第三章、3—1內(nèi)壓薄壁殼體強(qiáng)度計(jì)算目的要求：使學(xué)生掌握內(nèi)壓圓筒內(nèi)壓球形殼體的強(qiáng)度計(jì)算，以及各類厚度的相互關(guān)系。重點(diǎn)難點(diǎn)：掌握由第一強(qiáng)度理論推出的內(nèi)壓圓筒，內(nèi)壓球形殼體的強(qiáng)度計(jì)算公式。第三章內(nèi)壓薄壁容皿本章的任務(wù)就是在回轉(zhuǎn)薄壁殼體應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出內(nèi)壓薄壁容皿強(qiáng)度計(jì)公式。本章的壓力容皿設(shè)計(jì)計(jì)算公式，各種參數(shù)制造要求以及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均與GB150-1998《鋼制壓力容皿》保持一致。第一節(jié)壓內(nèi)薄壁殼體強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)壓圓筒為了保證圓筒受壓后不破裂，[根據(jù)第一強(qiáng)度理論]應(yīng)使筒體上最大應(yīng)力，即環(huán)向應(yīng)力小于等于材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力用公式表達(dá)：，其中P-設(shè)計(jì)壓力。1）中徑此外還應(yīng)考慮到，筒體在焊接的過程中，對(duì)焊金屬組織的影響以及焊接缺陷（夾渣、氣孔、未焊透等）影響縫焊的強(qiáng)度（使整本強(qiáng)度降低），所以將鋼板的許用應(yīng)力乘以一個(gè)小于1的焊接接頭系數(shù)，以彌補(bǔ)焊接可能出現(xiàn)的強(qiáng)度削弱，故：此外，工藝計(jì)算時(shí)通常以做為基本尺寸，故將代入上式：則可解出，同時(shí)根據(jù)GB150-1998規(guī)定，確定厚度時(shí)的壓力用計(jì)算壓力代替。最終內(nèi)壓薄壁圓筒體的計(jì)算厚度：適用：考慮到介質(zhì)時(shí)皿壁的腐蝕，確定鋼板厚度時(shí)，再加上腐蝕裕量：——圓筒的設(shè)計(jì)厚度再考慮到鋼板供貨時(shí)的厚度偏差，將設(shè)計(jì)厚度加上厚度負(fù)偏差，再向上圓整三規(guī)格厚度，這樣得到名義厚度。筒體強(qiáng)度計(jì)算公式，除了可以決定承壓筒體所需的最小壁厚外，還可用該公式確定設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力，對(duì)容皿進(jìn)行強(qiáng)度校核；可以計(jì)算其設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力，判斷指定壓力下筒體的安全。例：設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允用工作壓力由推導(dǎo)而來設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力：采用計(jì)算壓力及代替D，并考慮焊接頭系數(shù)的影響上式變形成：則設(shè)計(jì)溫度下球殼的厚度計(jì)算：考慮腐蝕裕量，設(shè)計(jì)厚度：再考慮鋼板厚度負(fù)偏差C1，再向上圖整得到鋼板的名義厚度，同理，確定球殼的最大允許工作壓力[Pw]，并對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。對(duì)比內(nèi)壓薄壁球殼與圖筒的壁厚公式：當(dāng)前件相同時(shí)，球殼的壁厚約為圓筒查表3-10得鋼板的厚度負(fù)偏差C1=0.3mm，因而可雙名義厚度，但對(duì)于低合金容皿規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小厚度不應(yīng)小于3mm，若如上1.5mm的腐蝕裕量，名義厚度至少取5mm。根據(jù)鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度取6mm5）檢查：沒有變化，故取名義厚度6mm合適。