容器设计基础

1、第十章第十章 容器设计基础容器设计基础第一节第一节 概概 述述一、容器的结构一、容器的结构 壳体壳体( (筒体筒体) )、封头、封头( (端盖端盖) )、法兰、支座、接口、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常低压化工设备通用零部管及人孔等组成。常低压化工设备通用零部件标准直接选用。件标准直接选用。 封头人孔支座筒体管口液位计二、容器的分类二、容器的分类压力容器分类压力容器分类按容器的形状按容器的形状 按承压性质按承压性质 按管理按管理其它其它按容器壁温按容器壁温按金属材料按金属材料按应用情况按应用情况按容器形状分类按容器形状分类名称名称特特 点点方形方形矩形矩形容器容器平板焊成，制造简便，但承压

2、能力平板焊成，制造简便，但承压能力差，只用作小型常压贮槽差，只用作小型常压贮槽球形容器球形容器弓形板拼焊，承压好，安装内件不弓形板拼焊，承压好，安装内件不便，制造稍难便，制造稍难,多用作贮罐多用作贮罐圆筒形容圆筒形容器器 筒体和凸形或平板封头。制造容易，筒体和凸形或平板封头。制造容易，安装内件方便，承压较好，应用最安装内件方便，承压较好，应用最广广按承压性质按承压性质 内压：内部介质压力大于外界压力内压：内部介质压力大于外界压力外压：内部介质压力小于外界压力外压：内部介质压力小于外界压力真空：内部压力小于一个绝压的外压容器真空：内部压力小于一个绝压的外压容器容器分类容器分类设计压力设计压力 p

3、 （MPa）低压容器低压容器0.1p1.6中压容器中压容器1.6p10高压容器高压容器10p100超高压容器超高压容器p100内压容器的分类内压容器的分类毒性危害程度分级毒性危害程度分级指指 标标分分 级级极度危害极度危害高度危害高度危害 中毒危害中毒危害 轻度危害轻度危害 急性急性中毒中毒吸入吸入 200 mg/m3200 mg/m32000 mg/m320000 mg/m3经皮经皮100100 500 2500经口经口2525 500 5000急性中毒急性中毒易中毒后易中毒后果严重果严重可中毒，可中毒，愈后良好愈后良好偶可中毒偶可中毒无中毒但无中毒但有影响有影响慢性中毒慢性中毒患病率高患病

4、率高较高较高偶有发生偶有发生有影响有影响慢性中毒后果慢性中毒后果 继续进展继续进展不能治愈不能治愈可基本治可基本治愈愈可恢复无可恢复无严重后果严重后果可恢复无可恢复无不良后果不良后果致癌性致癌性 人体致癌人体致癌可疑致癌可疑致癌动物致癌动物致癌无致癌性无致癌性最高容许浓度最高容许浓度 0.10.1-1.0-10常见化学介质常见化学介质 光气、汞、氰光气、汞、氰化氢化氢甲醛甲醛,苯胺、苯胺、氟化氢、氟化氢、二氧化硫二氧化硫,硫硫化氢化氢,氨氨根据压力等级、介质毒性危害程度以及生根据压力等级、介质毒性危害程度以及生产中的作用，压力容器可分为三类。产中的作用，压力容器可分为三类。第一类压力容器、第二

5、类压力容器、第三第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器类压力容器不包括核能、船舶专用、直接受火焰加热不包括核能、船舶专用、直接受火焰加热容器容器名称名称说明说明三类容器三类容器（1） 高压容器；高压容器；（2） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； （3） 中度危害介质，且中度危害介质，且pV大于等于大于等于10MPam3中压储存容器；中压储存容器；（4） 中度危害介质，且（中度危害介质，且（5） 毒性程度为极度和高度毒性程度为极度和高度pV大于等于大于等于0.5MPam3中压反应容器；中压反应容器； 危害介质，且危害介质，且pV乘积大于式汽

