压力容器知识.ppt
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1、1,压力容器设计复习,潘家祯 华东理工大学机械与动力工程学院,知识点及基本概念,2,1我国压力容器设计规范名称是 _。,第一章 化工容器设计概论,GB150-1998 钢制压力容器。,欧盟压力容器规范名称为 _。,EN13445-2002非直接着火压力容器,3,3. 美国压力容器设计规范中的常规设计在ASME锅炉与压力容器设计规范第_卷,第_分册。名称为 _。 分析设计规范在第_卷,第_分册。名称为_。,2,1,按规则设计 Design by Rule,按分析设计 Design by Analysis,VIII,VIII,第一章 化工容器设计概论,4,4我国钢制压力容器设计规范GB150-98
2、采用的强度理论为: ( ) (A);(B);(C);(D)。,A,第一章 化工容器设计概论,GB压力容器标准中以第一强度理论为设计准则,将最大主应力限制在许用应力以内。,p18,5,5我国钢制压力容器设计规范GB150-89适用于设计压力不大于_MPa:( ) (A)100;(B)64;(C)35;(D)16。,C,第一章 化工容器设计概论,GB-150压力容器标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验与验收。,p17,6,6. 按设计压力大小,容器分为四个等级: (1)低压容器:_ p MPa; (2)中压容器:_ p MPa; (3)高压容器:_ p MPa; (4
3、)超高压容器:p MPa;,0.1,1.6,1.6,10.0,10.0,100,100,第一章 化工容器设计概论,p19,7,7对压力容器用钢的综合要求是足够的 、良好的 、 优良的 、以及良好的 。,强度,塑性,韧性,可焊性,第一章 化工容器设计概论,综上所述,保证强度又要有良好的塑性、韧性和可焊性,以致低温韧性,这是对压力容器用钢的基本要求。 p7,8,8. 空气贮罐,操作压力为0.6MPa,操作温度为常温,若设计厚度超过10毫米,则下列碳素钢材中不能够使用的为: ( ) (A) Q235AF(A3F); (B) Q235B; (C) Q235C; (D) 20R。,A,第一章 化工容器设
4、计概论,Q235类钢是屈服强度为235MPa的碳素结构钢,强度不高。通常不作为压力容器标准中的容器专用钢,但Q235-B和Q235-C两种钢号被GB150标准允许制造低参数的压力容器。 p3,9,9我国压力容器安全技术监察规程把容器分为三类: 第一类压力容器为_。 第二类压力容器为_ _ _ _ _,第一章 化工容器设计概论,p19,低压容器(下述,条规定者除外),下列情况之一为第二类压力容器:,i:中压容器(下述第三条规定者除外);,ii: 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器;,iii:毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器;,iv:低压管壳式余热锅炉;,V: 搪玻璃压
5、力容器。,10,第三类压力容器为_ _ _ _ _,第一章 化工容器设计概论,p19,iii:高压、中压管壳式余热锅炉;,下列情况之一为三类容器:,i:毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和PV大于0.2MPam3 的低压容器;,ii: 易燃或毒性程度为中度危害介质且PV大于0.5MPam3的中压反应容器和PV大于等于10MPam3的中压储存容器;,iv:高压容器;,11,10PV0.2MPam3 的毒性为高度或极度危害介质低压容器应定为几类容器? ( ) (A)类; (B)类; (C)类; (D)其他。,C,第一章 化工容器设计概论,p19,12,11工程上,壳体的厚度与中面最小曲率半径R
6、的比值 t/R ( )视为薄壳,反之,视为厚壳。 (A)1/5;(B)1/10;(C)1/20;(D)1/30,第二章 中低压容器的规则设计,C,p23,13,12工程上,把圆板的厚度与直径之比 t/D ( ),视为薄板,反之视为厚板。 (A)1/5;(B)1/10;(C)1/20;(D)1/30,A,第二章 中低压容器的规则设计,p47,14,在壳体上作用有两类内力,法向力N和N,及横向力Q、弯矩M和M。法向力来自中面的拉伸和压缩变形,横向力、弯矩是由中面的弯曲变形产生的,将法向力称为薄膜应力,而将横向力、弯矩称为弯曲应力。在壳体理论中,如果考虑上述全部内力,称为“有力矩理论”或“弯曲理论”
7、。但对部分容器,在特定的壳体形状、载荷和支撑条件下,弯曲应力与薄膜应力相比很小,可以略去不计,使壳体计算大大简化,这时壳体的应力状态仅由法向力N和N确定,基于这一假设求解薄膜内力的理论,称为“无力矩理论”或“薄膜理论”。,13什么叫无力矩理论?什么叫有力矩理论?,第二章 中低压容器的规则设计,15,14球形容器的第一曲率半径为_,第二曲率半径为_。,球半径R,第二章 中低压容器的规则设计,15圆柱形容器的第一曲率半径为_,第二曲率半径为_。,16圆锥形容器的第一曲率半径为_,第二曲率半径为_。,p28,球半径R,无穷大,圆柱体半径R,无穷大,R2=x tan,16,17受均匀内压作用的球形容器
