材料科學(xué)封頭的設(shè)計(jì)PPT課件

1、一、橢圓形封頭一、橢圓形封頭半橢球和高度為半橢球和高度為h h的短圓筒的短圓筒( (通通稱直邊稱直邊) )兩部分兩部分構(gòu)成，構(gòu)成，直邊保證封頭制直邊保證封頭制造質(zhì)量和避免造質(zhì)量和避免邊緣應(yīng)力作用。邊緣應(yīng)力作用。第1頁/共38頁受內(nèi)壓的橢圓形封頭受內(nèi)壓的橢圓形封頭計(jì)算厚度計(jì)算厚度K K- -橢圓形封頭形狀系數(shù)，橢圓形封頭形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭( (長短軸之比值為長短軸之比值為2)2)，K=1K=1。壁厚計(jì)算公式：。壁厚計(jì)算公式： p.KpDti50222261iihDK ppDti5 . 02第2頁/共38頁當(dāng)封頭是由整塊鋼板沖壓時，當(dāng)封頭是由整塊鋼板沖壓時， 值取為值取為1 1

2、。筒體設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算公。筒體設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算公式：式：v忽略分母上微小差異，大多數(shù)橢圓忽略分母上微小差異，大多數(shù)橢圓封頭壁厚與筒體同，或比筒體稍厚。封頭壁厚與筒體同，或比筒體稍厚。v還應(yīng)保證封頭的有效壁厚還應(yīng)保證封頭的有效壁厚 e e滿足：滿足：對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭不小于封頭內(nèi)直徑對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭不小于封頭內(nèi)直徑的的0.150.15。 Cp.KpDtid502 22CppDtid第3頁/共38頁橢圓形封頭最大允許工作壓力橢圓形封頭最大允許工作壓力 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度由表4-11確定。封頭材料碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板不銹鋼、耐酸鋼 封頭壁厚48 101820 39101820 直邊高度2540502

3、54050 eietKDp5 . 02第4頁/共38頁受外壓（凸面受壓）橢圓形封頭受外壓（凸面受壓）橢圓形封頭外壓橢圓形封頭厚度設(shè)計(jì)步驟同外外壓橢圓形封頭厚度設(shè)計(jì)步驟同外壓圓筒。壓圓筒。a. a.假設(shè)假設(shè) n n, ,計(jì)算計(jì)算 e e n n- -C C, ,算出算出R R0 0/ / e e 。橢圓形封頭當(dāng)量球殼外半徑橢圓形封頭當(dāng)量球殼外半徑R R0 0=K=K1 1 D D0 0。 K K1 1 由長短軸比值決定，由長短軸比值決定，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭K K1 1 =0.9=0.9b. b. 計(jì)算系數(shù)計(jì)算系數(shù)eRA/125. 00eRBp/0第5頁/共38頁c. c. 根據(jù)材料，從

4、根據(jù)材料，從A-BA-B圖（圖圖（圖4-164-16至至圖圖4-204-20）中選用，若）中選用，若A A值落在設(shè)值落在設(shè)計(jì)溫度線的右方，讀出計(jì)溫度線的右方，讀出B B值計(jì)算許值計(jì)算許用外壓力用外壓力 p p 若若A A值在設(shè)計(jì)溫度線的左方，則許值在設(shè)計(jì)溫度線的左方，則許用外壓：用外壓： 20/0833. 0eREp第6頁/共38頁d. d. 比較許用外壓比較許用外壓 p p 與設(shè)計(jì)外壓與設(shè)計(jì)外壓p pv若若p pp p ，假設(shè)的厚度，假設(shè)的厚度 n n可用，可用，若小得過多，可將若小得過多，可將 n n適當(dāng)減小，適當(dāng)減小，重復(fù)上述計(jì)算重復(fù)上述計(jì)算v若若p p p p ，需增大初設(shè)的，需增大初

5、設(shè)的 n n，重，重復(fù)上述計(jì)算，直至使復(fù)上述計(jì)算，直至使 p p p p且接且接近近p p為止。為止。第7頁/共38頁8橢圓形封頭橢圓形封頭第8頁/共38頁二、半球形封頭二、半球形封頭受內(nèi)壓球形封頭計(jì)算壁厚與球殼相受內(nèi)壓球形封頭計(jì)算壁厚與球殼相同。同。球形封頭壁厚可較圓筒殼減薄一半。球形封頭壁厚可較圓筒殼減薄一半。但為焊接方便以及降低邊緣壓力，但為焊接方便以及降低邊緣壓力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。半球形封頭常和筒體取相同的厚度。 受外壓的球形封頭的厚度設(shè)計(jì)，計(jì)受外壓的球形封頭的厚度設(shè)計(jì)，計(jì)算步驟同橢圓形封頭。球殼外半徑算步驟同橢圓形封頭。球殼外半徑R R0 0=K=K1 1 D D0

