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压力容器的分类、设计制造的主要特点和主要失效方式

A.压力容器分类 压力容器按多种分类方法,主要分类方法如下:

1),按压力,种类,介质的毒性及易燃性分类。按压力分为低,中,高及超高压,前三种在材料,失效准则,计算方法,制造要求上基本一致,而超高压则截然不同;按介质毒性及易燃性分类,主要基于安全考虑,防止爆炸,泄露。

2),按制造许可级别,安全性及制造难易程度的不同分类。这里涉及P,P.V,介质特性,材料强度级别等;容器的安放位置分为固定与移动,移动的安全要求高于固定,且应对减轻自重、防冲击、各类相关的仪表要有考虑;不同材质的容器在制造及检验方法上有很大不同;考虑制造特点,利于专业化生产。对不同制造许可级别的企业,需提出不同的资源条件与安全质量要求。

3),按生产工艺过程中的作用和原理分类。分为反应,换热,分离,储存四类。其中反应容器安全性要求最高,其在进行物理、化学反应时,可能会造成压力、温度变化。

4),其他常见的分类方法。按形状分类,如圆筒形,球形,组合型,方型等;按筒体结构分为整体式,组合式;按制造方法分为焊接、锻造、铸造;按材料分为金属与非金属两大类,其中:金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金,钢中以其化学成分又分为碳素钢、低合金钢及高合金钢。

B.压力容器设计制造的主要特点

压力容器设计包括结构设计,设计计算与材料选择。其中结构设计是设计计算的基础,根据各类承压零部件不同的结构,形状,分别进行设计计算。压力容器的设计计算要考虑强度、刚性和稳定性三个主要问题。强度要求在内压作用下不允许产生永久变形,它是涉及安全的主要问题,如筒体,封头等;刚性要求在制造,运输,安装与使用的外力作用下产生不允许的弹性形变,如法兰(密封),管板等;稳定性要求在外压作用下防止突然失去原有形状的稳定性,如外压及真空容器。依各类承压零部件不同的结构、形状,采用不同的加工方法分别制造,然后通过焊接、法兰螺栓,螺纹等多种方法连接在一起,构成一台完整的容器,其中焊接是主要方法。

C.压力容器的主要失效方式

压力容器存在8种失效方式,主要为过量的弹性变形(包括弹性不稳定)、过量的塑形变形,脆性断裂、由应力引起破坏/蠕变变形、塑形不稳定(渐增的垮塌)、高应变与低循环疲劳、应力腐蚀和腐蚀疲劳。

压力容器的常规设计方法需基于弹性失效准则。弹性失效准则有4个强度理论;第一强度理论(最大主应力理论)认为材料的3个主应力中只要最大的拉应力σι达到了极限应力,材料就发生破坏,强度条件为σι≤{σ}t;第二强度理论(最大变形理论)认为材料的最大的应变达到了极限状态,材料就发生破坏,其强度条件为εmax≤{ε};第三强度理论(最大剪应力理论)认为材料的最大剪应力τmax达到了极限应力,材料就发生破坏,其强度条件为τmax=(σι-σ3)≤{σ}τ;第四强度理论(剪切变形能理论)认为内部变形能量达到材料的极限值时,材料会变形并破坏。



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