化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)_封頭設(shè)計(jì)

1、第四節(jié)第四節(jié) 封頭的設(shè)計(jì)封頭的設(shè)計(jì)封頭又稱端蓋，其分類封頭又稱端蓋，其分類一、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。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(zhǎng)短軸之比值為長(zhǎng)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當(dāng)封頭是由整塊鋼板沖壓時(shí)，當(dāng)封頭

2、是由整塊鋼板沖壓時(shí)， 值取為值取為1 1。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(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭不小于封頭內(nèi)直徑對(duì)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標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度由表4-11確定。確定。封頭封頭材料材料碳素鋼、普低鋼、碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板復(fù)

3、合鋼板不銹鋼、耐酸鋼不銹鋼、耐酸鋼 封頭封頭壁厚壁厚48 101820 39101820 直邊直邊高度高度254050254050 eietKDp5 . 02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b.b.R R0 0=K=K1 1 D D0 0。 K K1 1 由由長(zhǎng)短軸比值決長(zhǎng)短軸比值決定，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭定，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭K K1 1 =0.

4、9=0.9b. b. 計(jì)算系數(shù)計(jì)算系數(shù)eRA/125. 00eRBp/0c. c. 根據(jù)材料，從根據(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. 0eREpd. 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

5、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。二、半球形封頭二、半球形封頭受內(nèi)壓球形封頭計(jì)算壁厚與球殼相同。受內(nèi)壓球形封頭計(jì)算壁厚與球殼相同。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)算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。球殼外半徑步驟同橢圓形封頭。球殼外半徑R R0 0=K=

6、K1 1 D D0 0，其中其中 K K1 1 =0.5 =0.5 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、過渡圓弧過渡圓弧半徑半徑r r和高度為和高度為h h的直的直邊邊。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。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。只留下球面部分。也稱

7、無折邊球形封頭。也稱無折邊球形封頭。五、錐形封頭五、錐形封頭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)備中的固體便于收集與卸除設(shè)備中的固體物料。物料。v塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，塔設(shè)備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體連接，稱為變也常用錐形殼體連接，稱為變徑段。徑段。（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. a. 查圖查圖4-264-26，大端是否須加，大端是否須加強(qiáng)強(qiáng) b. b

8、. 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 acosppDti12c. 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 . 022 2、錐殼小端、錐殼小端a. a. 查圖查圖4-284-28，小端是否須加強(qiáng)，小端是否須加強(qiáng) 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 acos12ppDtisc. c. 需加強(qiáng)，加強(qiáng)段和

9、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 risDL3 3、無折邊錐殼的厚度、無折邊錐殼的厚度錐殼厚度錐殼厚度（4-364-36） acosppDti12 acos12ppDtis（4-364-36）（4-374-37）（4-384-38）統(tǒng)一厚度統(tǒng)一厚度 pQpDtir2 pQpDtisr2（二）折邊錐形封頭或錐形筒體（二）折邊錐形封頭或錐形筒體可降低應(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

10、端半錐角小端半錐角a a45450 0當(dāng)當(dāng)錐殼半錐角錐殼半錐角a a660 00 0時(shí)，按平蓋計(jì)時(shí)，按平蓋計(jì)算。算。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 . 02b. 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 . 02 2、錐殼小端、錐殼小端a. a. 半錐角半錐角a a 45450 0 ，小端小端無折邊計(jì)算同前無折邊計(jì)算同前b. b. 小端有折邊，過渡段小端有折邊，過渡段厚度按（厚度按（4-384-38）確定，）確定，QQ值查圖值查圖4-294-29。c. c. 半錐角半錐角a a45450 0 ，

11、小端小端過渡段厚度仍按（過渡段厚度仍按（4-4-3838）確定，）確定，QQ值查圖值查圖4-304-30。acos1risDL risDL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，加厚增厚，厚度取錐體厚度，加厚的長(zhǎng)度：的長(zhǎng)度： isD.l50六、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(zhǎng)圓形、矩形圓形、橢圓形、長(zhǎng)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

12、頭厚得多。比凸形封頭厚得多。v平板封頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，平板封頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，在在壓力不高，直徑較小的容器壓力不高，直徑較小的容器中采用。承壓設(shè)備中采用。承壓設(shè)備人孔、手孔人孔、手孔以及在操作時(shí)需要用以及在操作時(shí)需要用盲板盲板封閉封閉的地方，才用平板蓋。的地方，才用平板蓋。 v高壓容器高壓容器平板封頭用得較為普平板封頭用得較為普遍。遍。 tcPKpD平蓋系數(shù)平蓋系數(shù)K K查表查表4-144-14工藝操作對(duì)封頭形狀無特殊要求。工藝操作對(duì)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

13、對(duì)凸形封頭計(jì)算后，再確定封理論上對(duì)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=600mm=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。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，故受力不但曲率不連續(xù)，

14、局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；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)準(zhǔn)橢圓形封頭。圓形封頭。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6 6mmmm）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 . 02Cp

15、pDtid例題例題4-5：不銹鋼反應(yīng)釜操作壓力：不銹鋼反應(yīng)釜操作壓力1.2MPa，內(nèi)徑內(nèi)徑1.2m，下部為帶折邊錐底，其半錐頂角為下部為帶折邊錐底，其半錐頂角為45。出料管公稱直徑出料管公稱直徑200mm，釜壁溫度為釜壁溫度為300，試，試確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。 半錐角半錐角300,錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑r=0.15Di = 180mm。錐體壁厚計(jì)算：錐體壁厚計(jì)算： 2150CCp.fpDtid）表134(645. 0f)(6 . 12 . 13 . 1防爆膜MPapmmDi1200 MPa78300102C）（估計(jì)壁厚mmmmC168 . 01mmd9 .15錐底接管錐底接管dN=200mm,外徑外徑 d=219mm所以錐底小端直徑所以錐底小端直徑 Dis=222mm接管加強(qiáng)段厚度與錐體同厚，接管加強(qiáng)段厚度與錐體同厚， mmn16加強(qiáng)段的長(zhǎng)度加強(qiáng)段的長(zhǎng)度