Сосуд под давлением - Pressure vessel

Сосуд высокого давления, построенный из горизонтального сталь труба.

А сосуд под давлением это контейнер, предназначенный для хранения газов или жидкостей при давление существенно отличается от давление внешней среды.

Сосуды под давлением могут быть опасными, и в истории их разработки и эксплуатации были случаи со смертельным исходом. Следовательно, проектирование, изготовление и эксплуатация сосудов высокого давления регулируются инженерными органами при поддержке законодательства. По этим причинам определение сосуда под давлением варьируется от страны к стране.

Конструкция включает такие параметры, как максимально безопасное рабочее давление и температура, коэффициент безопасности, допуск на коррозию и минимальную расчетную температуру (для хрупкого разрушения). Конструкция тестируется с использованием неразрушающий контроль, такие как ультразвуковой контроль, рентгенография, и испытания под давлением. В гидростатических испытаниях используется вода, а в пневматических испытаниях - воздух или другой газ. Гидростатические испытания предпочтительнее, потому что это более безопасный метод, поскольку в случае разрушения во время испытания выделяется гораздо меньше энергии (вода не быстро увеличивает свой объем при быстрой разгерметизации, в отличие от таких газов, как воздух, которые разрушаются со взрывом).

В большинстве стран сосуды более определенного размера и давления должны быть построены в соответствии с официальными правилами. В Соединенных Штатах этот код Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением (BPVC). В Европе код Директива по оборудованию, работающему под давлением. Информация на этой странице в основном действительна только в ASME. Эти сосуды также требуют, чтобы уполномоченный инспектор подписывал каждое новое построенное судно, и на каждом сосуде есть паспортная табличка с соответствующей информацией о сосуде, такой как максимально допустимое рабочее давление, максимальная температура, минимальная расчетная температура металла, какая компания его изготовила, дата. , его регистрационный номер (через Национальный совет) и КАК Я Официальный штамп для сосудов под давлением (U-штамп). Паспортная табличка делает судно отслеживаемым и официально КАК Я Кодовое судно.

Специальное приложение сосуды под давлением для людей, для которых действуют более строгие правила безопасности.

История

Сосуд под давлением на 10 000 фунтов на квадратный дюйм (69 МПа) 1919 года выпуска, обернутый стальной лентой из высокопрочной стали и стальными стержнями для крепления торцевых крышек.

Самая ранняя задокументированная конструкция сосудов под давлением была описана в 1495 году в книге Леонардо да Винчи «Мадридский кодекс I», в которой предполагалось, что контейнеры со сжатым воздухом могут поднимать тяжелые грузы под водой.^[1] Однако сосуды, похожие на те, что используются сегодня, не появлялись до 1800-х годов, когда пар генерировался в котлах, помогая стимулировать воду. Индустриальная революция.^[1] Однако из-за низкого качества материалов и производственных технологий, а также недостаточных знаний в области проектирования, эксплуатации и технического обслуживания эти котлы и сосуды высокого давления были связаны с большим количеством разрушительных и часто фатальных взрывов, причем гибель людей в США происходила почти ежедневно. Состояния.^[1] Местные провинции и штаты в США начали вводить в действие правила строительства этих судов после того, как произошли некоторые особенно разрушительные аварии судов, в результате которых погибли десятки людей, что затруднило производителям соблюдение различных правил в разных местах. Первый код для сосудов высокого давления был разработан в 1911 году и выпущен в 1914 году. Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением (BPVC).^[1] На первых этапах разработки резервуара, способного выдерживать давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм (69 МПа), в 1919 году был разработан резервуар диаметром 6 дюймов (150 мм), намотанный по спирали двумя слоями высокопрочной стальной проволоки. предотвращают разрыв боковин, а торцевые заглушки в продольном направлении усилены продольными высокопрочными стержнями.^[2] Потребность в сосудах высокого давления и температуры для нефтеперерабатывающих и химических заводов привела к созданию сосудов, соединенных сваркой вместо заклепок (которые не подходили для требуемых давлений и температур), и в 1920-х и 1930-х годах BPVC включал сварку в качестве приемлемого средства строительство; Сварка сегодня является основным способом соединения металлических сосудов.^[1]

