Conception d'appareils sous pression : 17 faits à connaître

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Contraintes primaires et secondaires dans les récipients sous pression | Analyse des contraintes des récipients sous pression | Procédure de conception des récipients sous pression :


La première étape de la conception d'un navire est le but de l'application et des spécifications qui fonctionnent les caractéristiques du conteneur. L'environnement et la nature des liquides et des gaz sont d'autres facteurs importants.
Les paramètres impliquent dans la conception :

  • La température et la pression (sécurité maximale).
  • Coefficient de sécurité.
  • La capacité de contenir le volume.
  • Allocation de corrosion
  • Température de conception.


Vaisseau sphérique :


M=\\frac{3}{2}PV\\frac{\\rho }{\\sigma }
où,
M = masse, (kg)
P = différence de pression (la pression manométrique), (Pa)
V = volume,
\\rho = La densité du matériau du récipient, (kg/m3)
\\sigma = La contrainte de travail maximale que le matériau peut tolérer. (Pennsylvanie)

Récipient cylindrique à extrémités hémisphériques :


M=2\\pi R^{2}(R+W)P\\frac{\\rho }{\\sigma }
où,
R=rayon
W=largeur du cylindre moyen
largeur totale=(W+2R)
Contraintes dans les récipients sous pression à paroi mince :
\\sigma _{\\Theta }=\\sigma long=\\frac{Pr}{2t}
contrainte dans l'axe longitudinal

p est la pression manométrique interne,
r est le rayon intérieur de la sphère,
L'épaisseur de la paroi de la sphère est notée t.

Équations des récipients sous pression pour le stress | Équations des récipients sous pression | Formule de récipient sous pression | récipient sous pression de contrainte longitudinale :

\\sigma _{\\Theta }=\\frac{Pr}{t}
\\sigma long=\\frac{Pr}{2t}
sigma = contrainte dans le sens longitudinal, p est la pression manométrique interne et sigma = contrainte dans le sens longitudinal
r est le rayon intérieur de la sphère,
L'épaisseur de la paroi de la sphère est notée t.

conception de récipient sous pression
conception de récipient sous pression
Crédit image: Cdang, Réservoir cylindrique sous pression contrainte, CC BY-SA 3.0

Conception mécanique du récipient sous pression | Conception de récipient sous pression | calculs de récipients sous pression | comment concevoir un récipient sous pression | dimensions du récipient sous pression

créer le contour de la conception :
Concevoir et créer les exigences du navire en utilisant les dimensions.
Incluez des dimensions telles que la forme, le diamètre, la longueur, la pression, la température et les matériaux de construction.
Découvrez la résistance mécanique :
Découvrez les calculs mécaniques à l'aide du logiciel.
Le logiciel donne à la fois des dessins 2D ou 3D :
dessin de conception de récipient sous pression :

Normes de conception:
Le but de l'application du navire.
Pression et température de fonctionnement
Matériaux pour la fabrication
Type de tête de navire
Orientation : horizontale ou verticale
Dimensions
Ouvertures et connexions
Exigences pour le chauffage et le refroidissement
État de surface
Facteurs externes
Les contraintes de conception sont ajustées à l'aide de facteurs de sécurité appliqués aux propriétés des matériaux, notamment :
Limite d'élasticité (température de conception)
Résistance à la traction ultime (température ambiante)
Force de fluage (température de conception)

Conception de joint pour récipient sous pression :

Un joint est conçu de telle manière que les brides doivent être capables de créer la quantité spécifique de charge de compression sur la surface du récipient. Il a créé un joint sans pression. Le joint doit être fixé aux surfaces des brides et être comprimé pour réduire les vides et les espaces internes.


Conception d'un récipient sous pression non circulaire :

En raison de la géométrie de la forme cylindrique, la plupart des brides de récipients sous pression et de tuyaux ont une section transversale circulaire. Cependant, il existe certains récipients sous pression ou conduits sous pression où une forme rectangulaire ou autre forme non circulaire est requise, que ce soit pour des raisons d'espace ou de processus.


