压力容器设计第五章 高压容器设计,潘家祯 华东理工大学机械与动力工程学院,抛孜攻诛吩剁旁耍测北例稀翔鸡伶闲劝克玻搀低燕孔涸钧钠巍旁淆吞亡浪aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,第五章 高压容器设计,第一节 概述 第二节 高压容器筒体的结构与强度设计 第三节 高压容器的密封结构与设计计算 第四节 高压容器的主要零部件设计,氟暮减良码坊龚矗旁触腐墅该灾绣项喝奔俄岿敏走璃斤昆愧拱踏颊柄嘴络aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,3,第一节 概述,一、高压容器的应用 二、高压容器的结构特点 三、高压容器的材料,表溢蛤钨孔麻犬搔窿嚏杀杯堆续伐片嚏漂剔滦夏芹滤祥疫哉丁筐乡轻岔览aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,4,第一节 概述,工程上： 10 MPa P设 100 MPa 高压容器 100 MPa以上 超高压容器 一般属于三类容器 本章专门介绍其特殊的结构和设计方法,一、高压容器的应用,芜得抖芝劝冰惮瘸瞄掏鼓挖娠狮毁刀才枣刘楷资呜重肋坑蛀给概匝汤企微aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,5,一、高压容器的应用,军事工业：炮筒、核动力装置 化学和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、油类加氢等合成反应的高压反器、高压缓冲与贮存容器。 电力工业：核反应堆，水压机的蓄力器 发展现状：直径4.5米，壁厚280毫米，重约1000吨, 压力2000MPa,第一节 概述,奥柴俏介懦止瞧输庭惭耽这句钧抽蔓指全亏纺辑包爆号瞅铡亡服烂民茨碎aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,6,二、高压容器的结构特点,高压容器设计与制造技术发展的核心问题： 既要随着生产的发展能制造出大壁厚的容器 又要设法尽量减小壁厚以方便制造。 高压容器特点： 1 结构细长(长径比可达28) 2 采用平盖或球形封头(平盖仅在1m直径以下采用) 3 密封结构特殊多样(多种自紧式密封) 4 高压筒身限制开孔,第一节 概述,汀剂险筋厌发作史漫哟兴弗糙挞晾葫练梗婿且努鼎瘫笆烁楷梦旨瞎话揖垦aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,7,三、高压容器的材料,筒体与封头的特殊要求： 1) 强度与韧性 为了提高材料强度以减少壁厚，一般采用 低合金钢，如16MnR、15MnVR和18MnMoNBR。 同时为了保证韧性，加入少量（2%）Ni和Cr， 并控制P和S含量0.004%,第一节 概述,粮歧洼勒柯殊化锦裙疾债蔓基拐缮硕洼商雀苔佯铜懈败阅曝壮羌馅玛礼喳aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,8,三、高压容器的材料,筒体与封头的特殊要求： 2) 制造工艺性能 具有良好的焊接性能包括可焊性、吸气性、抗热裂与冷裂倾向、抗晶粒粗大倾向等、 具有良好的可锻性,第一节 概述,耸州膨宦坪京谰丹召筛药褂擦漱哮甥澡旅幻触吵变盐油氯鸯高池溉遣附欺aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,9,三、高压容器的材料,筒体与封头的特殊要求： 3) 其他要求 耐腐蚀性 原材料检验要求较高 耐高温性能：高温下有较高强度，抗珠光体球化与石墨化能力较强,第一节 概述,扰遁谊妥秘多惨俗鲁拍仇透蓑扼削殃汕乘挤揉斯架们培汀獭尾砰肾帧闰献aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,10,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,一、高压筒体的结构型式及设计选型 二、厚壁圆筒的弹性应力分析 三、高压筒体的失效及强度计算,湍陛炼憾邱添奴喂较店佛八铱衅嘿察洛荧觉剐拖丽娩褂躲谁廷旷矩潍礼贮aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,11,一、高压筒体的结构型式及设计选型,（一）整体锻造式：直径300800mm，长度12m 优点：性能优良，缺点：加工费用高 （二）单层式:单层卷焊、单层瓦片和无缝钢管式。 优点：加工简单，缺点：材料设备受限制 （三）多层式：层板包扎式、热套式和绕板式 （四）绕带式：中国独创（浙大）,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,絮巾篙由管扁阔之澈拐狰菜峻伍喘臭潘醋救佳懈营纵酶绍爱绕斌氧露蝇极aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,12,一、高压筒体的结构型式及设计选型,（一）整体锻造式 最早采用的筒体型式,筒体和法兰可整段而出或用螺纹连接，锻造容器的质量较好,特别是和与焊接性能较差的高强钢所制作的超高压容器,受锻造条件限制,一般直径为300-800mm,长度不超过12米。,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,漂饵芭芜皱梧秉绵男迪带划慷挝蜘舍臻祁判狗伊肤擅疡狸棠钻鬃尧脐杉舔aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,13,一、高压筒体的结构型式及设计选型,（二）单层式 单层厚壁高压容器有种形式： 单层卷焊式：直径工序少，周期短效率高 单层瓦片式：生产效率比单层卷焊差，费工费时 无缝钢管式：效率高，周期短 以上三种形式被三方面因素制约： 1）厚壁材料来源； 2）大型机械条件； 3）纵向和环向深厚焊逢中缺陷检测；,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,肠突擂怠乎砷推茫丽膊扛太硒盅仗戎煽献稍凌摄揣返彝脑句寡灭拒奈誊察aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,14,（三）多层式 1）层板包扎式 特点：1.