压力容器封头设计要求.pdf

《压力容器封头设计要求.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器封头设计要求.pdf（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、 压力容器封头设计要求 压力容器封头，常见的形式有凸形封头（包括半球形封头、椭圆形封头，碟形封头、球冠形封头）、锥形封头、变径段、平盖等。1球形封头 半球形封头由球壳的一半作成。在内压作用下，半球形封头计算厚度按球壳确定。半球形封头与其他形状的封头相比，封头内壁产生应力最小，因此它所需要的壁厚最薄，用材比较节省。但半球形封头深度大、制造比较困难，尤其加工设备条件较差的中小型设备制造厂困难 更大。而对于大直径（Di 3m）的半球形可用数块钢板在大型水压机成型后拼焊而成。半球形封头还用于高压容器上代替平封头，以节省钢材。由于球壳的环向应力和径向应力相等，半球形封头计算厚度式中焊接接头系数按环焊缝。

2、2椭圆形封头 椭圆形封头纵剖面的曲线部分是半个椭圆形，椭圆形各部分 的薄膜应力m、随着 X值的变化而变化，而且与长短轴的比值 a/b 有关。现将几个特殊点应力值列出。椭圆封头各特殊点的应力值 坐标位置 经向应力 m 环向应力 椭圆形封头顶点位置 pa a pa a 2 b 2 b 椭圆形封头底边上位置 pa pa(2 a 2 2 2)2 b =P a 4 y2 b 4 x2 m 2 b2 =P a 4 y 2 b4 x 2 a 4b 2 1 b 2 2 a 4 y2 b4 y2 max=m=pa a 2 b 若令 a=D，b=h，则上式 man=pD D 2 2 4h D、h 椭圆形壳体中径及

3、曲面高度。根据第一强度理论，并考虑焊接接头系数，得 pD D t 2 4h 得 =Pc Di D 2 t 0.5PC 4hi a Di 为标准椭圆形封头。其环向应力分布图：=2 b 2hi 标准椭圆形封头计算厚度=Pc Di t 0.5PC 2 对 Di/2h i 2 的椭圆形封头，不仅边缘应力大，薄膜应力也大，所以在计算中必须考虑应力增强影响，在标准中，对椭圆形封头厚度计算公式进行适当修正，即 =KPc Di t 2 0.5PC 式中 K椭圆形封头形状系数 K=1 2+（Di）2 6 2hi 对标准椭圆形封头的系数 K=1 椭圆形封头的最大允许工作压力 P w=2 t e MPa KDi 0

4、.5 e 从椭圆形壳体应力分析中知道壳体赤道处可能出现周向压应力，为了使这部分壳体不致于失稳，对于 K1 的椭圆形封头，其有效厚 度应不小于封头内直径的 0.15%。K1 的椭圆形封头的有效厚度应不 小于 0.30%Di。3、碟形封头 碟形封头是由三部分组成。第一部分是以半径为 Ri 的球面部分，第二部分是以半径为 Di/2 的圆形部分，第三部分是连接这两部分的 过渡区，其曲率半径为 r。Ri 与 r 均以内表面为基准。b r a Ri 由于第一部分与第三部分是两个不同的曲面，故在交点处曲率半径有一个突然的变化，在 b 点处不仅由内压引起的拉应力，还有边缘力矩引起的边缘弯曲应力；在过渡区和圆筒

5、部分交界点 a 处也有缘应力存在，其边缘应力的大小与 Di/r 有关。当 r/D i 之比值愈小，即曲率变化愈厉害，则边缘应力愈大。标准规定碟形封头球面部分的半径应不大于封头的内直径。通常取 Ri=（0.9 或 1）Di，这样碟形封头球面部分的应力与圆筒周向应力 相近。即球面部分的厚度与圆筒厚度相近，便于制造。同时还规定碟形封头过渡区半径 r 不小于封头 内直径的 10%，这样就控制 r/D I 的大小，也就控制了边缘应力大小。为了计算方便以球顶部分应力为基础，乘以折边部分的形状系数 M，得出碟形封头的强度计算公式。=MPR/2 考虑焊接接头系数，并用 R=Ri+代入上式，简化后得 =MPc

