化工设备及技术概述PPT(共 45张)
合集下载
《化工设备图》课件
安全生产管理
设备图在安全生产管理中起到关键作用，有助于 预防和应对各类生产事故。
化工设备图的发展趋势与展望
数字化与智能化
随着技术的发展，化工设备图将逐渐实现数字化和智能化，提高 设计效率。
标准化与规范化
为了提高设备图的通用性和易用性，未来将更加注重标准化和规范 化工作。
环保与可持续发展
随着环保意识的提高，化工设备图的设计将更加注重环保和可持续 发展。
标注与说明
添加必要的标注和说明，如尺寸、材料、工艺流 程等。
审核与修改
对完成的图纸进行审核，发现并修正错误或不清晰的地 方。
化工设备图的绘制技巧
使用标准符号和图例
遵循行业标准，使用标准的符号和图例，确保图纸的可读性和通用性。
突出重点
在绘制过程中，对重要的设备和部件进行突出显示，便于读者快速了解关键信息。
分析图纸的完整性
在阅读图纸时，应注意分析图纸的完整性，检查 是否缺少必要的视图或标注，以确保图纸的完整 性和准确性。
化工设备图的常见问题分析
视图不完整或标注
不清
在某些情况下，由于视图不完整 或标注不清，可能导致对设备的 结构和功能理解不准确。
比例尺使用不当
比例尺是化工设备图中的重要元 素，如果使用不当，可能导致图 纸的尺寸和实际设备尺寸不一致 。
02
03
工艺流程设计
管道设计
通过化工设备图，可以清晰地展 示工艺流程中各个设备的相互关 系和物料流动方向。
化工设备图中的管道和阀门等部 件信息，为管道设计提供了基础 数据和依据。
化工设备图在生产管理中的应用
操作规程制定
依据化工设备图，可以制定详细的操作规程，规 范生产操作。
维护与检修
设备图在安全生产管理中起到关键作用，有助于 预防和应对各类生产事故。
化工设备图的发展趋势与展望
数字化与智能化
随着技术的发展，化工设备图将逐渐实现数字化和智能化，提高 设计效率。
标准化与规范化
为了提高设备图的通用性和易用性，未来将更加注重标准化和规范 化工作。
环保与可持续发展
随着环保意识的提高，化工设备图的设计将更加注重环保和可持续 发展。
标注与说明
添加必要的标注和说明，如尺寸、材料、工艺流 程等。
审核与修改
对完成的图纸进行审核，发现并修正错误或不清晰的地 方。
化工设备图的绘制技巧
使用标准符号和图例
遵循行业标准，使用标准的符号和图例，确保图纸的可读性和通用性。
突出重点
在绘制过程中，对重要的设备和部件进行突出显示，便于读者快速了解关键信息。
分析图纸的完整性
在阅读图纸时，应注意分析图纸的完整性，检查 是否缺少必要的视图或标注，以确保图纸的完整 性和准确性。
化工设备图的常见问题分析
视图不完整或标注
不清
在某些情况下，由于视图不完整 或标注不清，可能导致对设备的 结构和功能理解不准确。
比例尺使用不当
比例尺是化工设备图中的重要元 素，如果使用不当，可能导致图 纸的尺寸和实际设备尺寸不一致 。
02
03
工艺流程设计
管道设计
通过化工设备图，可以清晰地展 示工艺流程中各个设备的相互关 系和物料流动方向。
化工设备图中的管道和阀门等部 件信息，为管道设计提供了基础 数据和依据。
化工设备图在生产管理中的应用
操作规程制定
依据化工设备图，可以制定详细的操作规程，规 范生产操作。
维护与检修
《化工设备机械基础》课件
新型材料
高分子合成材料
如聚乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯等，具有优良的耐腐 蚀性和绝缘性，适用于制 造管道和储罐等。
纳米材料
具有优异的力学性能和耐 腐蚀性，可用于制造高效 能换热器和催化剂载体等 。
智能材料