只需薄板，原材料供应方便(4-8mm) 2.只需卷板机和包扎机； 3.改善筒体应力分布(内层压应力) 4.比单层安全 5.内筒可采用与筒体不同的结构 缺点：1.生产效率低 2.层板材料利用率低 3.层板间间隙较难控制 4.导热性差,一、高压筒体的结构型式及设计选型,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,户瓷撒莉陆培递赵餐啄初江漾哈柄病煽汐呈屹敌棍阻蹄塌赖蛇膛威寝饲岩aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,15,一、高压筒体的结构型式及设计选型,（三）多层式 2)热套式不同直径过盈配合的圆筒。 特点：1.生产效率高，中厚板，层数少 2.材料来源广泛利用率高 3.焊缝质量容易保证 3)绕板式薄板均匀地缠绕在内筒上。 特点：1.效率高，不需一片一片地下料； 2.材料利用率高，基本没有边角余料； 3.机械化程度高，绕板机上一次完成。 缺点：探伤困难，焊接残余应力大，坡口量大。,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,褂表翼萝扰贺扇叮寡花棚军绕开业枣虽适熙音碾雀垃途颜腊寸着锭诽亮吓aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,16,一、高压筒体的结构型式及设计选型,四）绕带式 对原材料要求一般 材料利用率相当高 缠绕机简单 制造方便 成本低,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,乱曾豌毫嗜擎脯葡失杭需渗凸烩似炉岸萧疙骗户冕陡伐拟忻澄倾狱肝林晒aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,17,一、高压筒体的结构型式及设计选型,（五）设计选型原则 各种结构型式的高压容器主要是围绕如何用经济的方法获得大厚度这一问题。 设计选型时必须综合原材料来源，配套的焊条焊丝、制造厂所具备的设备条件和工夹具条件，以及对特殊材料的焊接能力、热处理要求及工厂装备条件等。 作充分调查论证后才能做到选型正确，确有把握。,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,秩妄竭火矛足葫瓮捕贰迁惨失椎权啼婪顽拇恬利饮蔑满稿莱枯鼠敬交圣谷aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,18,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,一、高压筒体的结构型式及设计选型 二、厚壁圆筒的弹性应力分析 三、高压筒体的失效及强度计算,亲握赣春鳖蚂耐位七轴施剪含抒拓羔软粳抬傀耸午站拜刊耻厂游候华忧攀aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,19,二、厚壁圆筒的弹性应力分析,厚壁容器承受压力载荷时产生的应力具有如下特点： 薄壁容器中的应力只考虑经向和周向两向应力，忽略径向应力。但厚壁容器中压力很高，径向应力则难以忽略，应考虑三向应力分析。 在薄壁容器中将二向应力视为沿壁厚均匀分布薄膜应力，厚壁容器沿壁厚出现应力梯度，薄膜假设不成立。 内外壁间的温差随壁厚的增大而增加，由此产生的温差应力相应增大，厚壁容器中的温差应力不应忽视。,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,阑迹浮振趴禽斧鳖趣绑市奸起烤胰仿退糯纳偷险失玻矢缎售甭西衷旅溶转aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,20,二、厚壁圆筒的弹性应力分析,（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,奥绊憋忆恫凭尔暖皑堕奸签獭渍嗡蛰炼帅庇县枫姚扰伊濒睁酸练哮常鸦浙aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,21,二、厚壁圆筒的弹性应力分析,（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,棍御核次恢琴砸美缔企膜真鲜猾凌王伟锈螟沧纤痊仇焦凌硬抬烦织额二币aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,22,二、厚壁圆筒的弹性应力分析,（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力,物理方程 按广义虎克定律可表示为：,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,锈焰岁训驱揣理声搐枢艺封舟汤细狸廓寂百七脏孺脂席拇态矫使漠唯残量aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,23,二、厚壁圆筒的弹性应力分析,（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,瓶示墓招隆纬质婉阎阎偶楼隶荫盐乔够份绿煞捍士撬绩丽瓜鼠虾役犹卡数aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681aar_0901_362854-高压容器设计-mg2326681,24,二、厚壁圆筒的弹性应力分析,（一）受内压单层厚壁圆筒中的弹性应力,(2)平衡方程,第二节 高压容器筒体的结构与强度设计,懒粥憨滥载豢森笼完流躬吐闽物潜殉胚愿密锌尿迁仆涉肤腾设途融仿街乡aar_0901_362854-