6、0，其中其中 K K1 1 =0.5 =0.5 第9頁/共38頁三、碟形封頭三、碟形封頭又稱帶折邊球形封頭，又稱帶折邊球形封頭，球面半徑球面半徑R Ri i、過渡圓、過渡圓弧半徑弧半徑r r和高度為和高度為h h的的直邊。直邊。相同受力，碟形封頭壁相同受力，碟形封頭壁厚比橢圓形封頭壁厚厚比橢圓形封頭壁厚要大些，而且碟形封要大些，而且碟形封頭存在應(yīng)力不連續(xù)，頭存在應(yīng)力不連續(xù)，因此沒有橢圓形封頭因此沒有橢圓形封頭應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。第10頁/共38頁四、球冠形封頭四、球冠形封頭降低凸形封頭高度，降低凸形封頭高度，將碟形封頭的直邊將碟形封頭的直邊及過圓弧部分去掉，及過圓弧部分去掉，只留下球面部分。只

7、留下球面部分。也稱無折邊球形封頭。也稱無折邊球形封頭。第11頁/共38頁五、錐形封頭五、錐形封頭第12頁/共38頁v廣泛用于化工設(shè)備廣泛用于化工設(shè)備( (如蒸發(fā)器、如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等等) )的底蓋的底蓋v便于收集與卸除設(shè)備中的固便于收集與卸除設(shè)備中的固體物料。體物料。v塔設(shè)備上、下部分的直徑不塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體連接，稱等，也常用錐形殼體連接，稱為變徑段。為變徑段。第13頁/共38頁（一）無折邊錐形封頭或錐形筒體（一）無折邊錐形封頭或錐形筒體適用于錐殼半錐角適用于錐殼半錐角a a 30300 01 1、錐殼大端、錐殼大端 a.

8、 a. 查圖查圖4-264-26，大端是否須，大端是否須加強(qiáng)加強(qiáng) 第14頁/共38頁b. b. 不必局部加強(qiáng)，計(jì)算壁厚為不必局部加強(qiáng)，計(jì)算壁厚為 acosppDti12第15頁/共38頁c. c. 需加強(qiáng)，以降低聯(lián)需加強(qiáng)，以降低聯(lián)接處的局部應(yīng)力。錐接處的局部應(yīng)力。錐殼加強(qiáng)段和圓筒加強(qiáng)殼加強(qiáng)段和圓筒加強(qiáng)段厚度相同段厚度相同 pQpDtir2QQ為錐殼與圓筒聯(lián)接為錐殼與圓筒聯(lián)接處的應(yīng)力增值系數(shù)，處的應(yīng)力增值系數(shù)，查圖查圖4-27 4-27 acos5 . 021riDL riDL5 . 02第16頁/共38頁第17頁/共38頁2 2、錐殼小端、錐殼小端a. a. 查圖查圖4-284-28，小端是否

9、須加強(qiáng)，小端是否須加強(qiáng) 第18頁/共38頁b. b. 不必局部加強(qiáng)，計(jì)算不必局部加強(qiáng)，計(jì)算壁厚同大端壁厚同大端 acos12ppDtis第19頁/共38頁c. c. 需加強(qiáng)，加強(qiáng)段和需加強(qiáng)，加強(qiáng)段和圓筒加強(qiáng)段厚度相同圓筒加強(qiáng)段厚度相同 pQpDtisr2QQ為錐殼與圓筒聯(lián)接為錐殼與圓筒聯(lián)接處的應(yīng)力增值系數(shù)，處的應(yīng)力增值系數(shù)，查圖查圖4-29 4-29 acos1risDL risDL第20頁/共38頁第21頁/共38頁3 3、無折邊錐殼的厚度、無折邊錐殼的厚度錐殼厚錐殼厚度度（4-364-36） acosppDti12 acos12ppDtis（4-364-36）（4-374-37）（4-38

10、4-38）統(tǒng)一厚度統(tǒng)一厚度 pQpDtir2 pQpDtisr2第22頁/共38頁（二）折邊錐形封頭或錐形筒（二）折邊錐形封頭或錐形筒體體可降低應(yīng)力集中，適用于錐殼大端可降低應(yīng)力集中，適用于錐殼大端半錐角半錐角a a30300 0 ，小端半錐角，小端半錐角a a45450 0當(dāng)錐殼半錐角當(dāng)錐殼半錐角a a660 00 0時，按平蓋計(jì)時，按平蓋計(jì)算。算。第23頁/共38頁1 1、錐殼大端、錐殼大端 a. a. 過渡段的計(jì)算壁過渡段的計(jì)算壁厚厚 pKpDti5 . 02第24頁/共38頁b. b. 與過渡段相連與過渡段相連接處的錐殼計(jì)算接處的錐殼計(jì)算壁厚壁厚 pfpDti5 . 0第25頁/共38

