پوسته های استوانه ای از رول کردن ورق ها با ضخامت های مختلف ساخته می شوند.معمولاً ورق های استاندارد به عرض های معمول موجودند.در پاره ای از اوقات برای ساختن یک سیلندر نمی توان با رول کردن تنها یک ورق، سیلندر مزبور را به دست آورد.در این موارد از دو یا چند کورس ورق استفاده می شود.
-1-1موارد عمومی در طراحی مخازن تحت فشار
-1-1-1حداقل ضخامت مورد نیاز برای پوسته ها و عدسی ها
به غیر از موارد خاص که بعضی از آنها در زیر لیست شده اند،حداقل ضخامت برای پوسته ها و عدسی ها بعد از فرم دادن آنها نباید کمتر از یک شانزدهم اینچ باشد.این ضخامت بدون در نظر گرفتن خوردگی است.
بعضی از موارد خاص عبارتند از:
الف) حداقل ضخامت بیان شده نباید برای مخازنی که با استیل آهن دار( Ferritic Steel) ساخته می شوند و خواص کششی آنها با درجه حرارت،بالا می رود اعمال شود.حداقل ضخامت برای چنین ساختاری ،بعد از فرم دادن پوسته یا عدسی یک چهارم اینچ است.
ب) حداقل ضخامت یاد شده برای مبدل های حرارتی نباید اعمال شود.
ج) حداقل ضخامت برای بویلر ها،یک چهارم اینچ است که خوردگی نیز در نظر گرفته نشده است.
د) حداقل ضخامت پوسته ها و عدسی های کمپرسور های هوا و مخازنی که با بخار و آب کار می کنند،سه سی و دوم اینچ است.بدون در نظر گرفتن خوردگی.
-2-1دمای طراحی
دمای طراحی برای بدست آوردن حداکثر تنش مجاز کششی مواد ،که در جدول های خواص مواد آمده است به کار می رود.این دما نباید بالاتر از موارد زیر باشد:
الف) حداکثر دمای موجود در جداول خواص مواد برای پیدا کردن حداکثر تنش مجاز کششی.نمونه ای از جداول خواص مواد در زیر آورده شده است.
ب) حداکثر دمای موجود در نمودار های فشار خارجی.
از این نمودار ها فاکتور B به دست می آید که برای طراحی پوسته ها و عدسی های تحت فشار خارجی مورد استفاده قرار می گیرند.
-3-1فشار طراحی
حداکثر اختلاف فشار بین داخل و خارج مخزن یا فشار بین هر دو قسمت متصل شده به مخزن (مثل نازل و دریچه) فشار کاری مخزن در نظر گرفته می شود.فشار حاصل از محتویات موجود در مخزن(فشار هیدرواستاتیک) نیز باید به فشار کاری مخزن اضافه شود.فشار طراحی یک مخزن تحت فشار،معمولاً با در نظر گرفتن ضریبی روی فشار کاری لحاظ می شود(این ضریب همیشه بزرگتر از یک است).البته می توان فشار طراحی را 0/2Mpa(30psi) یا 10% (هر کدام بزرگتر باشد) بزرگتر از فشار کار در نظر گرفت. در اینجا فشار کار مخزن(117/6 psi) 8 bar در نظر گرفته شده است.
-4-1نیرو ها
نیرو هایی که ممکن است به مخزن اعمال شوند عبارتند از :
الف) نیروی ناشی از فشار داخلی یا خارجی
ب) وزن مخزن و محتویات آن، در شرایط عادی کاری یا شرایط طراحی(فشار استاتیکی محتویات باید به فشار کاری مخزن اضافه شود)
ج) وزن قسمت های مختلف اضافه شده به مخزن مثل موتور ،ماشین آلات و مخازن دیگر،لوله ها واتصالات و غیره
د) عکس العمل موجود در اتصالات شامل اتصالات داخلی مانند سینی ها و ساپورت های مخزن مثل پایه(LEG)،آویزه(LUG)و دامن(SKIRT)و زین (Saddle).
ه)عکس العمل های سیکلی و دینامیکی ناشی از فشار یا تغییرات دما یا هر عامل دیگر و بارهای مکانیکی
و) نیرو های باد،برف،عکس العمل های وابسته به زمین لرزه
ز) بار های ضربه مثل عکس العمل های ناشی از شوک های سیال
ح) گرادیان ها و تغییرات گستره دما
-5-1حداکثر تنش مجاز
به خاطر وجود فشار در مخازن یک سری تنش های کششی در آنها ایجاد می شود.این تنش ها باید با مقدار مجاز خود که در جداول خواص مواد،که در استانداردASME داده شده است مقایسه شوند.
