化工设备基础-内压容器封头的设计

椭圆形封头容器封头（端盖）凸形封头锥形封头平板封头半球形封头碟形封头球冠形封头第十章内压容器封头的设计带折边的球形封头无折边的球形封头一、半球形封头第一节凸形封头1.结构：（1）整体半球壳体；（2）焊接半球壳体--瓜瓣组焊。2.计算壁厚公式与球壳相同cticpDp424CpDpcticdt=eeicDp4twp=eietD43.与筒体连接结构：与筒体连接部位要圆滑过渡。与筒体连接的环焊缝属于球壳内的部分，确定封头厚度时应考虑这一环焊缝的焊接接头系数。4、半球形封头的优缺点：与其它封头相比在直径和压力相同的情况下，其厚度最薄（受力最好）；当容积一定的情况下，表面积最小（最省材料）。优点缺点封头深度大，直径较小时，整体冲压制造较困难；直径大时，采用分瓣冲压其拼焊工作量较大。应用场合：多用于高压容器椭圆形封头二、椭圆形封头直边的作用：是为了避免筒体与封头间的环向焊缝处出现边缘应力和热应力的叠加。二、椭圆形封头1、结构特点：椭圆形封头是由半个椭球面和高为的h短圆筒（直边段）构成的。边缘应力与热应力叠加焊缝焊缝2、受力特点：由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，没有突变，故应力分布比较均匀。受力状态仅次于半球封头。pampapam2标准椭圆形封头a/b=2在x=0处在x=a处椭圆形封头的应力分布mmP113图8-13结论：当椭球壳的长短半轴a/b＞2时，椭球壳赤道上出现很大的环向应力，其绝对值远大于顶点的应力，从而引入形状系数K。（也称应力增加系数）标准椭圆封头K=1（a/b=2）,计算厚度公式为mm5.02cticpKDp])2(2[612iihDKbhaDii2,mm5.02cticpDp椭圆封头最大允许工作压力计算公式MPaKDpeietw5.023、椭圆形封头的特点：标准椭圆形封头厚度大致和其相连的圆筒厚度相等，因此圆筒体和封头可采用等厚焊接，封头深度较浅便于加工，受力较好，故在工程上广泛应用。cticpDp5.02cticpDp2三、碟形封头1[3]4iRMr2.壁厚计算公式：pRMpctic5.02式中M形状系数。Ri—碟形封头球面部分内半径。r—过渡圆弧内半径。①Ri/r值不同；②球面与摺边连接处的曲率突变。pDpctic5.022.11.结构标准碟形封头：325.1,17.0,9.0MDrDRiii带折边的球形封头rRi球壳壁厚计算公式为：碟形封头2、受力特点：由于球面与过度区及过渡区与直边的连接处经线曲率突变，产生边缘应力，故应力分布不均匀。因此，在相同的条件下碟形封头的厚度要比椭圆形封头的厚度要大些。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。(mm)2ctcpDipQ式中Di——封头和筒体的内直径；Q——系数，对容器端封头由GB150-1998查取。壁厚计算公式：第二节锥形封头化工设备的底盖，锥形壳体称为变径段。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，常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来第二节锥形封头•锥形封头在同样条件下与半球形、椭圆形和碟形封头比较，其受力情况比较差，其中一个主要原因是因为锥形封头与圆筒连接处的转折较大，故曲率半径发生突变而产生边缘力的缘故。•连接处的边缘力尽管数值很高，但却有局限性和自限性，所以允许发生小量的塑性变形。为减小边缘应力，锥形封头结构常有如下结构（1）局部加强3的大端及的小端2加过渡圆弧＞3的大端及＞的小端受内压无折边锥形封头受内压带折边锥形封头GB150对锥壳的要求适用于锥壳半顶角α≤60°的轴对称无折边或折边锥壳对于锥壳大端，当锥壳半顶角α≤30°时，可采用无折边结构；当α30°时，应采用带过渡段的折边结构，否则，按应力分析的方法进行设计大端折边锥壳的过渡段转角半径r应不小于封头大端内直径Di的10％，且不小于该过渡段厚度的3倍。对于锥壳小端，当锥壳半顶角α≤45°时，可采用无折边结构；当α45°时，应采用带过渡段的折边结构小端折边锥壳过渡段的转角半径rs应不小于封头小端内直径Dis的5％，且不小于该过渡段厚度的3倍当锥壳半顶角α60°时，其厚度可按平板计算，也可以用应力分析方法确定锥壳可由同一半顶角的不同厚度的几段组成锥壳与筒体的焊接采用全熔透结构标准锥形封头•标准带折边锥形封头有半顶角为30°和45°两种，锥体大端过渡区圆弧半径r=0.15Di。•JB/T4738-1995为90°折边锥形封头，JB/T4739-1995为60°折边锥形封头,设计时可根据标准选用。第三节平板封头平板封头是常用的一种封头。其几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。在各种封头中，平板结构最简单，制造就方便，但在同样直径、压力下所需的厚度最大，因此一般只用于小直径和压力低的容器。但有时在高压容器中，如合成塔中也用平盖，这是因为它的端盖很厚且直径较小，制造直径小厚度大的凸形封头很困难。mm][tccpKpD圆形平板封头厚度设计公式平板封头的计算厚度mmp计算直径mm计算压力MPa焊接接头系数结构特征系数cDcpK材料在设计温度下的许用应力MPat][第四节封头的结构特性及选择1.几何方面——内表面积，容积。2.力学方面——承载能力。3.使用方面——满足工艺要求。4.制造方面——难易程度，标准化程度。5.材料消耗——金属耗量及其价格。例题10-1确定精馏塔封头形式及尺寸。塔径Di=600mm，壁厚Sn=7mm，材质为16MnR（GB6654-96)，计算压力Pc=2.2MPa,工作温度t=-3～-20°C。【解】确定参数：Pc=2.2MPa，Di=600mm，C2=1mm,[=170MPa。封头材质选16MnR（GB6654-96)1.半球形封头补充参数：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，φ=0.8。计算壁厚为：(mm)pDpSctic4)(4.22.28.017046002.2mmSSd=2.4+1.0=3.4(mm)C1=0.25mm名义壁厚为Sn=3.4+0.25+=4(mm)板厚仍然为4mm。2.用标准椭圆形封头此封头可以整板冲压，1。计算壁厚为：)(9.32.25.0117026002.25.02mmS(mm)pDpScticSd=3.9+1.0=4.9(mm)取C1=0.6mm名义壁厚为Sn=4.9+0.6+=6(mm)板厚为6mm。3.采用标准碟型封头)(67.45.022.1mmpDpScticSd=4.67+1.0=5.67(mm)取C1=0.6mm,名义壁厚为Sn=5.67+0.6+=8(mm)取8mm。（）采用平板封头板厚计算公式为：(mm)KpDStccp选结构形式为表1中第9种，K=0.3，=1，Dc=600mm。Sp=37.4(mm).Sd=37.4+1+=38.4(mm)查得C1=0.6mm,名义壁厚为40mm。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43000.56517.8较难椭圆形61750.46621较易碟型81610.41022.4较易平板形40-----0.28388.3易单位容积的表面积，半球形封头为最小。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。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。1、几何方面半球形封头的应力分布最好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半径r平板受力情况最差封头愈深，直径和厚度愈大，制造愈困难2、力学方面3、制造及材料消耗方面