第三章第三節(jié)內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)和計(jì)算目的要求：使學(xué)生熟悉凸形封頭，錐形封頭和平蓋結(jié)構(gòu)，掌握凸形封頭，錐形封頭及平蓋的計(jì)算重點(diǎn)難點(diǎn)：1、凸形封頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分類2、凸形封頭的結(jié)構(gòu)計(jì)算第三節(jié)內(nèi)壓封頭結(jié)構(gòu)計(jì)算封頭按結(jié)構(gòu)形狀可分為：凸形封頭、錐形封頭、平蓋封頭三類，本節(jié)著重介紹常用的這幾種封頭的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計(jì)算方法1、凸形封頭常用的凸形封頭有：半球有：半球形封頭、橢圓形封頭和碟形封頭1、半球封頭：其封頭為半個(gè)球殼，其具有球殼所具有的優(yōu)點(diǎn)（相同下，受力為筒體一半，相同受力下，壁厚最薄，容積表面積最小，最結(jié)省材料）但其制造最困難。一般對(duì)于中、小直徑容皿很少用它，多用于高壓容皿上。分析其受力：其厚度（強(qiáng)度）計(jì)算公式也與球殼相同選用范圍：2、橢圓封頭：由半個(gè)橢圓球面和高為h的短圓筒（直邊）組成，直邊段作用：避免筒體與封頭間環(huán)向連接焊縫處出現(xiàn)邊緣應(yīng)力與熱應(yīng)力的疊加，改善受力情況由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化非常平滑連續(xù)，故優(yōu)點(diǎn)應(yīng)力分部均勻，而且易于沖壓形型。是目前中、低壓各皿中應(yīng)用較廣的一種封頭的受力：受內(nèi)壓的橢圓形封頭最大原合應(yīng)力與橢圓封頭的比值關(guān)有：（在橢圓頂點(diǎn)赤道處：）工程上對(duì)a/b=1.0~2.6的橢圓形封頭，引入形狀系數(shù)K，由此得到封頭受最大綜合應(yīng)力：式中K—橢圓形封頭形狀系數(shù)K值可根據(jù)按P64表3-18查由第一強(qiáng)度理論：并考慮焊接系數(shù)：由推導(dǎo)出橢圓形封頭厚度計(jì)注：橢圓封頭的強(qiáng)度計(jì)算公式由K的化值推算出來，橢圓封頭上最大應(yīng)力圓筒體上最大應(yīng)力=K，圓筒體上最大應(yīng)力（=直徑為原圓體2倍的球殼上最大應(yīng)力當(dāng)選取時(shí)，橢圓形封頭是標(biāo)準(zhǔn)封頭，此時(shí)則標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度計(jì)算公式可表示：與圓筒厚為：大致相等，考慮到受力情況用等厚鋼板進(jìn)行制造。橢圓形封頭的最大許用工作應(yīng)力3、碟形封頭，又稱帶折邊的球面封頭，它由半徑為Ri的球面中的一部分，高度為h的短圓筒以及聯(lián)接此二者的過渡環(huán)殼半徑r三部分組成，（其幾何形狀上看，曲面不連續(xù)，所以應(yīng)力分部不均勻但制造較容易，一定場(chǎng)合下代替橢圓形封頭的使用，一般碟形封頭球面部分內(nèi)半徑，封頭過渡環(huán)殼內(nèi)半徑）在建立其厚度公式時(shí)，引入形狀系數(shù)M，得到碟形值M的選取可P65表3-19碟形封頭的最大允許工作應(yīng)力（與標(biāo)準(zhǔn)封頭比，碟形封頭厚增加33%，笨重不經(jīng)濟(jì)）例：3-3，為例3-2中儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)合適的凸形封頭，封頭材料與筒體一致，選16MnR，Pc=2.5uPa，操作溫度-5~44℃，內(nèi)徑Di=1200mm，焊接封頭系數(shù)，許用應(yīng)力腐蝕裕量；解：分別算各類封頭的強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行比較1）半球球封頭則查表3-10得鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.62）橢圓形封頭（取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1）則查表3-10取C1=0.8mm3）碟形封頭（取）則查表3-10取C1=0.8mm可知：半球形封頭用材最小，但制造難，碟形封頭比較淺，制造比較容易，但比半球形厚厚8mm，但封頭與筒體厚度相差懸殊結(jié)果不合理，因此，從強(qiáng)度到結(jié)構(gòu)和制造等方面考慮，以采用橢圓形封頭理想。