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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 。 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:当封头是由整块钢板冲压时,j 值取为1。筒体设计壁厚计算公式 :v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。 v还应保证封头的有效壁厚de满足: 对标准椭圆形封头不小于封头内直径 的0.15。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48 10 1820 3 910 1820 直边 高度254050254050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dn,计算dedn-C,算出R0/ de 。椭圆形封头当量球壳外半径 b.R0=K1 D0。 K1 由长短轴比值决 定,标准椭圆形封头K1 =0.9 b. 计算系数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: d. 比较许用外压p与设计外压p v若pp,假设的厚度dn可用, 若小得过多,可将dn适当减小, 重复上述计算 v若pp,需增大初设的dn,重 复上述计算,直至使pp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=K1 D0,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v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 v便于收集与卸除设备中的固体 物料。 v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a300 1、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 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 Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数, 查图4-27 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 c. 需加强,加强段和 圆筒加强段厚度相同 Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数, 查图4-29 3、无折边锥壳的厚度 锥壳厚度 (4-36)(4-36) (4-37) (4-38) 统一厚度(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 b. 与过渡段相连 接处的锥壳计算 壁厚 2、锥壳小端 a. 半锥角a450 ,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。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: 六、平板封头v化工设备常用的一种封头。 v圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等, v相同(Rd)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。v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。 v高压容器平板封头用得较为普 遍。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p2.2MPa;工作温度t -3-20,dn=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: p2.2MPa;Di=600mm;s20=170MPa;j=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dn=6mm钢板。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: 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, 加强段的长度 过渡区厚度计算公式思考题: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:P307 13,14
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