Было много достижений в области проектирования сосудов высокого давления, таких как расширенный неразрушающий контроль, ультразвуковые испытания с фазированной решеткой и радиография, новые сорта материалов с повышенной коррозионной стойкостью и более прочные материалы, а также новые способы соединения таких материалов, как сварка взрывом, сварка трением с перемешиванием, передовые теории и средства более точной оценки напряжений, возникающих в судах, например, с использованием Конечно-элементный анализ, позволяя строить суда более безопасно и эффективно. Сегодня суда в США требуют печати BPVC, но BPVC - это не просто внутренний кодекс, многие другие страны приняли BPVC в качестве своего официального кода. Однако есть и другие официальные коды в некоторых странах, таких как Япония, Австралия, Канада, Великобритания и Европа. Независимо от страны, почти все осознают потенциальную опасность, присущую сосудам под давлением, и необходимость стандартов и кодексов, регулирующих их проектирование и строительство.

особенности

Форма

Сосуды под давлением теоретически могут иметь почти любую форму, но обычно используются формы, состоящие из секций сфер, цилиндров и конусов. Распространенной конструкцией является цилиндр с торцевыми крышками, называемый головы. Форма головы часто бывает полусферической или выпуклой (торисферической). Более сложные формы исторически было труднее анализировать для обеспечения безопасной эксплуатации и, как правило, гораздо труднее сконструировать.

• 

  Сферический газовый баллон.

• 

  Цилиндрический сосуд высокого давления.

• 

  Изображение дна аэрозольного баллончика.

• 

  Огнетушитель с емкостью под давлением прямоугольного сечения

Теоретически сферический сосуд высокого давления примерно в два раза прочнее цилиндрического сосуда высокого давления с такой же толщиной стенок,^[3] и является идеальной формой для удержания внутреннего давления.^[1] Однако сферическую форму сложно изготовить и, следовательно, дороже, поэтому большинство сосудов высокого давления имеют цилиндрическую форму с полуэллиптическими головками или торцевыми крышками 2: 1 на каждом конце. Меньшие сосуды под давлением собираются из трубы и двух крышек. Для цилиндрических сосудов диаметром до 600 мм (NPS 24 дюйма) можно использовать бесшовную трубу для оболочки, что позволяет избежать многих проблем, связанных с проверками и испытаниями, в основном неразрушающим рентгенографическим исследованием длинного шва, если это необходимо. Недостатком этих сосудов является то, что большие диаметры являются более дорогими, так что, например, наиболее экономичная форма составляет 1000 литров (35 куб футов), 250 кубических футов. бары (3,600 psi Сосуд под давлением может иметь диаметр 91,44 см (36 дюймов) и длину 1,7018 м (67 дюймов), включая полуэллиптические куполообразные торцевые крышки 2: 1.

Строительные материалы

Сосуд под давлением из композитного материала с титановым покрытием.

Многие сосуды высокого давления изготовлены из стали. Чтобы изготовить цилиндрический или сферический сосуд высокого давления, катаные и, возможно, кованые детали должны быть сварены вместе. Некоторые механические свойства стали, достигаемые прокаткой или ковкой, могут быть повреждены сваркой, если не будут приняты особые меры предосторожности. В дополнение к соответствующей механической прочности, действующие стандарты предписывают использование стали с высокой ударопрочностью, особенно для сосудов, используемых при низких температурах. В тех случаях, когда углеродистая сталь подвержена коррозии, следует также использовать специальный коррозионно-стойкий материал.

Некоторые сосуды под давлением изготовлены из композитные материалы, такие как композит с волокнистой намоткой с помощью углеродное волокно удерживается на месте полимером. Из-за очень высокой прочности углеродного волокна на разрыв эти сосуды могут быть очень легкими, но их гораздо сложнее изготовить. Композитный материал может быть намотан на металлическую подкладку, образуя сосуд высокого давления с композитной оболочкой.

