化工设备设计基础封头设计方案.ppt

第四节封头的设计 封头又称端盖 其分类 一 椭圆形封头 半椭球和高度为h的短圆筒 通称直边 两部分构成 直边保证封头制造质量和避免边缘应力作用 受内压的椭圆形封头 计算厚度 K 椭圆形封头形状系数 标准椭圆形封头 长短轴之比值为2 K 1 壁厚计算公式 当封头是由整块钢板冲压时 j值取为1 筒体设计壁厚计算公式 忽略分母上微小差异 大多数椭圆封头壁厚与筒体同 或比筒体稍厚 还应保证封头的有效壁厚de满足 对标准椭圆形封头不小于封头内直径的0 15 椭圆形封头最大允许工作压力 标准椭圆形封头的直边高度由表4 11确定 受外压 凸面受压 椭圆形封头 外压椭圆形封头厚度设计步骤同外压圆筒 假设dn 计算de dn C 算出R0 de 椭圆形封头当量球壳外半径R0 K1D0 K1由长短轴比值决定 标准椭圆形封头K1 0 9b 计算系数 c 根据材料 从A B图 图4 16至图4 20 中选用 若A值落在设计温度线的右方 读出B值计算许用外压力 p 若A值在设计温度线的左方 则许用外压 d 比较许用外压 p 与设计外压p若p p 假设的厚度dn可用 若小得过多 可将dn适当减小 重复上述计算若p p 需增大初设的dn 重复上述计算 直至使 p p且接近p为止 二 半球形封头 受内压球形封头计算壁厚与球壳相同 球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半 但为焊接方便以及降低边缘压力 半球形封头常和筒体取相同的厚度 受外压的球形封头的厚度设计 计算步骤同椭圆形封头 球壳外半径R0 K1D0 其中K1 0 5 三 碟形封头 又称带折边球形封头 球面半径Ri 过渡圆弧半径r和高度为h的直边 相同受力 碟形封头壁厚比椭圆形封头壁厚要大些 而且碟形封头存在应力不连续 因此没有椭圆形封头应用广泛 四 球冠形封头 降低凸形封头高度 将碟形封头的直边及过圆弧部分去掉 只留下球面部分 也称无折边球形封头 五 锥形封头 广泛用于化工设备 如蒸发器 喷雾干燥器 结晶器及沉降器等 的底盖便于收集与卸除设备中的固体物料 塔设备上 下部分的直径不等 也常用锥形壳体连接 称为变径段 一 无折边锥形封头或锥形筒体 适用于锥壳半锥角a 3001 锥壳大端a 查图4 26 大端是否须加强 b 不必局部加强 计算壁厚为 c 需加强 以降低联接处的局部应力 锥壳加强段和圆筒加强段厚度相同 Q为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数 查图4 27 2 锥壳小端a 查图4 28 小端是否须加强 b 不必局部加强 计算壁厚同大端 c 需加强 加强段和圆筒加强段厚度相同 Q为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数 查图4 29 3 无折边锥壳的厚度 锥壳厚度 4 36 4 36 4 37 4 38 统一厚度 二 折边锥形封头或锥形筒体 可降低应力集中 适用于锥壳大端半锥角a 300 小端半锥角a 450当锥壳半锥角a 600时 按平盖计算 1 锥壳大端a 过渡段的计算壁厚 b 与过渡段相连接处的锥壳计算壁厚 2 锥壳小端a 半锥角a 450 小端无折边计算同前b 小端有折边 过渡段厚度按 4 38 确定 Q值查图4 29 c 半锥角a 450 小端过渡段厚度仍按 4 38 确定 Q值查图4 30 锥形封头的小端与接口管相连 一般不加过渡弧 但接口管应增厚 厚度取锥体厚度 加厚的长度 六 平板封头 化工设备常用的一种封头 圆形 椭圆形 长圆形 矩形和方形等 相同 R d 和受载下 薄板应力比薄壳大得多 即平板封头比凸形封头厚得多 平板封头结构简单 制造方便 在压力不高 直径较小的容器中采用 承压设备人孔 手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方 才用平板盖 高压容器平板封头用得较为普遍 平盖系数K查表4 14 工艺操作对封头形状无特殊要求 球冠形封头 平板封头边缘应力较大 平板封头厚度较大 故不宜采用 理论上对凸形封头计算后 再确定封头型式 例题4 4 确定例题4 2精馏塔封头型式与尺寸 该塔Di 600mm 设计压力p 2 2MPa 工作温度t 3 20 dn 7mm 半球形封头受力最好 壁厚最薄 重量轻 但深度大制造难 中 低压小设备不宜采用 碟形封头深度可调节 适合于加工 但曲率不连续 局部应力 故受力不如椭圆形封头 标准椭圆形封头制造比较容易 受力状况比碟形封头好 故可采用标准椭圆形封头 椭圆形封头壁厚 p 2 2MPa Di 600mm s 20 170MPa j 1 0 C2 1 0mm考虑钢板厚度负偏差 取C1 0 6mm 估计壁厚6mm 代入并经圆整后用dn 6mm钢板 例题4 5 不锈钢反应釜操作压力1 2MPa 内径1 2m 下部为带折边锥底 其半锥顶角为45 出料管公称直径200mm 釜壁温度为300 试确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸 半锥角 300 锥底大端带折边 折边内半径r 0 15Di 180mm 锥体壁厚计算 锥底接管dN 200mm 外径d 219mm所以锥底小端