1、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章第一章 靜力分析靜力分析第二章第二章 直桿的拉伸與壓縮直桿的拉伸與壓縮第三章第三章 直梁的彎曲直梁的彎曲第四章第四章 應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論第五章第五章 化工設(shè)備用材料化工設(shè)備用材料第六章第六章 化工設(shè)備設(shè)計(jì)概論化工設(shè)備設(shè)計(jì)概論第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析第八章第八章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)第九章第九章 外壓薄壁圓筒與封頭的設(shè)計(jì)外壓薄壁圓筒與封頭的設(shè)計(jì)第十章第十章 容器零部件容器零部件第十一章第十一章 塔設(shè)備設(shè)計(jì)塔設(shè)備設(shè)計(jì)第一章第一章 靜力分析（剛體）靜力分析（剛體）l1.力的概

2、念及性質(zhì)：力的概念及性質(zhì)：l力：物體之間的相互機(jī)械作用力：物體之間的相互機(jī)械作用；效應(yīng)效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變；產(chǎn)生變形產(chǎn)生變形。l力的成對(duì)性力的成對(duì)性( (作用力與反作用力作用力與反作用力) )；二力平衡條件；二力平衡條件（二力構(gòu)（二力構(gòu)件及二力桿）件及二力桿）；力的可傳性；力的可傳性； 力的可合性和可分解性力的可合性和可分解性（三（三力匯交平衡定理）力匯交平衡定理）；l2.約束與約束反力約束與約束反力l柔軟體、光滑面、圓柱鉸鏈支座（固定，活動(dòng)）、固定端柔軟體、光滑面、圓柱鉸鏈支座（固定，活動(dòng)）、固定端l3.受力圖受力圖l取分離體取分離體(分析對(duì)象分析對(duì)象)，解除約束，在被約

3、束處代之以約束，解除約束，在被約束處代之以約束反力；畫上主動(dòng)力。反力；畫上主動(dòng)力。第一章第一章 靜力分析（剛體）靜力分析（剛體）l4.平面匯交力系的平衡條件平面匯交力系的平衡條件解析法解析法l4.1 合力投影定理：合力投影定理：力系的合力在某一軸上的投影，等于該力系中的力系的合力在某一軸上的投影，等于該力系中的各力在同一軸上投影的代數(shù)和。各力在同一軸上投影的代數(shù)和。 l4.2 平面匯交力系平衡的充要條件是合力為零平面匯交力系平衡的充要條件是合力為零： Fx=0 & Fy =0l4.3 平面匯交力系平衡問題的求解步驟：平面匯交力系平衡問題的求解步驟：l 根據(jù)題意，選取適當(dāng)?shù)臉?gòu)件作為研究對(duì)

4、象，并解除約束，使之成根據(jù)題意，選取適當(dāng)?shù)臉?gòu)件作為研究對(duì)象，并解除約束，使之成為分離體，分離體可以為一個(gè)構(gòu)件，也可以是幾個(gè)構(gòu)件的組合，甚為分離體，分離體可以為一個(gè)構(gòu)件，也可以是幾個(gè)構(gòu)件的組合，甚至是整個(gè)物體。至是整個(gè)物體。l 對(duì)分離體進(jìn)行受力分析，正確畫出受力圖。對(duì)分離體進(jìn)行受力分析，正確畫出受力圖。【注意【注意】根據(jù)約束的性質(zhì)確定約束反力的方向，若約束反力的指向預(yù)先不能根據(jù)約束的性質(zhì)確定約束反力的方向，若約束反力的指向預(yù)先不能確定可以任意假定，然后再根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正或負(fù)值，確定約束反力的實(shí)際確定可以任意假定，然后再根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正或負(fù)值，確定約束反力的實(shí)際指向，要會(huì)判斷，要注意作用力與反作用

5、力的關(guān)系，會(huì)正確運(yùn)用三力平衡匯指向，要會(huì)判斷，要注意作用力與反作用力的關(guān)系，會(huì)正確運(yùn)用三力平衡匯交定理。交定理。l 建立坐標(biāo)系，列平衡方程。建立坐標(biāo)系，列平衡方程。坐標(biāo)軸選取時(shí)應(yīng)使投影計(jì)算方便，一般應(yīng)使坐標(biāo)軸與較多的力平行或垂直。坐標(biāo)軸選取時(shí)應(yīng)使投影計(jì)算方便，一般應(yīng)使坐標(biāo)軸與較多的力平行或垂直。平衡方程最好只含一個(gè)未知量，以避免解聯(lián)立方程。平衡方程最好只含一個(gè)未知量，以避免解聯(lián)立方程。 第一章第一章 靜力分析（剛體）靜力分析（剛體）l5.平面力偶系的合成與平衡條件平面力偶系的合成與平衡條件l力矩：力矩：度量力轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的物理量度量力轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的物理量；符號(hào)規(guī)定；符號(hào)規(guī)定（逆時(shí)針：正）（逆時(shí)針：正）

6、l力偶：力偶：大小相等、方向相反、作用線不重合的兩平行力組成的力系大小相等、方向相反、作用線不重合的兩平行力組成的力系l力偶矩：力偶矩：力力F和力偶臂的乘積和力偶臂的乘積Fh來度量力偶引起的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)來度量力偶引起的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)l力偶性質(zhì)：力偶性質(zhì)：無合力無合力、轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)與矩心位置無關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)與矩心位置無關(guān)、等效性；等效性；l平面力偶系合成平面力偶系合成：一平面內(nèi)的多個(gè)力偶可以合成為一個(gè)合力偶，其一平面內(nèi)的多個(gè)力偶可以合成為一個(gè)合力偶，其合力偶矩等于原力偶系中各力偶矩的代數(shù)和合力偶矩等于原力偶系中各力偶矩的代數(shù)和；l平衡條件：平衡條件：力偶系中各力偶矩的代數(shù)和等于零力偶系中各力偶矩的代數(shù)和等于零 m

7、i =0第一章第一章 靜力分析（剛體）靜力分析（剛體）l6.平面一般力系的合成與平衡條件平面一般力系的合成與平衡條件l力的平移定理力的平移定理：作用在物體上某點(diǎn)的力，可以平行移動(dòng)到作用在物體上某點(diǎn)的力，可以平行移動(dòng)到該物體上的任意一點(diǎn)該物體上的任意一點(diǎn)A，但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶，這個(gè)，但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶，這個(gè)附加力偶的力偶矩等于原力對(duì)點(diǎn)附加力偶的力偶矩等于原力對(duì)點(diǎn)A之矩。之矩。l平衡條件：平衡條件：主矢和力系對(duì)其作用面內(nèi)任一點(diǎn)的主矩均為零主矢和力系對(duì)其作用面內(nèi)任一點(diǎn)的主矩均為零 l基本形式：基本形式：Fx=0，F(xiàn)y=0，Mo(F)=0l二矩式方程：二矩式方程：Fx=0，MA=0，MB=0注

