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1、第四节第四节 封头的设计封头的设计封头又称端盖，其分类封头又称端盖，其分类一、椭圆形封头一、椭圆形封头半椭球和高度为半椭球和高度为h h的短圆筒的短圆筒( (通通称直边称直边) )两部分两部分构成，构成，直边保证封头制直边保证封头制造质量和避免造质量和避免边缘应力作用。边缘应力作用。受内压的椭圆形封头受内压的椭圆形封头计算厚度计算厚度K K- -椭圆形封头形状系数，椭圆形封头形状系数，标准椭圆形封头标准椭圆形封头( (长短轴之比值为长短轴之比值为2)2)，K=1K=1。壁厚计算公式：壁厚计算公式：当封头是由整块钢板冲压时，当封头是由整块钢板冲压时，j j值取为值取为1 1。筒体设计壁厚计算公。
2、筒体设计壁厚计算公式：式：v忽略分母上微小差异，大多数椭圆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。封头壁厚与筒体同，或比筒体稍厚。v还应保证封头的有效壁厚还应保证封头的有效壁厚d de e满足：满足：对标准椭圆形封头不小于封头内直径对标准椭圆形封头不小于封头内直径的的0.150.15。椭圆形封头最大允许工作压力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标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。确定。封头封头材料材料碳素钢、普低钢、碳素钢、普低钢、复合钢板复合钢板不锈钢、耐酸钢不锈钢、耐酸钢 封头封头壁厚壁厚48 101820 39101820 直边直边高度高
3、度254050254050受外压（凸面受压）椭圆形封头受外压（凸面受压）椭圆形封头外压椭圆形封头厚度设计步骤同外外压椭圆形封头厚度设计步骤同外压圆筒。压圆筒。a.a.假设假设d dn n, ,计算计算d de ed dn n- -C C, ,算出算出R R0 0/ / d de e 。椭圆形封头当量球壳外半径椭圆形封头当量球壳外半径b.b.R R0 0=K=K1 1 D D0 0。 K K1 1 由由长短轴比值决定，长短轴比值决定，标准椭圆形封头标准椭圆形封头K K1 1 =0.9=0.9b. b. 计算系数计算系数c. c. 根据材料，从根据材料，从A-BA-B图（图图（图4-164-16至
4、图至图4-204-20）中选用，若）中选用，若A A值落在设值落在设计温度线的右方，读出计温度线的右方，读出B B值计算许值计算许用外压力用外压力 p p 若若A A值在设计温度线的左方，则许值在设计温度线的左方，则许用外压：用外压： d. d. 比较许用外压比较许用外压 p p 与设计外压与设计外压p pv若若p pp p ，假设的厚度假设的厚度d dn n可用，可用，若小得过多，可将若小得过多，可将d dn n适当减小，适当减小，重复上述计算重复上述计算v若若p p p p ，需增大初设的需增大初设的d dn n，重重复上述计算，直至使复上述计算，直至使 p p p p且接且接近近p p为
5、止。为止。二、半球形封头二、半球形封头受内压球形封头计算壁厚与球壳相同。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。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，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。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。球壳外半径步骤同椭圆形封头。球壳外半径R R0 0=K=K1 1 D D0 0，其中其中 K K1 1 =0.5 =0.5 三、碟形封头三、碟形封头又称带折边球形封头，又称带折边球形封头，球面半径球面半径R Ri i、过渡
6、圆弧过渡圆弧半径半径r r和高度为和高度为h h的直的直边边。相同受力，碟形封头壁相同受力，碟形封头壁厚比椭圆形封头壁厚厚比椭圆形封头壁厚要大些，而且碟形封要大些，而且碟形封头存在应力不连续，头存在应力不连续，因此没有椭圆形封头因此没有椭圆形封头应用广泛。应用广泛。四、球冠形封头四、球冠形封头降低凸形封头高度，降低凸形封头高度，将碟形封头的直边将碟形封头的直边及过圆弧部分去掉，及过圆弧部分去掉，只留下球面部分。只留下球面部分。也称无折边球形封头。也称无折边球形封头。五、锥形封头五、锥形封头v广泛用于化工设备广泛用于化工设备( (如蒸发器、如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器喷雾干燥器、结晶器及
7、沉降器等等) )的底盖的底盖v便于收集与卸除设备中的固体便于收集与卸除设备中的固体物料。物料。v塔设备上、下部分的直径不等，塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体连接，称为变也常用锥形壳体连接，称为变径段。径段。（一）无折边锥形封头或锥形筒体（一）无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥壳半锥角适用于锥壳半锥角a a 30300 01 1、锥壳大端锥壳大端 a. a. 查图查图4-264-26，大端是否须，大端是否须加强加强 b. b. 不必局部加强，计算壁厚为不必局部加强，计算壁厚为 c. c. 需加强，以降低联需加强，以降低联接处的局部应力。锥接处的局部应力。锥壳加强段和圆筒加强壳加强段和圆筒
