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过程设备设计总复习基本组成筒体封某某密封装置开孔与接管支某某安全附件其功能是提供能承受一定温度和压力的密闭空间。第一章 压力容器导言1.1 压力容器总体结构1.1.1 压力容器基本组成1-法兰； 2-支某某； 3-封某某拼接焊缝； 4-封某某； 5-环焊缝； 6-补强圈；

7-人孔；8-纵焊缝； 9-筒体； 10-压力表； 11-安全阀；12-液面计筒体 %l 封某某 %l 密封装置 %l 开孔接管 %l 支某某 %l 安全附件压力容器的外壳内件反应、传热、传质、分离等容器%l储运容器1.2.1 介质危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等

其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性 介质危害性：1.2 压力容器分类1.毒 性：是指某种化学毒物引起机体损伤的能力。（1）极度危害（Ⅰ级）：最高容许浓度＜0.1 mg/m3；

（2）高度危害（Ⅱ级）：最高容许浓度0.1～＜1.0 mg/m3；

（3）中度危害（Ⅲ级）：最高容许浓度1.0～＜10 mg/m3；

（4）轻度危害（Ⅳ级）：最高容许浓度≥10 mg/m3。毒性程度对法兰的选用影响很大，主要体现在法兰的公称压力等级上，介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。例如 Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度

危害的压力容器按承压方式分内压容器外压容器当容器的内压力小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时又称为真空容器 （按照设计

压力p分）低压(L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa中压(M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa高压(H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa超高压(U)容器 p≥100MPa第二章 压力容器应力分析压力容器受到介质压力，支某某反力等多种载荷的作用。分析载荷作用下压力容器的应力和变形，是压力容器设计的重要理论基础2.2 回转薄壳应力分析概念薄壳：壳体厚度t与其中面曲率半径R的比值为（t/R）max≤1/10。

反之为厚壳薄壁圆筒： 外直径与内直径的比值Do/Di≤1.2。厚壁圆筒： 外直径与内直径的比值Do /Di≥1.2 。2.2.1 薄壳圆筒的应力1. 基本假设：a.壳体材料连续、均匀、各向同性；

b.受载后的变形是弹性小变形；

c.壳壁各层纤维在变形后互不挤压。图2-1 薄壁圆筒在内压作用下的应力薄壳圆筒B点受力简化成二向应力σφ和σθ(见图2-1)求解思路：1.取微元 力分析 法线方向：内力=外力 微元平

衡方程→→→

2.取区域 力分析 轴线方向：内力=外力

区域平衡方程→→→σθσφ求得：2.2.3 无力矩理论的基本方程一、微元平衡方程■微元平衡方程。又称拉普拉斯方程。三、区域平衡方程（图2-6）区域平衡方程式：（2-3）（2-4）求解步骤：a.由 求轴向力 b.由(2-4)式求得 c.将 代入(2-3)式求得 ●无力矩理论的两个基本方程微元平衡方程

区域平衡方程2.2.4 无力矩理论的应用◇分析几种工程中典型回转薄壳的薄膜应力：承受气体内压的回转薄壳球形薄壳薄壁圆筒锥形壳体椭球形壳体储存液体的回转薄壳圆筒形壳体球形壳体A、球形壳体a.结论:受力均匀且小。所以大型储罐制成球形较经济。b.变形后仍为球形。B、薄壁圆筒薄壁圆筒中，周向应力是轴向应力的2倍。结论:a.应用(a)开椭圆孔时,应使短轴∥轴线。b.变形后仍为圆筒壳C、锥形壳体图2-9 椭球壳中的应力随长轴与短轴之比的变化规律椭球壳承受均匀内压时，在任何a／b值下:

恒为正值，即拉伸应力，且由顶点处最大值向赤道逐渐

递减至最小值。

当 时，应力 将变号。从拉应力变为压应力。

随周向压应力增大，大直径薄壁椭圆形封某某出现局部屈曲。

(即:内压椭球有可能周向失稳)

措施：整体或局部增加厚度，局部采用环状加强构件。D、椭球形壳体工程上常用标准椭圆形封某某，其a/b=2。

的数值在顶点处和赤道处大小相等但符号相反，

即顶点处为 ，赤道上为 - ，

恒是拉应力，在顶点处达最大值为 。

三、无力矩理论应用条件① 壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳

体的材料的物理性能相同。② 壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩作用。③ 壳体的边界处的约束可沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠度。（即边界的固定形式为自由支撑）对很多实际问题：无力矩理论求解 %l 有力矩理论修正联合使用无力矩理论和有力矩理论，解决了大量的薄壳问题无力矩理论是近似的理论，用它分析壳体中的应力极为方便，在某些允许忽略内力矩的情况下，能给出正确的结果。不过必须满足以下条件2.2.5 回转薄壳的不连续分析 图2-12 组合壳一、不连续效应与不连续分析的基本方法实际壳体结构（图2-12）壳体组合结构不连续1、不连续效应由此引起的局部应力称为“不连续应力”或“边缘