如形状记忆合金和光纤传 感器等，具有自适应和自 诊断功能，可用于化工设 备的监测和维护。
03
CATALOGUE
气密封
利用气体在密封腔内的压力差，使气体被密封在腔室内，以达到密封的目的。原理是利用 气体在密封腔内的压力差和密封元件的配合，使气体被密封在腔室内。
密封材料的选择
耐腐蚀材料
对于腐蚀性较强的介质，应选择耐腐蚀性能 较好的材料，如不锈钢、钛合金等。
耐磨材料
对于磨损较大的介质，应选择耐磨性能较好 的材料，如碳化硅、碳石墨等。
详细描述
腐蚀的原理是金属原子与环境中的原子发生交换或结合，导致金属表面的原子被氧化或还原。腐蚀速率受多种因 素影响，如环境湿度、温度、酸碱度、氧气浓度、盐分等。此外，金属的种类、合金成分、表面状态、机械性能 等也会影响腐蚀速率。
防腐蚀的方法与措施
总结词
防腐蚀的方法包括材料选择、表面处理、涂层保护等，目的是减缓或阻止腐蚀的发生。
化工设备的腐蚀与防护
腐蚀的定义及分类
总结词
腐蚀是一种常见的化学反应，会导致材料损失和设备损坏。
详细描述
腐蚀是指金属与环境之间的化学或电化学反应，导致金属损 失和性能下降。根据腐蚀机理和环境条件的不同，腐蚀可以 分为多种类型，如化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀等。
腐蚀的原理及影响因素
总结词
腐蚀的原理涉及到金属与环境之间的相互作用，影响因素包括环境因素和金属性质。
设备安装精度控制
化工设备设计概述PPT培训课件
工艺优化
总结词
工艺优化是在化工设备设计过程中， 通过对生产工艺的改进，提高设备的 生产效率和产品质量，降低能耗和生 产成本。
详细描述
工艺优化主要涉及对设备操作参数、 反应条件、工艺流程等方面的改进。 通过对这些工艺条件的优化，可以提 高设备的生产效率和产品质量，降低 能耗和生产成本。
材料优化
总结词
05
化工设备设计优化
结构优化
总结词
结构优化是化工设备设计中的重要环节 ，通过改进设备结构，提高设备的稳定 性和可靠性，降低能耗和生产成本。
VS
详细描述
结构优化主要涉及对设备内部流道、反应 器结构、换热器传热方式等方面的改进。 通过对这些结构的优化，可以提高设备的 传热和传质效率，降低流体阻力，减少设 备维修和更换的频率，从而降低生产成本 。
详细描述
壳体设计应考虑设备的工艺要求、操作压力、操作温度以及 各种外力因素，如重力、风载、地震等。常用的壳体材料有 碳钢、不锈钢、钛材等，根据不同的工艺介质和操作条件选 择合适的材料和结构形式。
设备附件设计
总结词
附件设计是化工设备的重要组成部分，包括管道、阀门、支撑结构等。
详细描述
附件设计需遵循工艺流程和操作要求，确保流体流动顺畅、控制精确。阀门应具 备足够的密封性和耐腐蚀性，支撑结构应考虑设备的振动和热膨胀等因素。同时 ，附件设计还应注重安全性和可靠性，如设置安全阀、防爆装置等。
材料优化是在化工设备设计过程中，通过对 设备材料的选择和改进，提高设备的耐腐蚀 性、耐高温性、耐高压性等性能指标，降低 设备制造成本和使用成本。
详细描述
材料优化主要涉及对设备材料的选用、材料 加工工艺的改进、材料表面处理等方面的改 进。通过对这些材料的优化，可以提高设备 的性能指标和使用寿命，降低设备的制造成 本和使用成本。
化工设备基础知识讲解课件
14
计量泵，双动往复泵
▪ 长沙水泵计量泵、普洛名特计量泵、循环水加药泵
▪ P-805A/B/C、2P-805A/B/C、P-654A/B、P-607、P-603A/B ▪ 计量泵有的叫定量泵、比例泵、可控流量泵等。 ▪ 根据预先选定的量或时间间隔来供给或抽出一定物料的泵称为计量泵，
