化工设备设计基础封头设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,d,e,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。,封头,材料,碳素钢、普低钢、,复合钢板,不锈钢、耐酸钢,封头,壁厚,48,1018,20,39,1018,20,直边,高度,25,40,50,25,40,50,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,d,n,计算,d,e,d,n,-,C,算出,R,0,/,d,e,。,椭圆形封头当量球壳外半径,R,0,=K,1,D,0,。K,1,由,长短轴比值决定，标准椭圆形封头,K,1,=0.9,b.,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,d,n,可用，若小得过多，可将,d,n,适当减小，重复上述计算,若,p,p,，,需增大初设的,d,n,，,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,R,0,=K,1,D,0，,其中 K,1,=0.5,三、碟形封头,又称带折边球形封头，球面半径,R,i,、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,30,0,1、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,30,0,，小端半锥角,a,45,0,当锥壳半锥角,a,6,0,0,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,45,0,，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,45,0,，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,D,i,=600mm；设计压力,p,2.2MPa；工作温度t-3-20，,d,n,=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；,D,i,=600mm；,s,20,=170MPa；,j,=1.0，,C,2,=1.0mm,考虑钢板厚度负偏差，取,C,1,=0.6mm（估计壁厚6mm）,代入并经圆整后用,d,n,=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30,0,锥底大端带折边。折边内半径r=0.15D,i,=180mm。锥体壁厚计算：,锥底接管d,N,=200mm,外径,d=219mm,所以锥底小端直径 D,is,=222mm,接管加强段厚度与锥体同厚，,加强段的长度,过渡区厚度计算公式,思考题：,1、常用封头形式有哪些种？各有什么特点？,2、比较半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的受力情况。,作 业,习题：P307 13，14,