压力容器封头设计要求

1、压力容器封头设计要求压力容器封头设计要求压力容器封头设计要求压力容器封头设计要求压力容器封头，常有的形式有凸形封头（包含半球形封头、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立。半球形封头与其余形状的封头比较，封头内壁产生应力最小，所以它所需要的壁厚最薄，用材比较节约。但半球形封头深度大、制造比较困难，特别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（Di3m）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取代平封头，以节约钢材。因为球壳的环向应力和径向应力

2、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m、跟着X值的变化而变化，并且与长短轴的比值a/b有关。现将几个特别点应力值列出。椭圆封头各特别点的应力值坐标地点经向应力m环向应力椭圆形封头极点地点paapaa2b2b椭圆形封头底边上地点papa(2a222)2b=Pa4y2b4x2m2b2=Pa4y2b4x2a4b2b22a4y2b4y2max=m=paa2b若令a=D，b=h，则上式man=pDD224hD、h椭圆形壳体中径及曲面高度。依据第一强度理论，并考虑焊接接头系数，得pDDt24h得=PcDiD2tC4hi

3、aDi为标准椭圆形封头。其环向应力分布图：=2b2hi标准椭圆形封头计算厚度=PcDitC2Di/2hi2的椭圆形封头，不单边沿应力大，薄膜应力也大，所以在计算中必然考虑应力增强影响，在标准中，对椭圆形封头厚度计算公式进行合适修正，即=KPcDit2C式中K椭圆形封头形状系数K=12+（Di）262hi对标准椭圆形封头的系数K=1椭圆形封头的最大赞同工作压力Pw=2teMPaKDie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K1的椭圆形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。K1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

4、封头是由三部分构成。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均之内表面为基准。braRi因为第一部分与第三部分是两个不一样样样的曲面，故在交点处曲率半径有一个忽然的变化，在b点处不单由内压惹起的拉应力，还有边沿力矩惹起的边沿曲折应力；在过渡区和圆筒部分交界点a处也有缘应力存在，其边沿应力的大小与Di/r有关。当r/Di之比值愈小，即曲率变化愈厉害，则边沿应力愈大。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。平时取Ri=（或1）Di，这样碟形封头球面部分的应力与圆筒周向应力周边。即球面部分的厚度与圆筒

5、厚度周边，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，也就控制了边沿应力大小。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。=MPR/2考虑焊接接头系数，并用R=Ri+代入上式，简化后得=MPcRitC2式中M碟形封头形状系数M=1(3+Ri)4r碟形封头的最大赞同工作压力Pw=2teMRie从椭圆形壳体应力分析中知道壳体边沿到交点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M1.34(Rii、i)的碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。的碟形封头的有效厚度应不小于0.30%Di。

6、4、球冠形封头因为无过渡区，在连接边沿有较大边沿应力，要求封头与筒体联接处采纳全焊头结构，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。=QPcDitPC2系数Q依据Ri/DiPc/t来查取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。对于轴对称的锥形封头大端当锥壳半顶角30时，可以采纳无折边结构；当30时，应采纳带过渡段的折边结构。带折边的锥形封头由三部分构成，即锥形部分、半径为r或rs的圆弧过渡部分和圆筒部分。过渡部分是为了降低边沿应力直边部分是为了防范边沿应力叠加在封头和筒体的连接焊缝上(与碟形封头各部分作用近似)1）轴对称内压无折边锥

7、形封头依据第一强度理论得1=PD?1t2cosD=Di+代入上式，并考虑焊缝系数和壁厚附带量C，并经简化得出锥形封头的厚度计算公式=PcDi12tPCcos式中DC锥体大端直径。当锥体由同一半顶角的几个不一样样样厚度的锥体段构成时，式中DC分别为各锥体段大端直径。上式无折边封头合用于30时，如按式算得的厚度很薄时，简单发生曲折，这时壁厚需要合适增强，增强条件是依据连接边沿的附带应力（二次应力）加薄膜应力3t，按此条件求得的P、t及之间关系，可绘制成曲线。当无折边封头30时，边沿曲折应力较大，锥体与筒体连接处应试虑另行增强或采纳有折边锥形封头。依据图坐标点（P/t，）位于图中曲线上方，则无需加强

