聚氯乙烯搅拌反应釜设计—毕业设计

常州工程职业技术学院 毕 业 设 计（论文） 题 目 聚氯乙烯搅拌反应釜设计 专 业 机电一体化 班级学号 2004513226 姓 名 指导教师 2007 年 5 月 5 日中文摘要随着我国经济的稳步发展和人民生活水平的不断提高，加之聚氯乙烯应用开发的不断深入，国内市场对聚氯乙烯的需求仍具有较大的发展空间，特别是在汽车、建筑、电子和涂料等方面，对于拓宽聚氯乙烯的消费、开发大宗专用树脂，促进聚氯乙烯的生产具有积极而现实的意义。本设计用反应釜均采用双线密封，因而密封性能好，经久耐用。具有釜盖提升或釜体下落、釜体倾倒功能，用灵活的机械结构操作代替繁重的体力劳动，提高了工作效率。磁力密封搅拌器具有静密封、无泄漏、噪音低、寿命长等特点，配合低温恒温水浴可完成低温恒温反应。封头与筒体的装配采用直接定位的装夹法，方便、快捷易于操作。 关键字聚氯乙烯 反应釜 封头设计English abstractStably continued the health along with the our country economical whole the development, the Chinese plastic mechanical industry process15 realizes the surmounting -like development, the industrial scaleexpanded, continuously eight year main economic indicator year by year increased progressively, its development speed with created the main economic indicator to account for the proportion in the mechanical industry to grow year by year, the domestic and foreign polyvinyl-chloride (PVC) the resin market supply and demand condition and the consumption pattern, indicated the polyvinyl-chloride the supply and demand quantity could not satisfy the market by far the demand, Therefore, for strengthens our country polyvinyl-chloride PVC industry the competitive ability to propose suggested: Besides should take general polyvinyl-chloride PVC the product quality, should vigorously develop each kind of high performance, the low price polyvinyl-chloride product, in order to adapt the our country national economy high speed growth, satisfies the polyvinyl-chloride PVC resin the demand quantity swift and violent growth, this procedure mainly briefed the polyvinyl-chloride PVC resin application development tendency and the new product development situation.Key Wordsthe polyvinyl-chloride Responds the cauldron Seals a design目录1 绪论-11 1课题背景-11 2系统功能介绍-12封头设计-22 1椭圆形封头-322半球形封头-42 3碟形封头-524球冠形封头-525 锥形封头-5 251 锥体大端-6 252 锥体小端-7 253 无折边锥壳的厚度-10 26 平板封头-113、内压薄壁圆筒与封头的强度设计-13 31 强度设计的基本知识-13 32内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计-14 33压圆筒封头的设计-174、封头选择-2041 符号说明-2042 常压容器-2143 压力容器-2144 真空或外压容器-225、外压圆筒与封头的设计-22 51 概述-2252 临界压力-2353外压圆筒的工程设计-25结论-26致谢-26参考文献-271绪论11 课题背景我国聚氯乙烯主要用于制造人造革、浸渍手套、纱窗、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材、蓄电池隔板和玩具等。 