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1、? 外压圆筒加强圈设计 ? (四川空分设备(集团)有限公司,四川 简阳 641400) ?:简要介绍了外压圆筒设计的基本理论、 加强圈个数及截面尺寸的确定方法、 加强圈快速计算 的方法、 不等壁厚外压圆筒加强圈的设计及外压圆筒的程序计算。 ?:外压;圆筒;加强圈;设计 ?:TB42?:A?:1001 - 4837(2005)10 - 0028 - 03 Design of Stiffeners for External Pressure Vessel Shell WANG Ji - qiang (Sichuan Air Separation Plant(Group)Co. ,Ltd. ,Jia
2、nyang 641400 ,China) Abstract :This article describes the basic theory for designing a external pressure vessel shell , the methods for determining the number and sectional size of stiffeners , the way for quickly calculating the stiffeners , the de2 sign of the stiffener of external pressure vessel
3、 shell with an unequal thickness and the program calculation for the external pressure vessel shell. Key words :external pressure ;vessel shell ;stiffener ;design 1? ? ? 外压圆筒计算,基本上都来源于 “米赛斯” 公式。 在设计工作中,遇到的一般都是短圆筒弹性失稳的 问题,很少遇到长圆筒和刚性圆筒(此类圆筒的失效 是由于壳壁中的压应力达到了材料的屈服极限而引 起塑性屈服失效)的情况。 对短圆筒弹性失稳,根据 “米赛斯” 公式,可
4、以推 导出下式: Pcr= 2159E 215 e D115 0L (1) 取安全系数m= 3 ,则外压圆筒许用设计外压 为: Pcr= 01863E 215 e D115 0L (2) 式中 Pcr 薄壁短圆筒在外压作用下的临界压 力,MPa pcr 许用设计外压 E 弹性模量,MPa e 筒体有效厚度,mm D0 筒体的外直径,mm L 圆筒计算长度,mm 上式是G B150图算法的基础,只要是短圆筒弹 性失稳问题,按式(2)进行计算的结果与图算法一 致。在实际计算中,只需要判断是否是短圆筒,即: L(48I- 3Ash2e) / (7h3e)(4) 式中 p 设计外压,MPa I 圆筒组
5、合段所需惯性矩,mm4 As 圆筒起加强作用部分的面积,mm2 he 加强圈高(宽)度,mm be 加强圈厚度,mm 其它的参数见前面的说明。上述两式能直接计 算出加强圈的厚度,较为方便。其原理也与G B150 92 第22卷第10期 压 力 容 器 总第155期 ? 相同,计算结果也是一致的。然而,该计算过程中, 要先确定Ls, he等物理量,试算过程难以避免,而无 需反复计算。同时,整个圆筒的外压计算也必须进 行,因此计算过程仍很麻烦。但是,这种方法毕竟较 G B150计算方便,对于经验丰富的设计者来说,采用 这种快速计算法还是可行的。 6? 对于不等厚度的外压筒体计算,需引入一个当 量圆
6、筒的概念。所谓当量圆筒,就是把各个实际存 在的不等厚筒节,按公式折算成内径不变、 稳定性相 同、 壁厚均为最小筒节厚度的假想筒节,由这些假想 筒节组成的筒体就叫当量筒体。其折算公式为: Le= l ( min ) 215 (5) 式中 Le 厚度为的筒节当量长(高)度,m l 厚度为的筒节实际长(高)度,m min 筒体上最小壁厚筒体的厚度,mm 筒节的厚度,mm 例如,某筒体由厚度为8 mm长度为3 m和厚度 为6 mm长度为2m的两节筒节组成。那么,8 mm厚 的筒节的当量长度为3(6/ 8) 2. 5 = 1. 46 m ,整个圆 筒的当量长度为3.46 m。 当量长度Le就是外压圆筒的
7、计算长度,通过它 再来确定加强圈的个数和截面尺寸。然后确定加强 圈在当量圆筒上的位置,最后尚须按式(5)折算回实 际筒体上的位置。有些设计人员在不等壁厚外压筒 体加强圈设计中,没有进行当量圆筒的计算,加强圈 基本上是等距离分布,造成加强圈既浪费了材料,又 不能起到好的加强效果。 7? (1)对于短圆筒弹性失稳问题,可以采用公式 对外压圆筒进行计算,而不必采用G B150的图算 法,计算结果更为准确。 特别是对于大直径、 薄壁 (D0/e 1000)的大型储罐类容器,G B150图表无法 对此进行计算,只能采用这种公式计算方法。 (2)加强圈应尽可能地减小厚度,增加高度。 这样能使用较少的材料,
8、获得较大的组合惯性矩,从 而降低加强圈成本。 (3)外压圆筒设计最好采用程序计算。这样不 但可以节省时间,而且可以快速确定最佳的筒体壁 厚、 计算长度及加强圈截面尺寸,从而取得较好的经 济效益。 (4)不等壁厚外压筒体的计算,必须按当量圆 筒的概念进行计算,以确定加强圈的最佳设置。 ?: 1 湛卢炳,孙晋波,陈再康.化工设备设计全书 大型 贮罐设计M.上海:上海科学技术出版社,1986. 2 G B1501998 ,钢制压力容器S.国家技术监督局. 3 王志文.化工容器设计第二版M.北京:化学工业出 版社. 4 JB/ T47351997 ,钢制焊接常压容器S.中国石油化工 总公司等批准. 5
9、 丁满福,王碧玲.外压容器环向加强圈快速计算J .石 油化工设备,1999 ,(3) . ?:2005 - 08 - 08 ?:王际强(1971 - ) ,男,1995年毕业于成都科技大学 (今四川大学)化工机械专业,从事低温压力容器、 大型低温 液体储罐的设计工作,通讯地址:四川简阳建设路239号四 川空分设备(集团)有限公司容器公司。 ? 煤气化技术作为煤炭深度加工、 转化利用的先导技术,是目前国内洁净煤技术优先发展的领域之一,而煤气化炉是煤气 化技术的关键设备,其作用是以白煤和焦炭等固体块状燃料为原料,当空气或氧气与蒸汽等气化剂在炉内通过固定燃料层 时,在一定的温度和压力下,把煤炭转化为
10、含有氢气和一氧化碳的合成气。这种清洁合成气可用于生产化肥、 化工产品、 氢气 和合成天然气的原料,也可以用于生产城市煤气、 炼钢还原剂,或用于电厂联合循环发电。大连冰山集团金州重型机器有限 公司近日制造出国内目前最大的煤气化炉,该炉结构紧凑、 制造难度大、 技术复杂,实行封闭运行,热量散失小,不污染环境, 从而能实现煤炭的高效清洁综合利用。大连冰山集团金州重型机器有限公司具有的50年的石化设备和压力容器制造历史, 这次为中石化壳牌(岳阳)公司生产的这台煤气化炉,直径为4400 mm ,重量为1300t ,日处理煤量2000t ,碳转化率可达98 %。中 石化壳牌(岳阳)公司的煤气化项目是中国石化与荷兰壳牌石油合作的大型化工项目,双方各持有50 %的股份,也是国内在建 的规模最大的煤气化化肥项目之一,目前该项目正在顺利进行。金州公司的这台煤气化的制造成功,标志着我国具有生产大 型煤气化炉的能力,在大型煤气化装置关键设备的国产化方面又迈出了一步。? 03 CPVT 外压圆筒加强圈设计 Vol22.No10 2005