Druckbehälterdesign: 17 Fakten, die Sie kennen sollten

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Primär- und Sekundärspannungen in Druckbehältern | Druckbehälterspannungsanalyse | Auslegungsverfahren für Druckbehälter:


Der erste Schritt beim Entwerfen eines Behälters ist der Verwendungszweck und die Spezifikationen, die den Behältereigenschaften entsprechen. Die Umgebung und Beschaffenheit von Flüssigkeiten und Gasen sind weitere wichtige Faktoren.
Die Parameter beinhalten bei der Gestaltung:

  • Temperatur und Druck (maximale Sicherheit).
  • Sicherheitsfaktor.
  • Die Kapazität, das Volumen zu enthalten.
  • Korrosionsschutz
  • Auslegungstemperatur.


Kugelförmiges Gefäß:


M=\\frac{3}{2}PV\\frac{\\rho }{\\sigma }
woher,
M = Masse, (kg)
P = Druckdifferenz (der Überdruck), (Pa)
V = Volumen,
\\rho = Die Dichte des Behältermaterials (kg/m3)
\\sigma = Die maximale Arbeitsbelastung, die das Material tolerieren kann. (Pa)

Zylindrisches Gefäß mit halbkugelförmigen Enden:


M=2\\pi R^{2}(R+W)P\\frac{\\rho }{\\sigma }
woher,
R=Radius
W=mittlere Zylinderbreite
Gesamtbreite = (W + 2R)
Beanspruchung in dünnwandigen Druckbehältern:
\\sigma _{\\Theta }=\\sigma long=\\frac{Pr}{2t}
Spannung in Längsachse

p ist der interne Überdruck,
r ist der Innenradius der Kugel,
Die Dicke der Kugelwand wird mit t bezeichnet.

Druckbehältergleichungen für Spannung | Druckbehältergleichungen | Druckbehälterformel | Längsspannungs-Druckbehälter:

\\sigma _{\\Theta }=\\frac{Pr}{t}
\\sigma long=\\frac{Pr}{2t}
Sigma = Spannung in Längsrichtung, p ist Überdruck und Sigma = Spannung in Längsrichtung
r ist der Innenradius der Kugel,
Die Dicke der Kugelwand wird mit t bezeichnet.

Druckbehälterausführung
Druckbehälterausführung
Bildquelle: Cdang, Zylinderförmiger Unterdruckbehälter, CC BY-SA 3.0

Mechanischer Aufbau des Druckbehälters | Druckbehälterausführung | Druckbehälterberechnungen | wie man Druckbehälter entwirft | Druckbehälterabmessungen

Entwurfsskizze erstellen:
Entwerfen und erstellen Sie die Anforderungen des Behälters anhand der Abmessungen.
Berücksichtigen Sie Abmessungen wie Form, Durchmesser, Länge, Druck, Temperatur und Baumaterial.
Finden Sie die mechanische Festigkeit heraus:
Finden Sie mechanische Berechnungen mit der Software heraus.
Software liefert sowohl 2D- als auch 3D-Zeichnungen:
Konstruktionszeichnung Druckbehälter:

Designstandards:
Der Zweck der Anwendung des Gefäßes.
Betriebsdruck und Temperatur
Materialien für die Herstellung
Gefäßkopftyp
Ausrichtung: Horizontal oder vertikal
Abmessungen
Öffnungen und Anschlüsse
Anforderungen an Heizen und Kühlen
Oberflächengüte
Externe Faktoren
Bemessungsspannungen werden unter Verwendung von Sicherheitsfaktoren angepasst, die auf die Materialeigenschaften angewendet werden, einschließlich:
Streckgrenze (Auslegungstemperatur)
Zugfestigkeit (Raumtemperatur)
Kriechfestigkeit (Auslegungstemperatur)

Dichtungsausführung für Druckbehälter:

Eine Dichtung ist so konstruiert, dass die Flansche in der Lage sein sollen, die spezifische Druckbelastung auf die Oberfläche des Behälters zu erzeugen. Es entstand eine Dichtung ohne Druck. Die Dichtung sollte an den Flanschoberflächen befestigt und zusammengedrückt werden, um die inneren Hohlräume und Zwischenräume zu reduzieren.


Aufbau eines unrunden Druckbehälters:

Aufgrund der Geometrie der zylindrischen Form haben die meisten Druckbehälter- und Rohrflansche einen kreisförmigen Querschnitt. Es gibt jedoch einige Druckbehälter oder Druckkanäle, bei denen aus Platz- oder Prozessgründen eine rechteckige oder eine andere nicht kreisförmige Form erforderlich ist.


