第3章压力容器常规设计

本章是本门课程教学核心内容，注重培养学生掌握建立壳体设计公式的计算依据、失效准则及强度条件，并要求学生理解设计公式中各参数，如设计压力、设计温度、焊缝系数、壁厚附加量、许用应力、安全系数、实验压力和实验温度等的定义或意义，让学生会正确选用设计参数进行设计计算。要求学生掌握各种封头、零部件（法兰与开孔补强）的力学与制造特性，并能结合具体条件合理选用其结构形式。教学过程中，强调压力容器设计必须按照相应规范，满足相应要求。通过规范，将压力容器设计中的一些主要环节，例如结构设计、强度计算、材料选用及计算参数的选取等作了必要的规定和要求。

基本要求

（1）掌握压力容器常规设计基本思想；

（2）掌握圆筒形、球形容器强度设计应力计算方法；

（3）了解半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头和平盖封头应力分布特点及壁厚计算；

（4）掌握法兰连接密封原理、密封设计，了解法兰标准选用和法兰强度设计；

（5）掌握容器开孔补强的原则及其设计方法；

（6）了解容器支座的结构与选型；

（7）掌握失稳概念和外压圆筒设计的工程图算法；

（8）了解加强圈的作用及结构形式；

（9）掌握设计参数（设计压力、设计温度、计算压力、焊缝系数、安全系数、许用应力等）的选取。

学习重点和难点

（1） 压力容器常规设计基本思想；

（2）内压容器与外压容器失效设计准则；

（3）内压薄壁圆筒的强度设计方法及其设计公式；

（4）球形、椭圆形、锥形和平板封头的结构与强度设计方法；

（5）法兰连接的密封原理；

（6）开孔接管与等面积补强设计原理；

（7）外压圆筒形容器、球壳及凸形封头设计的工程图算法；

（8）几种厚度概念以及之间的区别和联系；

（9） 容器设计中设计参数的选择和确定；

（10）容器压力试验目的、方法和压力试验强度校核计算。

3.1 圆筒形容器筒体的强度设计

纠正：

教材中P37 第二行修改如下：=1.5或=2.7确定。

教材中P37 最后一行修改如下：

由式（3.6）确定的容器的弹性承压p_c应小于由式（3.8）确定的屈服压力，即：

教材中P38 最后一行修改如下：根据GB150-1999规定=1.6，

学习小结：

通过本节学习，学生应该理解而且能阐述压力容器常规设计核心思想，并且能够推导或者记住薄壁容器壁厚计算公式。

压力容器常规设计思想：

先拆开、后组合。即：先将压力容器分解成简单壳体结构，求出它们的基本应力，按弹性失效准则，采用第一强度理论建立强度条件，对这些简单壳体进行强度设计；对组合后由于变形不连续引起的边缘应力和局部应力不要求详尽求解，而是根据经验和实验结果，通过限制某些结构和结构尺寸，或在强度计算式中引入应力增强系数或形状系数等，对边缘应力和局部应力的影响作适当考虑。为保证容器设计安全，在规定设计方法的同时，还从如下几方面采取了相应的措施：规定了不能用于常规设计的压力容器种类；采用规定的压力容器材料，保证材料有足够的塑性、韧性，良好的冷、热加工性和焊接性；采用规定的结构，遵循相应的制造工艺规程；采用较大的安全系数等等。

圆筒形薄壁容器计算壁厚公式：