第4章(过程设备设计)

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1、第四章压力容器设计第四章压力容器设计三、封头设计三、封头设计封头种类封头种类凸形封头凸形封头锥壳锥壳变径段变径段平盖平盖紧缩口紧缩口半球形封头半球形封头椭圆形封头椭圆形封头碟形封头碟形封头球冠形封头球冠形封头第四章压力容器设计第四章压力容器设计图图4-20 常见容器封头的形式常见容器封头的形式第四章压力容器设计第四章压力容器设计封头设计：优先选用封头标准中推荐的型式与参数，根据受封头设计：优先选用封头标准中推荐的型式与参数，根据受 压情况进行强度或刚度计算，确定合适的厚度。压情况进行强度或刚度计算，确定合适的厚度。内压封头内压封头强度计算强度计算受力受力薄膜应力不连续应力薄膜应力不连续应力计算

2、计算内压薄膜应力内压薄膜应力第四章压力容器设计第四章压力容器设计薄膜应力为相同直径圆筒体的一半，最理想的结构形式。薄膜应力为相同直径圆筒体的一半，最理想的结构形式。1、半球形封头、半球形封头半球形封头为半个球壳，如图半球形封头为半个球壳，如图4-20（a）所示。）所示。受内压的半球形封头受内压的半球形封头优点优点缺点缺点深度大，直径小时，整体冲压困难，深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。应用应用高压容器。高压容器。半球形封头厚度计算公式半球形封头厚度计算公式cticpDp4式中式中 Di球壳的内直径，球壳的内直径，mm。适

3、用范围：为满足弹性要求，适用适用范围：为满足弹性要求，适用Pc0.6t，相当于，相当于K1.33第四章压力容器设计第四章压力容器设计受外压的半球形封头受外压的半球形封头 推导过程：钢制半球形封头弹性失稳的临界压力为：推导过程：钢制半球形封头弹性失稳的临界压力为：工程上：图算法工程上：图算法2)/(21. 1oecrREp取稳定性安全系数取稳定性安全系数m=14.52，得球壳许用外压力：，得球壳许用外压力：2)/(0833. 052.14eocrREppeoRPB令令eoRPEAB32根据根据)/( 32eoREAp得得第四章压力容器设计第四章压力容器设计将将p代入球壳许用外压力式得代入球壳许用

4、外压力式得)/R(125. 0Aeo由由B和和p的关系式得半球形封头的许用外压力为：的关系式得半球形封头的许用外压力为：)/R(Bpeo第四章压力容器设计第四章压力容器设计a.假定名义厚度假定名义厚度n，令，令e=n-C，用上一页公式计算出，用上一页公式计算出A， 根据所用材料选用厚度计算图，由根据所用材料选用厚度计算图，由A查取查取B，再按半球形封头，再按半球形封头 许用外压力公式许用外压力公式 计算许用外压力计算许用外压力p。图算步骤图算步骤b.若若A值落在设计温度下材料线左方，用球形封头许用外压力值落在设计温度下材料线左方，用球形封头许用外压力 公式计算公式计算p。 若若ppc且较接近，

5、则该封头厚度合且较接近，则该封头厚度合 理；理； 否则重新假设否则重新假设n，重复上述步骤，直到满足要求，重复上述步骤，直到满足要求 为止。为止。不用几何算图不用几何算图第四章压力容器设计第四章压力容器设计2、椭圆形封头、椭圆形封头第四章压力容器设计第四章压力容器设计避免封头和筒体的连接焊缝处出现经向曲率避免封头和筒体的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。半径突变，以改善焊缝的受力状况。由半个椭球面和短圆筒组成，如图由半个椭球面和短圆筒组成，如图4-20（b）所示。）所示。直边段作用直边段作用应用应用a 、受内压（凹面受压）的椭圆形封头、受内压（凹面受压）的椭圆形封头 受力：

6、薄膜应力受力：薄膜应力不连续应力不连续应力在一定条件下，椭圆形封头中的最大应力和圆筒周向薄膜应力在一定条件下，椭圆形封头中的最大应力和圆筒周向薄膜应力的比值，与椭圆形封头长轴与短轴之比的比值，与椭圆形封头长轴与短轴之比 的关系有关，见图的关系有关，见图4-20中虚线。中虚线。ba第四章压力容器设计第四章压力容器设计2ii)h2D(261KK应力增强系数或椭圆封头的形状系数，应力增强系数或椭圆封头的形状系数，即即 封头上最大总应力封头上最大总应力球壳上薄膜应力球壳上薄膜应力=2K封头上最大总应力封头上最大总应力圆筒上周向薄膜应力圆筒上周向薄膜应力=K用半径为用半径为Di的的半球形封头半球形封头厚