随着我国经济的稳步发展和人民生活水平的不断提高，加之聚氯乙烯应用开发的不断深入，国内市场对聚氯乙烯的需求仍具有较大的发展空间，特别是在汽车、建筑、电子和涂料等方面，对于拓宽聚氯乙烯的消费、开发大宗专用树脂，促进聚氯乙烯的生产具有积极而现实的意义。因此，国家增加资金扶持和政策支持，壮大科研力量，努力研发高质量、高附加值的聚氯乙烯产品，可以缩小与发达国家和地区的差距，提高核心竞争12 系统功能介绍本设计介绍了厚径比小于3的薄壁封头高精度旋压成形的方法，它涉及一种封头的旋压、成形工艺。本发明的目的是为解决航天器上的封头尺寸较大、壁厚较薄、尺寸精度要求高、成形难度大，特别是厚径比小于3的薄壁封头旋压成形难度更大的问题。本发明开动旋压机使旋轮在自转的同时沿着预先输入程序的轨迹作轴向和径向运动，同时旋压机主轴带动芯模和板坯进行自转，当旋轮旋到距边缘20mm时使之自动退出，此时翻边部分第一道次旋压结束；然后用气焊枪对外缘法兰进行加热处理以消除加工硬化。本发明的有益效果是：只需一台设备，一次性安装板坯便可完成旋压成形，因而成形精度很高。可以成形出厚径比小于3、壁厚小于等于1mm的高精度薄壁大尺寸封头。一种厚径比小于3的薄壁封头高精度旋压成形方法，其特征在于它是通过以下步骤实现的：一、芯模的选择：芯模材料选用强度和硬度很高的中碳钢或工具钢，芯模的一端为平面，芯模的另一端为外形与封头内部形状一致的深碟形面，平面一端的中心开有一个锥形盲孔，此锥形盲孔与旋压机主轴配合，其锥形盲孔周围均匀分布至少两个螺纹盲孔和一个躲避盲孔，螺纹盲孔用于与旋压机主轴的固定，躲避盲孔用于躲避主轴上的螺栓，位置与主轴上的螺栓一致；深碟形面顶部为球冠面，为了方便板坯的固定在球冠面的顶端加工有一个直径小于30mm的平面，此平面中心周围均匀分布至少两个盲销孔，盲销孔的内部安装定位销，用于板坯的径向定位；二、压盖的选择：压盖为焊接件，材料选用强度和硬度很高的合金钢，压盖的一端为凹球面，凹球面的形状尺寸与封头外形一致，凹球面的中心周围开有与芯模上定位销相对应的盲孔，用于躲避芯模上的定位销；压盖另一端的中心处开有一个盲孔，此盲孔用于与旋压机尾顶配合；三、进行球冠部分的成形：把板坯中心开两个定位孔后放置到芯模端部安装的两个定位销上，开动旋压机尾座，使尾顶和芯模将板坯夹紧，在板坯靠近旋轮的一侧涂上润滑剂以减小摩擦，开动旋压机使旋轮自转的同时沿着预先输入程序的轨迹作轴向和径向运动，同时旋压机主轴带动芯模和板坯进行自转，当旋轮旋到球冠部分与转角部分的交点时，按照程序的指令自动退出，自此，球冠部分的剪切旋压结束；四、进行翻边部分的成形：首先将旋压机尾座退回，将压盖套在尾顶上，再次开动旋压机尾座，使压盖和芯模将板坯夹紧，并在板坯的外表面涂上润滑剂；开动旋压机使旋轮在自转的同时沿着预先输入程序的轨迹作轴向和径向运动，同时旋压机主轴带动芯模和板坯进行自转，此时的起旋点与上一阶段的结束点相同，当旋轮旋到距边缘20mm时使之自动退出，此时翻边部分第一道次旋压结束；然后用气焊枪对外缘法兰进行加热处理以消除加工硬化，待其冷却之后涂上润滑剂，接着进行第二道次的旋压，操作过程与第一道次相同，只是旋轮轨迹不同，以后各道次操作过程均与第二道次相同，只是旋轮轨迹不同；五、成形过程完成之后，退回旋压机尾座，将板坯制成的工件从芯模上取下，采用手工或机械加工方法将工件外缘法兰边切掉，整个封头成形过程结束。2 封头设计21 封头介绍封头又称端盖，其分类情况如树枝图所示：凸形封头包括的四种的示意图可见封头的结构形式图。平板封头根据它与筒体连接方式不同也有多种结构。本节将对这些封头分别进行讨论。22 椭圆形封头椭圆形封头是半椭球和高度为h的短圆筒(通称直边)两部分构成，见封头的结构形式图图（a）。直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。 图 2-1虽然椭圆形封头各点曲率半径不一样，但变化是连续的，受内压时，薄膜应力分布没有突变。接下来分受内压和受外压两种情形来了解椭圆形封头。受内压的椭圆形封头 受内压的椭圆形封头的计算厚度按下式确定：（2-1） 式中 K-椭圆形封头形状系数，由式（2-2）计算。其它符号意义见图2-1（a）所示。 (2-2) 长短轴之比值为2的椭圆形封头称为标准椭圆形封头，此时K=1。它的壁厚计算公式： （2-3） 当封头是由整块钢板冲压时，f值取为1。比较式（2-3）与筒体设计壁厚计算公式（2-12），如果忽略分母上的微小差异，两个公式完全一样，因此，大多数椭圆形封头壁厚取为与筒体相同，或是比筒体稍厚。另外，在设计椭圆形封头时，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。 