建筑环境工程设备教学课件PPT压力容器.ppt

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1、第八章第八章第八章第八章第八章第八章压力容器压力容器压力容器压力容器压力容器压力容器2024-5-822024-5-83燃油（气）蒸汽锅炉2024-5-84第一节第一节 压力容器的结构与分类压力容器的结构与分类一一 容器结构容器结构v压力容器：压力容器：是内部或外部承受气体或液体压是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。力、并对安全性有较高要求的密封容器。v压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他形状。形状。v圆柱形压力容器通常由圆柱形压力容器通常由筒体、封头、接管、筒体、封头、接管、支座、法兰支座、法兰、液位计等零件和部件组成，压、

2、液位计等零件和部件组成，压力容器工作压力越高，筒体的壁就应越厚。力容器工作压力越高，筒体的壁就应越厚。2024-5-85(a)典型卧式容器的总件结构(b)结构的基本部件分解2024-5-86v筒体2024-5-87封头封头2024-5-882024-5-89半球形封头半球形封头半球形封头半球形封头 结构特点：半球形封头是由半个球壳构成的。结构特点：半球形封头是由半个球壳构成的。2024-5-810 椭圆形封头椭圆形封头椭圆形封头椭圆形封头 结构特点：椭圆形封头是由半个椭球面和高为的结构特点：椭圆形封头是由半个椭球面和高为的h h短圆筒短圆筒 （直边段）构成的。（直边段）构成的。2024-5-8

3、11以iR为半径的球面；以 r 为半径的过渡圆弧(即折边)；高度为0h的直边。碟形封头碟形封头碟形封头碟形封头1 1、结构特点：、结构特点：2024-5-8122024-5-813法兰2024-5-814密封元件2024-5-815人孔v 2024-5-816二压力容器分类二压力容器分类 1.按压力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器。按压力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器。（1）外压容器：容器的内部压力低于外部压力。（溴化锂空）外压容器：容器的内部压力低于外部压力。（溴化锂空调机组中的发生器）调机组中的发生器）（2）内压容器：容器的内部压力高于外部压力。（制冷空调）内压容器：

4、容器的内部压力高于外部压力。（制冷空调装置中）装置中）内压容器又可按设计压力（内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个压力等级，具体划分如下）大小分为四个压力等级，具体划分如下：低压低压(代号代号L)容器容器 0.1 MPap1.6 MPa;中压中压(代号代号M)容器容器 1.6 MPap10.0 MPa;高压高压(代号代号H)容器容器 10 MPap100 MPa;超高压超高压(代号代号U)容器容器 p100MPa。2按容器在生产中的作用分类按容器在生产中的作用分类:（1）反应压力容器反应压力容器(代号代号R):用于完成介质的物理、化学反应。用于完成介质的物理、化学反应。（2）换热压力容器）

5、换热压力容器(代号代号E):用于完成介质的热量交换。用于完成介质的热量交换。（3）分离压力容器（代号）分离压力容器（代号S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。化分离。（4）储存压力容器（代号）储存压力容器（代号C，其中球罐代号，其中球罐代号B）：用于储存、盛装气体、）：用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。液体、液化气体等介质。2024-5-817v在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。过程中的主要作用来划分品种。按安装方式分

6、类按安装方式分类：v（1）固定式压力容器：固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。也较固定的压力容器。v（2）移动式压力容器：）移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。3 按容器的壁厚分类按容器的壁厚分类（1）薄壁容器）薄壁容器

7、所谓厚壁与薄壁并不是按容器厚度的大小来划分，而是一种所谓厚壁与薄壁并不是按容器厚度的大小来划分，而是一种相对概念，通常根据容器外径相对概念，通常根据容器外径DO与内径与内径Di的比值的比值K来判断，来判断，K1.2为薄为薄壁容器，壁容器，K1.2为厚壁容器。工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。为厚壁容器。工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。（2）厚壁容器）厚壁容器2024-5-818第二节第二节 薄壁容器的应力薄壁容器的应力薄壁容器的应力薄壁容器的应力应力沿壁厚均布假设应力沿壁厚均布假设应力沿轴向均布假设应力沿轴向均布假设二向应力状态假设二向应力状态假设2024-5-819旋（回）转壳体旋（回

