化工设备基础-内压容器封头的设计ppt课件.ppt

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1、椭圆形封头椭圆形封头容器封头容器封头（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碟形封头碟形封头球冠形封头球冠形封头第十章第十章 内压容器封头的设计内压容器封头的设计带折边的球形封头带折边的球形封头无折边的球形封头无折边的球形封头一、半球形封头一、半球形封头第一节第一节 凸形封头凸形封头1.1.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。2.2.计算壁厚公式与球壳相同计算壁厚公式与球壳相同 cticpDp4 3. 3.与筒体连接结构：与筒体连接结构： 与筒体连接部位要圆滑过渡。与筒体连接

2、部位要圆滑过渡。 与筒体连接的环焊缝属于球壳内的部与筒体连接的环焊缝属于球壳内的部分，确定封头厚度时应考虑这一环焊缝的焊分，确定封头厚度时应考虑这一环焊缝的焊接接头系数。接接头系数。4 4、半球形封头的优缺点：、半球形封头的优缺点： 与其它封头相比在直径和压力相同的情况与其它封头相比在直径和压力相同的情况下，其厚度最薄（受力最好）；当容积一定的下，其厚度最薄（受力最好）；当容积一定的情况下，表面积最小（最省材料）。情况下，表面积最小（最省材料）。优点优点缺点缺点封头深度大，直径较小时，整体冲压制造较困难；封头深度大，直径较小时，整体冲压制造较困难；直径大时，采用分瓣冲压其拼焊工作量较大。直径大

3、时，采用分瓣冲压其拼焊工作量较大。应用场合：多用于高压容器应用场合：多用于高压容器椭圆形封头椭圆形封头二、二、 椭圆形封头椭圆形封头直边的作用：直边的作用：是为了避免筒体与封头间的环向焊是为了避免筒体与封头间的环向焊缝处出现边缘应力和热应力的叠加。缝处出现边缘应力和热应力的叠加。二、二、 椭圆形封头椭圆形封头1 1、结构特点：椭圆形封头是由半个、结构特点：椭圆形封头是由半个椭球面和高为的椭球面和高为的h h短圆筒（直边段）短圆筒（直边段）构成的。构成的。边缘应边缘应力与热力与热应力叠应力叠加加焊缝焊缝2 2、受力特点：由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑、受力特点：由于封头的椭球部分经线曲率变化

4、平滑连续，没有突变，故应力分布比较均匀。受力状态仅次连续，没有突变，故应力分布比较均匀。受力状态仅次于半球封头。于半球封头。pampapam2标准椭圆形封头标准椭圆形封头a/b=2在在x=0处处在在x=a处处椭圆形封头的应力分布椭圆形封头的应力分布mmP113 图8-13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，从而引入形状系数力，从而引入形状系数K。（也称应力增加系数）。（也称应力增加系数）标准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

5、公式为 mm 5 . 02cticpKDp)2(2612iihDKbhaDii2, mm 5 . 02cticpDp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 MPaKDpeietw 5 . 023 3、椭圆形封头的特点：、椭圆形封头的特点：标准椭圆形封头标准椭圆形封头厚度大致和其相连的圆筒厚度相等，因此圆筒体厚度大致和其相连的圆筒厚度相等，因此圆筒体和封头可采用等厚焊接，封头深度较浅便于加工，和封头可采用等厚焊接，封头深度较浅便于加工，受力较好，故在工程上广泛应用。受力较好，故在工程上广泛应用。 cticpDp5 . 02 cticpDp2三、碟形封头134iRMr2.

6、壁厚计算公式：壁厚计算公式： pRMpctic5 . 02式中式中MM形状系数。形状系数。Ri碟形封头球面部分内半径。碟形封头球面部分内半径。r过渡圆弧内半径。过渡圆弧内半径。 Ri/r值不同；值不同； 球面与摺边连接处的曲率突变。球面与摺边连接处的曲率突变。 pDpctic5 . 022 . 11.结构结构标准碟形封头：标准碟形封头： 325. 1,17. 0,9 . 0MDrDRiii带折边的球形封头带折边的球形封头 rRi球壳壁厚计算公式为：碟形封头碟形封头2 2、受力特点：由于球面与过度、受力特点：由于球面与过度区及过渡区与直边的连接处经区及过渡区与直边的连接处经线曲率突变，产生边缘应

7、力，线曲率突变，产生边缘应力，故应力分布不均匀。故应力分布不均匀。因此，在相同的条件下碟形因此，在相同的条件下碟形封头的厚度要比椭圆形封头封头的厚度要比椭圆形封头的厚度要大些。的厚度要大些。四、球冠形封头四、球冠形封头降低凸形封头高度，将碟形降低凸形封头高度，将碟形封头的直边及过圆弧部分去封头的直边及过圆弧部分去掉，只留下球面部分。掉，只留下球面部分。也称无折边球形封头。也称无折边球形封头。 (mm) 2 ctcpDipQ式中式中 DiDi封头和筒体的内直径；封头和筒体的内直径； Q Q 系数，对容器端封头由系数，对容器端封头由GB150-1998GB150-1998查取。查取。壁厚计算公式：

8、第二节第二节 锥锥 形形 封封 头头化工设备的底盖，化工设备的底盖，锥形壳体称为变径锥形壳体称为变径段。段。 便于收集与卸除设备中的固便于收集与卸除设备中的固体物料。体物料。塔设备上、下部分的直径不塔设备上、下部分的直径不等，常用锥形壳体将直径不等，常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来等的两段塔体连接起来第二节 锥形封头 锥形封头在同样条件下与半球形锥形封头在同样条件下与半球形 、椭圆形和碟形、椭圆形和碟形封头比较，其受力情况比较差，其中一个主要原封头比较，其受力情况比较差，其中一个主要原因是因为锥形封头与圆筒连接处的转折较大，故因是因为锥形封头与圆筒连接处的转折较大，故曲率半径发生突变而

