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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：

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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 =1.1(δe/ D0)2 ----------①1

在①式中，如采用稳定系数m（即许用压力为临界压力的1/m，并取计算压力等于许用压力,通常取m=3）即[P]=Pcr/m

则计算压力为：令PC=[P]；；式中可解出有效厚度，

相应的有效厚度为： ，如以m=3 代入，计算得的名义厚度为

。

不起作用的最小长度，称为临界长度，用Lcr表示，其值为：

当L≥Lcr，则该长度为L的圆筒为长圆筒。

②中等长度的圆筒，其长度L＜Lcr，此时圆筒的临界压力Pcr与L/ D0和 δe/ D0有关，其值为：

Pcr=2.8E(δe/ D0)2。5/(L/Do) --------------② 2бcr(δe/ D0)= 2.8E(δe/ D0)2。5 /(L/Do)

бcr/ E =1.4(δe/ D0)1。5/(L/Do) ---------------②1 A=бcr/ E =1.4(δe/ D0)1。5/(L/Do)

③短圆筒：L足够短，使圆筒的破坏仅受材料的强度所确定，可按内压公式计算。

6．3．2 线图表绘制基理

在①1和②1式中，令A =бcr/ E,此处A是应变，则得①2及②2： ：

A =1.1(δe/ D0)2 -------------------①2

或

及 A =1.4(δe/ D0)1。5/(L/Do)----------------②2

在对数坐标中，以A为横坐标，L/Do 为纵坐标，在长圆筒中，因①2中无L/Do,在图6-2中表现为与横坐标成垂直的一组线，即仅与δe/ D0有关；而图中的斜线组则是中圆筒部分,即由关系式②2做成的一组线。

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外压筒体中，给出L/Do和δe/ D0（图中为Do/δe）,通过图6-2可查出A。 由于A =бcr/ E，其中弹性模量E与材料及设计温度有关，

故根据材料和设计温度下的不同E值，可做出各种线图，也称为材料线，在6-3至6-10各图中，其横坐标是A，纵坐标是临界应力бcr，知A和Et 可查到бcr。知бcr，通过公式бcr=PcrDo/2δe，即可求出Pcr。

在实际应用中，需要的是许用压力[P]，故令[P]=Pcr/m, （m为稳定安全系数，取m=3.）。即Pcr=3[P]，代入公式бcr=PcrDo/2δe后整理可得：

2/3бcr=[P]Do/δe,

式中，以бcr=AE代入，则[P]值为：

---------------------③

如令B=2/3·бcr=2/3·AE，横坐标A,纵坐标为B，通过A可查出B，并按下式求出[P]：

-----------------------------③1

6．4 外压圆筒加强圈的设计

设加强圈是为了减少圆筒的计算长度L，从而减少圆筒的壁厚。

对于设有加强圈的外压圆筒，外压容器计算中的支撑线，就是加强圈的中心线，加强圈的横截面处应有足够的惯性矩，使在支撑线中间的圆筒部分由于加强圈的作用不出现失稳现象。

加强圈所需的惯性矩按如下确定： 1）已知DO、LS，、δe 和 PC

LS—是从加强圈中心线到相邻两侧加强圈中心线距离的一半。若与凸形封头相邻，在长度中还应计入封头曲面深度的1/3，mm

选定加强圈的材料和截面尺寸，计算它的横截面积AS和加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩IS。 2）计算B值：

3）通过B按图6-3～图6-10查出A，如无交点，则令A=1.5B/E 4）计算加强圈与圆筒组合段所需的惯性矩I

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IS≥I，否则，应选大惯性矩的加强圈，并重新计算，直至IS≥I

5）加强圈的设置：加强圈可设置在容器的外部或内部，应整圈围绕在圆筒的圆周上。

加强圈设在内部时要考虑流液通道；不论设在外部或内部，沿其断面开孔或间隙应不大于圆筒名义厚度的8倍，否则，有间隙的环带的不计入惯性矩，未带间隙的环带应具有加强圈需要的惯性矩。如开有断开式的间隙时，断开弧长应符合GB150中图6-12的规定。

