【文章內(nèi)容簡介】 2 2． 5 球冠形封頭 為了進一步降低凸形封頭的高度，將碟形封頭的直邊及過圓弧部分去掉，只留下球面部分。并把它直接焊在筒體上，這就構(gòu)成了球冠形封頭，見封頭的結(jié)構(gòu)形式圖圖（ d）。這種封頭也稱為無折邊球形封頭。 2． 6 錐形封頭 10 錐形封頭廣泛應(yīng)用于許多化工設(shè)備 (如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等 )的底蓋，它的優(yōu)點是便于收集與卸除這些設(shè)備中的固體物料。此外，有一些塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體將直徑不等的兩段塔體連接起來，這時的圓錐形殼體稱為變徑段。 錐形封頭的結(jié)構(gòu)如下 圖所示。對應(yīng)于無折邊和折邊封頭，有下面兩種不同的設(shè)計計算方法。 ㈠ 無折邊錐形封頭或錐形筒體 無折邊錐形封頭或錐形筒體適用于錐體半頂角 ≤30176。 。 2． 6． 1 錐體大端 帶折邊錐形封頭大端的壁厚，按過渡段與相接處錐體兩部分分別計算。當(dāng)整個帶折邊錐形封頭采用同一厚度時，應(yīng)取下述二式計算結(jié)果中的較大值。 a. 過渡段的計算壁厚 （ 210） 式中 K系數(shù)，查表 22。 表 22 系數(shù) K 值 ? r/Di 10℃ 20℃ 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 55℃ 60℃ b. 與過渡段相接處的錐殼厚度 （ 211） 11 式中 f系數(shù)， ，其值列于表 23。 表 23 系數(shù) f 值 ? r/Di 10℃ 20℃ 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 55℃ 60℃ 錐體大端與圓筒連接時，應(yīng)按以下步驟確定連接處錐殼大端的厚度： a. 以 p/([ ]t )與半頂角 的值，查確定錐殼大端連接處的加強圖：當(dāng)其交點位于曲線之上方時，不必局部加強；當(dāng)其交點位于曲線下方時，則需要局部加強。 b. 無需加強時，錐體大端壁厚按式 (27)計算。 （ 27） c. 需要增加厚度予以加強時，則應(yīng)在錐殼與圓筒之間設(shè)置加強段，錐殼和圓筒加強段厚度須相同，加強段計算壁厚按式（ 28）計算。 （ 28） 式中 Q應(yīng)力增值系數(shù)， 與 p/([ ]t )與 值有關(guān)，由錐殼大端連接處的 Q值圖查出，中間值用內(nèi)插法。加強區(qū)長度，錐殼加強段的長度 L1不應(yīng)小于；圓筒加強段的長度 L不應(yīng)小于 。 ． 2 錐體小端 12 錐體小端與圓筒連接時，小端錐壁厚設(shè)計：以 p/([ ]t )與半頂角 的值，查確定錐殼小端連接處的加強圖 如圖 23，當(dāng)其交點位于曲線之上方時，不必局部加強。計算壁厚 的計算同大端。當(dāng)其交點位于圖中曲線下方時，則需要局部加強。其計算壁厚的公式為 （ 29） 式中 Dis錐體小端內(nèi)直徑， mm； Q應(yīng)力增值系數(shù)，由確定錐殼小端連接處的 Q 值圖 圖 24查出。 在任何情況下，加強段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度。錐殼加強段的長度 L1不應(yīng)小于 ；圓筒加強段的長度 L不應(yīng)小于。 圖 23 13 圖 24 當(dāng)錐殼半頂角 ≤45176。 時，若采用小端無折邊時，其小端厚度按前述錐體小端厚度計算；如需采用小端有折邊時，其小端過渡段厚度按（ 210）式確定，式中 Q 值由確定錐殼小端連接處的 Q值圖 圖 25 查取。 14 圖 25 當(dāng)錐殼 半頂角 ＞ 45176。 ，小端過渡區(qū)厚度仍按（ 210）式確定，但式中 Q值由錐殼小端帶過渡段連接的 Q 值圖 圖 25查取。與過渡段相接的錐殼和圓筒的加強段厚度應(yīng)與過渡段厚度相同。錐殼加強段的長度 L1不應(yīng)小于 ；圓筒加強段的長度 L不應(yīng)小于 。在任何情況下，加強段的厚度不得小于與其連接處的錐殼厚度。 2． 6． 3．無折邊錐殼的厚度 當(dāng)無折邊錐殼的大端或小端，或大、下端同時具有加強段時，應(yīng)分別按式（ 23）、（ 24）、（ 25）分別確定錐殼各部分厚度。若整個錐形封頭采用同一厚度時，應(yīng)取上述各部分厚度中的最大值作為封頭的厚度。 ㈡ 折邊錐形封頭或錐形筒體 采用帶折邊錐體作封頭或變徑 段可以降低轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。根據(jù)半頂角的大小，分為三種情況： 15 （ 1） 當(dāng)錐體大端的半頂角 ＞ 30176。 