定筒体和封头厚度。,假设筒体的名义厚度n；计算有效厚度e；求出临界长度Lcr，将圆筒的外压计算长度L与Lcr进行比较，判断圆筒属于长圆筒还是短圆筒；然后根据圆筒类型，选用相应公式计算临界压力 Pcr； 再选取合适的稳定性安全系数m，计算许用外压p= 比较设计压力p和p的大小。若p小于等于p且较为接近，则假设的名义厚度n符合要求；否则应重新假设n，重复以上步骤，直到满足要求为止。,