计量泵是带有行程或往复次数调节的往复式容积泵。 ▪ 计量泵一般可分为柱塞计量泵和隔膜计量泵两大类。
3
概况
▪ 动设备： 旋转运动——旋转式输送机械 往复运动——往复式输送机械
输送液体—泵、输送气体—风机和压缩机 离心式：e.g.离心泵
旋转式：e.g.风机、电风扇 按工作原理分：
往复式：e.g.打气筒、往复泵
流体动力作用式：e.g.喷射泵
2021/6/25
欢迎各位同事批评指正！
4
概况
▪ 静止设备：依据作用不同，分为储存设备（储罐、储槽）、换热 设备、塔设备、反应设备以及其他功能设备（分离、干燥、过滤 等等）
的规定。 d) 操作者还需具备“三熟” 、“三能”。 e) 操作者要随时按照“巡回检查内容”的要求对设备进行检查。 f) 严格按照设备润滑五定表规定进行设备加油，做到五定（定点、定时、
定量、定质、定人）。注油后应将油箱的盖子盖好。 g) 操作者必须按照设备运行记录表的要求，对设备进行检查合计路，认
真执行交接班制度。 h) 严禁超载运行。 i) 压力表要保持齐全、灵敏可靠。并在有效期内使用，严禁使用过期的
欢迎各位同事批评指正！
17
屏蔽泵
▪ 主要结构：轴承、轴套、推力盘、轴、隔离 套
▪ 工作情况见照片
2021/6/25
欢迎各位同事批评指正！
18
《化工设备基础》课件
1
分类
介绍反应釜、分离设备、传输设备、流
组件
2
体设备、固体设备等各种化工设备的分 类及应用领域。
介绍各种化工设备的组件，例如反应釜
中的搅拌器、夹套、加热器等，以及分
离设备中的分离腔、乳化器等。
3
原理
详细讲解化工设备的的工作原理，例如 反应釜中的批次式反应和连续式反应， 以及分离设备中的相对运动原理等。
2
故障措施
讲解常见故障的处理措施，例如机械故障、电气故障、液压故障等，并提供相应解决方案。
实例分析
经典实例
以化工行业典型企业为案例，讲 解其建设、设备选型、生产流程 等方面的经验。
维护案例
以化工企业的设备维护为案例， 讲解设备维护的重要性，以及如 何科学合理地进行维护。
安全案例
以近年来化工企业发生的安全事 故为案例，提醒学员在设计、选 型、生产、运营等方面如何注意 安全。
总结与展望
1 课程
总结整个课程的关键点，让学员再次重温化工设备基础知识。
2 前景
探讨化工设备发展的前景，以及行业未来的发展趋势。
谢谢观看
更多课程请关注我们的官方网站。
化工设备选型与设计
要点
讲解选型的重点，如投资成本、 维护成本、设计、生产能力等方 面。
原则
讲解设备的基本设计原则，如安 全、经济、环保等。
流程
详细介绍设备的设计流程，包括 需求分析、方案设计、细节考虑、 招标、实施等。
化工设备维护与故障处理
1
维护方法
介绍常见化工设备的维护方法，如清洗、检修、校准、润滑等。
《化工设备基础》PPT课 件
本课程将带您深入了解化工设备相关的背景、概述、常见设备、选型设计、 维护以及实例分析。让您全面把握化工设备的基础知识。
化工设备概述ppt课件
精选PPT课件
13
5）、按容器壁厚分类
根据容器器壁的厚度不同，将压力容器又可分为：薄壁 容器和厚壁容器。 判别条件如下： （1）、 径比 K= D0/Di ≤ 1.2 为薄壁容器
（2）、 径比 K= D外径
Di ——容器内径
精选PPT课件
14
1.2化工生产对化工设备的基本要求
许多化工生产过程在高温、高压下进行，处理的物料也
多为有毒、有害、易燃、易爆的，故为了保证化工生产能安
全正常的进行，必须要求化工设备具有足够的安全可靠性。
1.2.1安全方面的要求：
（1）、强度：指设备及其零部件抵抗外力破坏的能力。
（2）、刚度：指设备及其零部件抵抗外力作用变形的能力。
（3）、稳定性：指设备及其零部件在外力作用下维持原有