8、,经向薄膜应力和周向薄膜应力的关系为( ) (A) ; (C)pR/2t (D)pR/t,C,第二章 中低压容器的规则设计,(2-12) p28,17,18受均匀内压作用的圆柱形容器,经向薄膜应力和周向薄膜应力的关系为 ( ) (A)=2pR/2t;(B)=2pR/t; (C)2=pR/t; (D)2pR/2t,B,第二章 中低压容器的规则设计,(2-13) p28,18,19均匀内压作用椭圆形封头的顶点处,经向薄膜应力和周向薄膜应力的关系为 ( ) (A);(B) ;(D) 1/2,A,第二章 中低压容器的规则设计,(2-16) p29,19,20无力矩理论使用的条件是什么?,第二章 中低压
9、容器的规则设计,20,21承受均匀内压时,椭圆形封头是否会失稳?,第二章 中低压容器的规则设计,在椭圆形封头的长短轴之比大于2时,在封头的转角处和赤道处的周向应力成为负值,会产生局部失稳。,p30,21,22. 由边缘力和弯矩产生的边缘应力具有_、_和_等基本特性。,局部性,自限性,衰减性,第二章 中低压容器的规则设计,p47,23由边缘力和弯矩产生的边缘应力,影响的范围为 ( ) (A) (B) (C) (D),A,对圆柱壳而言,其作用范围与 同一量级。,22,24圆筒形容器承受内压时,在筒体与封头连接处,除由内压引起的_应力外,还存在满足_条件而产生的_应力,后者具有_和_的特性。,薄膜应
10、力,连续性,边缘,局部性,衰减很快,第二章 中低压容器的规则设计,23,第二章 中低压容器的规则设计,24,p52,第二章 中低压容器的规则设计,25,p53,第二章 中低压容器的规则设计,26,25受均布横向载荷作用的周边简支圆形薄平板,最大径向弯曲应力在: ( ) (A)周边;(B)中央;(C)12半径;(D)3/8半径,B,26受轴对称横向均布载荷的圆形薄板,周边固定时,最大弯曲应力在_处,最大挠度在_处。当周边简支时,最大弯曲应力在_处,最大挠度在_处。,板边缘,板中心,板中心,板中心,第二章 中低压容器的规则设计,27,27受均布横向载荷作用的周边固支圆形薄平板,最大应力为周边径向弯
11、曲应力,当载荷一定时,降低最大应力的方法有 ( ) (A) 增加厚度; (B) 采用高强钢; (C) 加固周边支撑; (D) 增大圆板直径。,A,第二章 中低压容器的规则设计,28,28容器下封头为圆板,与筒体和裙座焊接,受力状态为固支,板上最大应力和挠度变形为: ( ) (A)最大应力为径向应力r,位于封头中心,最大挠度位于封头周边 (B)最大应力为周向应力,位于封头中心,最大挠度位于封头周边 (C)最大应力为径向应力r,位于封头周边,最大挠度位于封头中心 (D)最大应力为周向应力,位于封头周边,最大挠度位于封头中心,C,第二章 中低压容器的规则设计,29,29压力容器的设计压力通常取最高工
12、作压力的_倍。,1.051.10,30容器的壁厚附加量包括:_、_和成型加工工程中的壁厚减薄量。,腐蚀裕量C2,钢板负偏差C1,31焊接接头系数是:_的比值。,焊缝金属与母材强度,第二章 中低压容器的规则设计,30,32安全系数的选取方法,用抗拉强度b时,为_;用屈服强度y时,为_;用蠕变强度tn时,为_;用持久强度tD时,为_;,3.0,1.6,1.0,1.5,第二章 中低压容器的规则设计,31,34液压试验的压力为设计压力的: ( ) (A)1.05倍;(B)1.10倍;(C)1.15倍;(D)1.25倍,D,p67,35气压试验的压力为设计压力的: ( ) (A)1.05倍;(B)1.1
13、0倍;(C)1.15倍;(D)1.25倍,(2-96) p67,C,第二章 中低压容器的规则设计,32,36液压试验时的应力不得超过该试验温度下材料屈服强度的_;气压试验,不得超过屈服强度的_。,90%,80%,第二章 中低压容器的规则设计,p68,对液压试验,此应力值不得超过该试验温度下材料屈服强度的90%,对气压试验,则不得超过屈服强度的80%。,33,37按照我国压力容器标准,最小壁厚,对于碳钢和低合金钢容器不小于_mm,对高合金钢容器不小于_mm。,3,2,第二章 中低压容器的规则设计,p67,最小壁厚: (1) 对碳钢和低合金钢容器不小于3mm。 (2) 对高合金钢容器不小于2mm。
14、,34,39低合金钢容器,液压试验时液体温度不得低于 ( ) (A) 0 oC;(B) 5 oC;(C) 10 oC;(D) 15 oC,38碳素钢制容器,液压试验时液体温度不得低于 ( ) (A) 0oC;(B) 5 oC; (C) 10 oC;(D) 15 oC,D,B,p67,40液压试验用水应控制氯离子_。,2510-6,第二章 中低压容器的规则设计,35,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(1)压力试验一般用水,进行液压试验。液压试验压力为: 其中:PT为内压试验的压力,p为试验内压,s为试验温度下的许用应力,st为设计温度下的许用应力。,第二章 中低压容器的规则