Ausführung Wasserdruckbehälter:

hydrostatischer Test
Design des Wasserdruckbehälters
Bildquelle: Peter Südholz, Hydrostatischer Test, CC BY-SA 4.0


Hydrostatische Prüfung verwendet Wasser für den Test.
Es ist ein Verfahren, das Rohrleitungssysteme, Gasflaschen, Kessel und Druckbehälter umfasst. Diese Komponenten werden getestet, um die Festigkeit und jegliche Art von Undichtigkeiten aus dem System zu überprüfen.
Für die Reparatur und den Austausch von Geräten, die unter den gewünschten Bedingungen funktionieren, sind Hydrotests durchaus erforderlich.
Hydrostatischer Test ist die Art von Drucktest, der durch Verwendung von Wasser und Füllen von Wasser in die Komponenten funktioniert, wodurch die im System enthaltene Luft entfernt wird. und beaufschlagt das System mit dem bis zu 1.5-fachen des Auslegungsdrucks.

So berechnen Sie die statische Förderhöhe im Druckbehälter:


Druckbehälter-Endkappendesign (Köpfe):
Der Auslegungsdruck des Behälters umfasst:
Statische Förderhöhe = Druck aufgrund des Flüssigkeitsgewichts
Wirkung auf den inneren Druck.
Eine höhere Flüssigkeitshöhe führt zu einem höheren Druck.
Der statische Flüssigkeitsdruck ist unabhängig von Form, Gesamtmasse oder Oberfläche der Flüssigkeit.
Druck= Gewicht/Fläche=mg/A

Ausführung der Druckbehälterschürze:


Im Allgemeinen wird den hohen Säulen eine Schürzenstütze zur Verfügung gestellt.
Die vertikale Ausrichtung des Behälters wird in Druckbehältern durch die Schürzenstütze unterstützt. Der Vorteil der Verwendung von Rockstützen besteht darin, dass die Belastung an den Stützen reduziert wird.
Skirt ist eine zylindrische Mantelsäule mit einem Durchmesser gleich oder größer als der Außendurchmesser des Gefäßes.
Die Schürze ist mit dem Behälterboden verschweißt und sitzt über dem Lagerschild.
Die Tragplatte befindet sich oben auf dem Betonfundamentsystem.

Design der Druckbehälterschürze:

  1. Das Eigengewicht des Schiffes.
  2. Das Betriebsgewicht des Schiffes.
  3. Seitenlasten
  4. Windlast
  5. Seismische Belastung

Schürzen sind die Stützen, die in den vertikalen Druckbehältern verwendet werden. Sie nehmen keine Last vom Druck der Flüssigkeit im Behälter auf.
Das Gewicht des Behälters und der Flüssigkeit im Inneren sowie die Umweltbelastungen insgesamt werden bei der Gestaltung der Schürzenstütze berücksichtigt.
Schürzen bieten die kostengünstigere Konstruktion für die Unterstützung der höheren Druckbehälter.
W+Fw+Ew= Gesamtlast.

Aufbau eines ummantelten Druckbehälters:

Ein ummantelter Behälter ist ein Behälter, der dazu bestimmt ist, die Temperatur seines Inhalts zu kontrollieren, indem er den Behälter mit einem Kühl- oder Heizmantel umgibt, durch den eine Kühl- oder Heizflüssigkeit zirkuliert.
Eine Ummantelung ist ein äußerer Hohlraum, der für Konsistenz sorgt Wärmeaustausch zwischen der sich darin bewegenden Flüssigkeit und den Gefäßwänden.
Linerless Composite Druckbehälter (CPVs), in einigen Sektoren auch als Typ 5 (Typ V) Tanks bekannt, sind die effizientesten Composite Druckbehälter (Berstdruck x Volumen/Gewicht).

Ausführung Vakuum-Druckbehälter:

Die Vakuumdruckbehälterkonstruktion verwendet einen Auslegungsdruck, der dem vollen Vakuum des Behälters entspricht, wobei der Innendruck Vakuum ist und der Außendruck 100 kpa beträgt, das heißt Atmosphärendruck.


Berechnungen zur Ermüdung von Druckbehältern:

Die Ermüdungslebensdauer des Materials wird zuerst bestimmt. Die Materialermüdung wird bestimmt, indem viele Proben getestet werden, um das Versagen des Materials zu überprüfen.
Auf jeder Belastungsstufe soll die Zyklenzahl berechnet werden können. Testmuster sind hochglanzpolierte Rundstäbe, die so nah wie möglich identisch sind, wie es die Herstellung ermöglicht. Ein Prüfstab wird mit einer aufgebrachten Last gedreht, so dass eine Faser an der Staboberfläche unter Zug und dann unter Druck steht, wenn sich der Stab dreht, was zu einer vollständigen Spannungsumkehr führt, wie gezeigt.

Es gibt mehrere Spannungszyklen mit jeweils unterschiedlicher Spannungsgröße und Zyklenzahl. Ermüdungsschäden aus jedem Belastungszyklus addieren sich, daher muss die Gesamtwirkung aller Belastungszyklen berechnet werden. Die Miner-Regel:

Druckbehälterformen:


Obwohl Druckbehälter potenziell jede Form haben können, besteht die Mehrheit aus Teilen von Kugeln, Zylindern und Kegeln.
Ein beliebtes Design ist ein Zylinder mit Endkappen, die als Köpfe bezeichnet werden. Die häufigsten Kopfformen sind halbkugelig oder gewölbt.