8、意注意A、B是平面內(nèi)的任意兩個(gè)點(diǎn)，但是平面內(nèi)的任意兩個(gè)點(diǎn)，但A、B兩點(diǎn)的連線不能兩點(diǎn)的連線不能垂直于垂直于x軸。軸。l三矩式方程：三矩式方程： MA=0，MB=0，MC=0注意注意 A、B、C是平面內(nèi)不共線的三個(gè)任意點(diǎn)。是平面內(nèi)不共線的三個(gè)任意點(diǎn)。第一章第一章 靜力分析（剛體）靜力分析（剛體）l例題例題圖示結(jié)構(gòu)由曲梁圖示結(jié)構(gòu)由曲梁ABCDABCD及桿及桿CECE、BEBE和和GEGE構(gòu)成，構(gòu)成，A A、B B、C C、E E、G G均為鉸接。已知均為鉸接。已知F=20kNF=20kN，均布載荷，均布載荷q=10kNq=10kNm m，M=20kNmM=20kNm，a=2ma=2m。試求。試求A

9、 A、G G處的反力及桿處的反力及桿BEBE、CECE所受之力。所受之力。AGEBCDFMqaaaa分析：分析：未知數(shù)與平衡方程數(shù)未知數(shù)與平衡方程數(shù)BE與與CE為二力桿為二力桿第一章第一章 靜力分析（剛體）靜力分析（剛體）l解解: :l(1)(1)分別取分別取ABCDABCD與與GEGE為分離體，畫出圖示受為分離體，畫出圖示受力圖；力圖；l(2)(2)列平衡方程：列平衡方程：lMA=0 lMG=0 l聯(lián)立方程組求解可得聯(lián)立方程組求解可得BE、CE受力受力l構(gòu)件構(gòu)件ABCDABCD列力平衡方程可求列力平衡方程可求A A點(diǎn)約束反力點(diǎn)約束反力lFx=0 lFy=0 l構(gòu)件構(gòu)件GEGE列力平衡方程可求

10、列力平衡方程可求G G點(diǎn)約束反力點(diǎn)約束反力lFx=0 lFy=0 AGEBCDFMqNBENBENCENCENGyNAyNGxNAx第二章第二章 拉伸與壓縮拉伸與壓縮(變形體桿變形體桿)l1.桿件的基本變形桿件的基本變形l拉伸或壓縮拉伸或壓縮 、彎曲、剪切、彎曲、剪切、 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)l2.內(nèi)力的概念內(nèi)力的概念l工程力學(xué)上把構(gòu)件不受外力作用時(shí)的內(nèi)力看作是零，而把外力工程力學(xué)上把構(gòu)件不受外力作用時(shí)的內(nèi)力看作是零，而把外力作用后引起的作用后引起的內(nèi)力變化量?jī)?nèi)力變化量（附加內(nèi)力）。內(nèi)力可以是力，也可（附加內(nèi)力）。內(nèi)力可以是力，也可以是力偶。以是力偶。 l截面法求內(nèi)力截面法求內(nèi)力l 在所求內(nèi)力的截面處，假想

11、地用一平面將桿件切成兩段；在所求內(nèi)力的截面處，假想地用一平面將桿件切成兩段；l 取任一段為研究對(duì)象，而把另一段對(duì)該段的作用以內(nèi)力代替，取任一段為研究對(duì)象，而把另一段對(duì)該段的作用以內(nèi)力代替，并在截面上畫出，使其與作用在該段上的外力相平衡；并在截面上畫出，使其與作用在該段上的外力相平衡；l 利用靜力平衡方程求解內(nèi)力。利用靜力平衡方程求解內(nèi)力。l 畫軸力圖畫軸力圖第二章第二章 拉伸與壓縮拉伸與壓縮(變形體桿變形體桿)l3.軸向拉壓時(shí)的應(yīng)力軸向拉壓時(shí)的應(yīng)力l應(yīng)力：應(yīng)力：就是指作用在單位面積上的內(nèi)力值，它表示內(nèi)力在某點(diǎn)處就是指作用在單位面積上的內(nèi)力值，它表示內(nèi)力在某點(diǎn)處的集度。（的集度。（Nm2）帕）帕

12、(Pa)、兆帕（、兆帕（MPa） l正應(yīng)力正應(yīng)力：垂直于橫截面的應(yīng)力分量，用：垂直于橫截面的應(yīng)力分量，用表示；表示；拉為正拉為正l剪應(yīng)力剪應(yīng)力：平行于橫截面的應(yīng)力分量，用：平行于橫截面的應(yīng)力分量，用表示。表示。順時(shí)針為正順時(shí)針為正l4. 拉壓時(shí)的強(qiáng)度條件拉壓時(shí)的強(qiáng)度條件l 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核l設(shè)計(jì)截面尺寸設(shè)計(jì)截面尺寸l確定許可載荷確定許可載荷ANmaxANNAAN第二章第二章 拉伸與壓縮拉伸與壓縮(變形體桿變形體桿)l5. 虎克定律虎克定律l基本形式基本形式：直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)，若其橫截面上的應(yīng)力未超：直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)，若其橫截面上的應(yīng)力未超過某一限度時(shí)，則縱向應(yīng)變與正應(yīng)力成正比過某一

13、限度時(shí)，則縱向應(yīng)變與正應(yīng)力成正比 =E=E l導(dǎo)出形式導(dǎo)出形式：彈性范圍內(nèi)，直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)，則直桿的絕：彈性范圍內(nèi)，直桿受軸向拉伸或壓縮時(shí)，則直桿的絕對(duì)變形與軸力及桿長(zhǎng)成正比，而與桿的橫截面面積對(duì)變形與軸力及桿長(zhǎng)成正比，而與桿的橫截面面積A成反比。成反比。EANll 第二章第二章 拉伸與壓縮拉伸與壓縮(變形體桿變形體桿)l6. 低碳鋼拉伸機(jī)械性能曲線低碳鋼拉伸機(jī)械性能曲線l彈性階段：彈性階段：l比例極限比例極限p ；彈性極限彈性極限e l屈服階段：屈服階段：屈服極限，屈服極限，s l強(qiáng)化階段：強(qiáng)化階段：強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b l頸縮階段頸縮階段 l7. 低碳鋼主要機(jī)械性能低碳鋼主要機(jī)械性能

14、l強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)l屈服極限屈服極限sl強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限bl彈性指標(biāo)：彈性指標(biāo)：El塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)l材料的延伸率材料的延伸率 l斷面收縮率斷面收縮率 %100ll%100AAA1第三章第三章 彎曲彎曲( (梁梁) )l1. 平面彎曲平面彎曲l定義：定義：梁上所有外力和外力偶均作用在由梁對(duì)稱軸和梁的梁上所有外力和外力偶均作用在由梁對(duì)稱軸和梁的軸線組成的對(duì)稱平面內(nèi)，則梁變形時(shí)，它的軸線將在此縱軸線組成的對(duì)稱平面內(nèi)，則梁變形時(shí)，它的軸線將在此縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)彎曲成一條曲線。向?qū)ΨQ平面內(nèi)彎曲成一條曲線。l梁的載荷種類梁的載荷種類l集中載荷集中載荷Q l分布載荷分布載荷 ql集中力偶集中力偶 Ml梁的分

