【正文】 ；K＞1 的橢圓封頭的有效厚度，應(yīng)不小于封頭內(nèi)徑的 %其中 K 為橢圓封頭的的形狀系數(shù)， 其值列于表 71。 表 71 系數(shù) K 值Di/2hi K Di/2hi K 橢圓形封頭計(jì)算厚度按下式： 上式中：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（Di/2hi=2,0）, K=1 受內(nèi)壓橢圓封頭的應(yīng)力分布情況設(shè)橢圓封頭的長(zhǎng)半軸為 a，即 2a=D，短半軸為 b，即曲面高 hi=b，令k=a/b如標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 k = a/b = 2， P 為內(nèi)壓力， δ 為計(jì)算厚度。橢圓封頭的經(jīng)向應(yīng)力公式：經(jīng)推導(dǎo)，經(jīng)向應(yīng)力 σ1 的公式是：26 / 64…………①式中：x 是長(zhǎng)軸上的點(diǎn)的坐標(biāo)，由中點(diǎn)為 0，至 x=a，其應(yīng)力變化情況是：當(dāng) x=0 時(shí)， 如 k=2，則 （在橢圓中心）當(dāng) x=a 時(shí)，（在與圓筒交接處）經(jīng)向應(yīng)力在封頭受內(nèi)壓時(shí)均產(chǎn)生拉應(yīng)力，并且由封頭的邊緣至中心，應(yīng)力增大一倍。內(nèi)壓下橢圓封頭的周向（環(huán)向應(yīng)力）σ2 ：經(jīng)推導(dǎo)，計(jì)算環(huán)向應(yīng)力 σ2 的公式是： ②x=0（在橢圓中心） 當(dāng) k=2 （即標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭）， x=a （在與圓筒交接處），k=2 時(shí)，此壓縮應(yīng)力會(huì)影響封頭的局部穩(wěn)定。 在 x=0～x=a 的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn) σ2=0 的情況，經(jīng)推導(dǎo)得； 處，即 x= 處，σ2=0 橢圓封頭內(nèi)壓下的環(huán)向應(yīng)力，從中心到邊緣，逐步由正到零，隨后達(dá)到負(fù)和最大值。 受外壓（凸面受壓）的橢圓封頭凸面受壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度計(jì)算，采用球體受外壓的計(jì)算方法，如果封頭的外直徑是 Do，則采用的當(dāng)量球體的外半徑 Ro，Ro= 進(jìn)行計(jì)算；其它橢圓封頭，Ro=K1Do，K1 與 Do/2ho 有關(guān)（ho=hi+δn，hi 是封頭曲面深度），其關(guān)系見下表：Do/2ho K1 注：中間值用內(nèi)插法求得。求到當(dāng)量球外半徑 Ro 后，按受外壓球殼計(jì)算步驟計(jì)算。7．3 碟形封頭27 / 64 受內(nèi)壓的碟形封頭與橢圓封頭一樣存在邊緣穩(wěn)定問題，故應(yīng)考慮最小有效厚度。最小有效厚度與碟形封頭形狀系數(shù) M 有關(guān)，當(dāng) M≤ 時(shí)，封頭有效厚度 δe≥%Di；M＞ 時(shí)，δe≥%Di。 受內(nèi)壓碟形封頭的計(jì)算壁厚 δ 按下式計(jì)算： ③式中：Ri 為碟形封頭的球面部分的內(nèi)半徑；，r 為碟形封頭過(guò)渡段轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑。M 值與 Ri/r 的關(guān)系見下表： Ri/r M Ri/r M Ri/r M 如令 則因?yàn)? 故 在封頭標(biāo)準(zhǔn) JB/T4746 中，M=KC DHA 型 Ri= r= Kc= DHB 型 Ri= r= Kc=可見碟形封頭的計(jì)算厚度為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計(jì)算厚度的 ～ 倍。 受外壓碟形封頭的計(jì)算 令 Ro 為碟形封頭的球面部分的外半徑，Ro=Ri+δn，并按第 6 章外壓球體進(jìn)行計(jì)算。7．4 球冠形封頭 要求與球冠形封頭連接的圓筒厚度不得小于封頭的厚度 δ；連接處兩側(cè)加強(qiáng)的最短長(zhǎng)度 L 應(yīng)為 ，封頭和筒體連接的焊縫應(yīng)為 T 形全焊透的結(jié)構(gòu)的焊縫。加固是為避免應(yīng)力集中破壞。 