6、车和罐式集装箱等；乘积大于式汽车和罐式集装箱等； 等于等于0.2MPam3的低压容器；的低压容器； （6） 高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；（7） 中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；（8） 使用强度级别较高的材料制造的压力容器；使用强度级别较高的材料制造的压力容器；（9） 移动式压力容器，铁路罐车、罐；移动式压力容器，铁路罐车、罐；（10） 容积大于等于容积大于等于50 m3的球形储罐；的球形储罐；（11） 容积大于容积大于5 m3的低温液体储存容器。的低温液体储存容器。 二类容器二类容器（1） 中压容器；中压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；毒

7、性程度为极度和高度危害介质的低压容器； （3） 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；低压储存容器； （4） 低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉；（5） 低压搪玻璃压力容器。低压搪玻璃压力容器。 一类容器一类容器不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。按容器壁温按容器壁温常温容器：壁温常温容器：壁温-20-20至至200200；高温容器：壁温达到蠕变温度高温容器：壁温达到蠕变温度, ,碳素钢或低合金碳素钢或低合金钢容器，温度超过钢容器，温度超过

8、420420，合金钢超过，合金钢超过450450，奥氏体不锈钢超过奥氏体不锈钢超过550550，均属高温容器；，均属高温容器；中温容器：在常温和高温之间；中温容器：在常温和高温之间；低温容器：壁温低于低温容器：壁温低于-20, -20-20, -20至至-40-40为浅为浅冷容器，低于冷容器，低于-40-40者为深冷容器。者为深冷容器。三、压力容器的标准简介三、压力容器的标准简介压力容器标准是全面总结压力容器生压力容器标准是全面总结压力容器生产、设计、安全等方面的经验，不断纳产、设计、安全等方面的经验，不断纳入新科技成果而产生的。它是压力容器入新科技成果而产生的。它是压力容器设计、制造、验收等

9、必须遵循的准则。设计、制造、验收等必须遵循的准则。压力容器标准涉及设计方法、选材及制压力容器标准涉及设计方法、选材及制造、检验方法等。造、检验方法等。 国内标准国内标准v19891989我国压力容器标准化技术委员会制订了我国压力容器标准化技术委员会制订了GB150-89GB150-89钢制压力容器钢制压力容器v19981998年修订成年修订成GB150-1998GB150-1998，使标准更加完善。，使标准更加完善。vGB150GB150钢制压力容器钢制压力容器内容包括：内容包括：压力容器板壳元件计算压力容器板壳元件计算容器结构要素的确定容器结构要素的确定密封设计密封设计超压泄放装置的设置超压

10、泄放装置的设置容器的制造与验收的要求等容器的制造与验收的要求等 国外主要规范国外主要规范国外的规范主要有四个：国外的规范主要有四个：美国美国ASMEASME规范，规范，英国压力容器规范（英国压力容器规范（BSBS），），日本国家标准（日本国家标准（JISJIS），），德国压力容器规范（德国压力容器规范（ADAD）。）。薄壁容器薄壁容器 根据容器外径根据容器外径DO与内径与内径Di的比值的比值K K来判断，来判断，iiiiDDDDDK2120当当K1.2K1.2为薄壁容器为薄壁容器 K K1.21.2则为厚壁容器则为厚壁容器第二节第二节 内压容器设计的基本理论内压容器设计的基本理论容器设计的基本

11、要求容器设计的基本要求1、强度、强度 保证安全生产保证安全生产；2、刚度、刚度 防止在使用、运输、安装过程中产生防止在使用、运输、安装过程中产生不允许的变形不允许的变形；3、稳定性、稳定性 防止压瘪或出现折皱（主要指外压防止压瘪或出现折皱（主要指外压容器容器）；）；4、耐久性、耐久性 保证一定使用年限：一般保证一定使用年限：一般1020年；年；高压设备：高压设备：2030年。取决于选材、防腐、施年。取决于选材、防腐、施工是否正确；工是否正确；5、气密性、气密性 防止有毒介质泄漏防止有毒介质泄漏。6、其它、其它 节材、工艺性好、运输安装操作维修节材、工艺性好、运输安装操作维修方便方便。一一 旋转