8、）转壳体 ：壳体中面是任意直线或平面：壳体中面是任意直线或平面 曲线作母线，绕其同平面内的轴线旋转一曲线作母线，绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲面。周而成的旋转曲面。2024-5-820微体平衡方程图 2-2 回 转 壳 中 面 的 几 何 参 数对回转体薄壁壳体，可假设对回转体薄壁壳体，可假设容器的壳壁很薄，无法承受容器的壳壁很薄，无法承受弯曲应力，弯曲应力，只能承受拉应力只能承受拉应力和压应力和压应力，并假设这种，并假设这种应力应力沿壳壁方向是均匀分布的沿壳壁方向是均匀分布的。基于这一假设的壳体应力分基于这一假设的壳体应力分析理论称为析理论称为壳体无力矩理论壳体无力矩理论或薄膜理论或

9、薄膜理论，相应的，相应的壳壁应壳壁应力称为薄膜应力力称为薄膜应力。R R1 1和和R R2 2表表示沿壳体上任一点的的曲率示沿壳体上任一点的的曲率半径（经线上的曲率半径）半径（经线上的曲率半径）和第二曲率半径（法截面与和第二曲率半径（法截面与壳体相割形成的曲线在点壳体相割形成的曲线在点a a外的曲率半径）外的曲率半径）2024-5-821如图所示：一承受内压的回转如图所示：一承受内压的回转薄壁壳体，厚度为薄壁壳体，厚度为，截面法分，截面法分析壳体上任一点的应力状态，析壳体上任一点的应力状态，任一壳体中以两相邻的经线截任一壳体中以两相邻的经线截面，和两个相邻的旋转法截面面，和两个相邻的旋转法截面

10、ad和和bc，截出一微体，截出一微体abcd，由，由于壳体内压的作用，在微体的于壳体内压的作用，在微体的四个截面上都将承受拉应力。四个截面上都将承受拉应力。垂直于垂直于ad和和bc边的应力称为径向边的应力称为径向应力应力，垂直于，垂直于ab和和cd边的应边的应力称为周向应力力称为周向应力于于。微体沿。微体沿线的弧长为线的弧长为dl1=R1d,沿法截线的沿法截线的弧长为弧长为dl2=R2d。若薄壳所受的压。若薄壳所受的压力为力为P P。微体微体abcd面积上所受的外面积上所受的外力为力为Pdldl2，微体在四个截面上产，微体在四个截面上产生的拉力分别为径向力生的拉力分别为径向力dl2，为周向力为

11、为周向力为dl12024-5-8222112122sin2sin022sin222sin222dddldlpdldldldddldd 12 pRR拉普拉斯方程式。反映了拉普拉斯方程式。反映了回转薄壁壳体上回转薄壁壳体上任一点处的任一点处的薄膜应力与壳体所薄膜应力与壳体所受的外载荷压力及几何形状受的外载荷压力及几何形状之间的相互关系。方程中有之间的相互关系。方程中有两个应力均为未两个应力均为未知量知量，要求出这两个薄膜应力，还要根据，要求出这两个薄膜应力，还要根据壳体的约束条件壳体的约束条件找出一个补充找出一个补充方程，及方程，及区域平衡方程式。区域平衡方程式。2024-5-823采用一个采用一

12、个旋转法截面旋转法截面将壳体切将壳体切开，则切开的开，则切开的环端面与壳体的环端面与壳体的真实厚度真实厚度相等，此时断面上仅相等，此时断面上仅存在径向应力，取截面的下半存在径向应力，取截面的下半部分壳体部分壳体non,根据分离体的在根据分离体的在oz轴方向的静力平衡方程式。轴方向的静力平衡方程式。仅考虑壳体受均布气体压力仅考虑壳体受均布气体压力P作作用时分离体的区域平衡。此时用时分离体的区域平衡。此时分离体所受的气体压力分离体所受的气体压力P在在oz轴轴方向的分力为方向的分力为22sinNFr prR2024-5-824径向应力在在在oz轴的分力为轴的分力为12 pRR,22sin2NNNFr