7、度乘以厚度乘以K，即，即cticp5 . 0 2DKp椭圆形封头椭圆形封头厚度计算式厚度计算式第四章压力容器设计第四章压力容器设计当当Di/2hi=2，标准椭圆形封头，标准椭圆形封头， K=1，厚度计算式为，厚度计算式为cticp5 . 0 2Dp椭圆形封头最大允许工作压力：椭圆形封头最大允许工作压力：eietw5 . 0KD 2p采用限制椭圆形封头最小厚度，采用限制椭圆形封头最小厚度，GB150规定标规定标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的的0.15%，非标准椭圆形封头的有效厚度应不，非标准椭圆形封头的有效厚度应不小于小于0.30%。周向失稳：

8、周向失稳：第四章压力容器设计第四章压力容器设计b、受外压椭圆形封头、受外压椭圆形封头 Ro由椭圆形封头的当量球壳外半径由椭圆形封头的当量球壳外半径Ro=K1Do代替，代替，K1值值是椭圆长短轴比值是椭圆长短轴比值Do/（2ho）（）（ho=hi+n）决定的系数，）决定的系数，由表由表4-5（遇中间值用内插法求得）查得。（遇中间值用内插法求得）查得。相同：相同：不同：不同：外压稳定性计算公式和图算法步骤同受外压的外压稳定性计算公式和图算法步骤同受外压的半球形封头；半球形封头；2.62.42.22.01.81.61.41.21.0 K11.181.080.990.900.810.730.650.5

9、70.50表表4-5 系数系数K1Do/2ho第四章压力容器设计第四章压力容器设计3、碟形封头、碟形封头 不连续曲面，存在较大边缘弯曲应力。边缘弯曲应不连续曲面，存在较大边缘弯曲应力。边缘弯曲应力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其它力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其它部位，故受力状况不佳。部位，故受力状况不佳。结构结构带折边球面封头，由半径为带折边球面封头，由半径为Ri的的球面体球面体、半径为、半径为r的的过渡过渡环壳环壳和和短圆筒短圆筒等三部分组成，见图等三部分组成，见图4-20（c）。）。优点优点过渡环壳降低了封头深度，方便成型，且压制碟形过渡环壳降低了封头深度，方便成型，且

10、压制碟形封头的钢模加工简单，应用广泛。封头的钢模加工简单，应用广泛。缺点缺点第四章压力容器设计第四章压力容器设计a、受内压碟形封头、受内压碟形封头 据此，由半球壳厚度计算式乘以据此，由半球壳厚度计算式乘以M可得碟形封头的厚可得碟形封头的厚度计算式度计算式引入碟形封头应力增强系数引入碟形封头应力增强系数M（见图（见图4-21），是以球），是以球面部分最大总应力为基础的近似修正系数，见下式面部分最大总应力为基础的近似修正系数，见下式1(3)4iRMr20.5citcMp Rp第四章压力容器设计第四章压力容器设计承受内压碟形封头的最大允许工作压力：承受内压碟形封头的最大允许工作压力：2 0.5tew

11、iepMR 封头封头r0.01Di，r3，且，且RiDi。规定规定标准碟形封头，标准碟形封头，Ri=0.9Di，r=0.17Di。同椭圆形封头，同椭圆形封头， GB150规定，标准碟形封头，其规定，标准碟形封头，其有效厚度应不小于内直径的有效厚度应不小于内直径的0.15%，其它碟形封头，其它碟形封头的有效厚度应不小于的有效厚度应不小于0.30%。周向失稳周向失稳第四章压力容器设计第四章压力容器设计b、受外压碟形封头、受外压碟形封头 碟形封头的过渡区承受拉应力，球面部分是压应力，有发生失碟形封头的过渡区承受拉应力，球面部分是压应力，有发生失稳的潜在危险，此为防失稳，稳的潜在危险，此为防失稳，厚度