二、錐形封頭：廣泛地用低容皿的底蓋，優(yōu)點(diǎn)便于收集并剖除固體顆粒或結(jié)晶料液，避免洗淀堆積。錐形封頭的有兩種結(jié)構(gòu)，當(dāng)錐形半核角選用無折邊的結(jié)構(gòu)：當(dāng)時(shí)采用帶有邊液段的折邊結(jié)構(gòu)。大端折邊的錐形封頭的過液段的轉(zhuǎn)角半徑；對(duì)于小端時(shí)采用無折邊結(jié)構(gòu)；時(shí)，則采用帶過液段的折邊結(jié)構(gòu)。根據(jù)第一強(qiáng)度理化考慮焊接接頭系數(shù)影響：用由此可得設(shè)計(jì)溫度下錐形封頭計(jì)算厚度公式：考慮腐蝕裕量：考慮鋼板厚度負(fù)偏差三平蓋平蓋是容皿和設(shè)備中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種封頭，常用在常壓小直徑的設(shè)備上，平蓋總處于愛彎曲應(yīng)力的小利狀態(tài)，當(dāng)條件相同時(shí)，平蓋的厚度總比各種凸形封頭和錐形封頭的厚度大得多。平蓋的模型：圓形、橢圓形、長(zhǎng)圓形、矩形等。分析其受力：在工程計(jì)算中，一般采用平板理論的經(jīng)驗(yàn)公式，引入結(jié)構(gòu)特征系數(shù)K，平蓋周邊支撐情況根據(jù)強(qiáng)度理論，并考慮焊接接頭系數(shù)可得圓形平蓋厚度公式：對(duì)于K值可見P73表3-22中查取例：選3-2儲(chǔ)罐用圓形平蓋，試求其厚度已知材料16MAR，操低溫為-5~44℃，腐蝕余量取解：查表3-22中序號(hào)為2的圓形平蓋，其結(jié)構(gòu)特征系數(shù)K=0.27，采用整塊鋼制造，按式子（3-27）計(jì)算平蓋的厚度考慮腐蝕裕量，查表得鋼板厚度反偏差可以看出平蓋的厚度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于筒體的厚度，平蓋一般只宜用于常壓或壓力很低的壓力容皿。第三章第四節(jié)壓力試驗(yàn)?zāi)康囊螅菏箤W(xué)生了解什么是液壓試驗(yàn)，氣壓試驗(yàn)以及氣密性試驗(yàn)，這些試驗(yàn)的目的是什么，各用于什么場(chǎng)合。重要難點(diǎn)：各種壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)過程以及試驗(yàn)壓力的確定。第四節(jié)壓力試驗(yàn)按強(qiáng)度，剛度設(shè)計(jì)算確定出各壁厚度，由于材質(zhì)、鋼板卷彎，焊接及安裝加工制造過程的不完善，導(dǎo)致容皿不安全，有可能在規(guī)定的工作壓力下出現(xiàn)過大度形或焊縫有滲漏現(xiàn)象。因此，容皿在制成或檢修后還需進(jìn)行壓力試驗(yàn)或增加氣密性試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)的目的：在超設(shè)計(jì)壓力下，檢查容皿的強(qiáng)度以及密封結(jié)構(gòu)和焊縫有無泄漏等。氣密性試驗(yàn)的目的：是對(duì)密封性要求高的重要容皿在強(qiáng)度試驗(yàn)合格后進(jìn)行的泄露檢查，壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)均是打壓試驗(yàn)。分為液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)：eq\o\ac(○,1)對(duì)于不適合進(jìn)行液壓試驗(yàn)的容皿內(nèi)不允許有微量列留液體，由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容皿，如高塔，液壓的液體重力可能超過基礎(chǔ)承受能力等，均采取氣壓試驗(yàn)。