受內(nèi)壓（凹面受壓） Q—系數(shù)， Q是封頭厚度相對(duì)于筒體厚度的倍數(shù)。Q 的大小與 Ri/Di 及 Pc/ ，Ri 為球冠形封頭球面部分內(nèi)半徑，Q 值可查GB150 的圖 75 28 / 64 受外壓（凸面受壓） 按球冠受內(nèi)壓公式和第 6 章外壓計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算后取大者。 兩側(cè)受壓 1)如不能保證兩側(cè)同時(shí)作用，則按分別按下列兩種情況計(jì)算后取大者。a) 只考慮封頭凹面?zhèn)仁軌簳r(shí)，封頭計(jì)算厚度按 公式計(jì)算，Q 查 GB150圖 76。b) 只考慮封頭凸面?zhèn)仁軌簳r(shí)，封頭計(jì)算厚度按 公式計(jì)算，Q 查 GB150圖 77。但同時(shí)應(yīng)能滿足受外壓的厚度要求。2)如能保證兩側(cè)壓力同時(shí)作用，則可取兩側(cè)的壓力差值進(jìn)形計(jì)算，然后取大者。a) 當(dāng)壓力差作用使封頭凹面?zhèn)仁軌簳r(shí)，封頭計(jì)算厚度按 公式計(jì)算，Q 查GB150 圖 76。b) 當(dāng)壓力差作用使封頭凸面?zhèn)仁軌簳r(shí)，封頭計(jì)算厚度按 公式計(jì)算，Q 查GB150 圖 77，同時(shí)應(yīng)能滿足受外壓的厚度要求。7．5 錐殼 壓力容器中的錐殼，是正截錐的殼體，分無(wú)折邊的錐殼和有折邊的錐殼，GB150 中的錐殼限制半錐角 α≤60 0，軸對(duì)稱型；折邊（α＞30 0 ）或無(wú)折邊（α≤30 0 ），當(dāng) α＞60 0 時(shí)，應(yīng)按平蓋計(jì)算。 錐殼厚度不分段計(jì)算的錐殼的計(jì)算厚度為： （77） 通常取 Dc=Di（取錐體大端內(nèi)直徑） 對(duì)于大型錐殼，可以采用分段計(jì)算。并由幾段組成單一的錐體，則 Dc 分別為各錐殼段的大端內(nèi)直徑。 受內(nèi)壓無(wú)折邊的錐體 1)受內(nèi)壓無(wú)折邊的錐體大端與圓筒連接時(shí)，首先根據(jù) Pc/[σ] tφ 和 α 角查GB150 的圖 711 確定是否需要在連接處進(jìn)行加強(qiáng)，A）需要加強(qiáng)時(shí)，則應(yīng)在錐殼與圓筒之間設(shè)置加強(qiáng)段。錐殼加強(qiáng)段與圓筒加強(qiáng)段應(yīng)有相同的計(jì)算厚度 δr，δr 按下式計(jì)算： （78）Q 為應(yīng)力增值系數(shù)，查 GB150 圖 712，當(dāng) α= 30186。 時(shí)，Q= 并且，δr≥δ C 即錐殼加強(qiáng)段厚度不得小于相連接的錐殼厚度。加強(qiáng)段的長(zhǎng)度：錐殼處為 。圓筒加強(qiáng)長(zhǎng)度b)無(wú)需加強(qiáng)時(shí)，錐體大端厚度，按 計(jì)算。2)受內(nèi)壓無(wú)折邊的小端與圓筒連接時(shí)，應(yīng)查圖 713 考慮是否要加強(qiáng)，實(shí)際上α 在 6186。 以上，都要求加強(qiáng)。29 / 64 無(wú)需加強(qiáng)時(shí)，按 計(jì)算 需加強(qiáng)時(shí)（含帶折邊的小端的過(guò)度段），按 （79） Dis 是小端直徑 mm；Q 應(yīng)力增值系數(shù)，查圖 714 加強(qiáng)段的長(zhǎng)度：錐殼處為 圓筒加強(qiáng)長(zhǎng)度 受內(nèi)壓的折邊錐殼折邊錐殼的過(guò)渡段轉(zhuǎn)角半徑，在大端 r≥，且 r≥3δ；在小端rs≥，且 rs≥3δs。a)大端過(guò)渡段的厚度： （710） K 系數(shù)，查表 74b)與過(guò)渡段相接的錐殼厚度： （711） f—系數(shù),按下式計(jì)算，其值列于 GB150 的表 75 取上面兩式計(jì)算結(jié)果的大值。 C）錐殼小端（α≤45186。）無(wú)折邊和有折邊，均按上述考慮，有折邊過(guò)度段可按式 79 計(jì)算，式中的 Q 值按圖 714 查取。當(dāng) α45186。 時(shí)，Q 值按圖 715）查取。 受外壓錐殼（GB150 第 節(jié)）受外壓錐殼采用當(dāng)量長(zhǎng)度 Le 作為計(jì)算長(zhǎng)度（見 GB150 圖 716），a)無(wú)折邊的錐殼的 Le 為： b)大端折邊錐殼的 Le 為： c)小端折邊錐殼的 Le 為：30 / 64 c) 兩端折邊的錐殼的 Le 為： 式中:Lx 是錐殼段軸向長(zhǎng)度 mm；Ds 是所考慮的錐殼段的小端外直徑 mm；DL 是所考慮的錐殼段的大端外直徑 mm。