Другие очень распространенные материалы включают полимеры такие как ПЭТ в таре для газированных напитков и медь в сантехнике.

Сосуды высокого давления могут быть облицованы различными металлами, керамикой или полимерами для предотвращения утечки и защиты конструкции сосуда от окружающей среды. Этот лайнер может также выдерживать значительную часть нагрузки давления.^[4][5]

Сосуды, работающие под давлением, также могут быть построены из бетона (PCV) или других материалов, слабых при растяжении. Кабели, намотанные вокруг емкости, в стенке или самой емкости, обеспечивают необходимое натяжение, чтобы противостоять внутреннему давлению. «Тонкая герметичная стальная мембрана» покрывает внутреннюю стенку сосуда. Такие сосуды могут быть собраны из модульных частей и, следовательно, «не имеют ограничений по размеру».^[6] Существует также высокий уровень резервирования благодаря большому количеству отдельных кабелей, устойчивых к внутреннему давлению.

Очень маленькие емкости, используемые для изготовления зажигалок на жидком бутане, подвергаются давлению около 2 бар в зависимости от температуры окружающей среды. Эти сосуды часто имеют овальную форму (1 x 2 см ... 1,3 x 2,5 см) в поперечном сечении, но иногда и круглую. Овальные версии обычно включают одну или две распорки внутреннего растяжения, которые выглядят как перегородки, но также обеспечивают дополнительную прочность цилиндра.

• Ссылка на изображение газовый баллон из углеродного волокна с деталями конструкции
• Ссылка на изображение кислородный баллон из углеродного волокна для промышленный дыхательный комплект

Рабочее давление

Типичные круглые цилиндрические газовые баллоны высокого давления для постоянных газов (которые не сжижаются при сохранении давления, например, воздух, кислород, азот, водород, аргон, гелий) были изготовлены методом горячей ковки путем прессования и прокатки для получения бесшовного стального сосуда. .

Рабочее давление баллонов для использования в промышленности, ремесле, дайвинге и медицине имело стандартизованное рабочее давление (WP) всего 150 бар (2200 фунтов на квадратный дюйм) в Европе примерно до 1950 года. Примерно с 1975 года по настоящее время стандартное давление составляет 200 бар ( 2900 фунтов на квадратный дюйм). Пожарным нужны тонкие и легкие баллоны для передвижения в ограниченном пространстве; примерно с 1995 года использовались цилиндры на 300 бар (4 400 фунтов на кв. дюйм) WP (сначала из чистой стали).^{[нужна цитата ]}

Потребность в снижении веса привела к появлению различных поколений композитных (волокнистых и матричных, поверх гильзы) цилиндров, которые легче повредить при ударе снаружи. Поэтому композитные цилиндры обычно рассчитаны на 300 бар (4400 фунтов на квадратный дюйм).

Гидравлическое (заполненное водой) испытательное давление обычно на 50% выше рабочего давления.

Резьба сосуда

До 1990 года цилиндры высокого давления производились с конической (конической) резьбой. Два типа резьбы преобладали в цельнометаллических цилиндрах, используемых в промышленности, объемом от 0,2 до 50 литров (от 0,0071 до 1,7657 куб. Футов). Коническая резьба (17E),^[7] с конической правой резьбой 12%, стандартный Whitworth Форма 55 ° с шагом 14 витков на дюйм (5,5 витков на см) и делительным диаметром верхней резьбы цилиндра 18,036 мм (0,71 дюйма). Эти соединения герметизированы резьбовой лентой и затянуты с моментом затяжки от 120 до 150. ньютон-метры (89 и 111 фунт-сила-фут) для стальных цилиндров и от 75 до 140 Нм (55 и 103 фунт-сила-фут) для алюминиевых цилиндров.^[8] Для ввинчивания клапана требуется высокий крутящий момент, обычно 200 Н · м (150 фунт-сила · фут) для большей конической резьбы 25Е,^[9] и 100 Нм (74 фунт-сила-фут) для меньшей резьбы 17E. Примерно до 1950 года конопля использовалась в качестве герметика. Позже использовался тонкий лист свинца, прижатый к шляпе с отверстием наверху. С 2005 г. PTFE -лента использовалась, чтобы избежать использования свинца.^{[требуется разъяснение ]}