精选PPT课件
2
化工容器的结构组成 化工容器常见的结构由：筒体、封头、支座、密封装置、开 孔以及各种工艺接管和附件等。
液位计
管口
人孔
封头
支座
筒体
图1-1 卧式精容选器PP的T课结件构简图
3
1.1.2 化工容器的分类
不同类型的化工容器虽然服务对象不同、操作条件各异、结 构形式多样，但大多是能承受一定压力且容积达到一定数值的 密闭容器，化工容器又称压力容器。
精选PPT课件
16
11
压力容器类别简易判断表
介质性质
PV值 MPa·m3
低压 (MPa) 0.1≤p <1.6
换热 分离 储存 反应
中压 (MPa) 1.6≤p <10
换热 分离 储存 反应
高压(MPa) 10≤p<100
非易燃 无/轻毒
易燃、中度毒性 ≥0.5 ≥10 一类 容器
化工设备基础知识培训课件PPT课件
换热器
要点一
总结词
换热器是化工生产中用于实现热量交换的设备，其结构和 工作原理对于确保工艺过程的热量平衡至关重要。
要点二
详细描述
换热器有多种类型，如管式换热器、板式换热器、热管换 热器等。其结构通常包括壳体、传热管或板、冷热流体进 出口等部分。换热器的工作原理基于热传导和热对流，通 过冷热流体的交替流动实现热量交换。换热器的设计需充 分考虑工艺要求的传热面积、流体性质以及温度和压力条 件等因素，以确保热量交换的效率和安全性。
化工设备的日常维护与保养
日常维护
定期对化工设备进行清洁、润滑和紧 固等日常维护工作，确保设备正常运 行。同时，要定期检查设备的密封性、 振动等状况。
保养计划
制定并执行定期保养计划，包括对化 工设备的全面检查、清洗、更换磨损 件等。保养计划应根据设备的重要性 和磨损情况来确定。
05
化工设备的安全与环保
化工设备的制造工艺
铸造工艺
焊接工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却 凝固后形成设备零部件。铸造工艺适 用于制造复杂形状的零件。
通过熔融金属或高分子材料，将两个 或多个零部件连接在一起。焊接工艺 适用于制造大型设备和复杂结构。
锻造工艺
通过施加外力使金属坯料变形，从而 形成所需的零部件。锻造工艺可以提 高材料的机械性能。
化工设备基础知识培训课 件
• 化工设备概述 • 化工设备的结构与工作原理 • 化工设备的材料与制造 • 化工设备的操作与维护 • 化工设备的安全与环保
01
化工设备概述
化工设备的定义与分类
总结词
化工设备的定义、分类
详细描述
化工设备是指用于实现化学工业生产过程的各种机械和设备的总称。根据不同 的用途和功能，化工设备可分为多种类型，如反应设备、分离设备、换热设备、 储存设备等。
《化工设备》课件
传热设备的应用
传热设备广泛应用于化工、石 油、制药等领域，是实现工艺 流程中热量传递和平衡的关键
设备。
反应设备
反应设备概述
反应设备是化工生产中用于实现化学 反应的重要设备，主要包括反应釜、 固定床反应器等。
反应设备的分类
根据反应类型和工艺要求的不同，反 应设备可分为釜式反应器、管式反应 器、塔式反应器等类型。
02 化工设备的材料
CHAPTER
化工设备的材料分类
01
02
03
金属材料
如钢铁、铜、铝等，具有 高强度、耐腐蚀性等特点 ，广泛应用于化工设备制 造。
非金属材料
如玻璃、陶瓷、塑料等， 具有耐高温、化学稳定性 好等优点，适用于特定化 工设备。
复合材料
由两种或多种材料组成， 具有各组成材料的优点， 如高强度、耐腐蚀等，广 泛应用于化工设备制造。
备和管道。
陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀 性，适用于高温和腐蚀性环境。
