过 程 机 械 第五章 高压容器设计

5 高压容器设计 ● 高压容器设计概述 ● 高压圆筒的强度设计 ● 高压容器的密封结构 ● 高压容器的自增强技术 特殊性：材料选用、筒体结构、密封结构 制造工艺、端盖与法兰 结构, 材料特点 ● 高压容器设计概述 ● 高压圆筒的强度设计 ● 高压容器的密封结构 ● 高压容器的自增强技术 设计准则 单层.多层 强制式 自紧式 技术原理 处理方法 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.1 高压容器设计概述 5 高压容器设计 5.1.1 高压容器的结构特点 一般采用细长的圆筒形结构 长径比12～15，甚至28 一般采用平盖或半球形封头 直径小于1000mm用平盖，大型用不可拆半球形 一般采用自紧式密封结构 尽量避免可拆结构，尽量减小密封直径。 一般应避免在筒体上开孔 尽量筒体不开孔，开在封头上，目前允许开孔直径为内径的1/3 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.1 高压容器设计概述 5 高压容器设计 5.1.2 高压容器的材料特点 强度与韧性 三高 ：高强度、高韧性和高可焊性 加工工艺性 可锻性，焊接性能，塑性 耐腐蚀性 氢、氮和硫化氢腐蚀等，衬里 其它要求 复验更严，100%超声波 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.1 高压容器设计概述 5 高压容器设计 5.1.3 高压容器筒体的结构型式 两大类：单层式和多层式 （1）单层式 整体锻造式 单层卷焊式 单层瓦片式 无缝钢管式 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.1 高压容器设计概述 5 高压容器设计 5.1.3 高压容器筒体的结构型式 （2）多层式 多层包扎式 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.1 高压容器设计概述 5 高压容器设计 5.1.3 高压容器筒体的结构型式 （2）多层式 多层绕板式 多层绕带式 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.1 高压容器设计概述 5 高压容器设计 5.1.3 高压容器筒体的结构型式 （2）多层式 多层热套式 无深环焊缝的多层包扎式 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.2 高压圆筒的强度设计 5 高压容器设计 5.2.1 高压圆筒强度设计准则 三种：弹性失效准则、塑性失效准则、爆破失效准则 （1）弹性失效设计准则 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.2 高压圆筒的强度设计 5 高压容器设计 5.2.1 高压圆筒强度设计准则 三种：弹性失效准则、塑性失效准则、爆破失效准则 （2）塑性失效设计准则 理想塑性 ，全厚屈服 大连理工大学 DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5.2 高压圆筒的强度设计 日本JIS B8270及日本有些企业标准采用 5 高压容器设计 5.2.1 高压圆筒强度设计准则 三种：弹性失效准则、塑性失效准则、爆破失效准则 （3）爆破失效设计准则 日本JIS B8270及日本有些企业标准采用

5.2 高压圆筒的强度设计 5 高压容器设计 中径公式 5.2.2 单层高压圆筒的强度计算 （1）只受内压的情况 将高压圆筒看成具有中径 、壁厚 的薄壁圆筒 采用第三强度理论，可以较精确地推导出中径公式

5.2 高压圆筒的强度设计 5 高压容器设计 5.2.2 单层高压圆筒的强度计算 （2）内压与温差同时作用的情况 分别计算，然后叠加，再做校核，内压第四，温差简化 内加热时（在外壁）： 外加热时（在内壁）： 式中：

注意：我国GB150规定，中径公式的适用范围为不大于35MPa。当设计压力大于此值时，应采用前面介绍的塑性失效或爆破失效设计方法 5 高压容器设计 5.2 高压圆筒的强度设计 5.2.2 单层高压圆筒的强度计算 （2）内压与温差同时作用的情况 分别计算，然后叠加，再做校核，内压第四，温差简化 注意：我国GB150规定，中径公式的适用范围为不大于35MPa。当设计压力大于此值时，应采用前面介绍的塑性失效或爆破失效设计方法

5.2 高压圆筒的强度设计 5 高压容器设计 5.2.3 多层高压圆筒的强度计算 理论有预应力增强，实际制造难达到，水压试验重分布 厚度计算不考虑预应力，仍按单层，许用应力不同： 加权 平均 直径不太大的双层或多层热套高压容器，可以用机械加工的方法保证过盈量的精度，这时可采用优化的设计方法，求得各层等强度情况下的最小总厚度。

5.3 高压容器的密封结构 5 高压容器设计 高压密封设计要求： （Ⅰ）密封可靠，在正常工作时能保证容器的密封性； （Ⅱ）拆装方便，拆装劳动强度小，密封元件重复使用； （Ⅲ）制造方便，加工精度要求不太高，制造费用低； （Ⅳ）结构紧凑，占高压空间小，紧固件简单，锻件小。 高压密封的两大类： 强制式密封：结构简单，螺栓力大，只用于小直径场合 自紧式密封：结构复杂，螺栓力小，可用于大直径场合

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.1 强制式密封 （1）平垫密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.1 强制式密封 （2）卡扎里密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.2 自紧式密封 （1）双锥密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.2 自紧式密封 （2）伍德密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.2 自紧式密封 （3）“C”形环密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.2 自紧式密封 （4）空心金属“O” 形环密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.2 自紧式密封 （5）楔形密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.2 自紧式密封 （6）三角垫、B形环、八角垫与椭圆垫密封

5 高压容器设计 5.3 高压容器的密封结构 5.3.3 高压管道密封 特点：线接触，自位性，强制性

5 高压容器设计 5.4 高压容器的自增强技术 受拉 5.4.1 自增强技术原理 通过预应力提高容器弹性承载能力 受压 形成预 应力

5 高压容器设计 5.4 高压容器的自增强技术 5.4.2 自增强处理压力 5.4.3 自增强处理应力 塑性区的残余应力

5 高压容器设计 5.4 高压容器的自增强技术 5.4.3 自增强处理应力 弹性区残余应力

5 高压容器设计 5.4 高压容器的自增强技术 5.4.3 自增强处理应力 工作应力 残余应力

主要考虑： （Ⅰ）自增强处理卸压后不发生反向屈服； （Ⅱ）容器在工作时，合成应力水平最低； （Ⅲ）处理设备及管道能承受该处理压力 。 5 高压容器设计 5.4 高压容器的自增强技术 5.4.4 自增强处理半径 主要考虑： （Ⅰ）自增强处理卸压后不发生反向屈服； （Ⅱ）容器在工作时，合成应力水平最低； （Ⅲ）处理设备及管道能承受该处理压力 。

5.4 高压容器的自增强技术 5 高压容器设计 5.4.5 自增强处理方法 （1）液压法 操作简单 压力有限 （2）机械法 （型压法） 机械拉牵型压 5.4.5 自增强处理方法 液压推动型压 （1）液压法 操作简单 压力有限 （2）机械法 （型压法）