15、设计,36,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(2) 奥氏体不锈钢为防止氯离子的腐蚀,应控制Cl 2510-6,(3) 为防止试验时发生低温脆性破坏,碳素钢、16MnR、正火15MnVR温度不能低于5oC,其他低合金钢,温度不低于15oC,第二章 中低压容器的规则设计,37,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(5) 气压试验时,介质温度不得低于15 oC。,(4) 不宜作液压试验的容器,可用清洁的干空气、氮气或者其他惰性气体,气压试验的压力为: 且 MPa。,第二章 中低压容器的规则设计,38,41在进行容器压力试验时,需要考虑哪些问题?为什么?,(6)
16、液压或者气压试验时,须按下式校核圆筒的应力: ,液压试验时,此应力值不得超过试验温度下材料屈服点的90%,气压试验不得超过80%。,第二章 中低压容器的规则设计,39,圆筒形容器,球形容器,椭圆形封头,平板封头,第二章 中低压容器的规则设计,40,43从设计角度,法兰可以分为以下三类:_法兰、_法兰和_法兰。,松式,整体,任意式,44螺栓垫片法兰连接的密封中两个重要的工况是:_、_。,预紧工况,操作工况,第二章 中低压容器的规则设计,41,松式法兰,松式法兰,松式法兰,整体法兰,整体法兰,整体法兰,任意式法兰,任意式法兰,任意式法兰,第二章 中低压容器的规则设计,42,46法兰密封常用的压紧面
17、型式有:_、_、_、_四种型式。,榫槽面,梯形槽,凹凸面,突台面,p80,第二章 中低压容器的规则设计,43,47螺栓垫片法兰连接的密封中两个重要的垫片性能参数是:_、_。,垫片压紧力(比压力) y,垫片系数 m,第二章 中低压容器的规则设计,44,(1) 必须在预紧时,使螺栓力在压紧面与垫片之间建立起不低于y值的比压力; (2) 当设备工作时,螺栓力应能够抵抗内压的作用,并且在垫片表面上维持m倍内压的比压力。,48保证法兰连接紧密不漏的条件是什么?,第二章 中低压容器的规则设计,p85,45,(1)开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中; (2)接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力; (3
18、)壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡(即小圆角)而引起应力集中。 这三种因素均使开孔或开孔接管部位的应力比壳体中的膜应力为大,统称开孔或接管部位的应力集中。,49压力容器开孔接管后对应力分布和强度带来什么影响?,第三章 压力容器的整体设计问题,p101,46,50应力集中系数是指_和_的比值。容器开孔接管,除了_加上_,及_等因素的综合作用,其附近就成为压力容器的破坏源。,应力峰值,薄膜应力,开孔引起的应力集中,容器壳体与接管形成的结构不连续应力,壳体与接管连接处因不等截面过渡引起的应力集中,第三章 压力容器的整体设计问题,47,51在均匀内压作用的竖直的薄壁圆筒上开孔时,孔周边的的最大应力
19、出现在:( ) (A)孔周边任一点; (B)孔周边与水平线成45夹角处; (C)孔周边与水平线成60夹角处; (D)孔周边与水平线成90夹角处;,D,第三章 压力容器的整体设计问题,p102,48,52平板开孔的应力集中系数为: ( ) (A) 2; (B) 2.5; (C) 3; (D) 0.5,C,p102,第三章 压力容器的整体设计问题,49,53球壳开孔的应力集中系数为: ( ) (A) 2; (B) 2.5; (C) 3; (D) 0.5,第三章 压力容器的整体设计问题,A,p102,50,54圆筒开孔的应力集中系数为: ( ) (A) 2; (B) 2.5; (C) 3; (D)
20、0.5,第三章 压力容器的整体设计问题,B,p102,51,55应力指数 I 与应力集中系数 Kt 的区别?,第三章 压力容器的整体设计问题,应力指数I指考虑点(可以多个点)的应力分量(、t、r)与容器无开孔接管时的周向薄膜应力之比。 应力集中系数Kt指最大应力分量的点(只有一个点)与无应力集中时的计算应力(对容器来说也是无开孔接管时的周向计算薄膜应力)之比。 一个区域只有一个Kt值。Kt的大小可以衡量结构应力集中的优劣。 结构的应力指数I可以有多个(如拐角的内侧、外侧不同方向),而且不一定是最大的。,p104,52,56目前我国容器设计中开孔补强的设计准则是_。 等面积补强的原则是:,等面积
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