12、壳体的几何概念旋转壳体的几何概念 母线与经线母线与经线法线、平行圆法线、平行圆第一曲率半径：经第一曲率半径：经线曲率半径线曲率半径第二曲率半径：垂第二曲率半径：垂直于经线的平面直于经线的平面与中面相割形成与中面相割形成的曲线的曲线BEBE的曲率的曲率半径半径回转曲面回转曲面任何直线或平面曲线（母线）绕其同平面内的一条已知直线（轴线）旋转一周形成的曲面。回转壳体回转壳体以回转曲面为中间面的壳体。壁厚壁厚内外表面之间的法向距离。经线经线纵截面（轴截面）与回转曲面的交 线。与母线形状相同。纬线纬线（正交）锥截面与回转曲面的交线。平行圆平行圆横截面与回转曲面的交线。二二 无力矩理论基本方程式无力矩理论

13、基本方程式 无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽无力矩理论是在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用。略了弯矩的作用。此时应力状态和承受内压的薄膜相似。又此时应力状态和承受内压的薄膜相似。又称薄膜理论称薄膜理论22pR 微体平衡方程式微体平衡方程式区域平衡方程式区域平衡方程式 二、二、 无力矩理论基本方程式无力矩理论基本方程式pRR21圆筒形薄壁容器承受圆筒形薄壁容器承受内压时的应力内压时的应力只有拉应力无弯曲应力只有拉应力无弯曲应力 1 1（或（或 ）圆筒母线方向）圆筒母线方向( (即轴向即轴向) )拉应力，拉应力， 2 2（或（或 ）圆周方向的拉）圆周方向的拉应力。应力。三、无力矩理论的应用

14、三、无力矩理论的应用（一）圆筒的应力计算（一）圆筒的应力计算 1. 1. 轴向应力轴向应力D D- -筒体平均直径，亦称中筒体平均直径，亦称中径，径，mmmm；4,21pDRRR2. 2. 周向应力周向应力2pDPtR分析：分析：（1 1）薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。）薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。问题问题a a：筒体上开椭圆孔，如何开：筒体上开椭圆孔，如何开? ?2/4/pDpD应使其短轴与筒体的轴线应使其短轴与筒体的轴线平行，以尽量减少开孔对平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度，使环纵截面的削弱程度，使环向应力不致增加很多。向应力不致增加很多。内压筒壁的应力和内压筒壁的

15、应力和 / /D D成反比，成反比， / /D D 值的大小值的大小体现着圆筒承压能力的高低。体现着圆筒承压能力的高低。因此，分析一个设备能耐多大压力，不能只看因此，分析一个设备能耐多大压力，不能只看厚度的绝对值。厚度的绝对值。（二）球形壳体（二）球形壳体 球壳球壳R R1 1R R2 2=D D/2/2，得：得： 直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形壳直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半；筒容器厚度的一半； 当容器容积相同时，球表面积最小，故大型当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形

16、较为经济；贮罐制成球形较为经济； 制造复杂。制造复杂。 4pDtRp( (三三) )圆锥形壳体圆锥形壳体 圆锥形壳半锥角为圆锥形壳半锥角为a a，A A点处半径为点处半径为r r，厚，厚度为度为d d，则在，则在A A点处：点处：代入可得代入可得A A点处的应力：点处的应力：acos 21rRR 锥形壳体环向应力是经向应力两倍，随半锥锥形壳体环向应力是经向应力两倍，随半锥角角a a的增大而增大；的增大而增大； a a角要选择合适，不宜太大。角要选择合适，不宜太大。 在锥形壳体大端在锥形壳体大端r=R时，应力最大，在锥顶时，应力最大，在锥顶处，应力为零。因此，一般在锥顶开孔。处，应力为零。因此，

