新型薄内筒型钢带啮合错绕压力容器的力学分析
压力容器是典型的由板，壳组合而成的焊接结构，在工业各个领域应用广泛。在压力容器中，承受高压的容器在设计和制造时要比一般承压容器的要求更加严格，工业上一般将设计压力在10～100MPa之间的压力容器称为高压容器，这些压力容器器壁较厚，通常为50～400mm，因而一般也被称为高压厚壁容器，它们在化工，炼油，轻工，冶金，能源电站，煤化工，重型机械，宇航工程，石油开采，及海洋工程等部门有广泛的应用，如氨合成塔，尿素合成塔，石油加氢反应器，核反应堆压力壳，煤液化反应器，水压机蓄能器及液氢液氧高压容器等都是这些生产部门和科研部门应用广泛，结构庞大，制造困难，价格昂贵及使用中存在潜在爆炸，燃烧和中毒等严重的关键设备。因此，在充分保证安全的前提下，最大限度地提高其经济性，便成为高压容器设计、选择结构形式的决定因素。
本文首先分析了现有高压容器结构特点和制造技术，在此基础上介绍了一种新型绕带式容器结构：即薄内筒型钢带啮合错绕容器结构。该结构与传统绕带结构（如德国型槽绕带和中国扁平绕带）的区别是采用了一种新型两槽型钢带，即两槽扁“山”字形钢带和两槽扁“S”型钢带。将其以较小角度交错缠绕在约1/4总壁厚的薄内筒上。层与层之间是平整的，钢带层通过凹槽和凸缘之间的啮合扣合来承受轴向载荷，使容器的环向、轴向强度都得到了很好的保证，而且制造也比较方便。
本文对该新型结构的承载能力和制造技术做了全面分析，包括对绕带简体的承力状况的分析，推导和完善了组合简体的应力计算公式，并且使用ANSYS有限元软件对两种型钢带组成的钢带层分别进行了数值模拟分析、对比分析。此外，本文也重点介绍了新型绕带容器钢带的制造、缠绕技术，钢带绕层首末端部的处理以及简体的开孔接管等问题。
通过本文的研究证明，新型绕带容器具有受力状态合理、安全性能可靠、制造成本较低等特点，并且适合绕制各种类型的压力容器，为开创一种安全经济合理的新型压力容器和管道结构及其制造技术提供了理论依据，具有一定的理论价值和实际工程意义。
高压容器;型钢带;应力分析;压力容器;力学分析;啮合错绕
北京化工大学
硕士
化工过程机械
陈平
2009
中文
TH49
91
2010-01-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）