13、FFpR 2024-5-825 二典型的薄壁壳体的应力二典型的薄壁壳体的应力1 圆筒形壳体的应力圆筒形壳体的应力1R 1R 1R 2RR2024-5-826 2pR=2 pR讨论：周向应力是经（轴）向应周向应力是经（轴）向应力的力的2 2倍，所以倍，所以周周向承受应力向承受应力更大，更大，周周向上就要少削弱面积向上就要少削弱面积，故开设椭圆孔时，椭圆孔之，故开设椭圆孔时，椭圆孔之短轴平行于筒体轴线，如右图短轴平行于筒体轴线，如右图所示。所示。2024-5-8272受气体内压的球形壳体受气体内压的球形壳体2024-5-828v讨论：讨论：对相同的内压，球壳的周向应力要比同对相同的内压，球壳的周向

14、应力要比同直径、同厚度的圆筒壳的周向应力小一半，这是球直径、同厚度的圆筒壳的周向应力小一半，这是球壳显著的优点。壳显著的优点。球壳体的厚度仅需圆筒形壳体厚度的一半。制造球壳体的厚度仅需圆筒形壳体厚度的一半。制造相同体积的容器，球体的表面积最小，所耗材料也相同体积的容器，球体的表面积最小，所耗材料也最少。球形容器的这种受力和几何优势，通常被用最少。球形容器的这种受力和几何优势，通常被用于储存容器特别是大型储存容器的设计制造中。于储存容器特别是大型储存容器的设计制造中。=2pR2024-5-829三三 边缘应力边缘应力v在采用无力矩理论进行内压容器受力分析时，忽略了剪力与弯矩的在采用无力矩理论进行

15、内压容器受力分析时，忽略了剪力与弯矩的影响，这样的简化是可以满足工程设计精度的要求。影响，这样的简化是可以满足工程设计精度的要求。v 以筒体与封头联接为例，若平板盖具有足够的刚度，受内压作用以筒体与封头联接为例，若平板盖具有足够的刚度，受内压作用时变形很小。而壳壁较薄，变形量较大，两者连接在一起，在联接处时变形很小。而壳壁较薄，变形量较大，两者连接在一起，在联接处(即边缘部分即边缘部分)筒体的变形受到平板盖的约束，因此产生了附加的局部应筒体的变形受到平板盖的约束，因此产生了附加的局部应力力(即边缘应力即边缘应力)。v理论与实验均已证明，发生在连接边缘处的边缘应力具有理论与实验均已证明，发生在连

16、接边缘处的边缘应力具有局部性局部性和和自限性自限性两个基本特性：两个基本特性：v1 1局部性局部性 不同性质的联接不同性质的联接,边缘产生不同的边缘应力，但它们边缘产生不同的边缘应力，但它们大多数都有明显的衰减波特性，随着离开边缘的距离增大，边缘应力迅大多数都有明显的衰减波特性，随着离开边缘的距离增大，边缘应力迅速衰减。速衰减。2 2自限性自限性 由于边缘应力是两联接件弹性变形不一致，相互制约由于边缘应力是两联接件弹性变形不一致，相互制约而产生的，一旦材料产生了塑性变形，弹性变形的约束就会缓解，边缘而产生的，一旦材料产生了塑性变形，弹性变形的约束就会缓解，边缘应力自动受到限制，这就是边缘应力的自限性应力自动受到限制，这就是边缘应力的自限性。v因此，若用因此，若用塑性好塑性好的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险性。的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险性。正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般不按局部应力不按局部应力来确定来确定厚度，而是在厚度，而是在结构上结构上作局部处理。但对于作局部处理。但对于脆性脆性材料，必须考虑材料，必须考