Conception de récipient sous pression d'eau :

test hydrostatique
Conception de réservoir d'eau sous pression
Crédit image: Pierre Southwood, Test hydrostatique, CC BY-SA 4.0


Les essais hydrostatiques utilise de l'eau pour le test.
C'est une méthode qui comprend des systèmes de pipelines, des bouteilles de gaz, des chaudières et des récipients sous pression. Ces composants sont testés pour vérifier la résistance et tout type de fuite du système.
Des tests hydroélectriques sont tout à fait nécessaires pour la réparation et le remplacement des équipements qui fonctionneront dans les conditions souhaitées.
Le test hydrostatique est le type de test de pression qui peut fonctionner en utilisant l'eau et l'eau de remplissage dans les composants qui élimine l'air contenu dans le système. et il pressurise le système avec jusqu'à 1.5 fois la pression de conception.

Comment calculer la hauteur statique dans un récipient sous pression :


Conception de capuchon d'extrémité de récipient sous pression (têtes):
La pression de conception du navire comprend :
Hauteur statique = Pression résultant du poids du liquide
Agit sur l'intérieur de la pression.
Une hauteur de liquide plus élevée entraîne une pression plus élevée.
La pression statique du fluide est indépendante de la forme, de la masse totale ou de la surface du liquide.
pression= poids/surface=mg/A

Conception de jupe de récipient sous pression :


Généralement, un support de jupe est fourni aux colonnes hautes.
L'orientation verticale du conteneur est supportée par le support de jupe dans les récipients sous pression. L'avantage d'utiliser des supports de jupe est qu'il réduit la quantité de stress sur les supports.
La jupe est une colonne de coque cylindrique d'un diamètre égal ou supérieur au diamètre extérieur du navire.
La jupe est soudée au fond du navire et repose sur la plaque d'appui.
La plaque d'appui est située au-dessus du système de fondation en béton.

Conception de support de jupe de récipient sous pression :

  1. Le poids mort du navire.
  2. Le poids en ordre de marche du navire.
  3. Charges latérales
  4. Vent charge
  5. Charge sismique

Les jupes sont les supports utilisés dans les récipients sous pression verticaux. Ils ne prennent pas en charge la pression du fluide à l'intérieur du conteneur.
Le poids de la cuve et du fluide à l'intérieur ainsi que les charges environnementales sont pris en compte pour la conception du support de jupe.
Les jupes offrent la conception la moins chère pour le support des récipients sous pression plus grands.
W+Fw+Ew= Charge totale.

Conception d'un récipient sous pression chemisé :

Un récipient à double enveloppe est un récipient conçu pour contrôler la température de son contenu en encerclant le récipient avec une « enveloppe » de refroidissement ou de chauffage à travers laquelle un fluide de refroidissement ou de chauffage circule.
Une veste est une cavité extérieure qui fournit un échange de chaleur entre le fluide qui s'y déplace et les parois du vaisseau.
Les récipients sous pression composites sans revêtement (CPV), également appelés réservoirs de type 5 (type V) dans certains secteurs, sont les récipients sous pression composites les plus efficaces (pression d'éclatement x volume/poids).

Conception de récipient sous pression à vide :

la conception de la cuve à vide utilise une pression de conception qui est conforme à l'état de vide complet de la cuve, la pression interne étant le vide et la pression externe devient 100 kpa, c'est-à-dire la pression atmosphérique.


Calculs de fatigue des récipients sous pression :

La durée de vie en fatigue du matériau est déterminée en premier. La fatigue du matériau est déterminée en testant de nombreux échantillons pour vérifier la défaillance du matériau.
A chaque niveau de contrainte, le nombre de cycles doit pouvoir être calculé. Les échantillons de test sont des barres rondes hautement polies qui sont aussi presque identiques que la fabrication peut les rendre. Une barre d'essai est tournée avec une charge appliquée de sorte qu'une fibre à la surface de la barre soit en tension puis en compression lorsque la barre tourne, ce qui entraîne une inversion complète de la contrainte, comme illustré.

Il existe plusieurs cycles de contrainte, chacun avec une amplitude de contrainte et un nombre de cycles différents. Les dommages de fatigue de chaque cycle de contrainte s'additionnent, de sorte que l'effet total de tous les cycles de contrainte doit être calculé. La règle de Mineur :

Formes de récipients sous pression :


Bien que les récipients sous pression puissent potentiellement être de n'importe quelle forme, la majorité sont constituées de portions de sphères, de cylindres et de cônes.
Une conception populaire est un cylindre avec des embouts appelés têtes. Les formes de tête les plus fréquentes sont hémisphériques ou bombées.