椭圆形封头的最大允许工作压力按下式计算： （2-4） 标准椭圆形封头的直边高度h mm由表2-1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 101820 39101820 直边高度254050254050表2-1受外压（凸面受压）的椭圆形封头 受外压的椭圆形封头的厚度设计，计算步骤如下： a. 假设dn，计算dedn一C，算出R0/de。其中R0为椭圆形封头的当量球壳外半径，R0=K1D0。K1一由椭圆形长短轴比值决定的系数，标准椭圆形封头K1=0.9。b. 计算系数 c. 根据所用材料，从A-B的关系图中选出适用的一张，在该图下方找到A值所在点。若A值落在该设计温度下材料温度曲线的右方，则由此点向上引垂线与设计温度下的材料线相交(遇中间温度值用内插法)，再通过此交点向右引水平线，即可由右边读出B值，并按下式计算许用外压力p：（2-5） 若A值处于该设计温度下材料曲线的左方，则用式（2-6）计算许用外压力p: (2-6) d比较许用外压p与设计外压p。 若pp，假设的壁厚dn可用，若小得过多，可将dn适当减小，重复上述计算； 若pp，需增大初设的dn ，重复上述计算，直至使pp且接近p为止。 23 半球形封头半球形封头是由半个球壳构成的，示意图见封头的结构形式图图（b）。受内压的球形封头的计算壁厚与球壳相同。虽然球形封头壁厚可较相同直径与压力的圆筒壳减薄一半。但在实际工作中，为了焊接方便以及降低边界处的边缘压力，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。 24 碟形封头碟形封头又称带折边球形封头，由三部分构成：以Ri为半径的球面、以r为半径的过渡圆弧(即折边)和高度为h的直边，见封头的结构形式图图（c）。球面半径越大，折边半径越小，封头的深度将越浅，这对于加工成型有利。但是考虑到球面部分与过渡区联接处的局部高应力，规定碟形封头球面部分的半径一般不大于筒体内径，而折边内半径r在任何情况下均不得小于筒体内径的10，且应不小于3倍封头名义壁厚。Ri=0.9Di、r=0.17Di的碟形封头，称为标准碟形封头。其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。由于在相同受力条件下，碟形封头的壁厚比相同条件下的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。碟形封头与筒体可用法兰联接，也可用焊接联接。当采用焊接联接时，应采用对接焊缝。如果封头与筒体的厚度不同，须将较厚的一边切去一部分，如下图2-2所示。 受外压的碟形封头，设计步骤与椭圆形封头设计步骤相同，仅是D0为碟形封头球面部分外半径。图2-225 球冠形封头为了进一步降低凸形封头的高度，将碟形封头的直边及过圆弧部分去掉，只留下球面部分。并把它直接焊在筒体上，这就构成了球冠形封头，见封头的结构形式图图（d）。这种封头也称为无折边球形封头。26 锥形封头锥形封头广泛应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的圆锥形壳体称为变径段。 锥形封头的结构如下图所示。对应于无折边和折边封头，有下面两种不同的设计计算方法。 无折边锥形封头或锥形筒体 无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥体半顶角a30。 261 锥体大端带折边锥形封头大端的壁厚，按过渡段与相接处锥体两部分分别计算。当整个带折边锥形封头采用同一厚度时，应取下述二式计算结果中的较大值。 a. 过渡段的计算壁厚 （2-10）式中 K-系数，查表2-2。 表2-2 系数 K值ar/Di0.100.150.200.300.400.5100.66440.61110.57890.54030.51680.5000200.69560.63570.59860.55220.52230.5000300.75440.68190.63570.57490.53290.5000350.79800.71610.66290.59140.54070.5000400.85470.76040.69810.61270.55060.5000450.92530.81810.74400.64020.56350.5000501.02700.89440.80450.67650.58040.5000551.16080.99800.88590.72490.60280.5000601.35001.14331.00000.79230.63370.5000b. 与过渡段相接处的锥壳厚度 （2-11） 式中 f-系数，其值列于表2-3。 