17、一般在锥顶开孔。 acos2pr cosapr（四）椭圆形壳体（四）椭圆形壳体 椭圆壳经线为一椭圆，椭圆壳经线为一椭圆，a a、b b分别为椭圆的长短轴半径。分别为椭圆的长短轴半径。由此方程可得第一曲率半径为：由此方程可得第一曲率半径为：12222byaxbabaxadxyddxdyR42/32224222/321)()(1 bbaxaxR2/122242)(sin)(2)(2222442224baxaabaxabp化工常用标准椭圆形封头，化工常用标准椭圆形封头，a/b=2，故，故 顶点处顶点处： 边缘处：边缘处： 顶点应力最大，经向应力与环向应顶点应力最大，经向应力与环向应力是相等的拉应力。

18、力是相等的拉应力。 顶点的经向应力比边缘处的经向顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍；应力大一倍；顶点处的环向应力和边缘处相等但顶点处的环向应力和边缘处相等但符号相反。符号相反。 应力值连续变化。应力值连续变化。papapa2四四 受液体静压的圆筒形壳体的受力分析受液体静压的圆筒形壳体的受力分析筒壁上任一点的压力值（不考虑气体压力）筒壁上任一点的压力值（不考虑气体压力）为：为： 可得：可得：gxpp02)(0Dgxp 2gDx若是开口的容器若是开口的容器v 底部支承的圆筒（底部支承的圆筒（a a），液体重量由支承），液体重量由支承传递给基础，筒壁不受液体轴向力作用，则传递给基础，筒壁不受液体

19、轴向力作用，则若是开口的容器若是开口的容器 =0=0。v 上部支承圆筒（上部支承圆筒（b b），液体重量使得圆筒壁），液体重量使得圆筒壁受轴向力作用，在圆筒壁上产生经向应力：受轴向力作用，在圆筒壁上产生经向应力：42gHDgHR42020DpRp若是开口的容器若是开口的容器4)(0DgHp 例题：有一外径为例题：有一外径为219mm219mm的氧气瓶，最小厚度的氧气瓶，最小厚度为为6.5mm6.5mm，材料为，材料为40Mn2A40Mn2A，工作压力为，工作压力为15MPa15MPa，试求氧气瓶壁应力。，试求氧气瓶壁应力。解析：解析：平均直径平均直径经向应力经向应力环向应力环向应力5 .212

20、5 .62190DD6 .1225 . 645 .212154pD2 .2455 . 625 .212152pDMPa mmMPa 无力矩理论忽无力矩理论忽略了剪力与弯矩的略了剪力与弯矩的影响，可以满足工影响，可以满足工程设计精度的要求。程设计精度的要求。 但对图中所示的但对图中所示的一些情况，就须考一些情况，就须考虑弯矩的影响。虑弯矩的影响。第三节第三节 边缘应力的概念边缘应力的概念一、边缘应力一、边缘应力一、边缘应力一、边缘应力 由边缘力和边缘力矩引起的应力，称为由边缘力和边缘力矩引起的应力，称为边缘应力。边缘应力。 相邻两段性能不同，或所受温度或压力相邻两段性能不同，或所受温度或压力不同

21、，导致两部分变形量不同，但又相不同，导致两部分变形量不同，但又相互约束，从而产生较大的剪力与弯矩。互约束，从而产生较大的剪力与弯矩。筒体与封头联接为例，筒体与封头联接为例， 边缘应力数值很大，有时导致容器失效，边缘应力数值很大，有时导致容器失效，应重视。应重视。二、边缘应力的特性二、边缘应力的特性 1局限性 大多数都有明显的衰减波特性，随离开边缘的距离增大，边缘应力迅速衰减。 2自限性 弹性变形相互制约，一旦材料产生塑性变形，弹性变形约束就会缓解，边缘应力自动受到限制，即边缘应力的自限性。塑性好的材料可减少容器发生破坏。塑性好的材料可减少容器发生破坏。 局部性与自限性，设计中一般不按局部应力来

