壓力容器封頭設(shè)計要求

1、壓力容器封頭設(shè)計要求壓力容器封頭設(shè)計要求壓力容器封頭設(shè)計要求壓力容器封頭設(shè)計要求壓力容器封頭，常有的形式有凸形封頭（包含半球形封頭、橢圓形封頭，碟形封頭、球冠形封頭）、錐形封頭、變徑段、平蓋等。1球形封頭半球形封頭由球殼的一半作成。在內(nèi)壓作用下，半球形封頭計算厚度按球殼確立。半球形封頭與其余形狀的封頭比較，封頭內(nèi)壁產(chǎn)生應(yīng)力最小，所以它所需要的壁厚最薄，用材比較節(jié)約。但半球形封頭深度大、制造比較困難，特別加工設(shè)備條件較差的中小型設(shè)備制造廠困難更大。而對于大直徑（Di3m）的半球形可用數(shù)塊鋼板在大型水壓機(jī)成型后拼焊而成。半球形封頭還用于高壓容器上取代平封頭，以節(jié)約鋼材。因?yàn)榍驓さ沫h(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力

2、相等，半球形封頭計算厚度式中焊接接頭系數(shù)按環(huán)焊縫。2橢圓形封頭橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個橢圓形，橢圓形各部分的薄膜應(yīng)力m、跟著X值的變化而變化，并且與長短軸的比值a/b有關(guān)。現(xiàn)將幾個特別點(diǎn)應(yīng)力值列出。橢圓封頭各特別點(diǎn)的應(yīng)力值坐標(biāo)地點(diǎn)經(jīng)向應(yīng)力m環(huán)向應(yīng)力橢圓形封頭極點(diǎn)地點(diǎn)paapaa2b2b橢圓形封頭底邊上地點(diǎn)papa(2a222)2b=Pa4y2b4x2m2b2=Pa4y2b4x2a4b2b22a4y2b4y2max=m=paa2b若令a=D，b=h，則上式man=pDD224hD、h橢圓形殼體中徑及曲面高度。依據(jù)第一強(qiáng)度理論，并考慮焊接接頭系數(shù)，得pDDt24h得=PcDiD2tC4hi

3、aDi為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。其環(huán)向應(yīng)力分布圖：=2b2hi標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計算厚度=PcDitC2Di/2hi2的橢圓形封頭，不單邊沿應(yīng)力大，薄膜應(yīng)力也大，所以在計算中必然考慮應(yīng)力增強(qiáng)影響，在標(biāo)準(zhǔn)中，對橢圓形封頭厚度計算公式進(jìn)行合適修正，即=KPcDit2C式中K橢圓形封頭形狀系數(shù)K=12+（Di）262hi對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的系數(shù)K=1橢圓形封頭的最大贊同工作壓力Pw=2teMPaKDie從橢圓形殼體應(yīng)力分析中知道殼體赤道處可能出現(xiàn)周向壓應(yīng)力，為了使這部分殼體不致于失穩(wěn)，對于K1的橢圓形封頭，其有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%。K1的橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于0.30%Di。3、碟形封頭碟形

4、封頭是由三部分構(gòu)成。第一部分是以半徑為Ri的球面部分，第二部分是以半徑為Di/2的圓形部分，第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū)，其曲率半徑為r。Ri與r均之內(nèi)表面為基準(zhǔn)。braRi因?yàn)榈谝徊糠峙c第三部分是兩個不一樣樣樣的曲面，故在交點(diǎn)處曲率半徑有一個忽然的變化，在b點(diǎn)處不單由內(nèi)壓惹起的拉應(yīng)力，還有邊沿力矩惹起的邊沿曲折應(yīng)力；在過渡區(qū)和圓筒部分交界點(diǎn)a處也有緣應(yīng)力存在，其邊沿應(yīng)力的大小與Di/r有關(guān)。當(dāng)r/Di之比值愈小，即曲率變化愈厲害，則邊沿應(yīng)力愈大。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定碟形封頭球面部分的半徑應(yīng)不大于封頭的內(nèi)直徑。平時取Ri=（或1）Di，這樣碟形封頭球面部分的應(yīng)力與圓筒周向應(yīng)力周邊。即球面部分的厚度與圓筒