15、類梁的分類l簡(jiǎn)支梁：簡(jiǎn)支梁：一端為固定鉸鏈支座，另一端為活動(dòng)鉸鏈支座的梁。一端為固定鉸鏈支座，另一端為活動(dòng)鉸鏈支座的梁。l外伸梁：外伸梁：簡(jiǎn)支梁的一端或兩端伸出支座以外的梁簡(jiǎn)支梁的一端或兩端伸出支座以外的梁l懸臂梁：懸臂梁：一端固定，另一端自由的梁稱為懸臂梁。一端固定，另一端自由的梁稱為懸臂梁。第三章第三章 彎曲彎曲( (梁梁) )l2. 梁的內(nèi)力梁的內(nèi)力l剪力：剪力：截面被剪斷的趨勢(shì)截面被剪斷的趨勢(shì)，剪力大小等于這個(gè)截面之左（或右）所有，剪力大小等于這個(gè)截面之左（或右）所有外力的代數(shù)和；外力的代數(shù)和；l彎矩：彎矩：梁的橫截面產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)而彎曲的趨勢(shì)，梁的橫截面產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)而彎曲的趨勢(shì)，梁的任一截面之

16、左（或右）梁的任一截面之左（或右）所有外力（包括力偶）對(duì)該截面形心之矩的代數(shù)和。所有外力（包括力偶）對(duì)該截面形心之矩的代數(shù)和。l【重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)【重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)】一般在所求內(nèi)力的橫截面上把內(nèi)力（一般在所求內(nèi)力的橫截面上把內(nèi)力（Q、M）假設(shè)為正號(hào)）假設(shè)為正號(hào)。如果計(jì)算結(jié)果為正值，則表示假設(shè)的內(nèi)力方向（轉(zhuǎn)向）是正確的，求如果計(jì)算結(jié)果為正值，則表示假設(shè)的內(nèi)力方向（轉(zhuǎn)向）是正確的，求得的得的Q、M即為正的剪力和正的彎矩。即為正的剪力和正的彎矩。第三章第三章 彎曲彎曲( (梁梁) )l典型力學(xué)參量中的符號(hào)規(guī)定典型力學(xué)參量中的符號(hào)規(guī)定第三章第三章 彎曲彎曲( (梁梁) )l3. 梁的剪力圖與彎矩圖梁的剪力圖與彎矩圖l

17、剪力圖剪力圖：描繪剪力：描繪剪力Q沿梁軸線沿梁軸線x變化規(guī)律的圖形；變化規(guī)律的圖形；l彎矩圖彎矩圖：描繪彎矩：描繪彎矩M沿梁軸線沿梁軸線x變化規(guī)律的圖形。變化規(guī)律的圖形。l剪力圖與彎矩圖的做法剪力圖與彎矩圖的做法：l求梁的支座反力；求梁的支座反力；l分段列出剪力方程和彎矩方程；分段列出剪力方程和彎矩方程；l畫圖：選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸詸M截面位置畫圖：選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸詸M截面位置x為橫坐標(biāo)，以剪力為橫坐標(biāo)，以剪力Q或彎或彎矩矩M為縱坐標(biāo)，按所列方程分段畫出為縱坐標(biāo)，按所列方程分段畫出Q圖或圖或M圖。圖。l規(guī)定規(guī)定一般將正的剪力或正的彎矩畫在一般將正的剪力或正的彎矩畫在x軸的上方，負(fù)的剪力或負(fù)的軸

18、的上方，負(fù)的剪力或負(fù)的彎矩畫在彎矩畫在x軸的下方。軸的下方。第三章第三章 彎曲彎曲( (梁梁) )l例題例題已知梁的載荷已知梁的載荷F=10kNF=10kN，q=10kNq=10kNm m，b=1mb=1m，a=0.4ma=0.4m，列出梁的剪力、彎矩方程，列出梁的剪力、彎矩方程，并做出剪力、彎矩圖。并做出剪力、彎矩圖。 l解：解： 畫受力圖，列平衡方程，求支反力；畫受力圖，列平衡方程，求支反力；lN NB B=1kN=1kNlNc=19 kNNc=19 kNl 利用截面法分別列出利用截面法分別列出ACAC、CBCB段的剪力和彎段的剪力和彎矩方程；矩方程；lACAC段：段：Q(X)=-10Q(

19、X)=-10l M(X)=-10X (0X0.4) M(X)=-10X (0X0.4)lCBCB段：段：Q(X)=13-10XQ(X)=13-10Xl M(X)=-5X M(X)=-5X2 2 + 13X - 8.4 (0.4X1.4)+ 13X - 8.4 (0.4686)(HBW686)，是一種較粗而硬的組織。，是一種較粗而硬的組織。l(6)(6)馬氏體馬氏體(M)(M)l鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷( (淬火淬火) )下來，得到一種碳原下來，得到一種碳原子在子在-Fe-Fe鐵中鐵中過飽和的固溶體過飽和的固溶體，稱為馬氏體，以，稱為馬氏體，以M M表示。表示。馬氏體

20、組織有很高的硬度，而且硬度隨著含碳量的增大而馬氏體組織有很高的硬度，而且硬度隨著含碳量的增大而提高。馬氏體很脆，延展性很低，幾乎不能承受沖擊載荷。提高。馬氏體很脆，延展性很低，幾乎不能承受沖擊載荷。馬氏體由于碳原子過飽和，所以不穩(wěn)定，加熱后容易分解馬氏體由于碳原子過飽和，所以不穩(wěn)定，加熱后容易分解或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織。或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織。3.鋼鐵的組織結(jié)構(gòu)及熱處理鋼鐵的組織結(jié)構(gòu)及熱處理l3.2 3.2 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖l鐵碳合金狀態(tài)圖是描繪鐵碳合金內(nèi)部組織、成分鐵碳合金狀態(tài)圖是描繪鐵碳合金內(nèi)部組織、成分( (含碳量含碳量) )與溫與溫度關(guān)系的圖形。它能顯示出不同含碳量的鋼和鑄鐵在緩慢加熱度關(guān)

21、系的圖形。它能顯示出不同含碳量的鋼和鑄鐵在緩慢加熱或冷卻過程中組織變化的規(guī)律，是研究鋼鐵組織與性能的基礎(chǔ)。或冷卻過程中組織變化的規(guī)律，是研究鋼鐵組織與性能的基礎(chǔ)。3.鋼鐵的組織結(jié)構(gòu)及熱處理鋼鐵的組織結(jié)構(gòu)及熱處理l3.3 3.3 鋼的熱處理鋼的熱處理l鋼鐵在固態(tài)下通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織，滿鋼鐵在固態(tài)下通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織，滿足所要求的物理、化學(xué)與力學(xué)性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。足所要求的物理、化學(xué)與力學(xué)性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。l退火：退火：是把工件加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐一起緩是把工件加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐一