Conception d'un support vertical de récipient sous pression :


Ils ont une meilleure répartition de la pression, ce qui les rend plus sûrs.
Ils consomment moins d'énergie car la gravité permet à leur contenu de s'écouler facilement et sans effort.
Ils nécessitent moins d'espace au sol pour leur habitation.

Méthode de compensation de surface dans le récipient sous pression :


Le renforcement de la buse est la méthode de compensation de surface.
Cette méthode est utilisée lorsqu'il y a une ouverture dans la section coupée du récipient sous pression.

Une zone est retirée de la coquille et de la tête. La surface enlevée doit être égale à la surface ajoutée et elle doit être renforcée d'une surface égale près de l'ouverture.


analyse composite des récipients sous pression :


L'objectif de l'analyse du système composite de récipients sous pression est qu'il devrait augmenter la capacité de stockage du système au niveau spécifique. Par conséquent, en utilisant le récipient en acier, une analyse détaillée de la conception du récipient doit être effectuée en fonction des contraintes multiaxiales résultant du système de conception du réservoir dans la région de transition du cylindre et de la tête.

Épaisseur de paroi minimale pour le récipient sous pression :


1/16 pouces est l'épaisseur de paroi minimale utilisée pour les récipients sous pression.
formule du volume du récipient sous pression :

où,
V=volume,
r= rayon de la surface interne
a= surface du navire
I= moment d'inertie.

Contraintes principales du récipient sous pression :


Il y en a deux contraintes principales dans le récipient sous pression.
Cerceau de stress
contrainte longitudinale
Cela montre que la contrainte le long de la surface du récipient devrait avoir pour résultat l'équilibre de la pression interne.

FAQ/notes brèves :


Quel est le but d'un récipient sous pression:


Les gaz et les liquides sont maintenus à haute pression dans des récipients sous pression.
Les récipients sous pression sont utilisés dans les chaudières, les réservoirs, les cylindres pneumatiques à haute pression et les utilisations industrielles, entre autres.


Comment fonctionnent les appareils à pression :


Il fonctionne à une pression plus élevée ou à des pressions croissantes. Il atteint la pression qui fait fonctionner la fonction d'application de telle sorte qu'il retienne les gaz ou les liquides dans les réservoirs de stockage.
Il fournit la pression à travers les vannes ou à travers le transfert de chaleur.


Quels sont les types de récipients sous pression :

Les types de récipients sous pression dépendent de la conception des récipients pour la fonctionnalité des applications dans les industries. Les récipients sous pression peuvent être principalement divisés en types en fonction de leur objectif pour les applications. Selon les facteurs ci-dessus, les récipients sous pression sont principalement de trois types :


Navires de stockage :

Ces réservoirs sont principalement utiles pour les applications industrielles. Ceux-ci sont généralement utilisés de manière horizontale ou verticale. Il stocke des liquides et des gaz tels que l'huile, le chlore et les gaz naturels. Il peut être disponible dans toutes les gammes de tailles. Il est disponible dans des formes variables comme cylindrique ou sphérique pour leurs manières verticales ou horizontales. Le matériau utilisé pour la fabrication du type de produit est l'acier au carbone compte tenu de l'environnement extérieur.
De tels récipients nécessitent une construction soignée car les substances internes peuvent être mauvaises sans un entretien approprié.
Récipients de traitement :

Les cuves de traitement sont conçues selon les exigences de l'application pendant la construction pour atteindre les spécifications requises. Divers procédés peuvent être effectués dans des récipients sous pression.
Les récipients sous pression peuvent être utilisés avec d'autres produits en fonction de l'application. Ainsi, le matériau de fabrication requis pour de tels composants de récipient peut être un matériau unique ou plusieurs matériaux différents.
Ces pressions nécessitent les facteurs importants suivants :
Conception appropriée
Sélection appropriée des matériaux en fonction des propriétés qui répondent aux exigences des applications.
Construction soignée et appropriée selon les spécifications.


Quelle est la distinction entre un autoclave et un récipient sous pression :


Un autoclave est un type de récipient sous pression.
La principale différence entre les deux est que les autoclaves sont le type de récipients sous pression qui utilise une pression et des températures élevées, le corps doit être capable de supporter des températures et des pressions aussi élevées.

La conception des appareils à pression est un vaste sujet, nous continuerons à publier des articles sur Pressure Vessel. Pour plus d'articles, cliquez ici .