应力”。分析组合壳不连续应力的方法，在工程

上称为“不连续分析”。不连续效应:由于结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区

域出现衰减很快的应力增大现象，称为“不连续

效应”或“边缘效应”。不连续应力:不连续应力的特性 1、局部性： 随着离边缘距离x的增加，各内力呈指数函数迅速衰减

以至消失，它的影响范围比较小，只存在于连接处附近的局部区域，这种性质称为不连续应力的局部性。局部性自限性2、自限性： 不连续应力是由弹性变形受到约束所致，因此对于

用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部区产生塑变

形，这种弹性约束就开始缓解，变形不会连续发展，不

连续应力也自动限制，这种性质称不连续应力的自限性。 不连续应力的危害性： 脆性材料制造的壳体、经受疲劳载荷或低温的壳体等

因对过高的不连续应力十分敏感，可能导致壳体的疲劳失

效或脆性破坏，因而在设计中应安有关规定计算并限制不

连续应力。不连续应力在设计中的处理：a. 受静载的塑性材料壳体，在设计中一般不作具体计算，而是考虑不连续应力，对局部结构进行改进，限制其应力。(a) 用挠性结构(b) 边缘区局部加强(c) b. 对 脆性材料壳体受疲劳载荷壳体受低温壳体按相关规定核算不连续应力必须●2.3 厚壁圆筒应力分析厚壁容器：应力特征：a. 应考虑径向应力，是三向应力状态；

b. 应力沿壁厚不均匀分布；

c.若内外壁间的温差大，应考虑器壁中的热应力。分析方法：静不定问题，需平衡、几何、物理等方程

联立求解。在某些实际工程中，由于承受高温高压，有些设备器壁厚度较大，如，合成氨、合成尿素、合成甲醇、油类加氢及压水反应堆等工程使用的容器 属于厚壁容器。2.3.1 弹性应力一、压力载荷引起的弹性应力二、温度变化引起的弹性热应力图2-17 厚壁圆筒中各应力分量分布 (a)仅受内压 (b)仅受外压 一、压力载荷引起的弹性应力 从图2-17中可见，

仅在 作用下，筒壁中的应力分布规律：结论:内压③除 外，其它应力沿壁厚的 与径比K值有关。

以 为例，外壁与内壁处的

周向应力 之比为:

K值愈大不均匀程度愈严重，

当内壁材料开始出现屈服时， 外壁材料则没有达到屈服，

因此筒体材料强度不能得到充分的利用。不均匀程度当k 值趋于1时，为薄壁容器。应力沿厚度接近均布，k=1.1时，内外壁应力只相差10％，而当k＝1.3时，内外壁应力差达到35％。

由此可见，当k＝1.3时若用薄壁应力公式计算，误差比较大，所以工程上一般规定

k＝1.1～1.2作为区别薄壁与厚壁容器的界限。图2-20 厚壁圆筒中的热应力分布（a）内加热 (b)外加热二、温度变化引起的弹性热应力厚壁圆筒中热应力及其分布的规律为：① 热应力大小与内外壁温差成正比② 热应力沿壁厚方向是变化的结论:Δt决于壁厚，径比K值愈大Δt值也愈大，表2-2中的值 Pt也愈大。③ 内、外壁④ 轴向应力为周向应力与径向应力之和（区别： ）⑤ 内、外加热的热应力公式相同，只是符号相反内加热：外加热：内壁为压应力外壁为压应力图2-21 厚壁筒内的综合应力

（a）内加热情况；(b)外加热情况3、内压与温差同时作用引起的弹性应力由图可见

内加热——内壁应力叠加后得到改善，

外壁应力有所恶化。

结论:外加热——则相反，内壁应力恶化，

外壁应力得到很大改善。

4、热应力的特点a. 热应力随约束程度的增大而增大b. 热应力与零外载相平衡，是自平衡应力，在温度高处发生收缩，温度低处发生拉伸变形。c. 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低d. 热应力在构件内是变化的5、不计热应力的条件:a. 有良好保温层 b. 已蠕变的高温容器6、减少热应力的措施:除严格控制设备的加热、冷却速度外 a. 避免外部对热变形的约束 b. 设置膨胀节(或柔性元件)c. 采用良好保温层 2.3.3屈服压力和爆破压力（1）爆破过程OA：弹性变形阶段AC：弹塑性变形阶段（壁厚减薄（承压能力下降）+材料强化（承压能力提高）），但材料强化作用大于厚度减小作用。C: 塑性垮塌压力——容器所能承受的最大压力D: 爆破压力2.3.4 提高屈服承载能力的措施适当增加壁厚：径比大到一定程度后效果不明显对圆筒施加外压：如采用多层圆筒结构