Коническая резьба обеспечивает простую сборку, но требует большого крутящего момента для соединения и приводит к высоким радиальным силам в горловине сосуда. Все цилиндры, рассчитанные на рабочее давление 300 бар (4400 фунтов на квадратный дюйм), все водолазные цилиндры и все композитные цилиндры имеют параллельную резьбу.

Параллельные потоки выполняются по нескольким стандартам:

• M25x2 Параллельная резьба ISO, который уплотнен уплотнительным кольцом и затянут с моментом затяжки от 100 до 130 Нм (от 74 до 96 фунт-сила-фут) для стали и от 95 до 130 Нм (от 70 до 96 фунт-сила-фут) для алюминиевых цилиндров;^[8]
• Параллельная резьба M18x1,5, которая закрывается уплотнительным кольцом и затягивается с моментом затяжки от 100 до 130 Н · м (от 74 до 96 фунт-сила-фут) на стальных цилиндрах и от 85 до 100 Н · м (от 63 до 74 фунт-сила-фут). ) на алюминиевых баллонах;^[8]
• 3/4 дюйма x 14BSP параллельная резьба,^[10] который имеет форму резьбы Витворта 55 °, делительный диаметр 25,279 мм (0,9952 дюйма) и шаг резьбы 14 витков на дюйм (1,814 мм);
• 3/4 дюйма x 14NGS^[11] (NPSM) параллельная резьба, уплотненная уплотнительным кольцом, затяжка с усилием от 40 до 50 Н · м (от 30 до 37 фунт-сила-фут) на алюминиевых цилиндрах,^[12] имеющая форму резьбы 60 °, делительный диаметр от 0,9820 до 0,9873 дюйма (от 24,94 до 25,08 мм) и шаг 14 витков на дюйм (5,5 витков на см);
• 3/4 дюйма x16UNF с уплотнительным кольцом, затянутым с моментом затяжки от 40 до 50 Н · м (от 30 до 37 фунт-сила-фут) на алюминиевых цилиндрах.^[12]
• 7/8 "x14 UNF, уплотненное уплотнительным кольцом.^[13]

3/4 "NGS и 3/4" BSP очень похожи, имеют одинаковый шаг и средний диаметр, который отличается только примерно на 0,2 мм (0,008 дюйма), но они несовместимы, так как формы резьбы различаются.

Все клапаны с параллельной резьбой герметизированы с помощью эластомер Уплотнительное кольцо в верхней части резьбы горловины, которое уплотняет фаску или ступеньку на шейке цилиндра и прилегает к фланцу клапана.

Разработка композитных сосудов

Для классификации различных принципов изготовления композитных баллонов выделено 4 типа.

• Тип 1 - Цельнометаллический: Цилиндр полностью металлический.
• Тип 2 - Обруч в виде обруча: металлический цилиндр, усиленный ленточным обручем из волокнистого материала. Сферическое основание и головка цилиндрического цилиндра выдерживают по геометрическим причинам вдвое большее давление, чем цилиндрическая оболочка (предполагается, что толщина металлической стенки одинакова).
• Тип 3 - Полностью обернутый поверх металлического вкладыша: намотанные по диагонали волокна создают стойкую к давлению стенку даже внизу и вокруг металлической шейки. Металлическая гильза тонкая и делает сосуд газонепроницаемым.
• Тип 4 - Полностью намотанный поверх неметаллической подкладки: Типичная легкая подкладка из термопласта создает (очень) газонепроницаемый барьер и (несколько надутую) бобину для обертывания волокон и матрицы (полиэфирной или эпоксидной смолы). Только шейка и ее анкерное крепление к вкладышу по-прежнему сделаны из металла, легкого алюминия или прочной нержавеющей стали.

