压力容器的设计单元十二 内压薄壁容器封头的强度设计.ppt

1,容器封头（端盖）,凸形封头,锥形封头,平板封头,半球形封头,椭圆形封头,碟形封头,球冠形封头,第四节 内压圆筒封头的强度设计,2,一、半球形封头,半球形封头是由半个球壳构成的，它的计算壁厚公式与球壳相同,图4-3 半球形封头,结构：（1）整体半球壳体；（2）焊接半球壳体-瓜瓣组焊。,3,二、椭圆形封头椭圆壳应力分布,4,1.椭圆封头的结构：,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 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,6,结论：当椭球壳的长短半轴 a/b2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,7,椭圆封头最大允许工作压力计算公式,GB150-1998规定,椭圆形封头标准为JBT473795,8,碟形封头的组成,三、碟形封头,图4-5 碟形封头,9,碟形壳的应力分布：,10,形状系数,计算厚度公式,GB150-1998规定,标准碟形封头计算厚度公式,11,四、球冠形封头（无折边球形封头）,1.结构,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？,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。,锥形封头厚度计算公式,Dc 锥壳大端直径,15,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。,五、平板封头,17,圆平板封头,18,1.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,平板封头的计算厚度 mm,计算直径 mm,计算压力 MPa,焊接接头系数,结构特征系数,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，系数在之间，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=-3-20C。【解】确定参数：Pc=2.2MPa，Di=600mm，C2=1mm,s=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，=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。,22,2.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,Sd=4.67+1.0=5.67(mm)取C1=0.25mm,名义壁厚为 Sn=5.67+0.25=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,25,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。,六、封头的选择,1、几何方面,26,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,