外壓容器失穩(wěn)計(jì)算以及設(shè)計(jì)組成部分

外壓容器失穩(wěn)

失穩(wěn)是指容器所受的外壓達(dá)到某種極限時(shí)，容器突然失去原來(lái)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(lái)形狀的現(xiàn)象。
引起外壓容器失穩(wěn)的主要原因是強(qiáng)度不夠和穩(wěn)定性不足。
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。
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(shí)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(jì)算

外壓容器殼體壁厚計(jì)算一般采用圖算法，根據(jù)殼體直徑(或半徑)，計(jì)算長(zhǎng)度，假設(shè)壁厚(δc)和所用材料牌號(hào)，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(jì)算直至合格為止。

軸向失穩(wěn)計(jì)算

由圓筒或管子的半徑，壁厚δc和所用材料牌號(hào)，用圖表査取系數(shù)，代入公式得B值，使計(jì)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(jì)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(jì)算長(zhǎng)度和設(shè)置加強(qiáng)圈等措施。加強(qiáng)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(qiáng)圈可設(shè)置在容器內(nèi)部或外部。加強(qiáng)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(zhǎng)的1/2，內(nèi)部不少于1/3。

設(shè)計(jì)組成部分

1. 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

開(kāi)孔不僅削弱容器強(qiáng)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(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)是壓力容器設(shè)計(jì)重要組成部分。壓力容器本體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)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(kāi)圓孔、橢圓孔或長(zhǎng)圓孔，非圓孔的長(zhǎng)短徑之比為a/b≤2。筒體內(nèi)徑Di≤1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑dop≤1/2Di，且dop≤520mm;筒體Di>1500或錐形封頭開(kāi)孔時(shí)，dop≤1/3Di，且dop≤1000mm (錐形封頭開(kāi)孔時(shí)，以為開(kāi)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(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，其使用范圍為d≤0. 9D且max [0.5，d/D] ≤δet/δe≤2,不另行補(bǔ)強(qiáng)的條件(GB 150—2011中開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)章節(jié))包括：

a.壓力小于或等于2. 5MPa;
b.兩相鄰開(kāi)孔中心間距(對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)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(duì)應(yīng)表格的要求。

開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)形式有整體補(bǔ)強(qiáng)和局部補(bǔ)強(qiáng)兩種。

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