Цилиндры типа 2 и 3 появились примерно в 1995 году. Цилиндры типа 4 коммерчески доступны как минимум с 2016 года.

Функции безопасности

Утечка перед взрывом

Утечка перед разрывом описывает сосуд высокого давления, спроектированный таким образом, что трещина в сосуде будет прорастать через стенку, позволяя содержащейся жидкости выйти и снижая давление, прежде чем она станет настолько большой, что вызовет перелом при рабочем давлении.

Многие стандарты для сосудов высокого давления, включая Кодекс ASME по котлам и сосудам высокого давления.^[14] и стандарт AIAA для металлических сосудов под давлением, либо требует, чтобы конструкции сосудов высокого давления были герметичными перед разрывом, либо требуют, чтобы сосуды высокого давления соответствовали более строгим требованиям к усталость и разрушение, если перед взрывом не обнаружено, что они протекают.^[15]

Предохранительные клапаны

Пример клапана, используемого для газовых баллонов.^{[требуется разъяснение ]}

Поскольку сосуд высокого давления рассчитан на давление, обычно имеется предохранительный клапан или предохранительный клапан чтобы гарантировать, что это давление не будет превышено во время работы.

Особенности обслуживания

Затворы для сосудов высокого давления

Затворы сосудов высокого давления представляют собой конструкции, удерживающие давление, предназначенные для обеспечения быстрого доступа к трубопроводам, сосудам высокого давления, ловушкам для скребков, фильтрам и системам фильтрации. Обычно крышки сосудов высокого давления допускаются обслуживающим персоналом. Обычно используется эллиптическая форма отверстия для доступа, которая позволяет пропустить крышку через отверстие и поворачивать ее в рабочее положение, и удерживается на месте стержнем снаружи, закрепленным с помощью центральный болт. Внутреннее давление предотвращает непреднамеренное открывание под нагрузкой.

Использует

An Танкер СПГ корабль с четырьмя сосудами под давлением для сжиженный природный газ.

Сохранилось H.K. Портер, Inc. № 3290 1923 г. на базе сжатый воздух хранится в горизонтальном прикованный сосуд под давлением

Сосуды под давлением используются в различных сферах как в промышленности, так и в частном секторе. Они выступают в этих секторах как промышленные сжатый воздух приемники и резервуары для хранения горячей воды для бытового потребления. Другие примеры сосудов под давлением: баллоны для дайвинга, камеры рекомпрессии, дистилляционные башни, реакторы под давлением, автоклавы, и многие другие суда в добыча операции, нефтеперерабатывающие заводы и нефтехимический растения ядерного реактора сосуды подводная лодка и космический корабль среды обитания, пневматический резервуары, гидравлический резервуары под давлением, баки тормозов рельсового транспорта, бачки тормозов дорожных транспортных средств, а также емкости для хранения сжиженных газов, таких как аммиак, хлор, и СУГ (пропан, бутан ).

Уникальное применение сосуда высокого давления - пассажирский салон авиалайнера: внешняя обшивка несет как маневренные нагрузки самолета, так и герметизация кабины нагрузки.

• 

  Напорный бак, подключенный к колодцу и системе горячего водоснабжения.

• 

  Несколько резервуаров под давлением, здесь пропан.

• 

  Сосуд под давлением, используемый как Кир.

• 

  Сосуд высокого давления, используемый для космического корабля CST-100 компании Boeing.