8、，壁厚仍按式计算，若坐标点（P/t，）位于图中曲线下方时，则需要增添厚度予以增强。则应在锥形封头与圆筒之间设置加强段，其增强段应与圆筒增强段拥有相同的厚度。r=QPcDitPC2式中Q应力增值系数。在任何状况下，增强段的厚度不得小于相连接的锥形封头厚度。其长度应不小于20.5Dir/cos；圆筒增强段的长度应不小于20.5Dir。因为锥壳应力自锥项至锥底不一样样样样，小端的应力小，大端应力大。所以，在设计时两端壁厚可以不一样样样样、依据以上方法相同可以得出小端连接处的厚度计算公式及鉴别能否需要增强的曲线。无需增强的锥壳计算厚度=PcDis1mmtPCcos2式中Dis为锥体小端内直径以和P/t

9、值查图，当其交点位于曲线之下时需要增强，增强后的壁厚按下式计算=QPcDismmr2PC在任何状况下，锥壳小端增强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚度，锥壳增强的长度L1应不小于2Disr/cos；圆筒增强段的长度L应不小于2Disr。若考虑无折边锥形封头只由一种厚度构成时，则应上述大端或大、小端同时拥有增强段时，以及锥壳三部计算出的厚度最大值作为无折边锥形封头厚度。2）轴对称内压折边锥形封头。无折边锥形封头在与圆筒连接处存在着较大的应力会合，故当压力比较大且30时，采纳带折边封头可以战胜上述弊端。大端折边锥体封头的过渡段转角半径r应不小于封头大端内径Di且不小于该过渡段厚度的3倍，即rDi且r3

10、.大端折边锥形封头的过渡段转角半径rs应不小于封头大端内径Dis的5%,且不小于该过渡段厚度的3倍。大端折边锥形封头厚度计算应包含两部分1）过渡段壁厚=KPcDit2C式中:K系数，依据、r/Di查GB150表7-4。（2）与过渡段相接处的锥壳厚度=tfPcDimmC212rcos)(1式中：f系数，f=Di值由表7-5查取。2cos当锥壳半项角45小端过渡段厚度仍按上述小端过渡段厚度式确立，但式中Q值由图7-15查取。与过渡相接的锥壳和圆筒的增强段厚度应与过渡段厚度相同。锥壳增强段的长度应不小于2Disr/cos；圆筒增强段的长度应不小于2Disr。在任何状况下，增强段的厚度不得小于与其连接

11、处的锥壳厚度。若考虑只由一种厚度构成时，则应取上述各部分厚度中的最大值作为折边锥形封头的厚度。无折边斜锥壳体在内压作用下，受力状况较复杂系属非轴对称问题，工程上仍可采纳无折边锥形封头的厚度公式。此中应为较大的侧斜角。受压斜锥壳的强度计算见化工部颁发的HG20582-1998钢制化工容器强度计算规定。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，一般也采纳平盖。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地点视压力作用面积的大小及周边固定状况（刚性固定和简支）而定。实质上平盖的支承状况常常介于刚性固定和简支之间。所以工程计算中都采纳薄板理论为基础的经验公式。

12、maxmaxmax2/21.5tmax2/23t22tmax=KPD/p=DcKPcmmt式中Dc平盖计算直径。K结构特色系数。当预紧时t取常温时的许用应力各种封头计算厚度、最大赞同工作压力计算公式计算厚度半球形PcDi4tPc椭圆形KPcDit2C碟形MPcRit2C球冠形QPcDit2PC无折边锥形PcDi12tcosPC折边锥形过渡段：KPcDit2C最大赞同工作增强系数压力PwMPa4et1Die2te标准封头K=1e2te标准封头eRi/Di及p/t得Q值-锥壳半锥角按JB4738-95及JB4739-95r/DI由GB150表5-4=45=30过渡段相接处的锥壳：由GB150表5-5=45fPcDi=30tC2平盖p=K