塑料
质轻、耐腐蚀、绝缘性好，常用 于制造管道、阀门等化工设备。
化工设备材料的安全性要求
材料应无毒无害，不含有对健康有害 的物质。
材料应具有足够的强度和刚度，能够 承受工作载荷和压力，保证设备的安 全运行。
材料应具有良好的稳定性和耐久性， 能够承受各种环境条件下的使用。
04 化工设备的结构与特点
CHAPTER
化工设备的结构类型与特点
反应器 分离器 换热器 储罐
用于化学反应的设备，具有耐高温、高压、耐腐蚀等特点，分 为釜式、管式、塔式等多种类型。
用于将反应产物与其他物质分离的设备，如蒸馏塔、萃取塔等 ，要求具有高效、稳定、耐磨损等特点。
用于加热或冷却反应物质的设备，要求材料导热性能好、耐高 温、高压。
传热设备广泛应用于化工、石 油、制药等领域，是实现工艺 流程中热量传递和平衡的关键
设备。
反应设备
反应设备概述
反应设备是化工生产中用于实现化学 反应的重要设备，主要包括反应釜、 固定床反应器等。
反应设备的分类
根据反应类型和工艺要求的不同，反 应设备可分为釜式反应器、管式反应 器、塔式反应器等类型。
02 化工设备的材料
CHAPTER
化工设备的材料分类
01
02
03
金属材料
如钢铁、铜、铝等，具有 高强度、耐腐蚀性等特点 ，广泛应用于化工设备制 造。
非金属材料
如玻璃、陶瓷、塑料等， 具有耐高温、化学稳定性 好等优点，适用于特定化 工设备。
复合材料
由两种或多种材料组成， 具有各组成材料的优点， 如高强度、耐腐蚀等，广 泛应用于化工设备制造。
备和管道。
陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀 性，适用于高温和腐蚀性环境。
塑料
质轻、耐腐蚀、绝缘性好，常用 于制造管道、阀门等化工设备。
化工设备材料的安全性要求
材料应无毒无害，不含有对健康有害 的物质。
材料应具有足够的强度和刚度，能够 承受工作载荷和压力，保证设备的安 全运行。
材料应具有良好的稳定性和耐久性， 能够承受各种环境条件下的使用。
04 化工设备的结构与特点
CHAPTER
化工设备的结构类型与特点
反应器 分离器 换热器 储罐
用于化学反应的设备，具有耐高温、高压、耐腐蚀等特点，分 为釜式、管式、塔式等多种类型。
用于将反应产物与其他物质分离的设备，如蒸馏塔、萃取塔等 ，要求具有高效、稳定、耐磨损等特点。
用于加热或冷却反应物质的设备，要求材料导热性能好、耐高 温、高压。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三单元 压力容器设计
模块一 压力容器应力分析
学习内容
K1 O'
载荷分析 回转薄壳应力分析 边缘应力分析
平行圆
学习重点
薄膜理论及其应用
学习难点
对容器的基本感性认识
K2
A A'
x
j z
θ r B
ξ y
经线 O
化工设备及技术 第2版
书名：化工设备及技 术 第2版
书号：978-7-11157048-6
轴对称
载荷
内力
无力矩理论 （薄膜理论）
有力矩理论 （弯曲理论）
薄膜理论与有力矩理论概念：
计算壳壁应力有如下理论： （1）无矩理论，即薄膜理论。
假定壳壁如同薄膜一样，只承 受拉应力和压应力，完全不能承 受弯矩和弯曲应力。壳壁内的应 力即为薄膜应力。
（2）有力矩理论。壳壁内存在除拉应力或 压应力外，还存在弯曲应力。
讨论2：介质与压力一定，壁厚越大，是否应力就越小
②s
m
=
PD 4
=
P
4 /
D
，s
=
PD 2
=
P
2 /
D
，
所以应力与 δ/D 成反比，不能只看壁厚大小。
分析：
s pD / 4 s 2 pD / 2