r 和 rs 分別為大端和小端的過(guò)渡段轉(zhuǎn)角半徑。承受外壓錐殼（圖 716）所需的有效厚度計(jì)算步驟是：①假設(shè)錐殼的名義厚度 δnc；②計(jì)算錐殼的有效厚度 ③按第 6 章定，并以 Le/D L 代替 L/Do；以 D L/δec 代替 Do/δe . 查圖進(jìn)行校核計(jì)算。7．5．5 錐殼與圓筒連接處的外壓加強(qiáng)設(shè)計(jì)錐殼與圓筒連接處的外壓是否需要加強(qiáng)，如何加強(qiáng)，按 GB150 第 節(jié)進(jìn)行計(jì)算。7．5．6 平蓋 平蓋的幾何形狀有：圓形、橢圓形、長(zhǎng)圓形、矩形及正方形等。1) 圓形平蓋厚度 δ p 按下式計(jì)算： mm 式中：DC – 平蓋計(jì)算直徑，與蓋的連接結(jié)構(gòu)有關(guān)，見 GB150 表 77； K – 結(jié)構(gòu)特性系數(shù)，查表 77； 2) 非圓平蓋厚度 δ p 按下式計(jì)算： mm a非圓平蓋的短軸長(zhǎng)度，mm； Z非圓平蓋的形狀系數(shù)；Z=，且 Z≤； B 非圓平蓋的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，mm。7．5．6 若干說(shuō)明 1）受內(nèi)壓作用錐殼與圓筒的薄膜應(yīng)力的異同兩者的相同處都是它們的環(huán)向應(yīng)力等于經(jīng)向（軸向）應(yīng)力的兩倍，且沿壁厚均布。不同點(diǎn)是圓筒各橫截面的經(jīng)向應(yīng)力都是相同的，而錐殼的環(huán)向應(yīng)力和經(jīng)向應(yīng)力則隨橫截面直徑的大小成線性關(guān)系，大端最大，小端最小，與相同直徑的圓筒比較，錐殼的應(yīng)力為圓筒的 1/cosα 倍，其中 α 為半頂角，應(yīng)小于60186。當(dāng) α≥60186。 時(shí)，殼中的應(yīng)力變?yōu)橐詮澢鷳?yīng)力為主的狀態(tài)，薄膜理論不適用，應(yīng)按圓平蓋計(jì)算。31 / 64 2）圓筒和錐蓋連接處應(yīng)力分布情況復(fù)雜，其一是兩元件的經(jīng)向應(yīng)力方向不一致，使連接處產(chǎn)生橫向剪力，隨之對(duì)錐殼母線起彎曲作用，使錐殼大端的徑向產(chǎn)生收縮，雖可緩和大端的環(huán)向應(yīng)力，但大端的經(jīng)向應(yīng)力和彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力疊加，并且彎曲應(yīng)力隨 α 角的增大而加大，有可能使經(jīng)向總應(yīng)力超過(guò)安全控制值3[σ]。在小端因剪力向外，使直徑擴(kuò)大，因疊加而加大小端的環(huán)向應(yīng)力，其值控制在 [σ]。故本標(biāo)準(zhǔn)采用圖表控制方式解決。其二是兩元件受壓徑向位移的不同要協(xié)調(diào)會(huì)產(chǎn)生較復(fù)雜的應(yīng)力和應(yīng)力集中。 關(guān)于應(yīng)力增值系數(shù) Q 的來(lái)源和相關(guān)圖表的繪制依據(jù)，在“全國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)審核人資格考核培訓(xùn)教材”2022 年 2 月版中有解釋，可見該教材第 9395 頁(yè)的“—錐形封頭的邊界效應(yīng)”一節(jié)8．開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng) 8．1 開孔的作用①檢查孔:為檢查壓力容器使用過(guò)程中是否產(chǎn)生裂紋，變形，腐蝕等缺陷.②安裝安全附件的接口。③工藝性接管的接口。④安裝，檢修內(nèi)件用孔。8．2 開檢查孔的要求8．2．1 檢查孔的最低數(shù)量和最小尺寸（引自《容規(guī)》）：檢查孔最小尺寸 mm內(nèi)直徑 Dimm檢查孔最少數(shù)量 人孔 手孔備注300＜Di≤500 手孔 2 個(gè) ф75 或長(zhǎng)圓孔 75X50 500＜Di≤1000人孔 1 個(gè)，或手孔 2 個(gè)（當(dāng)容器無(wú)法開人孔時(shí)）ф400 或長(zhǎng)圓孔 400X250 380X280ф100 或長(zhǎng)圓孔 100X80 Di＞1000 人孔 1 個(gè)，或手孔 2 個(gè)（當(dāng)容器無(wú)法開人孔時(shí)）ф400 或長(zhǎng)圓孔 400X250 380X280ф150 或長(zhǎng)圓孔 150X100球罐人孔最小500mm8．