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1、压力容器的设计单元十二 内压薄壁容器封头的强度设计26p Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2一、半球形封头一、半球形封头半半球球形形封封头头是是由由半半个个球球壳壳构构成成的的，它它的的计计算算壁壁厚厚公公式与球壳相同式与球壳相同图图4-3 半球形封头半球形封头结构：结构：（1 1）整体半球壳体；）整体半球壳体；（2 2）焊接半球壳体）焊接半球壳体-瓜瓣组焊。瓜瓣组焊。3二、椭圆形封头二、椭圆形封头椭圆壳应力分布椭圆壳应力分布41.椭圆封头的结构椭圆
2、封头的结构：为什麽要有直边？为什麽要有直边？（1）保证封头的制造质量；（2）不连续点与环焊缝分开，从而避免边缘应力与焊接应力、膜应力集聚，降低合应力。2.壁厚的计算公式壁厚的计算公式 椭球壳壁内应力的大小及变化受a/b值的影响，形状系数K。厚度计算公式为：5椭圆形封头椭圆形封头6结结论论：当当椭椭球球壳壳的的长长短短半半轴轴 a/b2时时，椭椭球球壳壳赤赤道道上上出出现现很很大大的的环环向向应应力力，其其绝绝对对值值远远大大于于顶顶点点的的应应力力，从从而而引引入入形形状状系数系数K。（。（也称应力增加系数）也称应力增加系数）标准椭圆封头标准椭圆封头K=1（a/b=2）,计算厚度公式为计算厚度
3、公式为7椭圆封头最大允许工作压力计算公式椭圆封头最大允许工作压力计算公式 GB150-1998规定规定 椭圆形封头标准为椭圆形封头标准为JBT473795 K 1时，e0.15%iD K1时，e 0.30%iD 8碟形封头的组成碟形封头的组成 三、碟形封头三、碟形封头图图4-5 碟形封头碟形封头9 碟形壳的应力分布：碟形壳的应力分布：10形状系数形状系数 计算厚度公式计算厚度公式 GB150-1998规定规定 标标准准碟碟形形封封头头计计算算厚度公式厚度公式 M 1.34时，e 0.15%iD M1.34时，e 0.30%iD 11四、球冠形封头（无折边球形封头）四、球冠形封头（无折边球形封头
4、）12式中 Di封头和筒体的内直径；Q 系数，见书图4-9。2.壁厚计算公式：13 锥壳应力分布？锥壳应力分布？五、锥形封头五、锥形封头14广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的锥形壳体称直径不等的两段塔体连接起来，这时的锥形壳体称为变径段。为变径段。锥形封头厚度计算公式锥形封头厚度计算公式 Dc 锥壳大端直径锥壳大端直径 15 为减小边
5、缘应力，锥形封头结构常有如下结构为减小边缘应力，锥形封头结构常有如下结构（1）局部加强30的大端及45 的小端(2)加过渡圆弧 30的大端及45 的小端受内压无折边锥形封头受内压带折边锥形封头16是是常常用用的的一一种种封封头头。其其几几何何形形状状有有圆圆形形、椭椭圆圆形形、长长圆圆形形、矩矩形形和和方方形形等等，最最常常用用的的是是圆圆形形平平板板封头。封头。在在各各种种封封头头中中，平平板板结结构构最最简简单单，制制造造就就方方便便，但但在在同同样样直直径径、压压力力下下所所需需的的厚厚度度最最大大，因因此此一一般只用于小直径和压力低的容器。般只用于小直径和压力低的容器。但但有有时时在在
6、高高压压容容器器中中，如如合合成成塔塔中中也也用用平平盖盖，这这是是因因为为它它的的端端盖盖很很厚厚且且直直径径较较小小，制制造造直直径径小小厚厚度大的凸形封头很困难。度大的凸形封头很困难。五、平板封头五、平板封头17圆平板封头181.平板内应力状态周边简支：根据强度条件：19周边固支：根据强度条件：20平板封头厚度设计公式平板封头厚度设计公式 平板封头的计算厚度平板封头的计算厚度 mm 计算直径计算直径 mm 计算压力计算压力 MPa 焊接接头系数焊接接头系数 结构特征系数结构特征系数 材料在设计温度下的许用应力材料在设计温度下的许用应力 MPa 实际情况是介于简支和固支中间实际情况是介于简
7、支和固支中间，系数在0.188-0.31之间，归结为一个结构特征系数K,平板壁厚计算公式为：21例题 确定精流塔封头形式及尺寸。塔径确定精流塔封头形式及尺寸。塔径Di=600mmDi=600mm，壁厚，壁厚Sn=7mmSn=7mm，材，材质为质为16MnR16MnR（GB6654-96)GB6654-96)，计算压力，计算压力Pc=2.2MPa,Pc=2.2MPa,工作温度工作温度t=-3t=-3-20C-20C。【解】确定参数：Pc=2.2MPa，Di=600mm，C2=1mm,s=170MPa。封头材质选16MnR16MnR（GB6654-96)GB6654-96)1.半球形封头半球形封头
8、 补充参数：半球形封头与筒体连接的环焊缝属于封头内的部分，采用带垫板单面对接焊，局部无损探伤，=0.8。计算壁厚为：Sd=2.4+1.0=3.4(mm)C1=0.25mm名义壁厚为 Sn=3.4+0.25=3.65(mm)取4mm。Sn=3.7mm,板厚仍然为4mm。222.用标准椭圆形封头用标准椭圆形封头 此封头可以整板冲压，=1。计算壁厚为：Sd=3.9+1.0=4.9(mm)取C1=0.25mm名义壁厚为 Sn=4.9+0.25=5.15(mm)板厚为6mm。3.采用标准碟型封头采用标准碟型封头Sd=4.67+1.0=5.67(mm)取C1=0.25mm,名义壁厚为 Sn=5.67+0.
9、25=5.92(mm)取6mm。23（4）采用平板封头板厚计算公式为：选结构形式为表4-19中第9种，K=0.3，f=1，Dc=600mm。Sp=37.4(mm).Sd=37.4+1=38.4(mm)查得C1=0.25mm,名义壁厚为Sn=38.65mm,圆整后取40mm。24各种封头计算结果比较封头形式 壁厚（mm)总深度（mm)理论面积（）重量（kg)制造难易程度半球形 4 3000.56517.8 较难椭圆形 6 1750.46621 较易碟型 6 1610.41022.4 较易平板形 40 -0.28388.3 易25单位容积的表面积，半球形封头为最小。单位容积的表面积，半球形封头为最
10、小。椭圆形和碟形封头的容积和表面积基本相同，椭圆形和碟形封头的容积和表面积基本相同，可以认为近似相等。可以认为近似相等。封头的选择主要根据设计对象的要求，封头的选择主要根据设计对象的要求，并考虑经济技术指标。并考虑经济技术指标。六、封头的选择六、封头的选择1、几何方面、几何方面26半球形封头的应力分布最好半球形封头的应力分布最好椭圆形封头应力情况第二椭圆形封头应力情况第二碟形封头在力学上的最大缺点在于其具有较小的折边碟形封头在力学上的最大缺点在于其具有较小的折边半径半径r r平板受力情况最差平板受力情况最差封头愈深，直径和厚度愈大，制造愈困难封头愈深，直径和厚度愈大，制造愈困难2、力学方面、力学方面3、制造及材料消耗方面、制造及材料消耗方面