در پاره ای اوقات به خاطر وجود نیرو های خارجی روی مخزن تحت فشار ،تنش فشاری در آن ایجاد می شود.این مقدار بسته به اندازه های هندسی مخزن تغییر می کند.به عبارت دیگر تنش فشاری مجاز در یک مخزن تحت فشار به ابعاد هندسی آن نیز بستگی دارد که کمترین مقدار بین مقادیر زیر است:
1)حداکثر تنش مجاز کششی که در بالا بیان شد.
2)مقدار فاکتور B که طبق پروسه زیر بدست می آید و در آن :
:حداقل ضخامت مورد نیاز برای پوسته های استوانه ای یا تیوب ها ست(که خوردگی در نظر گرفته نشده است).
:شعاع خارجی پوسته استوانه ای یا تیوب در شرایط خوردگی
:مدول الاستیسیته ماده در دمای طراحی
الف) مقداری برای t و Ro در نظر گرفته می شود و مقدارA از فرمول زیر به دست می آید:
با مقدار به دست آمده برایA و مراجعه به نمودار های فشار خارجی و با در نظر گرفتن ماده مورد نظر و دمای طراحی ،مقدار فاکتور B ازروی نمودار ها به دست می آید.
نمودار های فشار خارجی
برای مقادیری از A که در سمت چپ خطوط دما قرار می گیرد مقدار B از فرمول زیر محاسبه می شود:
اگر مقدار به دست آمده برای تنش فشاری مجاز ،مقدار B باشد این مقدار با تنش محوری فشار محاسبه شده در پوسته های استوانه ای یا تیوب ها مقایسه می شود اگر مقدار B از این مقدار محاسبه شده کمتر باشد،باید مقدار t افزایش داده شود و این پروسه تکرار شود تا مقدار B به دست آمده بزرگتر از مقدار تنش محوری فشاری محاسبه شده در مخزن باشد.
-6-1طراحی پوسته ها تحت فشار داخلی
ضخامت پوسته ها تحت فشار داخلی نباید کمتر از مقدار محاسبه شده به وسیله فرمول های این قسمت باشد.همچنین در این ضخامت باید نیروهای ناشی از عوامل مختلف دیگر نیز در نظر گرفته شود.
تعریف علایم:
سمبل های تعریف شده زیر در فرمول های زیر استفاده می شوند:
:حداقل ضخامت لازم برای پوسته بدون در نظر گرفتن خوردگی.
:فشار طراحی مخزن.
:شعاع داخلی پوسته قبل از اعمال خوردگی .
:حداکثر تنش مجاز ماده مخزن.
E:بازده اتصالات مخزن است.بازده اتصال برای اتصالات غیر از پیچ و مهره تعریف می شود.در مورد اتصالات جوشی این فاکتور نشان دهنده میزان مرغوبیت جوش های موجود در یک مخزن تحت فشار است و با توجه به نوع تستی که روی جوش اعمال می شود به دست می آید.این ضریب معمولاًدر تنش مجاز ماده طراحی(S)ضرب می شود.جدول مربوط به بازده اتصالات جوشی در قسمت-2-1-5 آورده شده است.
-6-2طراحی پوسته های استوانه ای
حداقل ضخامت برای پوسته های استوانه ای باید بزرگتر از ضخامت های محاسبه شده توسط فرمول های زیر و حداکثر فشار کاری مجاز باید کوچکتر از فشاری باشد که از فرمول های این قسمت به دست می آید.در ساخت مخازن تحت فشار برای اینکه ورق ها به شکل سیلندر در آیند یک سری خط جوش محوری به وجود می آید.همچنین برای اتصال چند سیلندر به هم نیاز به خط جوش های محیطی است.در طراحی مخازن به خاطر ایجاد تنش،در هر دو راستا طراحی به صورت زیر انجام می گیرد.
