内压薄壁容器的结构

内压薄壁容器的结构

内压薄壁容器设计
　　一、薄壁容器设计的理论基础
　　一 薄壁容器

　　压力容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器。所谓厚壁与薄壁并不是按容器厚度的大小来划分，而是一种相对概念，通常根据容器外径DO与内径Di的比值K来判断，K＞1.2为厚壁容器，K≤1.2为薄壁容器。工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。

　　二 圆筒形薄壁容器承受内压时的应力 观看动画 圆筒应力

　　为判断薄壁容器能否安全工作，需对压力容器各部分进行应力计算与强度校核，因此，必须了解在容器壁上的应力。因为薄壁容器的厚度远小于筒体的直径，可认为在圆筒内部压力作用下，筒壁内只产生拉应力，不产生弯曲应力，且这些拉应力沿厚度均匀分布。以内压薄壁容器的应力分析图中所示的圆筒形容器，当承受内部压力作用以后，器壁上的"环向纤维"和"纵向纤维"均有伸长，可以证明这两个方向都受到拉力的作用。用s1（或s轴）表示圆筒母线方向(即轴向)的拉应力，用s2（或s环）表示圆周方向的拉应力。

　　三 圆筒的应力计算

　　1. 轴向应力

　　假设在内压薄壁容器的应力分析图（a）上沿AB圆周作一截面，将圆筒分为两部分，以下部为研究对象。作用在容器内表面的介质压力，分布在圆面积（pD2/4）；容器的切割面是一圆环面，在此圆环面上，受均匀分布的拉应力s1。对（b）建立平衡方程：

　　（4-1）

　　式中 s1-轴(经)向应力，MPa。；p-内压，MPa；D-筒体平均直径，亦称中径，mm；d-厚度，mm。
　　需要指出的是，在计算介质作用的总压力时，严格地讲，应采用筒体内径，但为了使计算公式简化，在这里近似地采用平均直径。

　　2. 环向应力

　　如内压薄壁容器的应力分析图所示，在图（b）上沿CD面再做一横截面，过圆筒轴线又再做一垂直截面，如图（c），建立水平方向的平衡条件：

　　（4-2）

　　比较式（4-1）与式（4-2）可知：薄壁圆筒受内压时，环向应力是轴向应力的两倍。因此，在设计过程中，如在筒体上开椭圆孔，应使其短轴与筒体的轴线平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度，使环向应力不致增加很多。筒体的纵向焊缝受力大于环向焊缝，施焊时应予以注意。
　　分析式(4-1)和(4-2)也可知，筒体承受内压时，筒壁内产生的应力和d/D成反比，d/D 值的大小体现着圆筒承压能力的高低。因此，分析一个设备能耐多大压力，不能只看厚度的绝对值。