22、起緩慢冷卻下來，以得到接近平衡狀態(tài)組織慢冷卻下來，以得到接近平衡狀態(tài)組織（壓力容器制造完成后常用來（壓力容器制造完成后常用來消除焊接殘余應(yīng)力）消除焊接殘余應(yīng)力）l正火正火：正火是將工件加熱至臨界點(diǎn)以上正火是將工件加熱至臨界點(diǎn)以上30305050，并保溫一段時(shí)間，并保溫一段時(shí)間，然后將工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來。正火的冷卻速度要比退然后將工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來。正火的冷卻速度要比退火的快一些，因而晶粒更細(xì)化。火的快一些，因而晶粒更細(xì)化。 l【說明【說明】退火和正火的作用相似，可以降低硬度，提高塑性；調(diào)退火和正火的作用相似，可以降低硬度，提高塑性；調(diào)整組織，部分改善力學(xué)性能；使組織

23、均勻化，消除部分內(nèi)應(yīng)力。整組織，部分改善力學(xué)性能；使組織均勻化，消除部分內(nèi)應(yīng)力。 l淬火：淬火：淬火是將鋼加熱至淬火溫度臨界點(diǎn)以上淬火是將鋼加熱至淬火溫度臨界點(diǎn)以上3050，并保溫，并保溫一定時(shí)間，然后在淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的熱處理工藝。一定時(shí)間，然后在淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的熱處理工藝。 l回火：回火：回火是在零件淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理回火是在零件淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝。工藝。第六章第六章 化工設(shè)備設(shè)計(jì)概述化工設(shè)備設(shè)計(jì)概述l1. 容器的分類容器的分類l按容器的作用原理按容器的作用原理l 反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)設(shè)備l 換熱設(shè)備換熱設(shè)備l 分離設(shè)備分離

24、設(shè)備l 貯運(yùn)設(shè)備貯運(yùn)設(shè)備l按承壓高低分類按承壓高低分類l常壓容器：常壓容器：p 0.1 MPal低壓容器：低壓容器：0.1p 1.6 MPal中壓容器：中壓容器：1.6p 10 MPal高壓容器：高壓容器：10p 100 MPal超高壓容器：超高壓容器：100 MPa pl按綜合安全管理分類按綜合安全管理分類 lI類容器類容器II類容器類容器III類容器類容器 第六章第六章 化工設(shè)備設(shè)計(jì)概述化工設(shè)備設(shè)計(jì)概述l2. 我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)常用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)常用的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)l特種設(shè)備安全監(jiān)察條例特種設(shè)備安全監(jiān)察條例20032003年國(guó)務(wù)院頒布實(shí)施年國(guó)務(wù)院頒布實(shí)施l壓力容器安全技術(shù)壓力容器安

25、全技術(shù)監(jiān)察監(jiān)察規(guī)程規(guī)程19991999版版l鋼制壓力容器鋼制壓力容器GB150G鋼制化工容器制造技術(shù)條件鋼制化工容器制造技術(shù)條件l3. 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 l強(qiáng)度強(qiáng)度、 剛度剛度、 穩(wěn)定性穩(wěn)定性、 耐久性耐久性、 密封性密封性、 節(jié)省材料和便于制造節(jié)省材料和便于制造、方便操作方便操作和便于運(yùn)輸、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理和便于運(yùn)輸、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理l4. 容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化l公稱直徑公稱直徑l鋼板卷制的筒體和成形封頭：鋼板卷制的筒體和成形封頭：公稱直徑是指它們的內(nèi)徑；公稱直徑是指它們的內(nèi)徑；l無縫鋼管作筒體和封頭：無縫鋼管作筒體和封頭

26、：容器的公稱直徑是指無縫鋼管的外徑容器的公稱直徑是指無縫鋼管的外徑l鋼管：鋼管：公稱直徑既不是它的內(nèi)徑，也不是外徑，而是小于管子外徑的公稱直徑既不是它的內(nèi)徑，也不是外徑，而是小于管子外徑的一個(gè)數(shù)值。一個(gè)數(shù)值。 l公稱壓力公稱壓力：規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)l0.1、0.25、0.4、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4 第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l1. 內(nèi)壓薄壁圓筒的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁圓筒的應(yīng)力分析l薄壁容器薄壁容器：S/DS/Di i0.10.1或或K=DK=DO O/D/Di i1.21.2l環(huán)向應(yīng)力：環(huán)向應(yīng)力：當(dāng)其承受內(nèi)壓力當(dāng)其承受內(nèi)壓力

27、P作用以后，其直徑要稍微增作用以后，其直徑要稍微增大，故筒壁內(nèi)的大，故筒壁內(nèi)的“環(huán)向纖維環(huán)向纖維”要伸長(zhǎng)，因此在筒體的縱向要伸長(zhǎng)，因此在筒體的縱向截面上必定有應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為環(huán)向應(yīng)力，以截面上必定有應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為環(huán)向應(yīng)力，以表示。表示。l經(jīng)向經(jīng)向( (軸向軸向) )應(yīng)力：應(yīng)力：容器兩端是封閉的，在承受內(nèi)壓后，筒容器兩端是封閉的，在承受內(nèi)壓后，筒體的體的“縱向纖維縱向纖維”也要伸長(zhǎng)，則筒體橫向截面內(nèi)也必定有也要伸長(zhǎng)，則筒體橫向截面內(nèi)也必定有應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為經(jīng)向（軸向）應(yīng)力，以應(yīng)力產(chǎn)生，此應(yīng)力稱為經(jīng)向（軸向）應(yīng)力，以m表示。表示。 第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)

28、力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析l2.1 基本概念基本概念l回轉(zhuǎn)殼體、軸對(duì)稱、回轉(zhuǎn)殼體、軸對(duì)稱、中間面、中間面、母線、母線、經(jīng)線、法線、緯線經(jīng)線、法線、緯線l第一曲率半徑第一曲率半徑：中間面上任一點(diǎn)：中間面上任一點(diǎn)M M處經(jīng)線的曲率半徑，處經(jīng)線的曲率半徑，R Rl lMKMK1 1。l第二曲率半徑第二曲率半徑：過經(jīng)線上一點(diǎn)：過經(jīng)線上一點(diǎn)M M的法線作垂直于經(jīng)線的平面與中間的法線作垂直于經(jīng)線的平面與中間面相割形成的曲線面相割形成的曲線MEME，此曲線在，此曲線在M M點(diǎn)處的曲率半徑稱為該點(diǎn)的第二點(diǎn)處的曲率半徑稱為該點(diǎn)的第二曲率半徑曲率半徑R R2 2。第二曲率半徑的中心第二曲率

29、半徑的中心K K2 2落在回轉(zhuǎn)軸上，落在回轉(zhuǎn)軸上，R R2 2=MK=MK2 2。 第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析l2.1 基本概念基本概念（下列各圖指定點(diǎn)的第一、二曲率半徑）（下列各圖指定點(diǎn)的第一、二曲率半徑） ABr第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析l2.2 基本假設(shè)基本假設(shè)l 小位移假設(shè)：小位移假設(shè)：殼體受力以后，各點(diǎn)的位移都遠(yuǎn)小于壁厚。殼體殼體受力以后，各點(diǎn)的位移都遠(yuǎn)小于壁厚。殼體變形后可以用變形前的尺寸來代替。變形分析中的高階微量可以忽變形后可以