22、局部性与自限性，设计中一般不按局部应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。确定厚度，而是在结构上作局部处理。但对于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。但对于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。 三、边缘应力的处理三、边缘应力的处理不合理不合理不合理不合理合理合理合理合理第四节第四节 内压容器设计内压容器设计一、圆筒和球体设计公式一、圆筒和球体设计公式 ticDP2)（ cticPDP2圆筒强度条件：圆筒设计公式：壁厚附加量壁厚附加量21CCC2Cd ticDP4 cticPDP42设计厚度设计厚度名义厚度名义厚度n n球壳强度条件球壳强度条件计算厚度计算厚度1Cdn二、设计参数确定的选择二、设计参

23、数确定的选择1、 设计压力设计压力(P)与计算压力与计算压力pc使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压力或取最大工作压力力或取最大工作压力1.051.10倍；倍；使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压力的力的1.151.4倍作为设计压力。倍作为设计压力。计算压力指在相应设计温度下，用以确定元计算压力指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。件厚度的压力，其中包括液柱静压力。 指容器正常工作时，在相应的设计压力指容器正常工作时，在相应的设计压力下，器壁金属可能达到的最高和最低温下，器壁金属可能达到的

24、最高和最低温度（低于或等于度（低于或等于-20) 2 设计温度设计温度不被加热或冷却，筒内介质最高或最低温不被加热或冷却，筒内介质最高或最低温度。度。用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，载体最高温度或最低温度。载体最高温度或最低温度。不同部位出现不同温度分别计算不同部位出现不同温度分别计算3 、许用应力、许用应力影响许用应力的因素：1 使用温度2 钢板厚度许用应力由材料的力学性能除以相许用应力由材料的力学性能除以相应的安全系数而得。应的安全系数而得。 n0安全系数n的确定 计算方法的准确性、可靠性和受力分析的可靠程度； 材料的质量和制造技术水平及其检验手段和

25、水平； 容器的工作条件，如压力、温度波动以及容器在生产中的重要性和危险性等。4 、 焊缝系数焊缝系数 钢板卷焊。夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致钢板卷焊。夹渣、气孔、未焊透等缺陷，导致焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强度。度。 焊缝系数决定于二个因素：焊缝系数决定于二个因素： 1）焊缝的结构形式）焊缝的结构形式 2） 无损探伤水平无损探伤水平5 、壁厚附加量壁厚附加量 C 壁厚附加量壁厚附加量 CC1C2 C1：钢板负偏差：钢板负偏差 C2：腐蚀裕量：腐蚀裕量腐蚀裕量腐蚀裕量C2应根据各种钢材在不同介质应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿

26、命确定。中的腐蚀速度和容器设计寿命确定。塔类、反应器类容器设计寿命一般按塔类、反应器类容器设计寿命一般按20年考虑，换热器壳体、管箱及一般容器年考虑，换热器壳体、管箱及一般容器按按10年考虑。年考虑。厚度厚度22.22.52.83.03.23.53.84 4.55.5 负偏差负偏差 0.13 0.14 0.150.160.18 0.2 0.2 厚度厚度6782526303234 36404250 5260 负偏差负偏差0.60.8 0.91 1.11.21.3 钢板负偏差钢板负偏差腐蚀速度腐蚀速度0.05mm0.05mma(a(包括大气腐蚀包括大气腐蚀) )时：时：碳素钢和低合金钢单面腐蚀碳素

27、钢和低合金钢单面腐蚀C C2 21mm1mm，双面，双面腐蚀取腐蚀取C C2 22mm2mm， 当腐蚀速度当腐蚀速度0.05mm0.05mma a时，单面腐蚀取时，单面腐蚀取C C2 22mm2mm，双面腐蚀取，双面腐蚀取C C2 24mm4mm。不锈钢取不锈钢取C C2 20 0。三、容器的三、容器的最小壁厚最小壁厚大型容器刚度不足，不满足运输、安装。大型容器刚度不足，不满足运输、安装。限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。 保证设备在运输和安装过程中的安全。保证设备在运输和安装过程中的安全。壳体加工成形后不包括腐蚀裕量最小厚度壳体加工成形后不包括腐蚀裕量最

