【正文】 12 6 1 .6tt c o eetttp D SSM P aM P a? ? ??? ? ???????????因此，該氧氣瓶不能承受 15MPa的壓力 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 3）確定最高允許工作壓力 ? ?2 t ewoeSpDS????????2 2 6 1 .6 1 5 .5 1 3 .4 82 1 9 5 .5M P a? ? ????該氧氣瓶的最大安全使用壓力為 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 1 內(nèi)壓薄壁球殼的強(qiáng)度計算公式 ? ? cticpDpS????4 ? ?24 CpDpScticd ??? ??? ? ?? tcp ?小結(jié) 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? ?? ? tpp???? 2設(shè)計參數(shù)的選擇：壓力、溫度、許用應(yīng)力、焊縫系數(shù)、厚度附加量 ? 3 容器厚度的關(guān)系： S、 Sd、 Sn、 Se ? 4 最小厚度 ? 5 壓力試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 ? 液壓試驗(yàn)： )(2)(???? SeeiTT SSDp ???化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 氣壓試驗(yàn)： ? ?? ? tpp???)(2)(???? SeeiTT SSDp ???? 6 壓力試驗(yàn)：液壓、氣壓、氣密性 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 第三節(jié) 內(nèi)壓圓筒封頭的設(shè)計 ? 容器封頭又稱端蓋，按形狀分為： ???????????????????????平板形封頭無折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭錐形封頭封頭）球冠封頭（無折邊球形形封頭）碟形封頭（帶折邊的球橢圓形封頭半球形封頭凸形封頭化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 一 半球形封頭 由半個球殼構(gòu)成，計算公式與球殼相同，即： ? ?4citcpDS m mp???? 壁厚較相同直徑、壓力的圓筒殼減薄一半。 多用于壓力較高的貯罐上。 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 二 橢圓形封頭 1）長短半軸分別為 a和 b的半橢球 2）高度為h0的短圓筒（直邊） 構(gòu)成： 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 直邊的作用： ? 1）保證封頭的制造質(zhì)量 ? 2）避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受邊緣應(yīng)力作用。 ? 設(shè)計中引入形狀系數(shù) K，計算厚度的公式為： 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? ?22 1262citciiK p DS m mpDKh???????????? ???????? K又稱為應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù) 22iiDabh??工程上把 的橢圓形封頭稱為 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 ， K＝ 1。 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 其計算厚度的公式為： ? ?2 0 . 5citcpDS m mp????? ?20 .5tewieSp MP aKD S????????橢圓形封頭的最大允許工作壓力為 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度取值見 P105表 415 現(xiàn)行橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)為 JB/T473795 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 三 碟形封頭 由三部分構(gòu)成： 1)以 Ri為半徑的球面 2)以 r為半徑的過渡圓?。ㄕ圻叄? 3)高度為 h0的直邊 一般 Ri=。 r≥10%D i且不小于 3Sn 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 碟形封頭由于經(jīng)線曲率有突變，在內(nèi)壓作用下會產(chǎn)生很大的邊緣應(yīng)力。碟形封頭的厚度比相同條件下的橢圓形封頭壁厚要大。 ? 設(shè)計計算中引入形狀系數(shù) M，得： ? ?2 0 . 5citcM p RS m mp?? ? ?134iRMr??????????其值列于 P106表 416 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 當(dāng)?shù)畏忸^ Ri=， r=，稱為標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，此時 M=，計算厚度的公式可寫為： ? ?1 . 22 0 . 5citcpDS m mp?? ? ?? ?2tewieSp M PaM R S????????其最大允許工作壓力為： 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 四 球冠形封頭 計算公式： ? ?2citcQ p DS m mp?? ? ? Q的取值見 P107圖 49，筒體加強(qiáng)段長度 L的值如 P106圖 47 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 五 錐形封頭 ? 常用作化工設(shè)備的底封頭或變徑段 ? 由應(yīng)力分析，受均勻內(nèi)壓的錐形封頭的最大應(yīng)力在錐殼的大端，其值為： ma x12 c o spDS?? ? ? ? ??由強(qiáng)度條件： ? ?max 12 c o s tpD S? ? ? ? ??得， 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? ?1c o s2ccc tcpDS m mp???? ? ?? ?1c o s2 tpDS m m????將數(shù)值換算為設(shè)計值，可得， 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 按此式計算的錐形封頭壁厚，沒有考慮封頭與筒體連接處的邊緣應(yīng)力，因此厚度往往不夠。由于邊緣應(yīng)力的局部性和自限性，可局部改善，方法有兩種： ?1）局部加強(qiáng)：將連接處附近的封頭及筒體壁厚增大 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 局部加強(qiáng)的無折邊錐形封頭 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 2）改變連接結(jié)構(gòu)： 在封頭與筒體間增加一個過渡圓弧。