第四節(jié) 封頭的設(shè)計

1、第四節(jié) 封頭的設(shè)計,封頭又稱端蓋，其分類,一、橢圓形封頭,半橢球和高度為h的短圓筒(通稱直邊)兩部分構(gòu)成，直邊保證封頭制造質(zhì)量和避免邊緣應(yīng)力作用。,㈠受內(nèi)壓的橢圓形封頭,計算厚度,K-橢圓形封頭形狀系數(shù)，,標準橢圓形封頭(長短軸之比值為2)，K=1。壁厚計算公式：,當封頭是由整塊鋼板沖壓時，j值取為1。筒體設(shè)計壁厚計算公式：,忽略分母上微小差異，大多數(shù)橢圓封頭壁厚與筒體同，或比筒體稍厚。還應(yīng)保證封頭的有效壁厚de滿足：對標準橢圓

2、形封頭不小于封頭內(nèi)直徑的0.15％。,橢圓形封頭最大允許工作壓力,標準橢圓形封頭的直邊高度由表4-11確定。,㈡受外壓（凸面受壓）橢圓形封頭,外壓橢圓形封頭厚度設(shè)計步驟同外壓圓筒。假設(shè)dn,計算de＝dn-C,算出R0/ de 。橢圓形封頭當量球殼外半徑R0=K1 D0。 K1 由長短軸比值決定，標準橢圓形封頭K1 =0.9b. 計算系數(shù),c. 根據(jù)材料，從A-B圖（圖4-16至圖4-20）中選用，若A值落在設(shè)計溫度線的右方，讀出

3、B值計算許用外壓力[p],若A值在設(shè)計溫度線的左方，則許用外壓：,d. 比較許用外壓[p]與設(shè)計外壓p若p≤[p]，假設(shè)的厚度dn可用，若小得過多，可將dn適當減小，重復(fù)上述計算若p＞[p]，需增大初設(shè)的dn，重復(fù)上述計算，直至使[p]＞p且接近p為止。,二、半球形封頭,受內(nèi)壓球形封頭計算壁厚與球殼相同。球形封頭壁厚可較圓筒殼減薄一半。但為焊接方便以及降低邊緣壓力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。 受外壓的球形封頭的厚度設(shè)計，計

4、算步驟同橢圓形封頭。球殼外半徑R0=K1 D0，其中 K1 =0.5,三、碟形封頭,又稱帶折邊球形封頭，球面半徑Ri、過渡圓弧半徑r和高度為h的直邊。相同受力，碟形封頭壁厚比橢圓形封頭壁厚要大些，而且碟形封頭存在應(yīng)力不連續(xù)，因此沒有橢圓形封頭應(yīng)用廣泛。,四、球冠形封頭,降低凸形封頭高度，將碟形封頭的直邊及過圓弧部分去掉，只留下球面部分。也稱無折邊球形封頭。,五、錐形封頭,廣泛用于化工設(shè)備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等)的底

5、蓋便于收集與卸除設(shè)備中的固體物料。塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體連接，稱為變徑段。,（一）無折邊錐形封頭或錐形筒體,適用于錐殼半錐角a?3001、錐殼大端 a. 查圖4-26，大端是否須加強,b. 不必局部加強，計算壁厚為,,c. 需加強，以降低聯(lián)接處的局部應(yīng)力。錐殼加強段和圓筒加強段厚度相同,Q為錐殼與圓筒聯(lián)接處的應(yīng)力增值系數(shù)，查圖4-27,,2、錐殼小端a. 查圖4-28，小端是否須加強,b. 不必局部加強，計

6、算壁厚同大端,,c. 需加強，加強段和圓筒加強段厚度相同,Q為錐殼與圓筒聯(lián)接處的應(yīng)力增值系數(shù)，查圖4-29,,3、無折邊錐殼的厚度,錐殼厚度（4-36）,（4-36）（4-37）（4-38）統(tǒng)一厚度,（二）折邊錐形封頭或錐形筒體,可降低應(yīng)力集中，適用于錐殼大端半錐角a>300 ，小端半錐角a>450當錐殼半錐角a>600時，按平蓋計算。,1、錐殼大端 a. 過渡段的計算壁厚,b. 與過渡段相連接處的錐殼計算

7、壁厚,2、錐殼小端a. 半錐角a?450 ，小端無折邊計算同前b. 小端有折邊，過渡段厚度按（4-38）確定，Q值查圖4-29。c. 半錐角a>450 ，小端過渡段厚度仍按（4-38）確定，Q值查圖4-30。,錐形封頭的小端與接口管相連，一般不加過渡弧，但接口管應(yīng)增厚，厚度取錐體厚度，加厚的長度：,六、平板封頭,化工設(shè)備常用的一種封頭。圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，相同(R／d)和受載下，薄板應(yīng)力比薄殼大得多，即平

8、板封頭比凸形封頭厚得多。,平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在壓力不高，直徑較小的容器中采用。承壓設(shè)備人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉的地方，才用平板蓋。 高壓容器平板封頭用得較為普遍。,平蓋系數(shù)K查表4-14,工藝操作對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭邊緣應(yīng)力較大，平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上對凸形封頭計算后，再確定封頭型式。,例題4-4：確定例題4-2精餾塔封頭型式與尺寸。該塔Di=600mm；設(shè)計壓力p＝2.2

9、MPa；工作溫度t＝-3～-20℃，dn=7mm。,半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重量輕，但深度大制造難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭深度可調(diào)節(jié)，適合于加工，但曲率不連續(xù)，局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標準橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標準橢圓形封頭。,橢圓形封頭壁厚：,p＝2.2MPa；Di=600mm；[s]20=170MPa；j=1.0，C2=1.0mm 考慮鋼板厚度負偏差，取C1=0.6mm

10、（估計壁厚6mm）代入并經(jīng)圓整后用dn=6mm鋼板。,例題4-5：不銹鋼反應(yīng)釜操作壓力1.2MPa，內(nèi)徑1.2m，下部為帶折邊錐底，其半錐頂角為45°。出料管公稱直徑200mm，釜壁溫度為300℃，試確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。,半錐角>300,錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑r=0.15Di = 180mm。錐體壁厚計算：,錐底接管dN=200mm,外徑 d=219mm所以錐底小端直徑 Dis=222mm接管加強段