30、用變形前的尺寸來代替。變形分析中的高階微量可以忽略不計(jì)。略不計(jì)。l 直法線假設(shè)：直法線假設(shè)：殼體在變形前垂直于中間面的直線段，在變形后殼體在變形前垂直于中間面的直線段，在變形后仍保持直線，并垂直于變形后的中間面。變形前后的法向線段長(zhǎng)度仍保持直線，并垂直于變形后的中間面。變形前后的法向線段長(zhǎng)度不變，沿厚度各點(diǎn)的法向位移均相同，變形前后殼體壁厚不變。不變，沿厚度各點(diǎn)的法向位移均相同，變形前后殼體壁厚不變。l 不擠壓假設(shè)：不擠壓假設(shè)：殼體各層纖維變形前后相互不擠壓。殼壁法向殼體各層纖維變形前后相互不擠壓。殼壁法向（半徑方向）的應(yīng)力與殼壁其他應(yīng)力分量比較是可以忽略的微小量，（半徑方向）的應(yīng)力與殼壁其他

31、應(yīng)力分量比較是可以忽略的微小量，其結(jié)果就變?yōu)槠矫鎲栴}。其結(jié)果就變?yōu)槠矫鎲栴}。 第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l2. 回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析l2.3 2.3 區(qū)域平衡方程式區(qū)域平衡方程式( (經(jīng)向應(yīng)力經(jīng)向應(yīng)力) ) l2.4 2.4 微體平衡方程式微體平衡方程式( (環(huán)向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力) )l2.5 2.5 薄膜理論的適用條件：薄膜理論的適用條件：殼體是軸對(duì)稱的，即幾何形狀、殼體是軸對(duì)稱的，即幾何形狀、材料、載荷的對(duì)稱性和連續(xù)性，同時(shí)需保證殼體應(yīng)具有自由邊材料、載荷的對(duì)稱性和連續(xù)性，同時(shí)需保證殼體應(yīng)具有自由邊緣。緣。 Sp2R2mSRR21mp第七章第七章

32、 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l3. 薄膜理論的應(yīng)用薄膜理論的應(yīng)用l3.1受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體受氣體內(nèi)壓的圓筒形殼體l3.2 受氣體內(nèi)壓的球形殼體受氣體內(nèi)壓的球形殼體 l3.3 受氣體內(nèi)壓的橢球殼受氣體內(nèi)壓的橢球殼 Sp4DmSp2DSp4Dm2224m2Sbp-ba-xa222442224-22Sbp-ba-xaa-ba-xa第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l3. 薄膜理論的應(yīng)用薄膜理論的應(yīng)用l3.4 受氣體內(nèi)壓的錐形殼體受氣體內(nèi)壓的錐形殼體 l3.5 承受液體內(nèi)壓作用的圓筒殼承受液體內(nèi)壓作用的圓筒殼 cos12Srmpcos1Srp2SDSR00

33、 xpxpSpSp4D2R00m2SD)(0 xP4SH)D(2S2SRHmooPRP第七章第七章 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析l3. 邊緣應(yīng)力邊緣應(yīng)力l聯(lián)接邊緣附近的橫截面內(nèi)，除作用有軸（經(jīng)）向拉伸應(yīng)力外，聯(lián)接邊緣附近的橫截面內(nèi)，除作用有軸（經(jīng)）向拉伸應(yīng)力外，還存在著軸（經(jīng)）向彎曲應(yīng)力，必須用有力矩理論來求解還存在著軸（經(jīng)）向彎曲應(yīng)力，必須用有力矩理論來求解l邊緣應(yīng)力的特點(diǎn)邊緣應(yīng)力的特點(diǎn)l局部性局部性 l自限性自限性 第八章第八章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)l1. 彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l彈性失效準(zhǔn)則彈性失效準(zhǔn)則l容器上任一處的最大應(yīng)力

34、達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)容器上任一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)s s，容器即，容器即告失效（指容器失去正常的工作能力）。告失效（指容器失去正常的工作能力）。當(dāng)當(dāng)s l強(qiáng)度安全條件強(qiáng)度安全條件l為保證結(jié)構(gòu)安全可靠地工作，必須留有一定的安全裕度，使結(jié)構(gòu)中的最大為保證結(jié)構(gòu)安全可靠地工作，必須留有一定的安全裕度，使結(jié)構(gòu)中的最大工作應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力之間滿足一定的關(guān)系。工作應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力之間滿足一定的關(guān)系。 l2. 強(qiáng)度理論對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度條件強(qiáng)度理論對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度條件（薄壁圓筒）（薄壁圓筒）l第一強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件第一強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件 l第三強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件第三強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件 l

35、【備注】壓力容器采用塑性材料制造，我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)采用【備注】壓力容器采用塑性材料制造，我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)采用第一強(qiáng)第一強(qiáng)度理論。度理論。 n0當(dāng)2ISpD當(dāng)20-2-31IIISpDSpD當(dāng)?shù)诎苏碌诎苏?內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)l2. 內(nèi)壓圓筒和球殼強(qiáng)度計(jì)算公式內(nèi)壓圓筒和球殼強(qiáng)度計(jì)算公式第八章第八章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)l3. 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定l3.1 3.1 壓力壓力l最高工作壓力最高工作壓力P Pw w：正常工況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力；：正常工況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力；l設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力P Pd

36、 d：指設(shè)定的容器頂部的最高工作壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫指設(shè)定的容器頂部的最高工作壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得小于最高工作壓力。度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得小于最高工作壓力。整臺(tái)設(shè)備整臺(tái)設(shè)備的載荷條件。的載荷條件。容器上裝安全閥時(shí)：取容器上裝安全閥時(shí)：取PP1.05P1.05Pw w1.1P1.1Pw w單個(gè)容器不裝安全泄放裝置：取等于或略高于單個(gè)容器不裝安全泄放裝置：取等于或略高于P Pw w外壓容器：取不小于在正常操作工況下可能產(chǎn)生的內(nèi)外壓差外壓容器：取不小于在正常操作工況下可能產(chǎn)生的內(nèi)外壓差l計(jì)算壓力計(jì)算壓力P Pc c：在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定元件厚度的壓力，

37、包括在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定元件厚度的壓力，包括液柱靜壓力，當(dāng)液柱靜壓力小于液柱靜壓力，當(dāng)液柱靜壓力小于5 5設(shè)計(jì)壓力時(shí)可忽略不計(jì)。設(shè)計(jì)壓力時(shí)可忽略不計(jì)。l3.2 3.2 設(shè)計(jì)溫度：設(shè)計(jì)溫度：指容器正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度指容器正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度 第八章第八章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)l3. 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定l3.3 3.3 許用應(yīng)力許用應(yīng)力l極限應(yīng)力：極限應(yīng)力：屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)s s、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度b b 、蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度l安全系數(shù)安全系數(shù)l3.4 3.4 焊縫系數(shù)焊縫系數(shù)l 焊縫區(qū)強(qiáng)度降低的原因