11、頁2 2、錐殼小端、錐殼小端a. a. 半錐角半錐角a a 45450 0 ，小，小端無折邊計(jì)算同前端無折邊計(jì)算同前b. b. 小端有折邊，過渡小端有折邊，過渡段厚度按（段厚度按（4-384-38）確）確定，定，QQ值查圖值查圖4-294-29。c. c. 半錐角半錐角a a45450 0 ，小，小端過渡段厚度仍按端過渡段厚度仍按（4-384-38）確定，）確定，QQ值值查圖查圖4-304-30。acos1risDL risDL第26頁/共38頁第27頁/共38頁錐形封頭的小端與接口管相連，錐形封頭的小端與接口管相連，一般不加過渡弧，但接口管應(yīng)一般不加過渡弧，但接口管應(yīng)增厚，厚度取錐體厚度，加

12、厚增厚，厚度取錐體厚度，加厚的長度：的長度： isD.l50第28頁/共38頁六、平板封頭六、平板封頭v化工設(shè)備常用的一種封頭?；ぴO(shè)備常用的一種封頭。v圓形、橢圓形、長圓形、矩形圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，和方形等，v相同相同( (R R ) )和受載下，薄板應(yīng)和受載下，薄板應(yīng)力比薄殼大得多，即平板封頭力比薄殼大得多，即平板封頭比凸形封頭厚得多。比凸形封頭厚得多。第29頁/共38頁v平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在壓力不高，直徑較小的容器在壓力不高，直徑較小的容器中采用。承壓設(shè)備人孔、手孔中采用。承壓設(shè)備人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉以及在操作時需要用

13、盲板封閉的地方，才用平板蓋。的地方，才用平板蓋。 v高壓容器平板封頭用得較為普高壓容器平板封頭用得較為普遍。遍。第30頁/共38頁 tcPKpD平蓋系數(shù)平蓋系數(shù)K K查表查表4-144-14第31頁/共38頁工藝操作對封頭形狀無特殊要求。工藝操作對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭邊緣應(yīng)力較大，球冠形封頭、平板封頭邊緣應(yīng)力較大，平板封頭厚度較大，故不宜采用。平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上對凸形封頭計(jì)算后，再確定封理論上對凸形封頭計(jì)算后，再確定封頭型式。頭型式。例題例題4-44-4：確定：確定例題例題4-24-2精餾塔封頭精餾塔封頭型式與尺寸。該塔型式與尺寸。該塔D Di i=600

14、mm=600mm；設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力p p2.2MPa2.2MPa；工作溫度；工作溫度t t-3-3-20-20， n n=7mm=7mm。第32頁/共38頁半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重量輕，但深度大制造難，中、低壓小量輕，但深度大制造難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；設(shè)備不宜采用；碟形封頭深度可碟形封頭深度可調(diào)節(jié)，適合于加工，調(diào)節(jié)，適合于加工，但曲率不連續(xù)，局部應(yīng)力較大，故受但曲率不連續(xù)，局部應(yīng)力較大，故受力不如橢圓形封頭；力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比較容易，受力標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標(biāo)準(zhǔn)橢狀況比碟形封頭好，故可采用標(biāo)

15、準(zhǔn)橢圓形封頭。圓形封頭。第33頁/共38頁橢圓形封頭壁厚：橢圓形封頭壁厚： p p2.2MPa2.2MPa；D Di i=600mm=600mm； 2020=170MPa=170MPa； =1.0=1.0，C C2 2=1.0mm =1.0mm 考慮鋼板厚度負(fù)偏差，取考慮鋼板厚度負(fù)偏差，取C C1 1=0.6mm=0.6mm（估計(jì)壁厚（估計(jì)壁厚6mm6mm）代入并經(jīng)圓整后用代入并經(jīng)圓整后用 n n=6mm=6mm鋼板。鋼板。 25 . 02CppDtid第34頁/共38頁35單位容積的表面積，半球形封頭為最小。單位容積的表面積，半球形封頭為最小。橢圓形和碟形封頭的容積和表面積基本相同，橢圓形和碟形封頭的容積和表面積基本相同，可以認(rèn)為近似相等?？梢哉J(rèn)為近似相等。封頭的選擇主要根據(jù)設(shè)計(jì)對象的要求，封頭的選擇主要根據(jù)設(shè)計(jì)對象的要求，并考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。并考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。封頭的選擇1、幾何方面第35頁/共38頁36半球形封頭的應(yīng)力分布最好半球形封頭的應(yīng)力分布最好橢圓形封頭應(yīng)力情況第二橢圓形封頭應(yīng)力情況第二碟形封頭在力學(xué)上的最大缺點(diǎn)