時，應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。否則應(yīng)按應(yīng)力分析的方法進行設(shè)計。 （ 2） 對于錐體小端，當(dāng)半頂角 ＞ 45176。 時，須采用帶折邊的錐形封頭。大端折邊錐殼過渡段轉(zhuǎn)角半徑 r應(yīng)不小于封頭大端內(nèi)徑 Di的 10％，小端折邊過渡段轉(zhuǎn)角半徑 rs應(yīng)不小于封頭小端內(nèi)徑 Dis的 5％，且均不小于錐體厚度的 3 倍。 （ 3） 當(dāng)錐殼半頂角 ＞ 60176。 時，其厚度可按平蓋計算，也可按應(yīng)力分析的方法進行設(shè)計。 2． 7 平板封頭 平板封頭是化工設(shè)備常用的一種 封頭。平板封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，最常用的是圓形平板封頭。根據(jù)薄板理論，受均布載荷的平板，最大彎曲應(yīng)力 與 (R／ 2成正比，而薄殼的最大拉 (壓 )應(yīng)力與 (R／ 成正比。因此，在相同的 (R／ 和受載條件下，薄板的所需厚度要比薄殼大得多，即平板封頭要比凸形封頭厚得多。但是，由于平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在壓力不高，直徑較小的容器中，采用平板封頭比較經(jīng)濟簡便。而承壓設(shè)備的封頭一般不采用平板形，只是壓力容器的人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉的地方，才用平板蓋。 另外，在高壓容器中，平板封頭用得較為普遍。這是因為高壓容器的封頭很厚，直徑又相對較小，凸形封頭的制造較為困難。 平板封頭按下式計算壁厚 （ 212） 式中： p平板封頭的計算壁厚， mm； Dc計算直徑，表 24中圖例所示， mm； p一設(shè)計壓力， MPa； 焊接接頭系數(shù)； K與平板結(jié)構(gòu)有關(guān)的結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，見表414； [ ]t材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力， MPa。 16 平板風(fēng)頭結(jié)構(gòu)系數(shù) K 的選擇表 表 24 17 3 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設(shè)計 強度設(shè)計的基本知識 一、關(guān)于彈性失效的設(shè)計準(zhǔn)則 彈性失效 理論：對于中、低壓薄壁容器，目前通用的是彈性失效理論。 依據(jù)這一理論，容器上一處的最大應(yīng)力達到材料在設(shè)計溫度下的屈服點 ts? ，容器即告失效 (失去正常的工作能力 )，也就是說，容器的每一部分必須處于彈性變形范圍內(nèi)。保證器壁內(nèi)的相當(dāng)應(yīng)力必須小于材料由單向拉伸時測得的屈服點，即 當(dāng)? ＜ s? 。 2．強度安全條件：為了保證結(jié)構(gòu)安全可靠地工作，必須留有一定的安全裕度，使結(jié)構(gòu)中的最大工作應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力之間滿足一定的關(guān)系。即 n0?? ?當(dāng) =??? 0? — 極限應(yīng)力（由簡單拉伸試驗確定） n — 安全系數(shù) ??? — 許用應(yīng)力 當(dāng)? — 相當(dāng)應(yīng)力，由強度理論來確定 。 二、強度理論及其相應(yīng)的強度條件 以圓筒形容器作例 m? = SpD4 ，?? = SpD2 主應(yīng)力 1? = ?? = SpD2 ， 2? = m? = SpD4 ， 3? =0 第一強度理論 —— 最大主應(yīng)力理論（適用于脆性材料） 18 I當(dāng)? = 1? = SpD2 ???? 第二強度理論 —— 最大變形理論（與實際相關(guān)較大，未用） 第三強度理論 —— 最大剪應(yīng)力理論（適用于塑性材料） III當(dāng)? = 1? — 3? = SpD2 — 0= SpD2 ???? 第四強度理論 —— 能量理論（適用于塑性材料） IV當(dāng)? = ? ? ? ? ? ?? ?21323222121 ?????? ????? = 212221 ???? ?? = SpD43 = ???? 壓力容器都采用塑性材料制造，應(yīng)采用第三或第四強度理論，我國采用第三強度理論。 內(nèi)壓薄壁圓殼體與球殼的強度設(shè) 計 一、設(shè)計計算 （一）圓筒形容器 強度設(shè)計公式 根據(jù)前面所講的