容器内部的构件，若按加强圈的要求设计，也可作加强圈用。

加强圈与圆筒可段焊连接，当设置在容器外部时，加强圈每側间断焊接的总长，不应小于外圆周长的1/2，段间的最大间隙为8δn；当设置在容器里面时，应不少于圆周长的1/3，段间的最大间隙为12δn；其要求见图6-12和图6-13。 7．封头的设计和计算 7．1 封头标准

7.1.1现行标准 JB/T4746-2002 《钢制压力容器用封头》标准，包括并代替原JB4737-95 《椭圆形封头》、JB/T4729-94 《旋压封头》、JB576-64 《碟形封头》、JB/T4738-95 《900折边锥形封头》、 JB/T4739-95 《600折边锥形封头》。封头的规格尺寸的选用等可按JB/T4746。

该封头标准详细规定了封头的制造和验收要求，被列入GB150引用标准。 封头标记按如下规定： ①②Χ③─④⑤ ①-封头类型代号

椭圆形封头：以内径为基准, 类型代号为 EHA 标准型

以外径为基准, 类型代号为 EHB 标准型 碟形封头：Ri=1.0Di;r=0.15Di;DN=Di,代号为 DHA

Ri=1.0Di;r=0.10Di;DN=Di,代号为 DHB 折边锥形封头；分CHA CHB 和 CHC 球冠封头：PSH

②-封头公称直径 ；③-封头名义厚度；④-封头材料牌号；⑤-标准号JB/T4746

示例1：DN2400mm,δn20mm,Ri=1.0Di,r=0.15Di,材料 0Cr18Ni9碟形封头的标记是： DHA2400X20-0Cr18Ni9 JB/T4746

示例2 DN325mm, δn12mm,材料 16MnR，以外径为基准的椭圆形封头的标记是： EHB325X12-16MnR JB/T4746

7.1.2 封头型式及优缺点比较

GB150规定的封头包括：凸形封头、锥壳（锥形封头、锥形壳体）、变径段、平盖及紧缩口等。

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凸形封头中包括：椭圆形封头（标准型和非标准形）、碟形封头、球冠形封头（无折边球面封头）和半球封头。 各种封头的优缺点比较如下： 1）从受力情况看，依次为：半球形、椭圆形、碟形、锥形，平盖最差； 2）从制造上，平盖最容易制造，其次为锥形、碟形、椭圆形、半球形； 锥形封头虽然受力效果不佳，但有利于流体的排料。 7．2 椭圆形封头 7.2.1受内压的椭圆封头的计算 椭圆封头在内压作用下，其膜应力与圆筒相比，有明显的特点，在内压力作用下的圆筒体，无论轴向应力，还是环向应力，均为拉应力，内压筒体各部分总是膨胀，直径总是增大。而椭圆封头在内压力作用下，其短轴（沿轴线）方向发生伸长，而在长轴（沿直径）方向则趋向缩短，封头的截面形状向圆形转变，发生“趋圆现象”。 在内压作用下。在封头的过度段产生的环向应力为压缩应力，并随着长半轴/短半轴比值的增大而加剧，会导致封头环（周）向失稳，故椭圆封头设计中，除非已考虑内压的失稳问题，均应有最小有效厚度的规定。 在GB150的封头设计中规定：K≤1的椭圆封头的有效厚度,应不小于封头内径的0.15%；K＞1的椭圆封头的有效厚度，应不小于封头内径的0.30% 其中K为椭圆封头的的形状系数， 其值列于表7-1。 Di/2hi Di/2hi K 2.6 1.7 2.5 1.6 2.4 1.5 表7-1 系数K值 2.3 1.4 2.2 1.3 2.1 1.2 2.0 1.1 1.9 1.0 1.8 K 1.46 1.37 1.29 1.21 1.14 1.07 1.00 0.93 0.87 0.81 0.76 0.71 0.66 0.61 0.57 0.53 0.50 椭圆形封头计算厚度按下式： 上式中：对标准椭圆封头（Di/2hi=2,0）,K=1 7.2.2 受内压椭圆封头的应力分布情况 设椭圆封头的长半轴为a，即2a=D，短半轴为b，即曲面高hi=b，令k=a/b 如标准椭圆封头k = a/b = 2，P为内压力，δ 为计算厚度。 椭圆封头的经向应力公式： 经推导，经向应力σ1的公式是： …………① 式中：x是长轴上的点的坐标，由中点为0，至x=a，其应力变化情况是： 25 / 65