外压容器环向加强圈快速计算0监测电缆

外压容器环向加强圈快速计算

外压容器环向加强圈快速计算 2011年12月09日 来源： 　　　分类号　TQ 050.3　　在压力容器设计中，除受内压容器外，还有不少承受外压的容器，如真空储罐、减压蒸馏塔及带有夹套加热或冷却的反应釜。当夹套中介质的压力高于容器内介质压力时，也构成外压容器。对于外压容器，在既定直径和材料的前提下，增加圆筒厚度δ或减小圆筒计算长度L均可提高其临界压力pcr值。但从经济角度考虑，减小L往往比增加δ更为有利，减小圆筒计算长度的方法是在圆筒外部或内部设置刚性加强圈。按GB 150-89《钢制压力容器》进行加强圈设计计算时，应先假定加强圈截面尺寸，然后反复试算，直至Is＞I，且较接近为止。这种方法需反复试算，使用不便，笔者通过对矩形截面加强圈计算公式的推导，得出了一种快速简捷的计算方法。1　组合惯性矩　　矩形截面加强圈是最常用的一种加强圈，它与壳体有效段组合截面见图1。根据文献［4］，以x-x为组合截面中性轴，则组合惯性矩为：Is=I0+As(z0+δe/2-a)2+　 I0′+As′a2(1)式中，I0=he3be/12,为加强圈惯性矩，mm4；I0′=lδe3/12，为圆筒起加强作用部分的惯性矩，mm4；As′=lδe，为圆筒起加强作用部分(组合段)的面积，mm2；As=hebe，为加强圈有效截面积，mm2；he为加强圈截面有效高度，be为加强圈有效厚度，δe为壳体的有效厚度，z0=he/2，为形心轴矩，a为组合截面的形心轴矩，l′=1.10，为加强圈两侧筒体有效段宽度之和，以上单位均为mm。若加强圈中心线两侧壳体的有效段宽度相重叠，则该壳体的有效段宽度中相重叠部分每侧按一半计算。图1　加强圈与壳体有效段组合截面2　组合截面形心轴矩(2)将I0、z0及I0′代入式(2)，可得：　　(3)　　为便于计算，对上式进行适当简化，略去在Is计算中影响较小的项，he+δe≈he，同时略去lδe3/12一项，则：　　(4)　　上述简化在工程设计中是安全的。因为As以及As′均为正数，所以(As+As′)/2≥(仅当As=As′时取等号)，即(As+As′)2≥4AsAs′。故:(5)把式(5)代入式(4)得：Is≤behe3/12+As′he2/16+Ashe2/16(6)把As代入式(6)，化简得：7he3be+3As′he2≥48Is(7)3　加强圈与壳体组合段所需惯性矩　　考虑每个加强圈两侧各承受Ls/2范围内的外压pcr，　则每个加强圈所承受的载荷Pcr=pcrLs。式中Ls为加强圈间距，mm。按圆环的失稳公式计算承受临界载荷Pcr的加强圈所需惯性矩［2］：(8)　　我国国家标准采用文献［2］中式(5-1)计算圆环临界压力，相应地对于和圆筒相连在一起的加强圈，取稳定性安全系数m=3。考虑到加强圈和筒体相连的间断焊，可能削弱或割断等因素而增加10%的惯性矩裕量，故在设计外压p=［p］=pcr/3时，所需要的加强圈惯性矩为：(9)　　上式算得的I就是按稳定性要求所需的最小惯性矩，该式适用于弹性稳定问题。应用上式时，应力应控制在弹性范围，工程上可近似用

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