《内压薄壁圆筒与封头的强设计.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《内压薄壁圆筒与封头的强设计.pptx（41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、内压薄壁圆筒与封头的强设计内压薄壁圆筒与封头的强设计第一节第一节第一节第一节 强度设计的基本知识强度设计的基本知识强度设计的基本知识强度设计的基本知识1.1.1.1.弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则弹性失效准则容容容容器器器器上上上上任任任任一一一一处处处处的的的的最最最最大大大大应应应应力力力力达达达达到到到到材材材材料料料料在在在在设设设设计计计计温温温温度度度度下下下下的的的的屈屈屈屈服服服服点点点点 s s，容容容容器器器器即即即即告告告告失失失失效效效效（指指指指容容容容器器器器失失失失去去去去正正正正常常常常的的的的工工工工作作作作能能能能力力力力），也也也也就就就就是是是是说
2、说说说，容容容容器器器器的的的的每每每每一一一一部部部部分分分分必必必必须须须须处处处处于于于于弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形范范范范围围围围内内内内。保保保保证证证证器器器器壁壁壁壁内内内内的的的的相相相相当当当当应应应应力力力力必必必必须须须须小小小小于于于于材材材材料料料料由由由由单单单单向向向向拉拉拉拉伸伸伸伸时时时时测测测测得得得得的的的的屈屈屈屈服服服服点，即点，即点，即点，即 当当当当0.25mm，故最后取，故最后取C1=0.25mm。该设备可用。该设备可用65mm厚的厚的18MnMoNbR钢板制作。钢板制作。（3）校核水压实验强度）校核水压实验强度式中式中p=pc=17.16
3、MPa Se=Sn-C=65-1.25=63.75mms=410MPa(查表获得）查表获得）第25页/共41页2727所以，水压试验合格。所以，水压试验合格。第26页/共41页第三节第三节第三节第三节 内压圆筒封头的设计内压圆筒封头的设计内压圆筒封头的设计内压圆筒封头的设计2828第27页/共41页一、半球形封头一、半球形封头一、半球形封头一、半球形封头2929计算壁厚公式计算壁厚公式【备注备注】球形封头壁厚较相同直径与压力的圆筒壳减球形封头壁厚较相同直径与压力的圆筒壳减薄一半，主要用作薄一半，主要用作高压容器的封头高压容器的封头。第28页/共41页二、椭圆形封头二、椭圆形封头二、椭圆形封头二
4、、椭圆形封头3030椭圆形封头是由长短半轴分别为椭圆形封头是由长短半轴分别为a a和和b b的的半椭球半椭球和高度为和高度为h h0 0的的短圆短圆筒筒（通称为直边）两部分所构成。直边的作用是为了（通称为直边）两部分所构成。直边的作用是为了保证封头的保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。1.1.结构特点结构特点第29页/共41页3131当当m=a/b2时，最大应力在椭圆壳的顶点时，最大应力在椭圆壳的顶点 2.2.壁厚计算公式壁厚计算公式将将a/b=m，a=D/2代入得：代入得：强度条件强度条件考虑焊缝系数考虑焊缝系数 ，
5、D=Di+S，m=Di/2hi代入强度条件得：代入强度条件得：标准椭圆封头标准椭圆封头m=a/b=2第30页/共41页3232如果如果m=a/b2时，椭圆封头赤道上出现很大的环向压应力，时，椭圆封头赤道上出现很大的环向压应力，绝对值大于顶点的应力，引入封头的形状系数绝对值大于顶点的应力，引入封头的形状系数K，得，得椭圆封椭圆封头的通用壁厚计算公式为头的通用壁厚计算公式为：国家标准还规定：国家标准还规定：K1K1的椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的的椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%0.15%；K K1的椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的的椭圆形封头的有效厚度应不小于