5、厚度周邊，便于制造。同時還規(guī)定碟形封頭過渡區(qū)半徑r不小于封頭內(nèi)直徑的10%，這樣就控制r/DI的大小，也就控制了邊沿應(yīng)力大小。為了計算方便以球頂部分應(yīng)力為基礎(chǔ)，乘以折邊部分的形狀系數(shù)M，得出碟形封頭的強(qiáng)度計算公式。=MPR/2考慮焊接接頭系數(shù)，并用R=Ri+代入上式，簡化后得=MPcRitC2式中M碟形封頭形狀系數(shù)M=1(3+Ri)4r碟形封頭的最大贊同工作壓力Pw=2teMRie從橢圓形殼體應(yīng)力分析中知道殼體邊沿到交點(diǎn)b可能出現(xiàn)周向壓應(yīng)力，為了使這部分殼體不致于失穩(wěn)，對于M1.34(Rii、i)的碟形封頭，其有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%。的碟形封頭的有效厚度應(yīng)不小于0.30%Di。

6、4、球冠形封頭因?yàn)闊o過渡區(qū)，在連接邊沿有較大邊沿應(yīng)力，要求封頭與筒體聯(lián)接處采納全焊頭結(jié)構(gòu)，計算公式以圓筒公式為基礎(chǔ)，計入球殼與筒體聯(lián)接處的局部應(yīng)力。=QPcDitPC2系數(shù)Q依據(jù)Ri/DiPc/t來查取5、錐形封頭錐形封頭有軸對稱的無折邊錐封頭和折邊錐形封頭以及非軸對稱的無折邊斜形封頭。對于軸對稱的錐形封頭大端當(dāng)錐殼半頂角30時，可以采納無折邊結(jié)構(gòu)；當(dāng)30時，應(yīng)采納帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。帶折邊的錐形封頭由三部分構(gòu)成，即錐形部分、半徑為r或rs的圓弧過渡部分和圓筒部分。過渡部分是為了降低邊沿應(yīng)力直邊部分是為了防范邊沿應(yīng)力疊加在封頭和筒體的連接焊縫上(與碟形封頭各部分作用近似)1）軸對稱內(nèi)壓無折邊錐

7、形封頭依據(jù)第一強(qiáng)度理論得1=PD?1t2cosD=Di+代入上式，并考慮焊縫系數(shù)和壁厚附帶量C，并經(jīng)簡化得出錐形封頭的厚度計算公式=PcDi12tPCcos式中DC錐體大端直徑。當(dāng)錐體由同一半頂角的幾個不一樣樣樣厚度的錐體段構(gòu)成時，式中DC分別為各錐體段大端直徑。上式無折邊封頭合用于30時，如按式算得的厚度很薄時，簡單發(fā)生曲折，這時壁厚需要合適增強(qiáng)，增強(qiáng)條件是依據(jù)連接邊沿的附帶應(yīng)力（二次應(yīng)力）加薄膜應(yīng)力3t，按此條件求得的P、t及之間關(guān)系，可繪制成曲線。當(dāng)無折邊封頭30時，邊沿曲折應(yīng)力較大，錐體與筒體連接處應(yīng)試慮另行增強(qiáng)或采納有折邊錐形封頭。依據(jù)圖坐標(biāo)點(diǎn)（P/t，）位于圖中曲線上方，則無需加強(qiáng)

8、，壁厚仍按式計算，若坐標(biāo)點(diǎn)（P/t，）位于圖中曲線下方時，則需要增添厚度予以增強(qiáng)。則應(yīng)在錐形封頭與圓筒之間設(shè)置加強(qiáng)段，其增強(qiáng)段應(yīng)與圓筒增強(qiáng)段擁有相同的厚度。r=QPcDitPC2式中Q應(yīng)力增值系數(shù)。在任何狀況下，增強(qiáng)段的厚度不得小于相連接的錐形封頭厚度。其長度應(yīng)不小于20.5Dir/cos；圓筒增強(qiáng)段的長度應(yīng)不小于20.5Dir。因?yàn)殄F殼應(yīng)力自錐項(xiàng)至錐底不一樣樣樣樣，小端的應(yīng)力小，大端應(yīng)力大。所以，在設(shè)計時兩端壁厚可以不一樣樣樣樣、依據(jù)以上方法相同可以得出小端連接處的厚度計算公式及鑒別能否需要增強(qiáng)的曲線。無需增強(qiáng)的錐殼計算厚度=PcDis1mmtPCcos2式中Dis為錐體小端內(nèi)直徑以和P/t