eq\o\ac(○,2)其余都采取液壓試驗(yàn)一、液壓試驗(yàn)：定義：將液體注滿容皿后，再用泵打壓增至試驗(yàn)壓力，來檢驗(yàn)容皿的強(qiáng)度和致密性。如圖，試驗(yàn)用兩個(gè)程量相同的表且試2P淺≈P壓表量程eq\o\ac(○,1)試驗(yàn)介質(zhì)要求：通常用清水，特殊要求時(shí)采用無危險(xiǎn)液體其溫度低于閃點(diǎn)或沸點(diǎn)溫度。當(dāng)奧氏體不銹鋼：碳素鋼、16MnR等容皿：液體不低于5eq\o\ac(○,2)試驗(yàn)過程：eq\o\ac(○,1)容皿頂部設(shè)有排氣口，以便排盡空氣充滿液體eq\o\ac(○,2)壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到試驗(yàn)壓力后，保壓時(shí)間≥30min，降壓時(shí)先降80%，并對(duì)所有焊接接頭和連接部位檢查。有滲漏、依標(biāo)記、卸壓后修補(bǔ)，重新試驗(yàn)。eq\o\ac(○,3)對(duì)夾套容皿，先進(jìn)行內(nèi)筒液壓試驗(yàn)，合格后再焊夾套，對(duì)夾套內(nèi)進(jìn)行液壓試驗(yàn)。eq\o\ac(○,4)液壓試驗(yàn)完畢，排盡液體并用壓縮空氣將內(nèi)部吹干。3、試驗(yàn)壓力的確定：試驗(yàn)壓力是：進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)規(guī)定容皿應(yīng)達(dá)到的壓力，該值反映在容皿頂部的壓力表上。P—設(shè)計(jì)壓力—材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力—材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力注意事項(xiàng)：eq\o\ac(○,1)若容皿鉻牌上規(guī)定有最大允用工作壓力時(shí)，公式中用最大允許工作壓力替代設(shè)計(jì)壓力Peq\o\ac(○,2)容皿各元件（圓筒、封頭、接管、法蘭及緊固件等）所用材料不同，應(yīng)取各元件最小值。eq\o\ac(○,3)若立式容皿水平放置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)壓力再加上容皿直立時(shí)圓筒承受的最大液體靜壓力。4、試驗(yàn)應(yīng)力校核：壓力試驗(yàn)前，按下式校核圓筒應(yīng)力且為了防止容皿產(chǎn)生過大的應(yīng)力，要求在試驗(yàn)壓力下圓筒應(yīng)力滿足：液壓：—圓筒材料在試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)（或0.2%的屈服強(qiáng)度）二、氣壓試驗(yàn)：要求：氣壓試驗(yàn)前必須對(duì)容皿的主要焊縫進(jìn)行100%無損檢驗(yàn)，且試驗(yàn)所用的氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣，氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。試驗(yàn)壓力的計(jì)算公式：氣壓試驗(yàn)的校核條件為試驗(yàn)過程：eq\o\ac(○,1)壓力應(yīng)緩慢上升至規(guī)定試驗(yàn)壓力的10%，且不超過0.05MPa時(shí)，保壓5min，然后對(duì)所有焊接接頭和連接部位進(jìn)行初次泄漏檢查（補(bǔ)修）至合格后，再繼續(xù)緩慢升奪至規(guī)定試驗(yàn)壓力的50%，其后，以每級(jí)試驗(yàn)壓力的10%的級(jí)差逐級(jí)增至試驗(yàn)壓力。三、氣密性試驗(yàn)：對(duì)于介質(zhì)為易烯或毒性程度為極度、高度危害或設(shè)計(jì)上不允許有微量泄漏的壓力容皿，必須進(jìn)行所密性試驗(yàn)。要求：應(yīng)在液壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行，且在氣密性試驗(yàn)之