38、：焊縫區(qū)強(qiáng)度降低的原因：焊接焊縫時(shí)可能出現(xiàn)缺陷而未被發(fā)現(xiàn)；焊接焊縫時(shí)可能出現(xiàn)缺陷而未被發(fā)現(xiàn)；焊接熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū)而使強(qiáng)度和塑性降低；由于結(jié)構(gòu)焊接熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū)而使強(qiáng)度和塑性降低；由于結(jié)構(gòu)性約束造成焊接內(nèi)應(yīng)力過大等。性約束造成焊接內(nèi)應(yīng)力過大等。l 焊縫系數(shù)的影響因素：焊縫系數(shù)的影響因素：焊接接頭的型式和無損檢測(cè)的比例。焊接接頭的型式和無損檢測(cè)的比例。雙面焊全焊透結(jié)構(gòu)對(duì)接接頭：雙面焊全焊透結(jié)構(gòu)對(duì)接接頭：100100探傷探傷=1.0=1.0；局部探傷；局部探傷=0.85=0.85。單面焊的對(duì)接接頭：?jiǎn)蚊婧傅膶?duì)接接頭：100100探傷探傷=0.9=0.9；局部探傷；局部探傷=0.

39、8=0.8。安全系數(shù)(n)極限應(yīng)力(0t第八章第八章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)l3. 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)參數(shù)的確定l3.5 3.5 壁厚附加量壁厚附加量 C = CC = Cl l + C + C2 2 l厚度的負(fù)偏差厚度的負(fù)偏差C1 l腐蝕裕量腐蝕裕量C2 l4. 容器的壁厚容器的壁厚l計(jì)算壁厚計(jì)算壁厚(S)(S)，設(shè)計(jì)壁厚，設(shè)計(jì)壁厚(S(Sd d) )，名義壁厚，名義壁厚(S(Sn n) )和有效壁厚和有效壁厚(S(Se e) ) l最小壁厚：最小壁厚：壓力很低的容器，按強(qiáng)度公式計(jì)算出的壁厚很小，不壓力很低的容器，按強(qiáng)度公式計(jì)算出的壁厚很小，不能滿足制造、運(yùn)

40、輸和安裝時(shí)的能滿足制造、運(yùn)輸和安裝時(shí)的剛度要求剛度要求，需規(guī)定一最小壁厚。，需規(guī)定一最小壁厚。第八章第八章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)l4. 壓力試驗(yàn)及其強(qiáng)度校驗(yàn)壓力試驗(yàn)及其強(qiáng)度校驗(yàn)l壓力試驗(yàn)?zāi)康膲毫υ囼?yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)容器宏觀強(qiáng)度和有無滲漏現(xiàn)象檢驗(yàn)容器宏觀強(qiáng)度和有無滲漏現(xiàn)象l試驗(yàn)壓力試驗(yàn)壓力l液壓試驗(yàn)壓力液壓試驗(yàn)壓力：l氣壓試驗(yàn)壓力氣壓試驗(yàn)壓力：立式容器臥置作液壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)為立置時(shí)的試驗(yàn)壓力立式容器臥置作液壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)為立置時(shí)的試驗(yàn)壓力p pT T加液柱加液柱靜壓力靜壓力； l壓力試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度校核壓力試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度校核l液壓試驗(yàn)液壓試驗(yàn) l氣壓試驗(yàn)氣壓試

41、驗(yàn)0.1p 1.25pmaxptT，0.1p 1.15pmaxptT，seeiTT0.92SSDpseeiTT0.82SSDp第八章第八章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)l【例【例】一鍋爐汽包，一鍋爐汽包，DiDi=1300 mm=1300 mm，Pw=15.6 MPaPw=15.6 MPa，裝有安全閥，設(shè)計(jì)溫度，裝有安全閥，設(shè)計(jì)溫度為為350350，材質(zhì)為，材質(zhì)為18MnMoNbR18MnMoNbR，采用雙面對(duì)接焊縫，采用雙面對(duì)接焊縫，100100探傷，試確定汽探傷，試確定汽包的壁厚包的壁厚SnSn并進(jìn)行水壓試驗(yàn)校核并進(jìn)行水壓試驗(yàn)校核。l解：解：l 確定設(shè)計(jì)參數(shù)確定

42、設(shè)計(jì)參數(shù)lP=1.1Pw=1.1P=1.1Pw=1.115.6=17.16 MPa15.6=17.16 MPa，D Di i=1300mm=1300mm，t t=190MPa=190MPal =1.0 =1.0，取，取C C2 2=1mm=1mm。l 計(jì)算壁厚計(jì)算壁厚lC= CC= C1 1 + C + C2 2=1.5+1=2.5mm=1.5+1=2.5mml61.5+C=64 mm61.5+C=64 mml向上圓整取厚度為向上圓整取厚度為SnSn=65mm=65mm的的18MnMoNbR18MnMoNbR鋼板。鋼板。l 校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度lSe=SnSe=Sn-C=65-2.

43、5=62.5 mm-C=65-2.5=62.5 mm，s=410 MPas=410 MPa l MPaMPal而而0.90.9s s=0.9=0.9410=369 MPa410=369 MPa，故有，故有T T 0.9 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭碟形封頭碟形封頭無折邊球形封頭無折邊球形封頭第九章第九章 外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)l1. 外壓容器的失穩(wěn)外壓容器的失穩(wěn)l外壓容器：外壓容器：殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。殼體外部壓力大于殼體內(nèi)部壓力的容器。l應(yīng)力特點(diǎn)：應(yīng)力特點(diǎn)：容器受到外壓作用后，在筒壁內(nèi)將產(chǎn)生經(jīng)向和環(huán)容器受到外壓作用后，在筒壁內(nèi)將產(chǎn)生經(jīng)向和環(huán)向壓縮應(yīng)力，按照薄膜應(yīng)

44、力理論來求解向壓縮應(yīng)力，按照薄膜應(yīng)力理論來求解；l失效類型：失效類型：強(qiáng)度破壞很少?gòu)?qiáng)度破壞很少，多數(shù)，多數(shù)外壓圓筒外壓圓筒在在筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng)筒壁內(nèi)的壓縮應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服點(diǎn)時(shí)，筒壁就被突然壓癟或發(fā)生褶縐。力遠(yuǎn)低于材料的屈服點(diǎn)時(shí)，筒壁就被突然壓癟或發(fā)生褶縐。l彈性失穩(wěn)：彈性失穩(wěn)：外壓作用下突然失去原來形狀，應(yīng)力也由失穩(wěn)前外壓作用下突然失去原來形狀，應(yīng)力也由失穩(wěn)前的壓縮應(yīng)力為主變成以彎曲應(yīng)力為主的復(fù)雜的附加應(yīng)力。的壓縮應(yīng)力為主變成以彎曲應(yīng)力為主的復(fù)雜的附加應(yīng)力。l2. 容器失穩(wěn)型式的分類容器失穩(wěn)型式的分類l側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)、局部失穩(wěn)側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)、局部失穩(wěn) 第九章第九章 外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)