6、Ri t 0.5PC 2 式中 M碟形封头形状系数 M=1(3+Ri)4 r 碟形封头的最大允许工作压力 P w=2 t e MRi 0.5 e 从椭圆形壳体应力分析中知道壳体边缘到交点 b 可能出现周向压 应力，为了使这部分壳体不致于失稳，对于 M 1.34(R i=0.9Di、r=0.17D i)的碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的 0.15%。M1.34 的碟形封头的有效厚度应不小于 0.30%Di。4、球冠形封头 由于无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，要求封头与筒体 联接处采用全焊头结构，计算公式以圆筒公式为基础，计入球壳 与筒体联接处的局部应力。=QPc Di t PC 2

7、系数 Q 根据 Ri/Di Pc/t 来查取 5、锥形封头 锥形封头有轴对称的无折边锥封头和折边锥形封头以及非轴对称的无折边斜形封头。对于轴对称的锥形封头大端 当锥壳半顶角 30时，可以采用无折边结构；当 30时，应采用带过渡段的折边结构。带折边的锥形封头由三部分组成，即锥形部分、半径为 r 或 r s 的圆弧过渡部分和圆筒部分。过渡部分是为了降低边缘应力 直边部分是为了避免边缘应力叠加在封头和筒体的连接焊缝上 (与碟形封头各部分作用类似)1）轴对称内压无折边锥形封头 根据第一强度理论得1=PD?1 t 2 cos 将 D=Di+代入上式，并考虑焊缝系数 和壁厚附加量 C，并经简化得出锥形封头

8、的厚度计算公式 =Pc Di 1 2 t PC cos 式中 DC锥体大端直径。当锥体由同一半顶角的几个不同厚度的锥体段组成时，式中 DC分别为各锥体段大端直径。上式无折边封头适用于 30时，如按式算得的厚度很薄时，容易发生弯曲，这时壁厚需要适当加强，加强条件是根据连接边缘的 附加应力（二次应力）加薄膜应力 3 t，按此条件求得的 P、t 及 之间关系，可绘制成曲线。当无折边封头 30时，边缘弯曲应力较大，锥体与筒体连接处应考虑另行加强或采用有折边锥形封头。根据图 坐标点（P/t，）位于图中曲线上方，则无需加 强，壁厚仍按式计算，若坐标点（P/t，）位于图中曲线下 方时，则需要增加厚度予以加强

9、。则应在锥形封头与圆筒之间设置加 强段，其加强段应与圆筒加强段具有相同的厚度。r=QPc Di t PC 2 式中 Q应力增值系数。在任何情况下，加强段的厚度不得小于相连接的锥形封头厚度。其长度应不小于 2 0.5Di r/cos；圆筒加强段的长度应不小于 2 0.5Di r。由于锥壳应力自锥项至锥底不一样，小端的应力小，大端应力大。因此，在设计时两端壁厚可以不一样、根据以上方法同样可以得出小端连接处的厚度计算公式及判别是否需要加强的曲线。无需加强的锥壳计算厚度 =PcDis 1 mm t PC cos 2 式中 Dis 为锥体小端内直径 以 和 P/t 值查图，当其交点位于曲线之下时需要加强

10、，加强后的壁厚按下式计算 =QPc Dis mm r 2 PC 在任何情况下，锥壳小端加强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚 度，锥壳加强的长度 L1 应不小于 2 Dis r/cos；圆筒加强段的长度 L 应不小于 2 Dis r。若考虑无折边锥形封头只由一种厚度组成时，则应上述大端或大、小端同时具有加强段时，以及锥壳三部计算出的厚度最大值作为无折边锥形封头厚度。2）轴对称内压折边锥形封头。无折边锥形封头在与圆筒连接处存在着较大的应力集中，故当压力比较大且 30时，采用带折边封头可以克服上述缺点。大端折边锥体封头的过渡段转角半径 r 应不小于封头大端内径 Di且不小于该过渡段厚度的 3 倍，即