表2-3 系数 f 值ar/Di0.100.150.200.300.400.5100.50620.50550.50470.50320.50170.5000200.52570.52250.51930.51280.50640.5000300.56190.55420.54650.53100.51550.5000350.58830.57730.56630.54420.52210.5000400.62220.60690.59160.56110.53050.5000450.66570.64500.62430.58280.54140.5000500.72230.69450.66680.61120.55560.5000550.79730.76020.72300.64860.57430.5000600.90000.85000.80000.70000.60000.5000锥体大端与圆筒连接时，应按以下步骤确定连接处锥壳大端的厚度： a. 以p/(stj)与半顶角a的值，查确定锥壳大端连接处的加强图：当其交点位于曲线之上方时，不必局部加强；当其交点位于曲线下方时，则需要局部加强。 b. 无需加强时，锥体大端壁厚按式(2-7)计算。 （2-7） c. 需要增加厚度予以加强时，则应在锥壳与圆筒之间设置加强段，锥壳和圆筒加强段厚度须相同，加强段计算壁厚按式（2-8）计算。 （2-8）式中 Q-应力增值系数，与p/(stj)与a值有关，由锥壳大端连接处的Q值图查出，中间值用内插法。加强区长度，锥壳加强段的长度L1不应小于；圆筒加强段的长度L不应小于。 2.62 锥体小端 锥体小端与圆筒连接时，小端锥壁厚设计：以p/(stj)与半顶角a的值，查确定锥壳小端连接处的加强图如图2-3，当其交点位于曲线之上方时，不必局部加强。计算壁厚d的计算同大端。当其交点位于图中曲线下方时，则需要局部加强。其计算壁厚的公式为（2-9） 式中 Dis-锥体小端内直径，mm； Q-应力增值系数，由确定锥壳小端连接处的Q值图图2-4查出。 在任何情况下，加强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚度。锥壳加强段的长度L1不应小于；圆筒加强段的长度L不应小于。 图2-3图2-4当锥壳半顶角a45时，若采用小端无折边时，其小端厚度按前述锥体小端厚度计算；如需采用小端有折边时，其小端过渡段厚度按（2-10）式确定，式中Q值由确定锥壳小端连接处的Q值图图2-5查取。 图2-5当锥壳半顶角a45，小端过渡区厚度仍按（2-10）式确定，但式中Q值由锥壳小端带过渡段连接的Q值图图2-5查取。与过渡段相接的锥壳和圆筒的加强段厚度应与过渡段厚度相同。锥壳加强段的长度L1不应小于；圆筒加强段的长度L不应小于。在任何情况下，加强段的厚度不得小于与其连接处的锥壳厚度。 263无折边锥壳的厚度 当无折边锥壳的大端或小端，或大、下端同时具有加强段时，应分别按式（2-3）、（2-4）、（2-5）分别确定锥壳各部分厚度。若整个锥形封头采用同一厚度时，应取上述各部分厚度中的最大值作为封头的厚度。 折边锥形封头或锥形筒体 采用带折边锥体作封头或变径段可以降低转角处的应力集中。根据半顶角的大小，分为三种情况：（1）当锥体大端的半顶角a30时，应采用带过渡段的折边结构。否则应按应力分析的方法进行设计。 （2）对于锥体小端，当半顶角a45时，须采用带折边的锥形封头。大端折边锥壳过渡段转角半径r应不小于封头大端内径Di的10，小端折边过渡段转角半径rs应不小于封头小端内径Dis的5，且均不小于锥体厚度的3倍。 （3）当锥壳半顶角a60时，其厚度可按平盖计算，也可按应力分析的方法进行设计。 27 平板封头平板封头是化工设备常用的一种封头。平板封头的几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。根据薄板理论，受均布载荷的平板，最大弯曲应力smax与(Rd)2成正比，而薄壳的最大拉(压)应力smax与(Rd)成正比。因此，在相同的(Rd)和受载条件下，薄板的所需厚度要比薄壳大得多，即平板封头要比凸形封头厚得多。但是，由于平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径较小的容器中，采用平板封头比较经济简便。而承压设备的封头一般不采用平板形，只是压力容器的人孔、手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方，才用平板盖。 另外，在高压容器中，平板封头用得较为普遍。这是因为高压容器的封头很厚，直径又相对较小，凸形封头的制造较为困难。 平板封头按下式计算壁厚 （2-12） 式中：p-平板封头的计算壁厚，mm；Dc-计算直径，表2-4中图例所示，mm； p一设计压力，MPa；-焊接接头系数；K-与平板结构有关的结构特征系数，见表4-14； st-材料在设计温度下的许用应力，MPa。平板风头结构系数K的选择表表2-43 内压薄壁圆筒与封头的强度设计3.1强度设计的基本知识一、关于弹性失效的设计准则1、弹性失效理论：对于中、低压薄壁容器，目前通用的是弹性失效理论。