2．2 屬于下列情況之一者可不開檢查孔：①筒體的 Di≤300 mm 者；②容器上可拆件的尺寸不小于上述開孔的相應(yīng)要求者；③無(wú)腐蝕或輕微腐蝕，無(wú)需做內(nèi)部檢查和清理者；④制冷裝置用的壓力容器；⑤換熱器；⑥因特殊情況不能開檢查孔，但同時(shí)進(jìn)行下列處理者：（1）對(duì)每條縱，環(huán)焊縫做 100%無(wú)損檢測(cè)（射線或超聲）；（2）設(shè)計(jì)圖樣上注明計(jì)算厚度，檢查時(shí)應(yīng)進(jìn)行測(cè)厚；（3）相應(yīng)縮短檢驗(yàn)周期。32 / 648．2．3 檢查孔的位置要求：開在封頭上或筒體接近封頭處，便于觀察或清理內(nèi)部的部位。8．3 開孔的形狀和尺寸限制8．3．1 形狀：應(yīng)為圓形，長(zhǎng)徑/短徑≤2 的橢圓形、長(zhǎng)圓形及類似形狀。8．3．2 適用的開孔范圍： 1）筒體 當(dāng) Di≤1500 mm 時(shí)，開孔最大直徑 d≤1/2 Di,且 d≤520mm。 當(dāng) Di＞1500 mm 時(shí)，開孔最大直徑 d≤1/3Di,且 d≤1000mm。2）凸形封頭或球殼，開孔最大直徑 d≤1/2 Di,當(dāng)開孔處于封頭過(guò)渡部位時(shí)，孔中心線宜垂直封頭表面。3）錐形封頭或錐殼，開孔最大直徑 d≤1/3Di（Di 為開孔中心線處的錐體內(nèi)直徑）。開孔直徑 d 是：對(duì)圓形孔， d=接管內(nèi)直徑+接管的 2 倍厚度附加量 CC = C1（厚度負(fù)偏差）+C2（腐蝕裕量）8．4 補(bǔ)強(qiáng)要求8．4．1 開孔的影響：①開孔使截面積減少，平均應(yīng)力增大；②開孔處由于安裝接管或人孔，在操作情況下，接管的受力變形的大小和方向與筒體不同，在連接處產(chǎn)生綜合變形進(jìn)行協(xié)調(diào)，因此產(chǎn)生局部應(yīng)力；③在連接處還產(chǎn)生高的應(yīng)力集中，峰值應(yīng)力的數(shù)值很高。研究開孔處的強(qiáng)度問題是很復(fù)雜的，我們只要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定開孔范圍和補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，對(duì) D 級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)是可行的。注：（1）應(yīng)力分類中關(guān)于一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的概念。一次應(yīng)力是為平衡壓力與其它機(jī)械載荷所必須的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。它分為：① 一次總體薄膜應(yīng)力，它是影響范圍遍及整個(gè)結(jié)構(gòu)的一次薄膜應(yīng)力，它會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞；② 一次局部薄膜應(yīng)力，它是影響范圍僅限于結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的一次薄膜應(yīng)力，會(huì)因局部過(guò)量塑性變形而導(dǎo)致破壞；③ 一次彎曲應(yīng)力，它為平衡壓力與其它機(jī)械載荷所需的沿截面厚度線性分布的彎曲應(yīng)力。二次應(yīng)力是為滿足外部約束條件或結(jié)構(gòu)本身變形連續(xù)要求所須的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力，它具有自限性，即局部屈服和小量變形就可使約束條件得到滿足，只要不反復(fù)加載，不會(huì)導(dǎo)致破壞。峰值應(yīng)力是由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力影響而引起的附加在一次或二次應(yīng)力上的應(yīng)力增量，它具有自限性和局部性，不會(huì)引起明顯的變形，可能 導(dǎo)致疲勞裂紋或脆性破裂，必須 加以控制