11、r 0.1 D i 且 r 3.大端折边锥形封头的过渡段转角半径 r s 应不小于封头大端内径 Dis 的 5%,且不小于该过渡段厚度的 3 倍。大端折边锥形封头厚度计算应包括两部分 （1）过渡段壁厚 =KPc D i t 2 0.5PC 式中:K系数，根据、r/Di 查 GB150 表 7-4。（2）与过渡段相接处的锥壳厚度 =t fPc Di mm 0.5PC 2 1 2r cos )(1 式中：f 系数，f=Di 值由表 7-5 查取。2 cos 当锥壳半项角 45小端过渡段厚度仍按上述小端过渡段厚度式确定，但式中 Q 值由图 7-15 查取。与过渡相接的锥壳和圆筒的加强段厚度应与过渡段

12、厚度 相同。锥壳加强段的长度应不小于 2 Dis r/cos；圆筒加强段的长度应不小于 2 Dis r。在任何情况下，加强段的厚度不得小于与其连接处 的锥壳厚度。若考虑只由一种厚度组成时，则应取上述各部分厚度中的最大值作为折边锥形封头的厚度。无折边斜锥壳体在内压作用下，受力情况较复杂系属非轴对称 问 题，工程上仍可采用无折边锥形封头的厚度公式。其中 应为较大的侧斜角。受压斜锥壳的强度计算见化工部颁发的 HG20582-1998 钢制化工 容器强度计算规定。6、平盖 平盖结构简单，制造方便小直径较小的高压容器对小直径的常压容器，一般也采用平盖。平板封头的厚度是以薄板理论为基础。应力最大值的大小及

13、其所处位置视压力作用面积的大小及周边固定情况（刚性固定和简支）而定。实际上平盖的支承情况往往介于刚性固定和简支之间。因此工程计算中都采用薄板理论为基础的经验公式。max max max=0.31PD2/2 1.5 t max=0.188PD2/2 3 t 22 t max=KPD/p=Dc KPc mm t 式中 Dc 平盖计算直径。K结构特征系数。当预紧时 t 取常温时的许用应力 各种封头计算厚度、最大允许工作压力计算公式 计算厚度 半球形 PcDi 4 t Pc 椭圆形 KPc Di t 2 0.5PC 碟形 MPc Ri t 2 0.5PC 球冠形 QPc Di t 2 PC 无折边锥形

14、 PcDi 1 2 t cos PC 折边锥形 过渡段：KPc Di t 2 0.5PC 最大允许工作 增强系数 压力 PwMPa 4 e t 1 Di e 2 t e 标准封头 K=1 KDi 0.5 e 2 t e 标准封头 M=1.4 MRi 0.5 e Ri/Di 及 p/t 得 Q 值 -锥壳半锥角 按 JB4738-95 及 JB4739-95r/D I=0.15 由 GB150 表 5-4 =45 K=0.818 =30 K=0.682 过渡段相接处的锥壳：由 GB150 表 5-5 =45 f=0.645 fPc Di =30 f=0.554 t 0.5PC 2 平盖 p=KP

15、c GB150 表 7-7 Dc K=0.27 0.44 t 常用的 K=0.3 如果以圆筒的设计公式为基准，直径为 1000mm，材料为 Q235 A，设计压力为 1.0MPa 设计温度为 100，计算厚度为 5.2mm（为1），则与其相配的各种封头按上表计算从小到大排列有：半球形为 2.6mm（为 0.5mm）；椭圆形（标准）为 5.2mm（为 1）；碟形（标准）为 7.28mm（为 1.4）；无折边锥形（Ri/DI=1.0）为 13.5(为 2.6)；无折边锥形（900）为 7.36mm（为 1.41）；（600）为 10.4mm（为 2.0）；折边锥形（900）为 6.71mm（为 1.29）