化工设备基础-第四章 王绍良 教案

标准碟形封头：球面内半径Ri?0.9Di，过渡圆弧内半径r=0.17Di， 此时M＝1.325，计算壁厚公式：

??GB150-1998规定：

1.2pcRi mmt2?????0.5pcM?1.34时,?e?0.15%DiM?1.34时,?e?0.30%Di但当确定封头厚度时，已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。

四、球冠形封头 五、锥形封头

锥形封头广泛应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的锥形壳体称为变径段。 六、平板封头

平板封头是化工设备常用的一种封头。平板封头的几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。

在各种封头中，平板结构最简单，制造就方便，但在同样直径、压力下所需的厚度最大，因此一般只用于小直径和压力低的容器。

但有时在高压容器中，如合成塔中也用平盖，这是因为它的端盖很厚且直径较小，制造直径小厚度大的凸形封头很困难。

设计公式是半经验公式，推导不要求。

?p?DcKpc mmt[?]? ?pDcpc——平板封头的计算厚度 mm ——计算直径 mm ——计算压力 MPa ——焊接接头系数

?K——结构特征系数

[?]t——材料在设计温度下的许用应力 MPa

第四节 封头的选择

一、几何方面 二、力学方面

三、制造及材料消耗方面

第五章 外压圆筒与封头的设计

本章重点：临界压力及外压圆筒的工程设计方法 本章难点：临界压力 建议学时：6学时

第一节 概述

一、外压容器的失稳 1、外压容器的定义 2、外压薄壁容器的受力

对于薄壁壳体来讲，内压薄壁圆筒受的是拉应力，即

?m?pDpD???4?，2?。而外压

薄壁圆筒所受的是压应力，这种压缩应力的数值与内压容器相同，只是改变了应力的方向，然而，正是由于方向的改变，使得外压容器失效形式与内压不同。外压容器很少因为强度不足发生破坏，常常是因为刚度不足而发生失稳。下面我们来看看失稳的定义。

3、失稳及其实质

失稳：承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一数值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸除后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的失稳（Instability）

二、容器失稳型式的分类

1、 按受力方向分为侧向失稳与轴向失稳

（容器由均匀侧向外压引起的失稳，叫侧向失稳，特点是失稳时，壳体横断面由原来的圆形变为波形，波数可以是两个、三个、四个……，如图所示）

2、 按压应力作用范围分为整体失稳与局部失稳

第二节 临界压力

一、临界压力的概念

二、影响临界压力的因素

（一） 筒体几何尺寸的影响 （二） 筒体材料性能的影响

圆筒失稳时，在绝大多数情况下，筒壁内的压应力并没有达到材料的屈服点。（是弹性失稳）故这种情况失稳与材料的屈服点无关，只与材料的弹性模数E和泊松比μ有关。材料的弹性模数E和泊松比μ越大，其抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。

但是，由于各种钢材的E和μ值相差不大，所以选用高强度钢代替一般碳素钢制造外压容器，并不能提高筒体的临界压力

（三） 筒体椭圆度和材料不均匀性的影响

1、稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或材料不均匀而引起的。无论壳体的形状多么精确，材料多么均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。

2、但是壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，使失稳提前发生。

三、长圆筒、短圆筒、钢性圆筒的定性描述

相对几何尺寸 两端边界影响 临界压力 失稳波形数 长圆筒 L/D0较大 忽略 只与Se/D0有关，2 与L/D0无关 短圆筒 L/D0较小 显著 与Se/D0有关，与L/D0有关 大于2的整数 刚性圆筒 L/D0较小Se/D0较大 不失稳 四、临界压力的理论计算公式 （一） 长圆筒

2Et??e???pcr?2?1???D0??3pcr?临界压力,MPa;?e?筒体的有效壁厚,mm;D0?筒体的外直径,mm;对钢制长圆筒,由于

??材料的泊桑比;??0.3,则有

3??e?pcr?2.2Et??D???0?