9、产生边缘力的缘故。曲率半径发生突变而产生边缘力的缘故。 连接处的边缘力尽管数值很高，但却有局限性和连接处的边缘力尽管数值很高，但却有局限性和自限性，所以允许发生小量的塑性变形。自限性，所以允许发生小量的塑性变形。 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 GB150GB150对锥壳的要求对锥壳的要求l 适用于锥壳半顶角适用于锥壳半顶角6060的轴对称无折边或折的轴对称无折边或折边锥壳边锥壳l 对于锥壳大端，当锥壳半顶角对于锥壳大端，当锥壳半

10、顶角3030时，可采时，可采用无折边结构；当用无折边结构；当3030时，应采用带过渡段时，应采用带过渡段的折边结构，否则，按应力分析的方法进行设计的折边结构，否则，按应力分析的方法进行设计l 大端折边锥壳的过渡段转角半径大端折边锥壳的过渡段转角半径r r应不小于封头应不小于封头大端内直径大端内直径D Di i的的1010，且不小于该过渡段厚度的，且不小于该过渡段厚度的3 3倍。倍。l 对于锥壳小端，当锥壳半顶角对于锥壳小端，当锥壳半顶角4545时，可采用时，可采用无折边结构；当无折边结构；当4545时，应采用带过渡段的折边时，应采用带过渡段的折边结构结构l 小端折边锥壳过渡段的转角半径小端折边

11、锥壳过渡段的转角半径rsrs应不小于封头小应不小于封头小端内直径端内直径D Disis的的5 5，且不小于该过渡段厚度的，且不小于该过渡段厚度的3 3倍倍l 当锥壳半顶角当锥壳半顶角6060时，其厚度可按平板计算，也时，其厚度可按平板计算，也可以用应力分析方法确定可以用应力分析方法确定l 锥壳可由同一半顶角的不同厚度的几段组成锥壳可由同一半顶角的不同厚度的几段组成l 锥壳与筒体的焊接采用全熔透结构锥壳与筒体的焊接采用全熔透结构标准锥形封头 标准带折边锥形封头有半顶角为标准带折边锥形封头有半顶角为3030和和4545两两种，锥体大端过渡区圆弧半径种，锥体大端过渡区圆弧半径r=0.15Dir=0.

12、15Di。 JB/T4738-1995JB/T4738-1995为为9090折边锥形封头，折边锥形封头， JB/T4739-1995JB/T4739-1995为为6060折边锥形封头折边锥形封头, ,设计时可设计时可根据标准选用。根据标准选用。第三节 平板封头平板封头平板封头是常用的一种封头。其几何形状有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，最常用形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。的是圆形平板封头。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

13、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。小厚度大的凸形封头很困难。mm tccpKpD圆形平板封头厚度设计公式圆形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第四节第

14、四节 封头的结构特性及选择封头的结构特性及选择1.几何方面几何方面内表面积，容积。内表面积，容积。2.力学方面力学方面承载能力。承载能力。3.使用方面使用方面满足工艺要求。满足工艺要求。4.制造方面制造方面难易程度，标准化程度。难易程度，标准化程度。5.材料消耗材料消耗金属耗量及其价格。金属耗量及其价格。例题10-1 确定精馏塔封头形式及尺寸。塔径确定精馏塔封头形式及尺寸。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

15、作温度 t=-3t=-3-20-20C C。【解解】确定参数：确定参数： Pc=2.2MPaPc=2.2MPa， Di=600mmDi=600mm，C C2 2=1mm,=1mm,=170MPa 。封头材质选。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，采用带垫板单面对接焊，局部无损探伤，分，采用带垫板单面对接焊，局部无损探伤， =0.8 。计算壁厚为：计算壁厚为： (mm) pDpSctic4 )(4 . 22 . 28 . 0

16、17046002 . 2mmSSd=2.4+1.0=3.4(mm) C1=0.25mm名义壁厚为 Sn=3.4+0.25+ =4(mm)板厚仍然为4mm。2.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=0.6mm名义壁厚为 Sn=4.9+0.6+ =6(mm)板厚为6mm。3.采用标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=0.6mm, 名义壁厚为

17、Sn=5.67+0.6+ =8(mm) 取8mm。（4）采用平板封头板厚计算公式为： (mm) KpDStccp 选结构形式为表104中第9种，K=0.3 ，=1 ，Dc=600mm。Sp=37.4(mm) .Sd=37.4+1+ =38.4(mm)查得C1=0.6mm,名义壁厚为40mm。各种封头计算结果比较封头形式封头形式 壁厚壁厚（mm) 总深度总深度（mm)理论面积理论面积（ ） 重量重量（kg)制造难易程度制造难易程度半球形半球形 4 3000.56517.8 较难较难椭圆形椭圆形 6 1750.46621 较易较易碟型碟型 8 1610.41022.4 较易较易平板形平板形 40

18、-0.28388.3 易易单位容积的表面积，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。要求，并考虑经济技术指标。1、几何方面、几何方面半球形封头的应力分布最好半球形封头的应力分布最好椭圆形封头应力情况第二椭圆形封头应力情况第二碟形封头在力学上的最大缺点在于其具碟形封头在力学上的最大缺点在于其具有较小的折边半径有较小的折边半径r r平板受力情况最差平板受力情况最差封头愈深，直径和厚度愈大，制造愈困难封头愈深，直径和厚度愈大，制造愈困难2、力学方面、力学方面3、制造及材料消耗方面、制造及材料消耗方面