8、加强段厚度相同段厚度相同 Q Q为锥壳与圆筒联接为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数，处的应力增值系数，查图查图4-27 4-27 2 2、锥壳小端、锥壳小端a. a. 查图查图4-284-28，小端是否须加强，小端是否须加强 b. b. 不必局部加强，计算不必局部加强，计算壁厚同大端壁厚同大端 c. c. 需加强，加强段和需加强，加强段和圆筒加强段厚度相同圆筒加强段厚度相同 Q Q为锥壳与圆筒联接为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数，处的应力增值系数，查图查图4-29 4-29 3 3、无折边锥壳的厚度、无折边锥壳的厚度锥壳厚度锥壳厚度（4-364-36）（4-364-36）（4-374-37）（4
9、-384-38）统一厚度统一厚度（二）折边锥形封头或锥形筒体（二）折边锥形封头或锥形筒体可降低应力集中，适用于锥壳大端可降低应力集中，适用于锥壳大端半锥角半锥角a a 30300 0 ，小端半锥角小端半锥角a a45450 0当当锥壳半锥角锥壳半锥角a a660 00 0时，按平盖计算。时，按平盖计算。1 1、锥壳大端、锥壳大端 a. a. 过渡段的计算过渡段的计算壁厚壁厚 b. b. 与过渡段相连与过渡段相连接处的锥壳计算接处的锥壳计算壁厚壁厚 2 2、锥壳小端、锥壳小端a. a. 半锥角半锥角a a 45450 0 ，小小端无折边计算同前端无折边计算同前b. b. 小端有折边，过渡小端有折
10、边，过渡段厚度按（段厚度按（4-384-38）确）确定，定，Q Q值查图值查图4-294-29。c. c. 半锥角半锥角a a 45450 0 ，小小端过渡段厚度仍按端过渡段厚度仍按（4-384-38）确定，）确定，Q Q值查值查图图4-304-30。锥形封头的小端与接口管相连，锥形封头的小端与接口管相连，一般不加过渡弧，但接口管应一般不加过渡弧，但接口管应增厚，厚度取锥体厚度，加厚增厚，厚度取锥体厚度，加厚的长度：的长度： 六、平板封头六、平板封头v化工设备常用的一种封头。化工设备常用的一种封头。v圆形、椭圆形、长圆形、矩形圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，和方形等，v相同相同( (R R
11、d d) )和受载下，薄板应和受载下，薄板应力比薄壳大得多，即平板封头比力比薄壳大得多，即平板封头比凸形封头厚得多。凸形封头厚得多。v平板封头结构简单，制造方便，平板封头结构简单，制造方便，在在压力不高，直径较小的容器压力不高，直径较小的容器中中采用。承压设备采用。承压设备人孔、手孔人孔、手孔以及以及在操作时需要用在操作时需要用盲板盲板封闭的地方封闭的地方，才用平板盖。，才用平板盖。 v高压容器高压容器平板封头用得较为普平板封头用得较为普遍。遍。平盖系数平盖系数K K查表查表4-144-14工艺操作对封头形状无特殊要求。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，球冠形封头
12、、平板封头边缘应力较大，平板封头厚度较大，故不宜采用。平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上对凸形封头计算后，再确定封理论上对凸形封头计算后，再确定封头型式。头型式。例题例题4-44-4：确定：确定例题例题4-24-2精馏塔封精馏塔封头型式与尺寸。该塔头型式与尺寸。该塔D Di i=600mm=600mm；设设计压力计压力p p2.2MPa2.2MPa；工作温度工作温度t t- -3 3-20-20，d dn n=7mm=7mm。半球形封头受力最好，壁厚最薄、重半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大制造难，中、低压小量轻，但深度大制造难，中、低压小设备不宜采用；设备不宜采用；碟形封头深度
13、可碟形封头深度可调节，适合于加工，调节，适合于加工，但曲率不连续，局部应力，故受力不但曲率不连续，局部应力，故受力不如椭圆形封头；如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。圆形封头。椭圆形封头壁厚：椭圆形封头壁厚： p p2.2MPa2.2MPa；D Di i=600mm=600mm； s s 2020=170MPa=170MPa；j j=1.0=1.0，C C2 2=1.0mm =1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，取考虑钢板厚度负偏差，取C C1 1=0.6mm=0.6mm（估计壁厚估
14、计壁厚6 6mmmm）代入并经圆整后用代入并经圆整后用d dn n=6mm=6mm钢板。钢板。例题例题4-5：不锈钢反应釜操作压力：不锈钢反应釜操作压力1.2MPa，内径内径1.2m，下部为带折边锥底，其半锥顶角为下部为带折边锥底，其半锥顶角为45。出料管公称直径出料管公称直径200mm，釜壁温度为釜壁温度为300，试，试确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸。确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸。 半锥角半锥角300,锥底大端带折边。折边内半径锥底大端带折边。折边内半径r=0.15Di = 180mm。锥体壁厚计算：锥体壁厚计算： 锥底接管锥底接管dN=200mm,外径外径 d=219mm所以锥底小端直径所以锥底小端直径 Dis=222mm接管加强段厚度与锥体同厚，接管加强段厚度与锥体同厚， 加强段的长度加强段的长度 过渡区厚度计算公式过渡区厚度计算公式思考题：思考题：1 1、常用封头形式有哪些种？各有、常用封头形式有哪些种？各有什么特点？什么特点？2 2、比较半球形封头、椭圆形封头、比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的受力情况。碟形封头的受力情况。作作 业业习题：习题：P307 13P307 13，1414