28、小厚度d dminmin：碳钢和低合金钢碳钢和低合金钢minmin3mm3mm 不锈钢不锈钢minmin2mm2mm四、四、 压力试验压力试验 为什么要进行压力试验呢？ 制造加工过程不完善，导致不安全，发生过大变形或渗漏。 最常用的压力试验方法是液压试验。 常温水。也可用不会发生危险的其它液体 试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。四、四、 压力试验压力试验 tTPP25. 1eeiTTDp2)(1 、水压试验、水压试验试验压力：试验压力：强度条件强度条件： 2 、气压试验、气压试验 tTPP15. 1eeiTTDp2)(试验压力：试验压力：强度条件强度条件：例题：某化工厂欲设计一台石油气分离工

29、程中的乙烯例题：某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙烯精馏塔。工艺要求为塔体内径精馏塔。工艺要求为塔体内径D Di i=600mm=600mm；设计压力；设计压力p p2.2MPa2.2MPa；工作温度；工作温度t t-3-3-20-20。试选择塔体材料。试选择塔体材料并确定塔体厚度。并确定塔体厚度。解析：由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在解析：由于石油气对钢材腐蚀不大，温度在-20-20以以上，承受一定的压力，故选用上，承受一定的压力，故选用16MnR16MnR。式中式中p2.2MPa；Di=600mm； 170MPa =0.8； C2=1.0 mm 得：得： 22CppDtid考虑钢板厚度

30、负偏差考虑钢板厚度负偏差C C1 10.6mm0.6mm圆整取圆整取 n n=7mm=7mmmmd89. 50 . 12 . 28 . 017026002 . 2思考题思考题1. 1.承受气体压力的圆筒和圆锥形壳体的承受气体压力的圆筒和圆锥形壳体的应力有什么特点？标准椭圆壳的应力应力有什么特点？标准椭圆壳的应力又是怎样的？又是怎样的？2.2.无力矩理论的适用条件是什么？无力矩理论的适用条件是什么？3.3.边缘应力的特点是什么？边缘应力的特点是什么？4.4.在什么情况下需要考虑边缘应力？在什么情况下需要考虑边缘应力？第五节第五节 封头的设计与选择封头的设计与选择封头又称端盖，其分类封头又称端盖，

31、其分类一、半球形封头一、半球形封头受内压球形封头计算壁厚与球受内压球形封头计算壁厚与球壳相同。壳相同。球形封头壁厚可较圆筒壳减薄球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半。但为焊接方便以及降一半。但为焊接方便以及降低边缘压力，半球形封头常低边缘压力，半球形封头常和筒体取相同的厚度。和筒体取相同的厚度。 中心顶圆板12iD0D100n3且半个球壳，深度大，整体冲压困难-模具尺寸大，压力机吨位高。 4pD强度计算强度计算强度条件强度条件 球壳球壳tcticpDp 4二、椭圆形封头二、椭圆形封头半椭球和高度为半椭球和高度为h h的短圆筒的短圆筒( (通称通称直边直边) )两部分构两部分构成，成，直边保证封头制造

32、直边保证封头制造质量和避免边缘质量和避免边缘应力作用。应力作用。计算厚度计算厚度K K- -椭圆形封头形状系数，椭圆形封头形状系数，标准椭圆形封头标准椭圆形封头( (长短轴之比值为长短轴之比值为2)2)，K=1K=1。壁。壁厚计算公式：厚计算公式： cticpDKp5 . 0222261iihDK cticpDp5 . 02标准椭圆形封头的直边高度标准椭圆形封头的直边高度封头封头材料材料碳素钢、普低钢、碳素钢、普低钢、复合钢板复合钢板不锈钢、耐酸钢不锈钢、耐酸钢 封头封头壁厚壁厚48 101820 39101820 直边直边高度高度254050254050三、碟形封头 半径为R 的大圆弧、半径

