卧式容器设计教材

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二、筒体的应力计算与校核
(一)筒体的轴向应力 2.支座截面上筒体的最大轴向应力 在截面最高点：
3M W 2 2p 2R teiK 1 M R 2 i2te M P a 329
在截面最低点： 4M W 2 2p 2R teiK 2 M R 2i2te M P a 330 式中K为考虑扁塌效应使断面模数减少的系数。 式中M2为负值。 对于筒体有加强的情况，K1=K2=1.0
2.支座截面上筒体的最大轴向应力
如果筒体横截面上既无
扁塌区域
加强圈又不被封头加强，
该截面在轴向弯矩作用下，
筒体的上半部分截面发生
变形，使该部分截面实际
上成为不能承受纵向弯矩
的“无效截面”，而剩下的下半部分截面才是承受
弯矩的“有效截面”，这种情况称为“扁塌效应”。
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二、筒体的应力计算与校核
(一)筒体的轴向应力 2.支座截面上筒体的最大轴向应力
(二)筒体的切向剪应力
剪力在支座截面处为最大，该剪力在筒体中引起切 向剪应力，有下列三种情况： 1.筒体有加强圈，但未被封头加强，筒体不存在扁塌效
应，在水平中心线处有最大值。
max
K3VR Rite
K3F L2A Rite L4H
MPa
3 331
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二、筒体的应力计算与校核
(二)筒体的切向剪应力
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二、筒体的应力计算与校核
(一)筒体的轴向应力
3.筒体轴向应力的校核
σ1
σ1
σ3
σ4
σ2
图3-21 筒体的轴向应力示意图
筒体上最大轴向应力为 1 ～ 4 ，其位置如上。 计算得到的
轴向拉应力不得超过材料的许用应力 []t ，压应力不得超过
轴向许用临界应力和材料的 [ ]t 。
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二、筒体的应力计算与校核
图3-17 系数C1
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一、鞍座结构及载荷分析
筒体在支座截面处的弯矩为：
M2
q 4
(Ri2
H
2
)
2 3
HqA
qA(
A) 2
FA1
1
A L
Ri2 H 2 2AL
1 4 H
FA C2
[1
A L
C3
Ri A
C2]
3 L
式中：C2
1
4 3
H L
C3
Ri2 H 2 2Ri L
图3-18 系数C2
2.筒体被封头加强，筒体上无加强圈，最大剪应力
位于 2 2 的支座角点处。
2 20
最大剪应力为
max
ห้องสมุดไป่ตู้
K3F Rite
MPa
332
在封头中的最大剪应力为
max
K4F Rithe
MPa
333
图 3-22(b) 筒 体 的 切 向 应 力 b
式中：t h e 为凸形封头的有效厚度，mm
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二、筒体的应力计算与校核
2、当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强 刚性的作用。因此，在满足A≤0.2L时，尽量使 A<0.5Ra(Ra为筒体平均半径)。
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一、双鞍座结构及载荷分析
3、卧式容器由于温度和 载荷变化等原因使容器 产生了轴向移动，如果 支座都是固定式的，由 于自由伸缩受阻使容器 器壁中可能引起过大的 附加应力，所以双鞍座 式中的一个鞍座为固定 支座，另一个为活动支 座。
(二)筒体的切向剪应力 3.筒体未被加强，又无加强圈。此有效截面的
范围为 2 2
2
6
对应的弧度内。最大切向
应力在 2 2 角点处。 2 20
卧式容器设计 一、双鞍座结构及载荷分析 二、筒体的应力计算与校核 三、鞍座设计
1
一、双鞍座结构及载荷分析
2
一、双鞍座结构及载荷分析
3
一、双鞍座结构及载荷分析
支座位置的确定原则： 1、鞍座中心线至圆筒体端部的距离A≤0.2L。
其中，L为圆筒体长度(两封头切线间距离)， A为鞍座中心线至圆筒体端部的距离。
2
3 17 3 18
6
一、双鞍座结构及载荷分析
1.均布载荷q和支座反力F 对于平封头，H=0
q 2F L
2.竖直剪力V和力偶M 封头和封头中的介质重量 液体静压向外推力构成的力偶
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一、鞍座结构及载荷分析
2.竖直剪力V和力偶M
V 2 Hq 3
M
q 4
( Ri2
H 2)
3 19 3 20
A)
q(
L )( L ) 24
以q
L
2F 4
H
代入得
3
3 21
M1
FL 4
1
2 Ri2 1 4
H H
2
4A L
F
(C1L
A)
3L
N mm 3 22
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一、鞍座结构及载荷分析
式中
C1
1
2
Ri2 L2
H
2
41 4 H ÷
3 L
可由右图查的。M1为正 值表示上半筒体受压缩， 下半筒体受拉伸
图 3-15 滚 动 支 座
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一、双鞍座结构及载荷分析
(一)载荷分析
置于双鞍座上的卧式容器所受的外力包括：载荷和
支座反力，载荷除了操作内压或外压外，主要是容器
（包括容器自重，附件和保温层重簦），内部物料或水
压实验充水的重量。
1.均布载荷q和支座反力F
对于凸形封头
q
L
2F 4
H
3
N mm
q L 4 H F 3 N
计算支座处筒体的轴向弯曲正应力时，分两种情 况进行。 鞍座平面上筒体有加强圈或已被封头加强(A<0.5Ri)。 则该截面的抗弯断面模数为 Ri2te 。 鞍座平面上筒体没有受到任何加强，由于扁塌效应 筒体截面仅有一部分能有效的承受弯矩，此时的截 面的抗弯断面模数为 KRi2te 。式中的K为考虑扁塌 效应是断面模数减少的系数。
N ×mm 3 23 图3-19 系数C3
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二、筒体的应力计算与校核
对于卧式容器除了考虑由操作压力引起的薄膜 应力外，还要考虑容器质量导致筒体横截面上 的纵向弯矩和剪力。跨中截面和支座截面是容 器可能发生失效的危险截面。为此必须进行强 度或稳定性较核。
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二、筒体的应力计算与校核
(一)筒体的轴向应力
1.鞍座跨中截面上筒体上的最大轴向应力
轴向最高点 轴向最低点
1M W 1 1p 2R tei M R i2 1 te M P a 327 2M W 1 1p 2R teiM R i2 1 te M P a 328
当P为正压或外压时，σ分别为拉应力或压应力
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二、筒体的应力计算与校核
(一)筒体的轴向应力
对于半球形封头， Ri=H,M=0 对于平封头，H=0,
M
q 4
(Ri2
H2)
图 3 - 1 6 双 鞍 座 卧 式 容 器 的 受 载 分 析
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一、鞍座结构及载荷分析
(二)内力分析 1.弯矩 最大弯矩发生在梁跨度中央的截面和支座截面上。
M1
q 4
( Ri2
H
2)
2 3
Hq( L ) 2
F(L 2