外壓容器失穩(wěn)計算以及設(shè)計組成部分

外壓容器失穩(wěn)

1. 失穩(wěn)是指容器所受的外壓達到某種極限時，容器突然失去原來的形狀而出現(xiàn)有規(guī)則的波形，在卸去外壓后，仍不能恢復(fù)原來形狀的現(xiàn)象。
2. 引起外壓容器失穩(wěn)的主要原因是強度不夠和穩(wěn)定性不足。
3. 外壓元件承受的是壓應(yīng)力，其破壞形式主要是失穩(wěn)，失穩(wěn)可分為周向失穩(wěn)和軸向失穩(wěn)，周向失穩(wěn)是指斷面由圓形變成波形;軸向失穩(wěn)是指軸線由直線變成波形線。
4. 為了防止失穩(wěn)，應(yīng)使殼體防止失穩(wěn)的許用壓力([P])大于或等于容器失穩(wěn)時的壓力(PCR),圓筒穩(wěn)定安全系數(shù)取3.0, 球殼穩(wěn)定安全系數(shù)取14. 52。

周向失穩(wěn)計算

外壓容器殼體壁厚計算一般采用圖算法，根據(jù)殼體直徑(或半徑)，計算長度，假設(shè)壁厚(δc)和所用材料牌號，利用圖表査取系數(shù)，然后代入公式得到許用外壓力[P],使 [P]≥PC,否則重新計算直至合格為止。

軸向失穩(wěn)計算

由圓筒或管子的半徑，壁厚δc和所用材料牌號，用圖表査取系數(shù)，代入公式得B值，使計算壓力Pc小于或等于許用軸向壓縮應(yīng)力。許用軸向壓縮應(yīng)力可取設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力(σ)和B值的較小值。

防止外壓圓筒失穩(wěn)主要有增加圓筒壁厚、縮短圓筒的計算長度和設(shè)置加強圈等措施。加強圈應(yīng)整圈圍繞在圓筒上，并要求有足夠截面積和組合慣性矩。加強圈可設(shè)置在容器內(nèi)部或外部。加強圈和圓筒之間連接可采用連續(xù)焊或間斷焊。間斷焊外部不少于圓筒周長的1/2，內(nèi)部不少于1/3。

設(shè)計組成部分

1. 開孔補強

開孔不僅削弱容器強度，也造成局部應(yīng)力集中，是造成容器破壞重要因素，所以開孔補強是壓力容器設(shè)計重要組成部分。壓力容器本體開孔補強計算方法有等面積法和分析法。

等面積法適用范圍為在筒體或封頭上開圓孔、橢圓孔或長圓孔，非圓孔的長短徑之比為a/b≤2。筒體內(nèi)徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑dop≤1/2Di，且dop≤520mm;筒體Di>1500或錐形封頭開孔時，dop≤1/3Di，且dop≤1000mm (錐形封頭開孔時，以為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑)。

分析法是根據(jù)彈性薄殼理論得到的，用于內(nèi)壓作用下具有徑向接管圓筒的開孔補強設(shè)計，其使用范圍為d≤0. 9D且max [0.5，d/D] ≤δet/δe≤2,不另行補強的條件(GB 150—2011中開孔補強章節(jié))包括：

• a.壓力小于或等于2. 5MPa;
• b.兩相鄰開孔中心間距(對曲面間距以弧長計算)應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍;
• c.接管公稱外徑小于或等于89mm;d.接管最小壁厚滿足GB 150中對應(yīng)表格的要求。

開孔補強形式有整體補強和局部補強兩種。

• 整體補強包括增加殼體厚度、厚壁管和整體補強鍛件與殼體焊接等;
• 局部補強包括補強圈。采用補強圈補強，應(yīng)遵循下列規(guī)定：a.鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限值≤540MPa;b.補強圈厚度小于或等于1. 5δn;c.殼體名義厚度δn≤38mm。

2. 法蘭設(shè)計

法蘭設(shè)計主要包括的內(nèi)容為：

• ①墊片壓緊力，計算在預(yù)緊和操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力;
• ②螺栓，螺栓載荷、螺栓面積、在預(yù)緊和操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷的計算;
• ③法蘭，在預(yù)緊和操作狀態(tài)下法蘭力矩的計算，法蘭的應(yīng)力及其校核。