6、封头内直径的0.30%0.30%；3.3.许用压力计算公式许用压力计算公式【备注备注备注备注】封头的直边高度与材质、壁厚和圆筒的公称直径有关。封头的直边高度与材质、壁厚和圆筒的公称直径有关。封头的直边高度与材质、壁厚和圆筒的公称直径有关。封头的直边高度与材质、壁厚和圆筒的公称直径有关。第31页/共41页三、碟形封头三、碟形封头三、碟形封头三、碟形封头33331.1.几何特点几何特点半径半径R Ri i的的球面球面；半径为半径为r r的的过渡圆弧过渡圆弧；高度为高度为h h0 0的的直边直边。2.2.壁厚计算公式壁厚计算公式R Ri i球面部分内半径；球面部分内半径；r r过渡圆弧内半径；过渡圆
7、弧内半径；M M碟形封头形状系数；碟形封头形状系数；由于折边部分存在较高的局部应力由于折边部分存在较高的局部应力规定其球面部分的内半径规定其球面部分的内半径R Ri i应不大应不大于筒体内径，而折边内半径于筒体内径，而折边内半径r r在任何在任何情况下均不得小于筒体内径的情况下均不得小于筒体内径的10%10%，且不应小于封头名义厚度的且不应小于封头名义厚度的3 3倍倍第32页/共41页34342.2.壁厚计算公式壁厚计算公式球面内半径球面内半径R Ri i=0.9D=0.9Di i，过渡圆弧内半径，过渡圆弧内半径r=0.17Dr=0.17Di i时为标准碟时为标准碟形封头。形封头。M=1.32
8、5M=1.325，标准碟形封头的壁厚计算公式标准碟形封头的壁厚计算公式为：为：3.3.碟形封头的许用压力公式碟形封头的许用压力公式第33页/共41页四、无折边球形封头四、无折边球形封头四、无折边球形封头四、无折边球形封头35351.1.结构特点结构特点2.2.壁厚计算公式壁厚计算公式Q-Q-系数，查相关图表求得。系数，查相关图表求得。【注意注意】任何情况下，与无折边球形封头连接的圆筒厚度应任何情况下，与无折边球形封头连接的圆筒厚度应不小于封头厚度。不小于封头厚度。将碟形封头的直边和过渡圆弧部分去掉，球面部将碟形封头的直边和过渡圆弧部分去掉，球面部分直接焊在筒体上。又称为球冠形封头分直接焊在筒体
9、上。又称为球冠形封头第34页/共41页3636第35页/共41页五、锥形封头五、锥形封头五、锥形封头五、锥形封头37371.1.结构特点结构特点优点优点：便于收集与卸除设备：便于收集与卸除设备中的固体物料；还可作为塔中的固体物料；还可作为塔设备的变径段。设备的变径段。最大应力公式最大应力公式强度条件强度条件壁厚计算公式壁厚计算公式2.2.壁厚计算公式壁厚计算公式第36页/共41页38383.3.工程中的锥形封头结构工程中的锥形封头结构无折边锥形封头无折边锥形封头带折边锥形封头带折边锥形封头第37页/共41页六、平板封头六、平板封头六、平板封头六、平板封头39391.1.平板封头应力特点平板封头
10、应力特点 根据弹性力学的小挠度薄板理论，受均布载荷的平板，壁内产生根据弹性力学的小挠度薄板理论，受均布载荷的平板，壁内产生两向弯曲应力：一是径向弯曲应力两向弯曲应力：一是径向弯曲应力r，一是切向弯曲应力，一是切向弯曲应力t。周边固支周边固支周边简支周边简支薄板的最大弯曲应力薄板的最大弯曲应力max与与(R/S)2成正比，而薄壳的最大拉成正比，而薄壳的最大拉(压压)应力应力max与与R/S成正比。成正比。中心应力最中心应力最大大r=t周边应力最周边应力最大大-r第38页/共41页40402.2.平板封头的用途平板封头的用途 平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径较小的容器平板封头结构简单，
11、制造方便，在压力不高，直径较小的容器中，采用平板封头比较经济简便。压力容器人孔、手孔；高压中，采用平板封头比较经济简便。压力容器人孔、手孔；高压容器平板封头。容器平板封头。3.3.平板封头壁厚计算公式平板封头壁厚计算公式 K-K-与约束情况相关的结构特征系数与约束情况相关的结构特征系数与约束情况相关的结构特征系数与约束情况相关的结构特征系数第39页/共41页七、封头的选七、封头的选择择41411.1.几何方面几何方面半球形封头单位容积的表面积最小。椭圆形和碟形封头的容半球形封头单位容积的表面积最小。椭圆形和碟形封头的容积和表面积基本相同。积和表面积基本相同。2.2.力学方面力学方面半球形封头半球形封头标准椭圆形封头标准椭圆形封头碟形封头碟形封头无折边球形封头无折边球形封头锥形封头锥顶部分强度很高，锥顶尖开孔一般不需要补强。锥形封头锥顶部分强度很高，锥顶尖开孔一般不需要补强。3.3.制造及耗材制造及耗材敲打、冲压、滚卷或爆炸成型。敲打、冲压、滚卷或爆炸成型。封头愈深，直径和壁厚愈大，则封头制造愈困难，尤其是当封头愈深，直径和壁厚愈大，则封头制造愈困难，尤其是当选用强度级别较高的钢材时更是如此。选用强度级别较高的钢材时更是如此。第40页/共41页