西安石油大学：《过程设备设计基础 Basic Theory and Design of Process Equipments》课程教学资源（电子课件）第四章 压力容器设计 4.3 常规设计 4.3.3 封头设计

第四章 压力容器设计 CHAPTER IV Design of Pressure Vessel 4.3常规设计 4.3.3封头设计 1

1 4.3
 4.3.3  4.3
 4.3.3 
 CHAPTER Design of Pressure Vessel

4.3常规设计 过程设备设计 431概述 4.1概述 432圆筒设计 42设计准则 433封头设计 434密封装置设计 4.3常规设计 43.5开孔和开孔补强设计 44分析设计 436支座和检查孔 4.5疲劳分析 437安全泄放装置 43.8焊接结构设计 46压力容器设计技术进4.39压力试验

2 4.3

 4.1
4.2  4.3  4.4  4.5  4.6  4.3.3  4.3.4  4.3.5  4.3.6  !" 4.3.7 #$%& 4.3.2 '( 4.3.1
4.3.8 )*+, 4.3.9 -.

4.33封头设计 过程设备设计 43.3封头设计 半球形封头 椭圆形封头 凸形封头 碟形封头 锥壳 球冠形封头 封头种类〈变径段 平盖 紧缩口

3 4.3.3 
 4.3.3  /0 12 34 567 89 :;2 ?'2 @2 >A2

a￥球形封头b椭圆形封头c碟形封头d球冠形封头 图4-15常见容器封头的形式

4 4.3.3 



a.=>2 b.?'2 c.@2 d.>A2 B4-15 CD2E

4.33封头设计 过程设备设计 内压封头 强度计算: 受力 薄膜应力+不连续应力 计算 内压薄膜应力十应力增强系数 封头设计:优先选用封头标准中推荐的型式与参数,根据受 压情况进行强度或刚度计算,确定合适的厚度

5 FGHIJKLMNDOEPQRSTUV WXYZ[\Z]S^_`aDbZc FGHIJKLMNDOEPQRSTUV WXYZ[\Z]S^_`aDbZc d  Z]F d  Z]F VF efghijkg ]F d efghggllmmRR 4.3.3 


4.33封头设计 过程设备设计 4.3.3.1凸形封头 、半球形封头 半球形封头为半个球壳,如图4-15(a)所示 1受内压的半球形封头 优点薄膜应力为相同直径圆筒体的一半,最理想的结构形式。 缺点深度大,直径小时,整体冲压困难, 大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。 应用高压容器 P D 半球形封头厚度计算公式: 4[a]-p。(4-40) 式中D球壳的内直径,mm。 适用范围:为满足弹性要求,适用Pc≤0.6[0]φ,相当于K≤133

6
 efgnopq6'(rDs=StuvD+,2Ec 4.3.3.1 12 s s w w=>2 =>2n=x>4SyB4-15za{|}c 11.V. d D=>2 G~ ~ €ZSq6‚ƒS„r… †‡S q6ˆJ ‰… Š‹)ŒŽc €ZSq6‚ƒS„r… †‡S q6ˆJ ‰… Š‹)ŒŽc gJ ‘ c =>2bZ]’EF c t c i p p D − = σ φ δ 4[ ] z4-40{ EL Di—>4Ddq6Smmc aJFn•™šSaJPc›0.6[œ]tSožŸK›1.33 4.3.3 

4.3.3.1凸形封头 过程设备设计 2受外压的半球形封头 工程上:图算法。 推导过程:钢制半球形封头弹性失稳的临界压力为: 1.21E(δ/Rn) 取稳定性安全系数m=1452,得球壳许用外压力 P 0.0833E (441) 14.52(R/O) 2EA 令 PR。根据B=EIPR 得LP 3(Rn/)

7
 22.V.   D=>2 M¡¢£F¤¥=>2¦§D¨© nF Œ£ªFB]«c 2 1.21 ( / ) cr E e Ro p = δ ¬§_#$mRm=14.52S­>4®J  F 2 ( / ) 0.0833 14.52 [ ] o e cr R p E p δ = = z4-41{ e Ro [P] B δ ¯ = e P Ro B EA δ [ ] 3 2 TU = = 3( / ) 2 [ ] Ro e EA p δ ­ = 4.3.3.1


4.3.3.1凸形封头 过程设备设计 将[代入式(441)得 0.125 A (R。/8。) (4-42) 由B和[p的关系式得半球形封头的许用外压力为: B (4-43) (R。/8。)

8
 °[p]±²Ez4-41{­ (R / ) 0.125 A o e δ = z4-42{ ³B[p]D´mE­=>2D®J  nF (R / ) B [p] o e δ = z4-43{ 4.3.3.1


4.3.3.1凸形封头 过程设备设计 图算步骤: 不用几何算图 a假定名义厚度δ,令8=8-C,用式(442)计算出A, 根据所用材料选用厚度计算图,由A查取B,再按式(4-43) 计算许用外压力p] b如所得A值落在设计温度下材料线的左方,则直接用式 (441)计算p]若Ip]≥p且较接近,则该封头厚度合 理,否则重新假设δn,重复上述步骤,直到满足要求 为止

9
 a.µ_¶·bZ¸nS¯¸e=¸n-CSJEz4-42{]¹ AS TU|Jº»IJbZ]BS³A"¬BS¼½Ez4-43{ ]®J  [p]c a.µ_¶·bZ¸nS¯¸e=¸n-CSJEz4-42{]¹ AS TU|Jº»IJbZ]BS³A"¬BS¼½Ez4-43{ ]®J  [p]c B]¾¿F b.y|­AÀÁÂÃZĺ»ÅDÆÇSq*JE z4-41{][p]cÈ[p]Épcʐ*ËSÌbZ` uSÍÎϵ¸nSÎЪ¾¿Sqѕ™š nÒc b.y|­AÀÁÂÃZĺ»ÅDÆÇSq*JE z4-41{][p]cÈ[p]Épcʐ*ËSÌbZ` uSÍÎϵ¸nSÎЪ¾¿Sqѕ™š nÒc iJÓÔ]B 4.3.3.1


4.3.3.1凸形封头 过程设备设计 椭圆形封头 6R

10
 Õw?'2 4.3.3.1