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壓力容器的分類、設計制造的主要特點和主要失效方式

A.壓力容器分類 壓力容器按多種分類方法,主要分類方法如下:

1),按壓力,種類,介質的毒性及易燃性分類。按壓力分為低,中,高及超高壓,前三種在材料,失效準則,計算方法,制造要求上基本一致,而超高壓則截然不同;按介質毒性及易燃性分類,主要基于安全考慮,防止爆炸,泄露。

2),按制造許可級別,安全性及制造難易程度的不同分類。這里涉及P,P.V,介質特性,材料強度級別等;容器的安放位置分為固定與移動,移動的安全要求高于固定,且應對減輕自重、防沖擊、各類相關的儀表要有考慮;不同材質的容器在制造及檢驗方法上有很大不同;考慮制造特點,利于專業化生產。對不同制造許可級別的企業,需提出不同的資源條件與安全質量要求。

3),按生產工藝過程中的作用和原理分類。分為反應,換熱,分離,儲存四類。其中反應容器安全性要求最高,其在進行物理、化學反應時,可能會造成壓力、溫度變化。

4),其他常見的分類方法。按形狀分類,如圓筒形,球形,組合型,方型等;按筒體結構分為整體式,組合式;按制造方法分為焊接、鍛造、鑄造;按材料分為金屬與非金屬兩大類,其中:金屬中分為鋼、鑄鐵、有色金屬與合金,鋼中以其化學成分又分為碳素鋼、低合金鋼及高合金鋼。

B.壓力容器設計制造的主要特點

壓力容器設計包括結構設計,設計計算與材料選擇。其中結構設計是設計計算的基礎,根據各類承壓零部件不同的結構,形狀,分別進行設計計算。壓力容器的設計計算要考慮強度、剛性和穩定性三個主要問題。強度要求在內壓作用下不允許產生永久變形,它是涉及安全的主要問題,如筒體,封頭等;剛性要求在制造,運輸,安裝與使用的外力作用下產生不允許的彈性形變,如法蘭(密封),管板等;穩定性要求在外壓作用下防止突然失去原有形狀的穩定性,如外壓及真空容器。依各類承壓零部件不同的結構、形狀,采用不同的加工方法分別制造,然后通過焊接、法蘭螺栓,螺紋等多種方法連接在一起,構成一臺完整的容器,其中焊接是主要方法。

C.壓力容器的主要失效方式

壓力容器存在8種失效方式,主要為過量的彈性變形(包括彈性不穩定)、過量的塑形變形,脆性斷裂、由應力引起破壞/蠕變變形、塑形不穩定(漸增的垮塌)、高應變與低循環疲勞、應力腐蝕和腐蝕疲勞。

壓力容器的常規設計方法需基于彈性失效準則。彈性失效準則有4個強度理論;第一強度理論(最大主應力理論)認為材料的3個主應力中只要最大的拉應力σι達到了極限應力,材料就發生破壞,強度條件為σι≤{σ}t;第二強度理論(最大變形理論)認為材料的最大的應變達到了極限狀態,材料就發生破壞,其強度條件為εmax≤{ε};第三強度理論(最大剪應力理論)認為材料的最大剪應力τmax達到了極限應力,材料就發生破壞,其強度條件為τmax=(σι-σ3)≤{σ}τ;第四強度理論(剪切變形能理論)認為內部變形能量達到材料的極限值時,材料會變形并破壞。


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