外压容器环向加强圈快速计算0河源

2022-09-30 01:26

外压容器环向加强圈快速计算

外压容器环向加强圈快速计算 2011年12月09日 来源:    分类号 TQ 050.3  在压力容器设计中,除受内压容器外,还有不少承受外压的容器,如真空储罐、减压蒸馏塔及带有夹套加热或冷却的反应釜。当夹套中介质的压力高于容器内介质压力时,也构成外压容器。对于外压容器,在既定直径和材料的前提下,增加圆筒厚度δ或减小圆筒计算长度L均可提高其临界压力pcr值。但从经济角度考虑,减小L往往比增加δ更为有利,减小圆筒计算长度的方法是在圆筒外部或内部设置刚性加强圈。按GB 150-89《钢制压力容器》进行加强圈设计计算时,应先假定加强圈截面尺寸,然后反复试算,直至Is>I,且较接近为止。这种方法需反复试算,使用不便,笔者通过对矩形截面加强圈计算公式的推导,得出了一种快速简捷的计算方法。1 组合惯性矩  矩形截面加强圈是最常用的一种加强圈,它与壳体有效段组合截面见图1。根据文献[4],以x-x为组合截面中性轴,则组合惯性矩为:Is=I0+As(z0+δe/2-a)2+  I0′+As′a2(1)式中,I0=he3be/12,为加强圈惯性矩,mm4;I0′=lδe3/12,为圆筒起加强作用部分的惯性矩,mm4;As′=lδe,为圆筒起加强作用部分(组合段)的面积,mm2;As=hebe,为加强圈有效截面积,mm2;he为加强圈截面有效高度,be为加强圈有效厚度,δe为壳体的有效厚度,z0=he/2,为形心轴矩,a为组合截面的形心轴矩,l′=1.10,为加强圈两侧筒体有效段宽度之和,以上单位均为mm。若加强圈中心线两侧壳体的有效段宽度相重叠,则该壳体的有效段宽度中相重叠部分每侧按一半计算。图1 加强圈与壳体有效段组合截面2 组合截面形心轴矩(2)将I0、z0及I0′代入式(2),可得:  (3)  为便于计算,对上式进行适当简化,略去在Is计算中影响较小的项,he+δe≈he,同时略去lδe3/12一项,则:  (4)  上述简化在工程设计中是安全的。因为As以及As′均为正数,所以(As+As′)/2≥(仅当As=As′时取等号),即(As+As′)2≥4AsAs′。故:(5)把式(5)代入式(4)得:Is≤behe3/12+As′he2/16+Ashe2/16(6)把As代入式(6),化简得:7he3be+3As′he2≥48Is(7)3 加强圈与壳体组合段所需惯性矩  考虑每个加强圈两侧各承受Ls/2范围内的外压pcr, 则每个加强圈所承受的载荷Pcr=pcrLs。式中Ls为加强圈间距,mm。按圆环的失稳公式计算承受临界载荷Pcr的加强圈所需惯性矩[2]:(8)  我国国家标准采用文献[2]中式(5-1)计算圆环临界压力,相应地对于和圆筒相连在一起的加强圈,取稳定性安全系数m=3。考虑到加强圈和筒体相连的间断焊,可能削弱或割断等因素而增加10%的惯性矩裕量,故在设计外压p=[p]=pcr/3时,所需要的加强圈惯性矩为:(9)  上式算得的I就是按稳定性要求所需的最小惯性矩,该式适用于弹性稳定问题。应用上式时,应力应控制在弹性范围,工程上可近似用

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