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封头
2015/5/21
压力容器封头,常见的形式有凸形封头(包括半球形封头、椭圆形封头,碟形封头、球冠形封头)、锥形封头、变径段、平盖等。
1.球形封头
半球形封头由球壳的一半作成。在内压作用下,半球形封头计算厚度按球壳确定。
半球形封头与其他形状的封头相比,封头内壁产生应力最小, 因此它所需要的壁厚最薄,用材比较节省。但半球形封头深度大、制造比较困难,尤其加工设备条件较差的中小型设备制造厂困难更大。而对于大直径(Di>3m)的半球形可用数块钢板在大型水压机成型后拼焊而成。半球形封头还用于高压容器上代替平封头,以节省钢材。
由于球壳的环向应力和径向应力相等,半球形封头计算厚度式中焊接接头系数按环焊缝。
2.椭圆形封头
椭圆形封头纵剖面的曲线部分是半个椭圆形,椭圆形各部分的薄膜应力σm、σθ随着X值的变化而变化,而且与长短轴的比值a/b有关。
对Di/2hi>2的椭圆形封头,不仅边缘应力大,薄膜应力也大,所以在计算中必须考虑应力增强影响,在标准中,对椭圆形封头厚度计算公式进行适当修正,即K——椭圆形封头形状系数,对标准椭圆形封头的系数K=1
从椭圆形壳体应力分析中知道壳体赤道处可能出现周向压应力,为了使这部分壳体不致于失稳,对于K≤1的椭圆形封头,其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。K>1的椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%Di。
3、碟形封头
碟形封头是由三部分组成。第一部分是以半径为Ri的球面部分,第二部分是以半径为Di/2的圆形部分,第三部分是连接这两部分的过渡区,其曲率半径为r。Ri与r均以内表面为基准。
由于第一部分与第三部分是两个不同的曲面,故在交点b处曲率半径有一个突然的变化,在b点处不仅由内压引起的拉应力,还有边缘力矩引起的边缘弯曲应力;在过渡区和圆筒部分交界点a处也有缘应力存在,其边缘应力的大小与Di/r有关。当r/Di之比值愈小,即曲率变化愈厉害,则边缘应力愈大。标准规定碟形封头球面部分的半径应不大于封头的内直径。通常取Ri=(0.9或1)Di,这样碟形封头球面部分的应力与圆筒周向应力σθ相近。即球面部分的厚度与圆筒厚度相近,便于制造。同时还规定碟形封头过渡区半径r不小于封头内直径的10%,这样就控制r/DI的大小,也就控制了边缘应力大小。为了计算方便以球顶部分应力为基础,乘以折边部分的形状系数M,得出碟形封头的强度计算公式。
从椭圆形壳体应力分析中知道壳体边缘到交点b可能出现周向压应力,为了使这部分壳体不致于失稳,对于M≤1.34(Ri=0.9Di、r=0.17Di)的碟形封头,其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。M>1.34的碟形封头的有效厚度应不小于0.30%Di。
4、球冠形封头
由于无过渡区,在连接边缘有较大边缘应力,要求封头与筒体联接处采用全焊头结构,计算公式以圆筒公式为基础,计入球壳与筒体联接处的局部应力。
5、锥形封头
锥形封头有轴对称的无折边锥封头和折边锥形封头以及非轴对称的无折边斜形封头。
6、平盖
平盖结构简单,制造方便小直径较小的高压容器对小直径的常压容器,一般也采用平盖。
平板封头的厚度是以薄板理论为基础。应力最大值的大小及其所处位置视压力作用面积的大小及周边固定情况(刚性固定和简支)而定。实际上平盖的支承情况往往介于刚性固定和简支之间。因此工程计算中都采用薄板理论为基础的经验公式。
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原作者:不详
来 源:网络
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