自增强：通过超工作压力处理，由筒壁自身外层材料的弹性收缩引起残余应力。工程上常用。厚壁圆筒的自增强

自增强处理是指筒体在使用之前进行加压处理，其压力超过内壁发生屈服的压力（初始屈服压力），使筒体内壁附近沿一定厚度产生塑性变形，形成内层塑性区，而筒体外壁附近仍处于弹性状态，形成外层弹性区。 当压力卸除后，筒体内层塑性区将有残余变形存在，而外层弹性区受到内层塑性区残余变形的阻挡而不能完全恢复，结果使内层塑性区受到外层弹性区的压缩而产生残余压应力，而外层弹性区由于收缩受到阻挡而产生残余拉应力。（圆平板轴对称弯曲的小挠度微分方程的应用）一、承受均布载荷时圆平板中的应力二、承受集中载荷时圆平板中的应力 简支固支●2.4 平板应力分析1、周边固支圆平板在支承处不允许有挠度和转角 图2-34 圆板的弯曲应力分布（板下表面）周边固支最大应力在板边缘上下表面2、周边简支圆平板 图2-34 圆板的弯曲应力分布（板下表面）周边简支最大弯矩和相应的最大应力均在板中心处表明: 周边简支板的最大挠度远大于周边固支板的挠度。挠度应力表明: 周边简支板的最大正应力大于周边固支板的应力。●工程中较多的是采用改变其周边支承结构，使它更趋近于固支条件周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支圆平板周边固支圆平板中的

最大正应力为支承处

的径向应力，其值为（2-72）周边简支圆平板中的

最大正应力为板中心处

的径向应力，其值为（2-73）表明: 周边简支板的最大正应力大于周边固支板的应力。●2.5 壳体的稳定性分析承受外压壳体失效形式：强度不足而发生压缩屈服失效刚度不足而发生失稳破坏

（讨论重点）m—稳定性安全系数，圆筒m=3外压圆筒的稳定条件工程中，在采用小挠度理论分析基础上，引进稳定性安全系数 m ，

限定外压壳体安全运行的载荷。理想圆柱壳小挠度理论的局限（1）壳体失稳的本质是几何非线性的问题（2）经历成型、焊接、焊后热处理的实际圆筒，存在各种

初始缺陷，如几何形状偏差、材料性能不均匀等（3）受载不可能完全对称小挠度线性分析会与实验结果不吻合。外压圆筒分成三类：长圆筒L/Do和Do/t较大时，其中间部分将不受两端约束或刚性构件的支承作用，壳体刚性较差。短圆筒L/Do和Do/t较小时，壳体两端的约束或刚性构件对圆柱壳的支持作用较为明显，壳体刚性较大。刚性圆筒L/Do和Do/t很小时，壳体的刚性很大，此时圆柱壳体的失效形式已经不是失稳，而是压缩强度破坏。2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析（详见教材）（1）长圆筒临界压力与圆筒的计算长度无关注意（2）长圆筒抗失稳能力与E有关，而强度上的承压能力与 有关用高强度钢代替低强度钢，只能提高圆筒的强度，而不能提高其抗失稳能力（3）对于薄壁外压圆筒，使长圆筒失稳的压力（Pcr）远远小于使长圆筒屈服的压力（PS），即失稳破坏先于强度破坏。∴采用高强钢对提高圆筒的稳定性不显著（4）对于厚壁圆筒 / 屈服失效 / 提高 可提高承载能力,

∴采用高强钢经济。 形状缺陷对圆筒稳定性的影响圆筒形状缺陷：不圆局部区域中的折皱、鼓胀、凹陷影响:内压下，有消除不圆度的趋势，对内压圆筒强度的影响不大外压下，在缺 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 径向流搅拌器按结构分为平 叶 折 叶 螺旋面叶桨式、涡轮式、框式和

锚式的桨叶都有平叶和

折叶二种结构推进式、螺杆式和螺带

式的桨叶为螺旋面叶混合流搅拌器8.2.3.2 搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特性一、搅拌器分类 按搅拌

用途分为低粘流体

用搅拌器高粘流体

用搅拌器低粘流体搅拌器有：

推进式、长薄叶螺旋桨、

桨式、开启涡轮式、圆盘

涡轮式、布鲁马金式、板

框桨式、三叶后弯式、MIG

和改进MIG等。高粘流体搅拌器有：

锚式、框式、锯齿圆盘式、

螺旋桨式、螺带式（单螺带、

双螺带）、螺旋—螺带式等。 桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在

搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占

搅拌器总数的75～80％。[文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]请点击下方选择您需要的文档下载。

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