Альтернативы

• Хранение природного газа
• Газгольдер

В зависимости от области применения и местных условий существуют альтернативы сосудам под давлением. Примеры можно увидеть в бытовых системах сбора воды, где можно использовать следующее:

• Системы с гравитационным регулированием^[16] которые обычно состоят из негерметичных водный танк на высоте выше точки использования. Давление в точке использования является результатом гидростатического давления, вызванного перепадом высот. Гравитационные системы производят 0,43 фунта на квадратный дюйм (3,0 кПа) на фут водяного напора (перепад высот). Вода в городском водопроводе или перекачиваемой воде обычно составляет около 90 фунтов на квадратный дюйм (620 кПа).
• Контроллеры встроенных насосов или чувствительный к давлению насосы.^[17]

дизайн

Масштабирование

Независимо от того, какую форму он принимает, минимальная масса сосуда под давлением зависит от давления и объема, в котором он находится, и обратно пропорциональна соотношение прочности и веса строительного материала (минимальная масса уменьшается с увеличением прочности^[18]).

Масштабирование напряжения в стенках сосуда

Сосуды под давлением удерживаются вместе против давления газа из-за растягивающих сил внутри стенок контейнера. Нормальный (растягивающий) стресс в стенках емкости пропорциональна давлению и радиусу емкости и обратно пропорциональна толщине стенок.^[19] Таким образом, сосуды высокого давления имеют толщину, пропорциональную радиусу резервуара и давлению резервуара и обратно пропорциональную максимально допустимому нормальному напряжению конкретного материала, используемого в стенках резервуара.

Поскольку (для данного давления) толщина стенок зависит от радиуса резервуара, масса резервуара (которая масштабируется как длина, умноженная на радиус, умноженную на толщину стенки для цилиндрического резервуара) зависит от объема газа. удерживается (масштабируется как длина, умноженная на квадрат радиуса). Точная формула зависит от формы резервуара, но зависит от плотности ρ и максимально допустимого напряжения σ материала в дополнение к давлению P и объему V емкости. (См. Ниже точные уравнения для напряжения в стенах.)

Сферический сосуд

Для сфера, минимальная масса сосуда высокого давления составляет

${ displaystyle M = {3 over 2} PV { rho over sigma}}$,

где:

• ${ displaystyle M}$ масса, (кг)
• ${ displaystyle P}$ разница давления от окружающего ( манометрическое давление ), (Па)
• ${ displaystyle V}$ объем,
• ${ displaystyle rho}$ - плотность материала корпуса высокого давления, (кг / м³)
• ${ displaystyle sigma}$ это максимальная рабочая стресс этот материал может терпеть. (Па)^[20]

Другие формы, помимо сферы, имеют константы больше 3/2 (бесконечные цилиндры занимают 2), хотя некоторые резервуары, такие как композитные резервуары несферической формы, могут приблизиться к этому.

Цилиндрический сосуд с полусферическими концами

Иногда это называют «пулей».^{[нужна цитата ]} за его форму, хотя с геометрической точки зрения это капсула.

Для цилиндра с полусферическими концами

${ Displaystyle M = 2 pi R ^ {2} (R + W) P { rho over sigma}}$,

где

• R - радиус (м)
• W - ширина только среднего цилиндра, а общая ширина составляет W + 2R (м).^[21]

Цилиндрический сосуд с полуэллиптическими концами

В сосуде с соотношение сторон ширины среднего цилиндра до радиуса 2: 1,

${ Displaystyle M = 6 pi R ^ {3} P { rho over sigma}}$.

Хранение газа

В первом уравнении коэффициент PV в единицах СИ выражается в единицах энергии (нагнетания). Для хранимого газа PV пропорционален массе газа при данной температуре, поэтому

${ Displaystyle M = {3 более 2} nRT { rho over sigma}}$. (увидеть газовое право )

Остальные факторы постоянны для данной формы и материала сосуда. Итак, мы можем видеть, что не существует теоретической «эффективности масштаба» с точки зрения отношения массы сосуда высокого давления к энергии нагнетания или массы сосуда высокого давления к массе хранимого газа. Для хранения газов «эффективность резервуара» не зависит от давления, по крайней мере, при той же температуре.

Так, например, типичная конструкция резервуара с минимальной массой гелий (в качестве сжатого газа) на ракете будет использоваться сферическая камера для минимальной постоянной формы, углеродное волокно для наилучшего ${ displaystyle rho / sigma}$, и очень холодный гелий для наилучшего ${ displaystyle M / {pV}}$.