Aufbau einer vertikalen Druckbehälterhalterung:


Sie haben eine bessere Druckverteilung und sind dadurch sicherer.
Sie verbrauchen weniger Energie, da ihr Inhalt durch die Schwerkraft leicht und mühelos fließen kann.
Sie benötigen weniger Bodenfläche für ihre Besiedlung.

Flächenkompensationsverfahren im Druckbehälter:


Düsenverstärkung ist die Methode des Flächenausgleichs.
Dieses Verfahren wird verwendet, wenn der Schnittbereich des Druckbehälters geöffnet ist.

Von der Schale und dem Kopf wird ein Bereich entfernt. Der entfernte Bereich sollte gleich dem hinzugefügten Bereich sein und sollte um den gleichen Bereich in der Nähe der Öffnung verstärkt werden.


Analyse von zusammengesetzten Druckbehältern:


Ziel der Analyse des Verbunddruckbehältersystems ist es, die Speicherkapazität des Systems auf das spezifische Niveau zu erhöhen. Daher sollte unter Verwendung des Stahlbehälters eine detaillierte Analyse der Behälterkonstruktion gemäß den mehraxialen Spannungen durchgeführt werden, die sich aus dem Tankkonstruktionssystem im Übergangsbereich von Zylinder und Kopf ergeben.

Mindestwandstärke für Druckbehälter:


1/16 Zoll ist die Mindestwandstärke, die für die Druckbehälter verwendet wird.
Formel für das Volumen des Druckbehälters:

woher,
V= Volumen,
r= Radius der Innenfläche
a= Fläche des Gefäßes
I= Trägheitsmoment.

Hauptspannungen des Druckbehälters:


Es gibt zwei Hauptbetonungen im Druckbehälter.
Reifenstress
Längsspannung
Dies zeigt, dass sich die Spannung entlang der Oberfläche des Behälters ergeben sollte, die den Innendruck ausgleicht.

FAQ/kurze Hinweise:


Was ist der Zweck eines Druckbehälters:


Gase und Flüssigkeiten werden in Druckbehältern unter hohem Druck gehalten.
Druckbehälter werden unter anderem in Kesseln, Behältern, Hochdruck-Pneumatikzylindern und in der Industrie eingesetzt.


Wie funktionieren Druckbehälter:


Es funktioniert bei höherem Druck oder steigendem Druck. Es erreicht den Druck, mit dem die Anwendungsfunktion so funktioniert, dass er die Gase oder Flüssigkeiten in den Lagertanks hält.
Es liefert den Druck durch die Ventile oder durch die Wärmeübertragung.


Welche Arten von Druckbehältern gibt es:

Die Druckbehältertypen hängen von der Auslegung der Behälter für die Funktionalität der Anwendungen in der Industrie ab. Hauptsächlich Druckbehälter können nach ihrem Verwendungszweck für die Anwendungen in die Typen eingeteilt werden. Gemäß den obigen Faktoren gibt es hauptsächlich Druckbehälter in drei Typen:


Lagergefäße:

Diese Tanks sind hauptsächlich für industrielle Anwendungen geeignet. Diese werden typischerweise horizontal oder vertikal verwendet. Es speichert Flüssigkeiten und Gase wie Öl, Chlor und Erdgas. Es kann in allen Größenbereichen erhältlich sein. Es ist in variablen Formen wie zylindrisch oder kugelförmig für ihre vertikale oder horizontale Art erhältlich. Das für die Herstellung des Produkts verwendete Material ist Kohlenstoffstahl unter Berücksichtigung der äußeren Umgebung.
Solche Gefäße erfordern eine sorgfältige Konstruktion, da die inneren Substanzen ohne ordnungsgemäße Wartung schlecht sein können.
Prozessgefäße:

Prozessbehälter werden während des Baus gemäß den Anforderungen der Anwendung entworfen, um die erforderlichen Spezifikationen zu erreichen. In Druckbehältern können verschiedene Prozesse durchgeführt werden.
Druckbehälter können je nach Anwendung in Verbindung mit anderen Produkten verwendet werden. Daher kann das für solche Behälterkomponenten erforderliche Herstellungsmaterial aus einem einzigartigen Material oder aus mehreren unterschiedlichen Materialien bestehen.
Dieser Druck erfordert folgende wichtige Faktoren:
Richtige Gestaltung
Richtige Materialauswahl in Abhängigkeit von den Eigenschaften, die die Anwendungsanforderungen erfüllt.
Sorgfältige und fachgerechte Konstruktion gemäß der Spezifikation.


Was ist der Unterschied zwischen einem Autoklav und einem Druckbehälter:


Ein Autoklav ist eine Art Druckbehälter.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, dass die Autoklaven die Art von Druckbehältern sind, die hohen Druck und hohe Temperaturen verwenden, der Körper sollte in der Lage sein, solche hohen Temperaturen und Drücke auszuhalten.

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