稱為帶折邊的錐形封頭。 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 采用的結(jié)構(gòu)形式不同，計算方法也不同。 1 受內(nèi)壓無折邊錐形封頭（錐殼） 1）錐殼大端連接處的壁厚 對錐殼大端，當(dāng)半頂角 α≤30176。 時，采用無折邊結(jié)構(gòu)，計算如下： ? ?ctp???與半頂角 查 P109圖 415 以 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? ?1c o s2cctcpDSp???? ? ?? ?2cir tcQ p DSp?? ? ?當(dāng)交點(diǎn)位于曲線上方時，不必局部加強(qiáng) 當(dāng)交點(diǎn)位于曲線下方時，需要局部加強(qiáng)，加強(qiáng)段厚度要相同， Q為系數(shù)，查圖 P110圖 416 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 2）錐殼小端連接處的厚度 ? 對錐殼小端， α ≤ 45176。 時，可以采用無折邊結(jié)構(gòu)，計算如下： ??ctp???以 和查圖P106圖417 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 若交點(diǎn)位于曲線上方，不需加強(qiáng)；若交點(diǎn)位于曲線下方，需加強(qiáng)。 ? ?2c i sr tcQ p DSp?? ? ?isD－錐殼小端內(nèi)直徑，mm Q－ 系數(shù)，其值由 P111圖 418查得 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 2 受內(nèi)壓折邊錐形封頭（錐殼） ? 折邊可以降低轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，當(dāng)大端半頂角 α 30176。 ，小端半頂角 α45176。 ,需采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)，要求： ?B 小端折邊 r≥5％ Dis且不小于該過渡段厚度的 3倍。 ?A 大端折邊 r≥10％ Di， 且不小于該過渡段厚度的 3倍 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 1）錐殼大端： ? A 過渡段厚度： ? ?2 0 . 5citcK p DS m mp?? ? ?? ?2 0 . 5citcf p DS m mp?? ? ? K－ 系數(shù)，查 P112表 417 ? B 與過渡段相連接處的錐殼厚度： f－ 系數(shù)，查 P112表 418 取二者中的較大值 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 2） 錐殼小端 45??? ?2c i sr tcQ p DSp?? ? ?時，小端有無折邊，均按 計算， Q值查 P111圖 418 45?時，仍按上式計算， Q的取值查 P113圖 419 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 六 平板封頭 化工設(shè)備常用的一種封頭，幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，常用圓形平板封頭。 應(yīng)力分析按受均布載荷圓平板來進(jìn)行 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 1 周邊固定的受均布載荷的圓平板 最大應(yīng)力產(chǎn)生在圓板的邊緣 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 22m a x3 0 . 1 8 84RDppSS? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?????max根據(jù)強(qiáng)度條件 ? ?0 . 1 8 8tpSD??得 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 2 周邊簡支受均布載荷的圓平板 最大應(yīng)力產(chǎn)生在平板中心 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 2m a x3 ( 3 )8pRS?? ???? ????20 . 3 1DpS??????? ?0 . 3 1tpSD??0 .3??化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 實(shí)際的平板封頭的邊緣支承情況介于兩者之間，因此設(shè)計中引入了結(jié)構(gòu)特征系數(shù) K，厚度計算公式為： ? ?cpc tKpSD???Sp－ 計算厚度 Dc－ 計算直徑，見 P115表 419 K－ 結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，見 P115表 419 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 七 例題 乙烯精餾塔內(nèi)徑 Di＝ 600mm，計算壓力pc＝ ，工作溫度 t＝ 3～ 20℃ ， Sn＝ 7mm，材質(zhì) 16MnR，確定塔的封頭型式與尺寸。 解： 1）采用半球形封頭 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? ?2 . 2 6 0 0 2 . 44 1 7 0 0 . 8 2 . 24citcpDS m mp?? ? ?? ? ?? ? ?Sd=Smin+C2=3+=4mm Sd+C1=4+= Sn= 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 2） 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 ? ?2 . 2 6 0 0 3 . 92 1 7 0 1 0 . 5 2 . 22 0 . 5citcpDS m mp?? ? ?? ? ? ?? ? ?Sd=S+C2=+= Sd+C1=+= Sn=6mm 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 3）采用標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭 ? ?1 . 2 1 . 2 2 . 2 6 0 0 4 . 6 72 1 7 0 1 0 . 5 2 . 22 0 . 5citcpDS m mp??? ? ?? ? ? ?? ? ?Sd=S+C2=+= Sd+C1=+= Sn=6mm 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 ? 4）平板封頭 ? ?0 . 2 5 2 . 26 0 0 3 41 7 0 1 . 0cpc tKpS D m m?? ? ????Sdp=Sp+C2=34+=35mm Sn=36mm C1= 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 化學(xué)工程與工藝 結(jié)果比較 封頭型式 厚度/mm 深度（包括直邊）/mm 理論面積 /m2 質(zhì)量/kg