问题：钢板卷制圆筒 形容器，纵焊缝与环 焊缝哪个易裂？
筒体纵向焊缝受力大于 环向焊缝，故纵焊缝易 裂，施焊时应予以注意。
所受外力 约束条件
均对称于回转轴
本章研究的是满足轴对称条件的薄壁壳体
1、回转薄壳的形成及几何特性
圆柱壳
球壳
S-4fla.swf
圆锥壳
S-3fla.swf
回转壳
1、回转薄壳的形成及几何特性
回转壳体中的基本的几何概念 （1）回转曲面、回转壳体、中间面、壳体厚度 （2）母线、经线、法线、纬线、平行圆
三、无力矩理论的基本方程及应用
基本假设 假定材料具有连续性、均匀性和 各向同性，即壳体是完全弹性的
（1）小位移假设。壳体受压变形， 各点位移都小于壁厚。简化计算。
（2）直法线假设。沿厚度各点法向 位移均相同，即厚度不变。
（3）不挤压假设。沿壁厚各层纤维 互不挤压，即法向应力为零。
无力矩理论和有力矩理论
作者：王磊 出版社：机械工业出
版社
载荷分析
（1）压力载荷
流体流经泵或压缩机 液体膨胀或气化
液体的饱和蒸气压 液体静压力
（2）非压力载荷 （3）交变载荷
重力载荷 风载荷
地震载荷 运输载荷 波动载荷 管系载荷
载荷工况
正常操作工况 特殊载荷工况 意外载荷工况
压力试验 开停工及检修
任务1 回转薄壳的薄膜应力分析
B点受力分析： 内压P作用于B点，产生三向应力：
轴向：经向应力或轴向应力σφ； 圆周的切线方向：周向应力或环向应力σθ； 壁厚方向：径向应力σr； 当σθ 、σφ >>σr时，作二向应力状态分析。 因而薄壳圆筒B点受力简化成二向应力σφ和σθ。
圆筒的应力计算 1. 轴向应力
截面法分析，如右图 ：
p
4
D2
s j D
0
sj
pD
4
D-筒体平均直径，亦
称中径，mm；
图 2-5 薄壁圆筒在压力作用下的力平衡
2. 环向应力
pDl s 2 2l 0
s2
pD
2
图3-4 环向应力计算
讨论1：薄壁圆筒上开椭圆孔的有利形状
图2-6 薄壁圆筒上开椭圆孔
① 环向应力是经向应力 的2倍，所以环向承受应 力更大，纵向截面上就要 少削弱面积，故开设椭圆 孔时，椭圆孔之短轴平行 于筒体轴线，见图
母线
形成回转壳体中间面的
那条直线或平面曲线。
如图所示的回转壳体即
由平面曲线AB绕OA轴旋
转一周形成，平面曲线
AB为该回转体的母线。
图2-3 回转壳体的几何特性
注意：母线形状不同 或与回转轴的相对位 置不同时，所形成的 回转壳体形状不同。
经线
通过回转轴的平面与中间
面的交线，如AB’、AB’’。
经线与母线形状完全相同
在工程实际中，理想的薄壁壳体是不 存在的，因为即使壳壁很薄，壳体中还 会或多或少地存在一些弯曲应力，所以 无力矩理论有其近似性和局限性。由于 弯曲应力一般很小，如略去不计，其误 差仍在工程计算的允许范围内，而计算 方法大大简化，所以工程计算中常采用 无力矩理论。
几点提示
无力矩状态只是壳体可能的应力状态之一
法线
过中间面上的点M且垂直 于中间面的直线n称为中
间面在该点的法线。 （法线的延长线必与回转 轴相交）
纬线
以法线NK为母线绕回转 轴OA回转一周所形成的 园锥法截面与中间面的 交线CND圆
K
平行圆：垂直于回转轴 的平面与中间面的交线 称平行圆。显然，平行 圆即纬线。
第一曲率半径R1
中间面上任一点M 处经线的曲率
一、回转薄壳的无力矩理论
典型回转薄壳的应力分析—薄膜应力理论
薄壁容器
Di 0.1 或 K D0 Di 1.2
容器的厚度与其最大截面圆的内径之 比小于0.1的容器称为薄壁容器。 （超出这一范围的称为厚壁容器）
应力分析是强度设计中首先要解决的问题
轴对称问题
几何形状
化工用压力容器通常 都属于轴对称问题