33、为r的小圆弧及短直线滑接而成。由于三部分连接处经线曲率由于三部分连接处经线曲率突变，在过渡区边界上存在突变，在过渡区边界上存在的边界应力比薄膜应力大许的边界应力比薄膜应力大许多，所以受力状况不佳。多，所以受力状况不佳。 随着重型锻压设备的应用，多数工厂已不用碟形封头，而被椭圆形封头取代。一般仅在现场制造大型常、低压圆筒形贮罐时才采用。但近年随着旋压成型工艺旋压成型工艺的出现压鼓压鼓机、翻边机机、翻边机应用又见多起来）cticpRMp5 . 0- 2=)3(41rRMi+=碟形封头的形状系数形状系数又称带折边球形封头，球面半径又称带折边球形封头，球面半径Ri、过渡圆、过渡圆弧半径弧半径r和高度为

34、和高度为h的直边。的直边。相同受力，碟形封头壁厚比椭圆形封头壁厚相同受力，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。此没有椭圆形封头应用广泛。四、锥形封头四、锥形封头v广泛用于化工设备广泛用于化工设备( (如蒸发器、喷雾干如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等燥器、结晶器及沉降器等) )的底盖的底盖v便于收集与卸除设备中的固体物料。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。用锥形壳体连接，称为变径段。（一）无折边锥形封头或锥

35、形筒体（一）无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥壳半锥角适用于锥壳半锥角a a 30300 01 1、锥壳大端、锥壳大端 a. a. 查图，大端是否须加强查图，大端是否须加强 b. b. 不必局部加强，计算壁厚为不必局部加强，计算壁厚为 acos12cticpDpc. c. 需加强，以降低联接处的局需加强，以降低联接处的局部应力。锥壳加强段和圆筒加部应力。锥壳加强段和圆筒加强段厚度相同强段厚度相同 cticcpDpK2K Kc c为锥壳与圆筒联接处的应为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数，查图。力增值系数，查图。acos5 . 021riDL riDL5 . 02（二）折边锥形封头（二）折边锥形封头可

36、降低应力集中，适用于锥壳大端半锥角可降低应力集中，适用于锥壳大端半锥角a a30300 0 ，小端半锥角，小端半锥角a a45450 0当锥壳半锥角当锥壳半锥角a a660 00 0时，按平盖计算。时，按平盖计算。a. a. 过渡段的计算壁厚过渡段的计算壁厚 cticpDKp5 . 02b. b. 与过渡段相连接处的与过渡段相连接处的锥壳计算壁厚锥壳计算壁厚 cticpDpf5 . 0五、平板封头五、平板封头v化工设备常用的一种封头。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，圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，v相同相同( (R R ) )和受载下，薄板应力比薄壳大和受载下

37、，薄板应力比薄壳大得多，即平板封头比凸形封头厚得多。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，在平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，压力不高，直径较小的容器直径较小的容器中采用。承压设备中采用。承压设备人孔、手孔人孔、手孔以及在操作时需要用以及在操作时需要用盲板盲板封闭的地方，才用平封闭的地方，才用平板盖。板盖。 v高压容器高压容器平板封头用得较为普遍。平板封头用得较为普遍。 tcKpD平盖系数平盖系数K查表查表解析：工艺操作对封头形状无特殊要求。解析：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，平板球冠形封头、平板封头边缘应力较大，平板封头厚度较

38、大，故不宜采用。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。理论上对凸形封头计算后，再确定封头型式。例题：确定精馏塔封头型式与尺寸。该塔例题：确定精馏塔封头型式与尺寸。该塔D Di i=600mm=600mm；设计压力；设计压力p p2.2MPa2.2MPa；工作温度；工作温度t t-3-3-20-20， n n=7mm=7mm。半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大制造难，中、低压小设备轻，但深度大制造难，中、低压小设备不宜采用；不宜采用；碟形封头深度可碟形封头深度可调节，适合于加工，但调节，适合于加工，但曲率不连续，局部应力，故受力不如椭曲率不连续，局部应力，故受力不如椭圆形封头；圆形封头；标