الف) وقتی که ضخامت از نصف شعاع داخلی بیشتر نشود یا فشار از 0/385 SE تجاوز نکند فرمول های زیر یاید اعمال شوند (
)
ب)وقتی که ضخامت از نصف شعاع داخلی بیشتر شود یا فشار از 0/385SE تجاوز کند فرمو لهای زیر باید اعمال شود (
)
که در آن
که در آن
الف)وقتی که ضخامت از نصف شعاع داخلی بیشتر نشود و فشار از 1/25SE تجاوز نکند،فرمول های زیر اعمال می شود(
)
ب)وقتی که صضخامت از نصف شعاع داخلی بیشتر شود یا از 1/25SE تجاوز کند،فرمول های زیر اعمال می شود(
)
که در آن
که در آن
لازم به تذکر است که از فرمول های تنش محوری وقتی استفاده می شود که :
الف)بازده درزها در راستای محیطی،کمتر از نصف بازده درزها در راستای محوری باشند.چون برای پوسته های استوانه ای،تنش محوری نصف تنش محیطی است.
ب)بار های دیگری از قبیل نیرو های باد و خمش های ناشی از عکس العمل تکیه گاه ها و غیره روی مخزن اعمال شوند که این مسئله موجب افزایش تنش محوری شده وباعث اعمال فرمول های مربوط به آن شود.
-7-1 طراحی مخازن و تیوب ها ی تحت فشار خارجی
در پاره ای اوقات به خاطر این که فشار کاری مخزن از فشار اتمسفر کمتر است،مخزن تحت یک فشار خارجی قرار می گیرد.به عبارت دیگر،بیشتر بودن فشار محیط از فشار داخلی مخزن باعث اعمال این فشار روی مخزن می شود.از طرف دیگر ممکن است مخزن در شرایطی قرار گیرد که فشار خارجی ناشی از مواردی دیگر نیز به آن وارد گردد.به عنوان مثال مخزنی که قرار است در عمق چند متری آب کار کند،تحت یک فشار خارجی هیدرواستاتیک قرار می گیرد.هرگاه مخزن تحت فشار خارجی قرار گیرد،طراحی آن طبق یک پروسه سعی و خطا انجام می شود.در این حالت کمانش پوسته مخزن تحت فشار خارجی دارای اهمیت زیادی خواهد بود.به همین دلیل طول طراحی در این قسمت پارامتر بسیار مهمی است.
تعریف علایم:
سمبل های تعریف شده زیر در فرمول ها استفاده می شوند.
:فاکتوری حاصل از ابعاد هندسی مخزن مورد نظر برای طراحی است.این فاکتور از نمودار شکل زیر بدست می آید.همچنین این فاکتور می تواند با استفاده از فرمول های داده شده در بخش بعدی محاسبه شود.
:فاکتوری حاصل از نمودار های فشار خارجی در دمای طراحی .
:قطر خارجی پوسته استوانه ای یا تیوب.
:مدول الاستیسیته مواد در دمای طراحی.
:طول طراحی برای مخزن است.طول طراحی یک مخزن اغلب طول مخزن نیست این مقدار فاصله بین دو خط تقویتی است.خط تقویت به صورت زیر تعریف می شود:
الف)خط محیطی عدسی (بجز عدسی های مخروطی) که از خط مماس عدسی به اندازه یک سوم عمق عدسی به داخل اندازه گیری می شود.
ب)رینگ تقویتی که بعداً به آن اشاره خواهد شد.
ج)اتصال محیطی به یک پوشش(jacket)برای یک قسمت پوشش دار شده از یک پوسته استوانه ای شکل.
د)اتصال مخروطی به پوسته (cone-to-cylender junction)،یا اتصال ناکل در عدسی های شبه کروی.
:فشار خارجی طراحی مخزن.
:با مقدار در نظر گرفته شده برای t،مقدار محاسبه شده برای میزان فشار کار مجاز خارجی.
:حداقل ضخامت لازم برای پوسته های استوانه ای بدون در نظر گرفتن خوردگی.
-1-7-1 طراحی پوسته های استوانه ای و تیوب ها
حداقل ضخامت لازم برای پوسته های سیلندری یا تیوب ها ،تحت فشار خارجی باید از طریق پروسه زیر بدست آید.در این قسمت یک پروسه سعی وخطا دنبال می شود تا جواب مورد نظر برای t بدست آید.ولی برای بدست آوردن حداکثر فشار کار خارجی مخزن ،نیازی به پروسه سعی و خطا نمی باشد.
باشد:
الف)مقداری برای t در نظر گرفته می شود و مقادیر
و 
محاسبه می شوند.
ب) با مراجعه به نمودار فاکتور A و با مقادیر
و 
به دست آمده در حالت قبل،مقدار A بدست می آید.در مقادیر بزرگتر از 50 برای 
مقدار 50 و در مقادیر کوچکتر از 0.05 برای مقدار 0.05 در نظر گرفته می شود.برای مقادیر
که منحنی آنها در نمودار وجود ندارد باید میانیابی شود.