（3）第一曲率半径R1、第一曲率半径R2、平行圆半径r （4）经向坐标、周向坐标
回转壳体中的基本的几何概念 回转曲面 由平面直线或平面曲线绕其同平面内
的回转轴回转一周所形成的曲面。
回转壳体 由回转曲面作中间面形成的壳体。
中间面
平分壳体厚度的曲面称为壳体的中间 面。中间面与壳体内外表面等距离， 它代表了壳体的几何特性。
二、薄壁圆筒的应力特点
变形：“环向纤维”和“纵向 纤维”受到拉伸。
内力：只有拉应力忽略弯曲应 力，处于二向应力状态。
因壁厚δ 很小，认为 拉应力
沿壁厚均匀分布的，称为薄 膜应力。 sφ（或s轴、 s经）沿圆筒母线 方向(即轴向)拉应力， sθ（或s环、 s周）沿圆周方向 的拉应力。
图3-2 薄壁圆筒在内压作用下的应力
无力矩状态下，薄壳中的应力沿壁厚 均匀分布，可使材料强度得到合理利用， 是最理想的应力状态。
无力矩理论可使壳体的应力分析大为简化， 薄壳的应力分析以无力矩理论为基础。
微体衡方程的推导
半径为该点的“第一曲率半径”
R1 MK1 R2 MK2
3
1 y2 2 R1 y
第二曲率半径R2
通过经线上一点M 的法线作垂直于经线的平面与中 间面相割形成的曲线MEF，此曲线在M 点处的曲率 半径称为该点的第二曲率半径R2 ，第二曲率半径的 中心落在回转轴上，其长度等于法线段MK2 。
模块一 压力容器应力分析
学习内容
K1 O'
载荷分析 回转薄壳应力分析 边缘应力分析
平行圆
学习重点
薄膜理论及其应用
学习难点
对容器的基本感性认识
K2
A A'
x
j z
θ r B
ξ y
经线 O
化工设备及技术 第2版
书名：化工设备及技 术 第2版
书号：978-7-11157048-6
轴对称
载荷
内力
无力矩理论 （薄膜理论）
有力矩理论 （弯曲理论）
薄膜理论与有力矩理论概念：
计算壳壁应力有如下理论： （1）无矩理论，即薄膜理论。
假定壳壁如同薄膜一样，只承 受拉应力和压应力，完全不能承 受弯矩和弯曲应力。壳壁内的应 力即为薄膜应力。
（2）有力矩理论。壳壁内存在除拉应力或 压应力外，还存在弯曲应力。
讨论2：介质与压力一定，壁厚越大，是否应力就越小
②s
m
=
PD 4
=
P
4 /
D
，s
=
PD 2
=
P
2 /
D
，
所以应力与 δ/D 成反比，不能只看壁厚大小。
分析：
s pD / 4 s 2 pD / 2
问题：钢板卷制圆筒 形容器，纵焊缝与环 焊缝哪个易裂？
筒体纵向焊缝受力大于 环向焊缝，故纵焊缝易 裂，施焊时应予以注意。
所受外力 约束条件
均对称于回转轴
本章研究的是满足轴对称条件的薄壁壳体
1、回转薄壳的形成及几何特性
圆柱壳
球壳
S-4fla.swf
圆锥壳
S-3fla.swf
回转壳
1、回转薄壳的形成及几何特性
回转壳体中的基本的几何概念 （1）回转曲面、回转壳体、中间面、壳体厚度 （2）母线、经线、法线、纬线、平行圆
三、无力矩理论的基本方程及应用
基本假设 假定材料具有连续性、均匀性和 各向同性，即壳体是完全弹性的
（1）小位移假设。壳体受压变形， 各点位移都小于壁厚。简化计算。
（2）直法线假设。沿厚度各点法向 位移均相同，即厚度不变。
（3）不挤压假设。沿壁厚各层纤维 互不挤压，即法向应力为零。
无力矩理论和有力矩理论
作者：王磊 出版社：机械工业出
版社
载荷分析
（1）压力载荷
流体流经泵或压缩机 液体膨胀或气化
液体的饱和蒸气压 液体静压力
（2）非压力载荷 （3）交变载荷
重力载荷 风载荷
地震载荷 运输载荷 波动载荷 管系载荷
载荷工况
正常操作工况 特殊载荷工况 意外载荷工况
压力试验 开停工及检修
任务1 回转薄壳的薄膜应力分析
B点受力分析： 内压P作用于B点，产生三向应力：
