第四节 封头的设计

第四节封头的设计封头又称端盖，其分类一、椭圆形封头半椭球和高度为h的短圆筒(通称直边)两部分构成，直边保证封头制造质量和避免边缘应力作用。㈠受内压的椭圆形封头计算厚度K-椭圆形封头形状系数，标准椭圆形封头(长短轴之比值为2)，K=1。壁厚计算公式：p.KpDti50222261iihDKppDti5.02当封头是由整块钢板冲压时，值取为1。筒体设计壁厚计算公式：忽略分母上微小差异，大多数椭圆封头壁厚与筒体同，或比筒体稍厚。还应保证封头的有效壁厚e满足：对标准椭圆形封头不小于封头内直径的0.15％。Cp.KpDtid50222CppDtid椭圆形封头最大允许工作压力标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。封头材料碳素钢、普低钢、复合钢板不锈钢、耐酸钢封头壁厚4～810～18≥203～910～18≥20直边高度254050254050eietKDp5.02㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头外压椭圆形封头厚度设计步骤同外压圆筒。a.假设n,计算e＝n-C,算出R0/e。椭圆形封头当量球壳外半径R0=K1D0。K1由长短轴比值决定，标准椭圆形封头K1=0.9b.计算系数eRA/125.00eRBp/][0c.根据材料，从A-B图（图4-16至图4-20）中选用，若A值落在设计温度线的右方，读出B值计算许用外压力[p]若A值在设计温度线的左方，则许用外压：20/0833.0eREpd.比较许用外压[p]与设计外压p若p≤[p]，假设的厚度n可用，若小得过多，可将n适当减小，重复上述计算若p＞[p]，需增大初设的n，重复上述计算，直至使[p]＞p且接近p为止。二、半球形封头受内压球形封头计算壁厚与球壳相同。球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半。但为焊接方便以及降低边缘压力，半球形封头常和筒体取相同的厚度。受外压的球形封头的厚度设计，计算步骤同椭圆形封头。球壳外半径R0=K1D0，其中K1=0.5三、碟形封头又称带折边球形封头，球面半径Ri、过渡圆弧半径r和高度为h的直边。相同受力，碟形封头壁厚比椭圆形封头壁厚要大些，而且碟形封头存在应力不连续，因此没有椭圆形封头应用广泛。四、球冠形封头降低凸形封头高度，将碟形封头的直边及过圆弧部分去掉，只留下球面部分。也称无折边球形封头。五、锥形封头广泛用于化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)的底盖便于收集与卸除设备中的固体物料。塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体连接，称为变径段。（一）无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥壳半锥角a3001、锥壳大端a.查图4-26，大端是否须加强b.不必局部加强，计算壁厚为acosppDti12c.需加强，以降低联接处的局部应力。锥壳加强段和圆筒加强段厚度相同pQpDtir2Q为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数，查图4-27acos5.021riDLriDL5.022、锥壳小端a.查图4-28，小端是否须加强b.不必局部加强，计算壁厚同大端acos12ppDtisc.需加强，加强段和圆筒加强段厚度相同pQpDtisr2Q为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数，查图4-29acos1risDLrisDL3、无折边锥壳的厚度锥壳厚度（4-36）acosppDti12acos12ppDtis（4-36）（4-37）（4-38）统一厚度pQpDtir2pQpDtisr2（二）折边锥形封头或锥形筒体可降低应力集中，适用于锥壳大端半锥角a300，小端半锥角a450当锥壳半锥角a600时，按平盖计算。1、锥壳大端a.过渡段的计算壁厚pKpDti5.02b.与过渡段相连接处的锥壳计算壁厚pfpDti5.02、锥壳小端a.半锥角a450，小端无折边计算同前b.小端有折边，过渡段厚度按（4-38）确定，Q值查图4-29。c.半锥角a450，小端过渡段厚度仍按（4-38）确定，Q值查图4-30。acos1risDLrisDL锥形封头的小端与接口管相连，一般不加过渡弧，但接口管应增厚，厚度取锥体厚度，加厚的长度：isD.l50六、平板封头化工设备常用的一种封头。圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，相同(R／)和受载下，薄板应力比薄壳大得多，即平板封头比凸形封头厚得多。平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径较小的容器中采用。承压设备人孔、手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方，才用平板盖。高压容器平板封头用得较为普遍。tcPKpD平盖系数K查表4-14工艺操作对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头边缘应力较大，平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上对凸形封头计算后，再确定封头型式。例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头型式与尺寸。该塔Di=600mm；设计压力p＝2.2MPa；工作温度t＝-3～-20℃，n=7mm。半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大制造难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头深度可调节，适合于加工，但曲率不连续，局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。椭圆形封头壁厚：p＝2.2MPa；Di=600mm；[]20=170MPa；=1.0，C2=1.0mm考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.6mm（估计壁厚6mm）代入并经圆整后用n=6mm钢板。25.02CppDtid例题4-5：不锈钢反应釜操作压力1.2MPa，内径1.2m，下部为带折边锥底，其半锥顶角为45°。出料管公称直径200mm，釜壁温度为300℃，试确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸。半锥角300,锥底大端带折边。折边内半径r=0.15Di=180mm。锥体壁厚计算：2150CCp.fpDtid）表134(645.0f)(6.12.13.1防爆膜MPapmmDi1200MPa78300102C）（估计壁厚mmmmC168.01mmd9.15锥底接管dN=200mm,外径d=219mm所以锥底小端直径Dis=222mm接管加强段厚度与锥体同厚，mmn16加强段的长度mm.D.lis43162225050的不锈钢板统一厚度，用mmn16过渡区厚度计算公式215.02CCpKpDtid9.108.006.15.078212006.18181.0d思考题：1、常用封头形式有哪些种？各有什么特点？2、比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的受力情况。作业习题：P30713，14