单元十二内压薄壁容器封头的强度设计

1、1容器封头容器封头（端盖）（端盖）凸形封头凸形封头锥形封头锥形封头平板封头平板封头半球形封头半球形封头椭圆形封头椭圆形封头碟形封头碟形封头球冠形封头球冠形封头第四节第四节 内压圆筒封头的强度设计内压圆筒封头的强度设计2一、半球形封头一、半球形封头半球形封头是由半个球壳半球形封头是由半个球壳构成的，它的计算壁厚公构成的，它的计算壁厚公式与球壳相同式与球壳相同 cticpDp4 图图4-3 半球形封头半球形封头结构：结构：（1 1）整体半球壳体；）整体半球壳体； （2 2）焊接半球壳体）焊接半球壳体-瓜瓣组焊。瓜瓣组焊。3二、椭圆形封头二、椭圆形封头椭圆壳应力分布椭圆壳应力分布41.椭圆封头的结构

2、椭圆封头的结构 ：为什麽要有直边？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： (mm) c pDKpScticn5.025椭圆形封头椭圆形封头6结论：当椭球壳的长短半轴结论：当椭球壳的长短半轴 a/b2时，椭球壳赤道上出现很时，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，从而引入形状系数系数K。（。（也称应力增加系数）也称应力增加系数）标准

3、椭圆封头标准椭圆封头K=1（a/b=2）,计算厚度公式为计算厚度公式为 mm 5 . 02cticpDpS)2(2612iihDK7椭圆封头最大允许工作压力计算公式椭圆封头最大允许工作压力计算公式 GB150-1998规定规定 椭圆形封头标准为椭圆形封头标准为JBT473795 MPaKDpeietw 5 . 02K 1 时，e0.15%iD K1 时，e 0.30%iD 8碟形封头的组成碟形封头的组成 以iR为半径的球面； 以 r 为半径的过渡圆弧(即折边)； 高度为0h的直边。 三、碟形封头三、碟形封头图图4-5 碟形封头碟形封头9 碟形壳的应力分布：碟形壳的应力分布：10形状系数形状系数

4、 计算厚度公式计算厚度公式 GB150-1998规定规定 rRMi341标准碟形封头计算标准碟形封头计算厚度公式厚度公式 mm 5 . 02cticpRMp mm 5 . 022 . 1cticpRpM 1.34 时，e 0.15%iD M1.34 时，e 0.30%iD 11四、球冠形封头（无折边球形封头）四、球冠形封头（无折边球形封头）12 (mm) 2 ctcpDipQS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？锥壳应力分布？五、锥形封头五、锥形封头14广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是

5、便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些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。为变径段。 mm cos12ctcccpDp锥形封头厚度计算公式锥形封头厚度计算公式 Dc 锥壳大端直径锥壳大端直径 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1

6、6是常用的一种封头。其几何形状有圆形、椭圆是常用的一种封头。其几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。平板封头。在各种封头中，平板结构最简单，制造就方便，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。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，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。小厚

7、度大的凸形封头很困难。五、平板封头五、平板封头17圆平板封头181.平板内应力状态周边简支：根据强度条件：t0.31pDS19周边固支： tpDS 188.0根据强度条件：20mm tccpKpD平板封头厚度设计公式平板封头厚度设计公式 平板封头的计算厚度平板封头的计算厚度 mm p 计算直径计算直径 mm 计算压力计算压力 MPa 焊接接头系数焊接接头系数 结构特征系数结构特征系数 cDcpK 材料在设计温度下的许用应力材料在设计温度下的许用应力 MPa t 实际情况是介于简支和固支中间实际情况是介于简支和固支中间，系数在0.1880.31之间，归结为一个结构特征系数K, 平板壁厚计算公式为

8、：21例题 确定精流塔封头形式及尺寸。塔径确定精流塔封头形式及尺寸。塔径Di=600mmDi=600mm，壁厚，壁厚Sn=7mmSn=7mm，材，材质为质为16MnR16MnR（GB6654-96) GB6654-96) ，计算压力，计算压力Pc=2.2MPa, Pc=2.2MPa, 工作温度工作温度t=-3t=-3-20-20C C。【解】确定参数： Pc=2.2MPa， Di=600mm，C2=1mm,=170MPa 。封头材质选16MnR16MnR（GB6654-96) GB6654-96) 1.半球形封头半球形封头 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

9、对接焊，局部无损探伤， =0.8 。计算壁厚为： (mm) pDpSctic4 )(4 . 22 . 28 . 017046002 . 2mmSSd=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。222.用标准椭圆形封头用标准椭圆形封头 此封头可以整板冲压，1。 计算壁厚为：)(9.32.25.0117026002.25.02mmS (mm) pDpScticSd=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

10、准碟型封头采用标准碟型封头 )(67.45 .022 .1mm pDpScticSd=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： (mm) KpDStccp 选结构形式为表419中第9种，K=0.3 ，=1 ，Dc=600mm。Sp=37.4(mm) .Sd=37.4+1=38.4(mm)查得C1=0.25mm,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 4 3000.56517.8 较难椭圆形 6 1750.46621 较易碟型 6 1610.41022.4 较易平板形 40 -0.28388.3 易25单位容积的表面积，半球形封头为最小。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，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。可以认为近似相等。封头的选择主要根据设计对象的要求，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。并考虑经济技术指标。六、封头的选择六、封头的选择1、几何方面、几何方面26半球形封头的应力分布最好