轴向：经向应力或轴向应力σφ； 圆周的切线方向：周向应力或环向应力σθ； 壁厚方向：径向应力σr； 当σθ 、σφ >>σr时，作二向应力状态分析。 因而薄壳圆筒B点受力简化成二向应力σφ和σθ。
圆筒的应力计算 1. 轴向应力
截面法分析，如右图 ：
p
4
D2
s j D
0
sj
pD
4
D-筒体平均直径，亦
称中径，mm；
图 2-5 薄壁圆筒在压力作用下的力平衡
2. 环向应力
pDl s 2 2l 0
s2
pD
2
图3-4 环向应力计算
讨论1：薄壁圆筒上开椭圆孔的有利形状
图2-6 薄壁圆筒上开椭圆孔
① 环向应力是经向应力 的2倍，所以环向承受应 力更大，纵向截面上就要 少削弱面积，故开设椭圆 孔时，椭圆孔之短轴平行 于筒体轴线，见图
母线
形成回转壳体中间面的
那条直线或平面曲线。
如图所示的回转壳体即
由平面曲线AB绕OA轴旋
转一周形成，平面曲线
AB为该回转体的母线。
图2-3 回转壳体的几何特性
注意：母线形状不同 或与回转轴的相对位 置不同时，所形成的 回转壳体形状不同。
经线
通过回转轴的平面与中间
面的交线，如AB’、AB’’。
经线与母线形状完全相同
在工程实际中，理想的薄壁壳体是不 存在的，因为即使壳壁很薄，壳体中还 会或多或少地存在一些弯曲应力，所以 无力矩理论有其近似性和局限性。由于 弯曲应力一般很小，如略去不计，其误 差仍在工程计算的允许范围内，而计算 方法大大简化，所以工程计算中常采用 无力矩理论。
几点提示
无力矩状态只是壳体可能的应力状态之一
法线
过中间面上的点M且垂直 于中间面的直线n称为中
间面在该点的法线。 （法线的延长线必与回转 轴相交）
纬线
以法线NK为母线绕回转 轴OA回转一周所形成的 园锥法截面与中间面的 交线CND圆
K
平行圆：垂直于回转轴 的平面与中间面的交线 称平行圆。显然，平行 圆即纬线。
第一曲率半径R1
中间面上任一点M 处经线的曲率
一、回转薄壳的无力矩理论
典型回转薄壳的应力分析—薄膜应力理论
薄壁容器
Di 0.1 或 K D0 Di 1.2
容器的厚度与其最大截面圆的内径之 比小于0.1的容器称为薄壁容器。 （超出这一范围的称为厚壁容器）
应力分析是强度设计中首先要解决的问题
轴对称问题
几何形状
化工用压力容器通常 都属于轴对称问题
（3）第一曲率半径R1、第一曲率半径R2、平行圆半径r （4）经向坐标、周向坐标
回转壳体中的基本的几何概念 回转曲面 由平面直线或平面曲线绕其同平面内
的回转轴回转一周所形成的曲面。
回转壳体 由回转曲面作中间面形成的壳体。
中间面
平分壳体厚度的曲面称为壳体的中间 面。中间面与壳体内外表面等距离， 它代表了壳体的几何特性。
二、薄壁圆筒的应力特点
变形：“环向纤维”和“纵向 纤维”受到拉伸。
内力：只有拉应力忽略弯曲应 力，处于二向应力状态。
因壁厚δ 很小，认为 拉应力
沿壁厚均匀分布的，称为薄 膜应力。 sφ（或s轴、 s经）沿圆筒母线 方向(即轴向)拉应力， sθ（或s环、 s周）沿圆周方向 的拉应力。
图3-2 薄壁圆筒在内压作用下的应力
无力矩状态下，薄壳中的应力沿壁厚 均匀分布，可使材料强度得到合理利用， 是最理想的应力状态。
无力矩理论可使壳体的应力分析大为简化， 薄壳的应力分析以无力矩理论为基础。
微体衡方程的推导
半径为该点的“第一曲率半径”
R1 MK1 R2 MK2
3
1 y2 2 R1 y
第二曲率半径R2
通过经线上一点M 的法线作垂直于经线的平面与中 间面相割形成的曲线MEF，此曲线在M 点处的曲率 半径称为该点的第二曲率半径R2 ，第二曲率半径的 中心落在回转轴上，其长度等于法线段MK2 。