9、值查圖，當(dāng)其交點(diǎn)位于曲線之下時需要增強(qiáng)，增強(qiáng)后的壁厚按下式計算=QPcDismmr2PC在任何狀況下，錐殼小端增強(qiáng)段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度，錐殼增強(qiáng)的長度L1應(yīng)不小于2Disr/cos；圓筒增強(qiáng)段的長度L應(yīng)不小于2Disr。若考慮無折邊錐形封頭只由一種厚度構(gòu)成時，則應(yīng)上述大端或大、小端同時擁有增強(qiáng)段時，以及錐殼三部計算出的厚度最大值作為無折邊錐形封頭厚度。2）軸對稱內(nèi)壓折邊錐形封頭。無折邊錐形封頭在與圓筒連接處存在著較大的應(yīng)力會合，故當(dāng)壓力比較大且30時，采納帶折邊封頭可以戰(zhàn)勝上述弊端。大端折邊錐體封頭的過渡段轉(zhuǎn)角半徑r應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)徑Di且不小于該過渡段厚度的3倍，即rDi且r3

10、.大端折邊錐形封頭的過渡段轉(zhuǎn)角半徑rs應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)徑Dis的5%,且不小于該過渡段厚度的3倍。大端折邊錐形封頭厚度計算應(yīng)包含兩部分1）過渡段壁厚=KPcDit2C式中:K系數(shù)，依據(jù)、r/Di查GB150表7-4。（2）與過渡段相接處的錐殼厚度=tfPcDimmC212rcos)(1式中：f系數(shù)，f=Di值由表7-5查取。2cos當(dāng)錐殼半項(xiàng)角45小端過渡段厚度仍按上述小端過渡段厚度式確立，但式中Q值由圖7-15查取。與過渡相接的錐殼和圓筒的增強(qiáng)段厚度應(yīng)與過渡段厚度相同。錐殼增強(qiáng)段的長度應(yīng)不小于2Disr/cos；圓筒增強(qiáng)段的長度應(yīng)不小于2Disr。在任何狀況下，增強(qiáng)段的厚度不得小于與其連接

11、處的錐殼厚度。若考慮只由一種厚度構(gòu)成時，則應(yīng)取上述各部分厚度中的最大值作為折邊錐形封頭的厚度。無折邊斜錐殼體在內(nèi)壓作用下，受力狀況較復(fù)雜系屬非軸對稱問題，工程上仍可采納無折邊錐形封頭的厚度公式。此中應(yīng)為較大的側(cè)斜角。受壓斜錐殼的強(qiáng)度計算見化工部頒發(fā)的HG20582-1998鋼制化工容器強(qiáng)度計算規(guī)定。6、平蓋平蓋結(jié)構(gòu)簡單，制造方便小直徑較小的高壓容器對小直徑的常壓容器，一般也采納平蓋。平板封頭的厚度是以薄板理論為基礎(chǔ)。應(yīng)力最大值的大小及其所處地點(diǎn)視壓力作用面積的大小及周邊固定狀況（剛性固定和簡支）而定。實(shí)質(zhì)上平蓋的支承狀況常常介于剛性固定和簡支之間。所以工程計算中都采納薄板理論為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)公式。

12、maxmaxmax2/21.5tmax2/23t22tmax=KPD/p=DcKPcmmt式中Dc平蓋計算直徑。K結(jié)構(gòu)特色系數(shù)。當(dāng)預(yù)緊時t取常溫時的許用應(yīng)力各種封頭計算厚度、最大贊同工作壓力計算公式計算厚度半球形PcDi4tPc橢圓形KPcDit2C碟形MPcRit2C球冠形QPcDit2PC無折邊錐形PcDi12tcosPC折邊錐形過渡段：KPcDit2C最大贊同工作增強(qiáng)系數(shù)壓力PwMPa4et1Die2te標(biāo)準(zhǔn)封頭K=1e2te標(biāo)準(zhǔn)封頭eRi/Di及p/t得Q值-錐殼半錐角按JB4738-95及JB4739-95r/DI由GB150表5-4=45=30過渡段相接處的錐殼：由GB150表5-5=45fPcDi=30tC2平蓋p=K