45、外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)l3. 臨界壓力臨界壓力l定義：定義：導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力，導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力，PcrPcr l影響臨界壓力的因素影響臨界壓力的因素l筒體幾何尺寸筒體幾何尺寸：L L（計(jì)算長(zhǎng)度）、（計(jì)算長(zhǎng)度）、S/DS/D、L/DL/Dl筒體的材料筒體的材料：E E、l筒體橢圓度和材料不均勻筒體橢圓度和材料不均勻l4. 外壓圓筒的分類外壓圓筒的分類l長(zhǎng)圓筒：長(zhǎng)圓筒：P Pcrcr僅與僅與Se/DSe/D0 0有關(guān)，而與有關(guān)，而與L/DL/D0 0無關(guān)；失穩(wěn)波數(shù)為無關(guān)；失穩(wěn)波數(shù)為2 2 l短圓筒短圓筒：PcrPcr與與Se/DSe/D0 0、L/DL/D0

46、 0也有關(guān)，失穩(wěn)波數(shù)也有關(guān)，失穩(wěn)波數(shù)n2 l剛性圓筒：剛性圓筒：圓筒的圓筒的L/DL/D0 0較小，而較小，而Se/DSe/D0 0較大，故剛性較好較大，故剛性較好l注注長(zhǎng)圓筒或短圓筒，要同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性校驗(yàn)，長(zhǎng)圓筒或短圓筒，要同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性校驗(yàn)，后者更重要。后者更重要。 第九章第九章 外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)l5. 臨界壓力計(jì)算公式臨界壓力計(jì)算公式l鋼制長(zhǎng)圓筒鋼制長(zhǎng)圓筒l鋼制短圓筒鋼制短圓筒l剛性圓筒剛性圓筒l臨界長(zhǎng)度臨界長(zhǎng)度l長(zhǎng)、短圓筒臨界長(zhǎng)度長(zhǎng)、短圓筒臨界長(zhǎng)度l短、剛性圓筒臨界長(zhǎng)度短、剛性圓筒臨界長(zhǎng)度30etcrDS2.2Ep02.50etcrDLDS2.5

47、9Epteei2SS壓Dpe00crSD1.17DLe0tetcrSDS1.3EL壓第九章第九章 外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)l6. 外壓圓筒的工程設(shè)計(jì)外壓圓筒的工程設(shè)計(jì)l設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l許用壓力許用壓力 l根據(jù)根據(jù)GBl50GBl509898鋼制壓力容器鋼制壓力容器的規(guī)定，對(duì)圓筒、錐殼取的規(guī)定，對(duì)圓筒、錐殼取m=3.0m=3.0，球殼、橢圓形和碟形封頭取球殼、橢圓形和碟形封頭取m=15m=15。 l設(shè)計(jì)準(zhǔn)測(cè)：設(shè)計(jì)準(zhǔn)測(cè)：使設(shè)計(jì)壓力使設(shè)計(jì)壓力pppp ，并接近，并接近ppmppcr第九章第九章 外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)l7. 外壓圓筒壁厚設(shè)計(jì)的圖算法外壓圓筒壁厚設(shè)計(jì)的圖算法

48、第九章第九章 外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)外壓圓筒及封頭設(shè)計(jì)l圖算法具體步驟圖算法具體步驟（以薄壁以薄壁D D0 0/S/Se e2020為例為例）l 假設(shè)假設(shè)SnSn，令，令Se=SnSe=Sn-C-C，而后定出比值，而后定出比值L/DL/D0 0和和D D0 0/Se/Se；l 由由L/DL/D0 0和和D D0 0/Se/Se查取系數(shù)查取系數(shù)A Al若若L/DL/D0 05050，用，用L/DL/D0 0=50=50查圖，若查圖，若L/DL/D0 00.050.05，用，用L/DL/D0 0=0.05=0.05查圖；查圖；l 根據(jù)所用材料選用合適的根據(jù)所用材料選用合適的A-BA-B圖由圖由A A查

49、取查取B Bl 計(jì)算許用外壓力計(jì)算許用外壓力pp：l (MPa(MPa) )l若若A A值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的左方，說明肯定處于彈性失穩(wěn)值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的左方，說明肯定處于彈性失穩(wěn)狀態(tài)，則用下式計(jì)算許用外壓力狀態(tài)，則用下式計(jì)算許用外壓力pp：l (MPa(MPa) )l 比較比較p p與與pp，若，若p ppp，則需重新假設(shè)，則需重新假設(shè)SnSn，重復(fù)上述步驟，重復(fù)上述步驟直至直至pp大于且接近于大于且接近于p p為止。為止。e0/SDBpe0tSD32AEp第十章第十章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l1. 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理l法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)：聯(lián)接

50、件：聯(lián)接件( (螺栓、螺母螺栓、螺母) )、被聯(lián)接件、被聯(lián)接件( (法蘭法蘭) )、密、密封元件封元件( (墊片墊片) ) l密封口泄漏途徑：密封口泄漏途徑：一是墊片滲漏，二是壓緊面泄漏。一是墊片滲漏，二是壓緊面泄漏。 l法蘭密封的原理法蘭密封的原理 l預(yù)緊密封比壓預(yù)緊密封比壓：形成初始密封條件時(shí)加在墊片上的最小壓緊應(yīng)力：形成初始密封條件時(shí)加在墊片上的最小壓緊應(yīng)力l工作密封比壓工作密封比壓：發(fā)生臨界泄漏時(shí)作用在墊片上的剩余壓緊應(yīng)力發(fā)生臨界泄漏時(shí)作用在墊片上的剩余壓緊應(yīng)力 第十章第十章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l2. 法蘭的結(jié)構(gòu)與分類法蘭的結(jié)構(gòu)與分類l按法蘭接觸面分類：按法蘭接觸面分類：寬

51、面法蘭、窄面法蘭寬面法蘭、窄面法蘭l按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式分類l整體法蘭整體法蘭：平焊法蘭平焊法蘭、對(duì)焊法蘭對(duì)焊法蘭l活套法蘭活套法蘭l螺紋法蘭螺紋法蘭 第十章第十章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l3. 法蘭密封的影響因素法蘭密封的影響因素l螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力l壓緊面壓緊面(密封面密封面) ：平面型、凹凸型、榫槽型、平面型、凹凸型、榫槽型、 錐形、錐形、 梯形槽梯形槽l墊片性能墊片性能：墊片材料和結(jié)構(gòu)墊片材料和結(jié)構(gòu)l法蘭剛度法蘭剛度l操作條件操作條件：操作壓力、操作溫度操作壓力、操作溫度l4. 法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用 l4.1 法蘭標(biāo)準(zhǔn)法蘭標(biāo)準(zhǔn)：