ج)با مقدار بدست آمده برای فاکتور A به نمودار های فشار خارجی مراجعه کرده و با تقاطع مقدار A با منحنی دما ،مقدار B از روی این منحنی ها بدست می آید.
د)با مقدار بدست آمده برای B ،مقدار Pa از فرمول زیر محاسبه می شود:
در این حالت اگر مقدار A در سمت چپ خطوط دمای منحنی قرار گرفت،مقدار از فرمول زیر بدست می آید:
ه)مقدار بدست آمده برای Pa در بالا ،با مقدار P فشار خارجی مخزن مقایسه می شود.اگر مقدار Pa کوچکتر ازP بود،باید مقدار t افزایش داده شود و پروسه تکرار شود تا مقدار بدست آمده برای Pa بزرگتر از مقدار pشود.
باشد:الف)با روش مشابه بالا مقدار B بدست می آید:
برای مقادیر کوچکتر از 4 ،مقدار A از فرمول زیر بدست می آید
(1)
برای مقادیر A بزرگتر از 0/1 مقدار 0/1 در نظر گرفته می شود.
ب)مقدار Pa1 با استفاده از مقدار B بدست آمده در حالت قبل طبق فرمول زیر محاسبه می شود:
ج)مقدار Pa2 با استفاده از فرمول زیر به دست می آید:
که در فرمول بالا S کوچکترین مقدار بین مقادیر زیر است:
برای دمای داده شده ،به نمودار های فشار خارجی رفته و مقدار B که در انتهای سمت راست منحنی ها قرار می گیرد،در نظر گرفته می شود.تنش تسلیم دو برابر این مقدار بدست آمده برای فاکتور B است.
د)کوچکترین مقدار بینPa1و Pa2که محاسبه شدند،به عنوان Paدر نظر گرفته می شود.این مقدارPa با مقدار P فشار کاری مخزن مقایسه می شود.اگر مقدار Pa کوچکتر از مقدار P باشد،باید مقدار ضخات t افزایش داده شود و پروسه تکرار گردد تا مقدار بدست آمده برای Pa از مقدارP بزرگتر شود.
-2-7-1 روشی فرموله برای بدست آوردن فاکتور A
روش بیان شده در بالا برای بدست آوردن فاکتور A روشی است که در استاندارد ASME بیان شده است .روشی دیگر نیز وجود دارد که در زیر بدان اشاره می کنیم .به عبارت دیگر نمودار فاکتور A را می توان به صورت زیر فرموله کرد:
الف)مقداری برای t در نظر گرفته می شود ومقادیر و محاسبه می گردد.مقدار 
از رابطه زیر محاسبه می شود:
کوچکتر از 4 مقدار A از فرمول (1) بدست می آید. کوچکتر از 4 نباشد مقدار Aاز روش زیر بدست می آید.
برای مقادیر
فاکتور A از فرمول(1)بدست می آید.
برای مقادیر فاکتور A از فرمول زیر بدست می آید:
-3-7-1 چند نکته در مورد طراحی مخازن تحت فشار خارجی
برای مخازنی که تحت فشار خارجی 15 psi )0/1Mpa (یا کمتر کار می کنند،طراحی باید بر اساس فشار 15 psi )0/1Mpa (یا 25 در صد بیشتر از فشار کاری مخزن،هر کدام کمتر است صورت گیرد.همچنین اگر در مخازن استوانه ای از اتصال لب به لب( Lap Joint )محوری استفاده شده باشد،طراحی باید بر اساس فرمول های این قسمت صورت گیرد،فقط باید فشار 2P بجای فشار P در نظر گرفته شود.همچنین باید در مواقع لزوم از رینگ های تقویت و حمایت کننده های دیگر برای مخازن،در مقابل نیرو های اعمال شونده خارجی استفاده کرد.طریقه در نظر گرفتن رینگ تقویتی برای مخازن تحت فشار خارجی به تفصیل در بخش بعدی آمده است.
ضخامت هایی که برای مخازن تحت فشار داخلی و خارجی محاسبه شدند،ضخامت های مورد نیاز در طراحی هستند.معمولاً در ساخت یک مخزن تحت فشار ضخامت در نظر گرفته شده بزرگتر از ضخامت بدست آمده در طراحی است.به عنوان مثال اگر ضخامت مورد نیاز برای مخزنی 10/5میلی متر بدست آید شاید این مخزن با ورق 12 میلی متر ساخته شود.
