6．外压圆筒和外压球壳的设计
  许多化工石油用的容器，由于工艺原因需要在外压或真空下操作，如真空罐和真空蒸餾塔，有的容器带有夹套，夹套内是带压蒸汽，使内筒受到外部压力。
　通常，内压低于外压的容器，称为外压容器。
  外压容器的最高工作压力是指容器在正常使用过程中可能出现的最大压力差值。对夹套容器，指夹套顶部可能出现的最大压力差值。
   确定外压容器的设计压力时，应考虑在正常工作情况下可能出现的最大内外压力差。
   确定真空容器壳体的厚度时，设计压力按受外压考虑。当装有真空泄放阀，以及相类似的安全控制装置时，设计压力=1.25P，或0.1MPa的低值，P为内外压力差。未装安全控制装置时，取0.1 MPa。
　　容器工作中失效的状态有：强度失效，刚度失效和稳定失效三种。
   ①强度失效：容器在载荷作用下，发生过量变形或破裂。如内压容器的破坏；
   ②刚度失效：容器发生过量的弹性变形，导致丧失正常的承受能力。如容器不能满足最小厚度要求导致刚度不足而失效；
   ③稳定失效：容器在载荷作用下，形状突然发生改变，导致丧失工作能力。如外压容器的失稳破坏。
  外压容器设计时，必须考虑到上述三种失效的可能性，才能确保容器的安全使用。
  在满足刚度要求的情况下，外压容器的破坏有两种形式，即强度不足引起的破坏和失稳引起的破坏两种。因此，设计应包括强度计算和稳定性校核。因失稳往往在强度破坏之前发生，故稳定性计算是外压容器设计中的主要考虑的问题。
　6． 1受均匀外压的圆筒（和外压管子）
    在GB150第6章中，外压圆筒和外压管子所需的有效厚度δe用查图计算法，使用的图为图6-2～图6-10，计算步骤如下：
   6．1．1 Do/δe≥20的圆筒和管子
　　　1）假设δn, 令δe =δn-C，C=C1+C2 ，定出L/DO和Do/δe
　　Do为筒体的外直径；L为筒体的计算长度，L值取圆筒上两相邻支撑线（此线处的截面有足够的惯性矩）的距离，其值按图6-1的各示图选取。
　　如图6-1a中，L=L1+2hi/3
　　L1为圆筒部分的长度（含封头的两直边）的总和；
　　hi为封头曲面深度。
　　2）查图6-2，在图的左方找到L/DO点 ，过此点沿水平线右移，与Do/δe线相交，遇中间值用内插法，如L/DO＞50，则取50。若L/DO＜0.05，则取0.05；
　　3）连此交点沿垂直方向下移，在图的下方得到系数A。也可查表6-1得到A值。
　　4）按所用材料选用图6-3～图6-10，在图下方找到系数A。
　　若A落在设计温度下材料线的右方，则过此点上移，与设计温度下材料线相交，遇中间温度值采用插入法，再过此交点水平方向右移，在图的右方得到系数B。
　　　通过B按下式求出许用外压力[P]，MPa；
　　　  6-1
　　　若所得A值落在设计温度下材料线的左方，则计算许用应力[P]为：
　　　  6-2
　　　 E是设计温度下材料的弹性模量，MPa；
　　　5）算出的[P]应大于或等于PC，PC为计算外压力，否则，应重新按上述步骤重算。直到[P]＞PC，且接近于PC为止。
    6．1．2  Do/δe<20的圆筒和管子
     a)按6.1.1的步骤计算得到B值，但对Do/δe < 4的圆筒和管子的A值应按下式计算：
 ，当A>0.1时，取A=0.1； 由A值，并根据材料牌号，通过表6-2至表6-9中的相应曲线数据表查B值；
b) [P]按下式计算：
式中：σo为应力，其值取　 或 或的较小值。
　　　c) 算出的[P]应大于或等于PC，PC为计算外压力，否则，应重新假设名义厚度δn，并重复上述步骤计算。直到[P]＞PC，且接近于PC为止。
6．2 外压球壳
  外压球壳所需的有效厚度按以下步骤计算：
　　假设δn,令δe =δn-C 定出Ro/δe；
　　用式下计算系数A
　　         
　　根据相应的材料图查出B，并按式下求出[P]，
　　           
　　 如在材料线图中A落在材料线的左方，则按下式6-5计算许用压力：
　　　　　　　  ----------- ------------- 6-5
　　[P]应大于或等于Pc,否则须再假设δn,重复上述计算，直至[P]大于且接近Pc为止。
6．3 受外压圆筒和球壳计算图的来源简介
6．3．1 失稳现象和临界压力
　　1）在外压圆筒壁厚计算中，GB15O采用图表计算法，用简单的计算程序，借助两种图(表)求出结果。
　　两种图(表)中，一种是仅与几何形状参数有关的线图；另一种是仅与材料有关的线图。通过查图表计算许用压力，从而确定筒体的厚度。
　　计算受均匀外压下的圆筒壳体的膜应力，只需将外压力代入内压计算公式则可。
　　实际上，通常使用的外压圆筒形容器，当外压产生的压应力尚未达到材料的屈服点时，就会突然发生失去原形的压扁或褶皱现象，这主要是弯曲应力引起的，使壳体丧失稳定，这种现象，称为失稳。
  容器失稳分为周向失稳和轴（经向）向失稳两种，周向失稳是因周向压缩薄膜应力所引起，轴向失稳是由容器轴向压缩薄膜应力造成的。容器周向失稳时，其横截面由圆形变成波形，轴向失稳时，原为直线的素线变为波形线。按容器的失稳范围大小，分整体失稳和局部失稳，通常外压容器的压瘪属于整体失稳。
　在某外压力下，形状突然发生改变而产生瘪塌的失效形式，称为失稳，断面由容器被压瘪失稳时的最小外压力，称为临界压力。
　临界压力大小的影响因素与壳体用的材料及其几何尺寸有关，几何尺寸包括圆筒计算长度L、外直径D0和有效厚度δe,用比值L/ D0和δe/ D0表达。
 2）临界压力、临界应力与圆筒计算长度的关系
   ①非常长的圆筒体（长圆筒），两端的加强件对圆筒抗外压的能力起不了加强作用，失稳时圆筒截面压瘪成二波形，此时对临界压力有影响的只是外直径D0和筒体的有效厚度δe，即δe/ D0，此时的临界压力Pcr为：
    Pcr=2.2E(δe/ D0)3  ----------①
  式中：E-材料的弹性模量，MPa；
根据临界压力求临界应力бcr的公式为бcr=PcrDo/2δe,
该公式可改写为
　　　　　　 Pcr=2бcr(δe/
 D0)
　　　　　　2бcr(δe/ D0)= 2.2E(δe/ D0)3
　　　　　　 бcr/ E =1   
 
 
 
 
 
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