52、壓力容器法蘭、管法蘭：壓力容器法蘭、管法蘭l壓力容器平焊法蘭壓力容器平焊法蘭：甲型甲型(JB/T4701-2000)(JB/T4701-2000)、乙型、乙型(JB/T4702-2000)(JB/T4702-2000) l壓力容器法蘭的尺寸：壓力容器法蘭的尺寸：法蘭公稱直徑法蘭公稱直徑DNDN：與法蘭相配的筒體或封頭的公稱直徑與法蘭相配的筒體或封頭的公稱直徑 公稱壓力公稱壓力PNPN：在規(guī)定設(shè)計(jì)條件下，在確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)所采用的設(shè)計(jì)壓在規(guī)定設(shè)計(jì)條件下，在確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)所采用的設(shè)計(jì)壓力。力。0.250.25、0.60.6、1.01.0、1.61.6、2.52.5、4.04.0和和6.4MP

53、a6.4MPa第十章第十章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l4. 法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用l4.1 法蘭標(biāo)準(zhǔn)法蘭標(biāo)準(zhǔn)：壓力容器法蘭、管法蘭：壓力容器法蘭、管法蘭l確定法蘭尺寸的計(jì)算基礎(chǔ)與最高許用工作壓力確定法蘭尺寸的計(jì)算基礎(chǔ)與最高許用工作壓力：設(shè)計(jì)溫度是設(shè)計(jì)溫度是200200、規(guī)定法蘭材料是規(guī)定法蘭材料是16MnR16MnR或或16Mn16Mn鍛件鍛件;Pw;Pw l4.2 壓力容器法蘭的選用步驟壓力容器法蘭的選用步驟l 根據(jù)容器的根據(jù)容器的D Di i（DNDN）和設(shè)計(jì)壓力為）和設(shè)計(jì)壓力為p p，參照教材，參照教材P168P168表表12-212-2確定確定法蘭的結(jié)構(gòu)類型；法蘭的結(jié)構(gòu)類型

54、；l 根據(jù)選定的法蘭類型和容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度以及法蘭材根據(jù)選定的法蘭類型和容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度以及法蘭材料，用表料，用表12-312-3確定法蘭的公稱壓力。然后將所確定的公稱壓力和確定法蘭的公稱壓力。然后將所確定的公稱壓力和公稱直徑用表公稱直徑用表12-212-2復(fù)核一下該復(fù)核一下該P(yáng)NPN與與DNDN是否在所選定的法蘭類型包是否在所選定的法蘭類型包容的范圍之內(nèi)。容的范圍之內(nèi)。l 根據(jù)所確定的根據(jù)所確定的PNPN與與DNDN從相應(yīng)的尺寸表中選定法蘭各部分的尺寸。從相應(yīng)的尺寸表中選定法蘭各部分的尺寸。第十章第十章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l【法蘭選用舉例【法蘭選用舉例】為一臺(tái)精餾

55、塔塔節(jié)選配法蘭。該塔內(nèi)徑為一臺(tái)精餾塔塔節(jié)選配法蘭。該塔內(nèi)徑DiDi=1000mm=1000mm，nn=4mm=4mm，操作溫度，操作溫度280280，設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)壓力p=0.2MPap=0.2MPa，法，法蘭材料可用蘭材料可用20R20R，也可用，也可用16MnR16MnR，試分別確定使用這兩種材料時(shí)法，試分別確定使用這兩種材料時(shí)法蘭的類型和尺寸。蘭的類型和尺寸。l 確定法蘭類型確定法蘭類型 根據(jù)根據(jù)DN=1000mmDN=1000mm，p=0.2MPap=0.2MPa，按表，按表12-212-2可知應(yīng)可知應(yīng)選用甲型平焊法蘭。選用甲型平焊法蘭。l 確定法蘭的公稱壓力：確定法蘭的公稱壓力：根據(jù)

56、根據(jù)p=0.2MPap=0.2MPa，t=280t=280，查表，查表12-312-3l法蘭材料用法蘭材料用20R20R，當(dāng)取，當(dāng)取PNPN0.25MPa0.25MPa時(shí)，時(shí)，300300的的p=0.15MPap=0.15MPa，滿足，滿足不了不了p=0.2MPap=0.2MPa的需要，所以法蘭的的需要，所以法蘭的PNPN應(yīng)提高一個(gè)等級(jí)，確定法蘭的應(yīng)提高一個(gè)等級(jí)，確定法蘭的公稱壓力公稱壓力PNPN0.6MPa0.6MPa，300300的的p=0.36MPap=0.36MPa，可以滿足要求。，可以滿足要求。l法蘭材料用法蘭材料用16MnR16MnR，PN=0.25MPaPN=0.25MPa時(shí)，時(shí)

57、，300300的的p=0.21MPap=0.21MPa，能滿足，能滿足p=0.2MPap=0.2MPa的需要，所以法蘭材料選用的需要，所以法蘭材料選用16MnR16MnR時(shí)，法蘭的公稱壓力為時(shí)，法蘭的公稱壓力為PN=0.6MPaPN=0.6MPa。l 確定法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸確定法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸l根據(jù)根據(jù)DNDN1000mm1000mm，PNPN0.6MPa0.6MPa和和PNPN0.25MPa0.25MPa查相應(yīng)表確定材料為查相應(yīng)表確定材料為20R20R和和16MnR16MnR時(shí)法蘭各部分的尺寸。時(shí)法蘭各部分的尺寸。第十章第十章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l5.5.容器支座容器支座l5.1 臥式

58、容器支座：臥式容器支座：鞍座、圈座和支腿鞍座、圈座和支腿 l5.2 臥式容器載荷分析臥式容器載荷分析l 壓力壓力l 儲(chǔ)罐重量?jī)?chǔ)罐重量l 物料重量量；物料重量量；l 其他載荷雪、風(fēng)、地震等其他載荷雪、風(fēng)、地震等l L4A-3L4h1Lh-R214FLMi22i2m13L4h12ALh-RLA-1-1FAMi2i2m2跨中跨中支座支座第十章第十章 壓力容器零部件壓力容器零部件 l5.5.容器支座容器支座l5.3 筒體的軸向應(yīng)力計(jì)算筒體的軸向應(yīng)力計(jì)算l跨中截面的最高點(diǎn)：跨中截面的最高點(diǎn)： l (MPa)l跨中截面的最低點(diǎn)：跨中截面的最低點(diǎn)：l (MPa)l支座有效截面的最高點(diǎn)處：支座有效截面的最高點(diǎn)處：l筒體支座截面的最低點(diǎn)處：筒體支座截面的最低點(diǎn)處：l5.4 鞍座的選用鞍座的選用l首先根據(jù)鞍座實(shí)際承載的大小，確定選用輕型（首先根據(jù)鞍座實(shí)際承載的大小，確定選用輕型（A A型）或重型（型）或重型（BIBI，BIIBII，BIIIBIII，BIVBIV，BVBV型型) )鞍座；鞍座；l再根據(jù)容器圓筒強(qiáng)度確定選