Напряжение в тонкостенных сосудах высокого давления

Напряжение в мелкостенном сосуде высокого давления в форме шара составляет

${ displaystyle sigma _ { theta} = sigma _ { rm {long}} = { frac {pr} {2t}}}$,

где ${ displaystyle sigma _ { theta}}$ это кольцевое напряжение или напряжение в окружном направлении, ${ displaystyle sigma _ {длинный}}$ напряжение в продольном направлении, п внутреннее манометрическое давление, р - внутренний радиус сферы, а т толщина стенки сферы. Сосуд можно считать «мелкостенным», если его диаметр как минимум в 10 раз (иногда указывается как 20 раз) больше глубины стенки.^[22]

Напряжение в корпусе цилиндра сосуда высокого давления.

Напряжение в мелкостенном сосуде высокого давления в форме цилиндра составляет

${ displaystyle sigma _ { theta} = { frac {pr} {t}}}$,

${ displaystyle sigma _ { rm {long}} = { frac {pr} {2t}}}$,

где:

• ${ displaystyle sigma _ { theta}}$ является растягивающая нагрузка центробежного происхождения, или напряжение в окружном направлении
• ${ displaystyle sigma _ {длинный}}$ напряжение в продольном направлении
• п внутреннее манометрическое давление
• р внутренний радиус цилиндра
• т - толщина стенки цилиндра.

Почти все стандарты проектирования сосудов высокого давления содержат вариации этих двух формул с дополнительными эмпирическими условиями для учета изменения напряжений по толщине, контроля качества сварные швы и в эксплуатации коррозия Все приведенные выше формулы предполагают равномерное распределение мембранных напряжений по толщине оболочки, но на самом деле это не так. Более глубокий анализ дает теория Ламе. Формулы стандартов проектирования сосудов высокого давления являются расширением теории Ламе, устанавливая некоторые ограничения на соотношение внутреннего радиуса и толщины.

Например, Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением (BPVC) (UG-27) формулы:^[23]

Сферические оболочки: толщина должна быть менее 0,356 внутреннего радиуса.

${ displaystyle sigma _ { theta} = sigma _ { rm {long}} = { frac {p (r + 0,2t)} {2tE}}}$

Цилиндрические оболочки: толщина должна быть менее 0,5 внутреннего радиуса.

${ displaystyle sigma _ { theta} = { frac {p (r + 0,6t)} {tE}}}$

${ displaystyle sigma _ { rm {long}} = { frac {p (r-0.4t)} {2tE}}}$

где E - совместная эффективность, и все другие переменные, как указано выше.

В коэффициент безопасности также часто включается в эти формулы, в случае ASME BPVC этот термин включается в значение напряжения материала при решении для давления или толщины.

Угол намотки сосудов из углеродного волокна

Намотка бесконечной цилиндрической формы оптимально предполагает угол намотки 54,7 градуса, так как это дает необходимое удвоение прочности в продольном направлении по окружности.^[24]

Стандарты работы

Сосуды под давлением предназначены для безопасной работы при определенном давлении и температуре, которые технически называются «Расчетным давлением» и «Расчетной температурой». Сосуд, который не предназначен для работы с высоким давлением, представляет собой очень серьезную угрозу безопасности. По этой причине проектирование и сертификация сосудов под давлением регулируется конструктивными нормами, такими как Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением в Северной Америке Директива по оборудованию, работающему под давлением из ЕС (PED), Японский промышленный стандарт (JIS), CSA B51 в Канада, Австралийские стандарты в Австралии и других международные стандарты любить Ллойда, Germanischer Lloyd, Det Norske Veritas, Société Générale de Surveillance (SGS S.A.), Lloyd’s Register Energy Nederland (ранее известная как Stoomwezen) и т.п.

Обратите внимание, что если произведение давление-объем является частью стандарта безопасности, любая несжимаемая жидкость в резервуаре может быть исключена, поскольку она не вносит вклад в потенциальную энергию, хранящуюся в резервуаре, поэтому только объем сжимаемой части, такой как газ используемый.

Список стандартов

• EN 13445: Действующий европейский стандарт, гармонизированный с Директива по оборудованию, работающему под давлением (Первоначально «97/23 / EC», с 2014 «2014/68 / EU»). Широко используется в Европе.
• Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением Раздел VIII: Правила строительства сосудов под давлением.
• BS 5500: Бывший британский стандарт, замененный в Великобритании на BS EN 13445 но сохранен под названием PD 5500 на проектирование и строительство экспортного оборудования.
• AD Merkblätter: немецкий стандарт, согласованный с Директива по оборудованию, работающему под давлением.
• EN 286 (части с 1 по 4): Европейский стандарт для простых сосудов под давлением (баллонов с воздухом), согласованный с Директивой Совета 87/404 / EEC.
• BS 4994: Технические условия на проектирование и строительство сосудов и резервуаров в армированный пластик.
• ASME PVHO: стандарт США для Сосуды под давлением для людей.
• CODAP: Французский кодекс строительства необожженных сосудов высокого давления.
• AS / NZS 1200: Стандарт Австралии и Новой Зеландии для требований к оборудованию, работающему под давлением, включая сосуды под давлением, котлы и напорные трубопроводы.^[25]
• AS 1210: Австралийский стандарт для проектирования и изготовления сосудов под давлением
• AS / NZS 3788: Стандарт Австралии и Новой Зеландии для проверки сосудов под давлением. ^[26]
• API 510.^[27]
• ISO 11439: Сжатый природный газ (CNG) баллоны^[28]
• IS 2825–1969 (RE1977) _code_unfired_Pressure_vessels.
• Резервуары и сосуды из стеклопластика.
• AIAA S-080-1998: Стандарт AIAA для космических систем - металлические сосуды под давлением, герметичные конструкции и компоненты, работающие под давлением.
• AIAA S-081A-2006: Стандарт AIAA для космических систем - Сосуды под давлением с композитной оболочкой (COPV).
• ECSS-E-ST-32-02C Rev.1: Космическая техника - Конструктивное проектирование и проверка оборудования под давлением
• B51-09 Канадские нормы для котлов, сосудов высокого давления и трубопроводов высокого давления.
• Руководящие принципы HSE для систем давления.
• Stoomwezen: Бывший кодекс сосудов под давлением в Нидерландах, также известный как RToD: Regels voor Toestellen onder Druk (Голландские правила для сосудов под давлением).

Смотрите также

Заметки

использованная литература

• А.К. Угурал, С.К. Фенстер, Продвинутая сила и прикладная эластичность, 4-е изд.
• E.P. Попов, Инженерная механика твердого тела, 1-е изд.
• Megyesy, Юджин Ф. «Справочник по сосудам под давлением, 14-е издание». PV Publishing, Inc. Оклахома-Сити, Оклахома-сити

дальнейшее чтение

• Megyesy, Юджин Ф. (2008, 14-е изд.) Справочник по сосудам под давлением. PV Publishing, Inc .: Оклахома-Сити, Оклахома, США. www.pressurevesselhandbook.com Руководство по проектированию сосудов под давлением на основе кодекса ASME.

внешние ссылки

• Использование сосудов под давлением в нефтегазовой отрасли
• Основные формулы для тонкостенных сосудов под давлением; с примерами
• Обучающие электронные таблицы Excel для проектирования головок, кожухов и сопел ASME
• Веб-сайт ASME по котлам и сосудам под давлением
• Журнал технологии сосудов под давлением
• Веб-сайт Директивы ЕС по оборудованию, работающему под давлением
• Директива ЕС по простым сосудам под давлением
• Классификация ЕС
• Приспособления для сосудов под давлением http://oakridgebellows.com/metal-expansion-joints/technical-videos/lugs-on-pipe-and-vessels-new