依据这一理论，容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点，容器即告失效(失去正常的工作能力)，也就是说，容器的每一部分必须处于弹性变形范围内。保证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时测得的屈服点，即。2强度安全条件：为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应力之间满足一定的关系。即=极限应力（由简单拉伸试验确定）安全系数许用应力相当应力，由强度理论来确定。二、强度理论及其相应的强度条件以圆筒形容器作例=，= 主应力 =，=，=0第一强度理论最大主应力理论（适用于脆性材料）=第二强度理论最大变形理论（与实际相关较大，未用）第三强度理论最大剪应力理论（适用于塑性材料）=0=第四强度理论能量理论（适用于塑性材料）=压力容器都采用塑性材料制造，应采用第三或第四强度理论，我国采用第三强度理论。3.2 内压薄壁圆壳体与球壳的强度设计一、设计计算（一）圆筒形容器1、 强度设计公式根据前面所讲的第三强度理论，有=-=将平均直径换为圆筒内径D=Di+S; 换为计算压力；将压力考虑焊接制造因素，将换为则有：故：其中计算壁厚,mm材料在设计温度下的许用应力，Mpa;2、厚度的定义计算厚度 设计厚度=+名义厚度=+圆整值=+圆整值有效厚度=-其中钢板壁厚负偏差；腐蚀裕度；=+如图所示C1C2圆整值加工减薄量C=C1+C23、校核公式若已知，要计算一台容器所能承受的载荷时= =4、采用无缝钢管作圆体时，公称直径为钢管的外径，（二）球形容器对于球形容器，由于其主应力为利用上述推导方法，可以得到球形容器壁厚设计计算公式，即上述球形容器计算公式的适用范围为二、设计参数的确定1、压力工作压力：指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。设计压力：指设定的容器顶部的最高压力，它与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。计算压力：指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位厚度的压力，其中包括液柱静压力。当壳体各部位或元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计。2、设计温度指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面厚度的温度平均值）。设计温度是选择材料和确定许用应力时不可少的参数。3、许用应力和安全系数（1）许用应力的取法常温容器 =min,中温容器 =min高温容器 =min（2）安全系数的取法安全系数是不断发展变化的参数，科技发展，安全系数变小；要求记忆：常温下，碳钢和低合金钢=3.0，=1.64、焊接接头系数焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。焊缝区的强度主要决定于熔焊金属、焊缝结构和施焊质量。焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检测的长度比率。5、厚度附加量=+钢板壁厚负偏差； 按相应的钢板或钢管标准的规定选取当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计。腐蚀裕量；为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量。三、压力试验与强度校核容器制成以后(或检修后投入生产之前)必须作压力试验或增加气密性试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考查容器的密封性，以确保设备的安全运行。 对需要进行焊后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力试验和气密试验，对于分段交货的压力容器，可分段热处理在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。压力试验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验。对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。1试验压力2压力试验的应力校核3压力试验的试验要求与试验方法33 内压圆筒封头的设计容器封头又称端盖，按其形状可分为三类；凸形封头、锥形封头和平板形封头。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头(或称带折边的球形封头)和球冠封头(无折边球形封头)四种。一、半球形封头半球形封头(图43)是由半个球壳构成的，它的计算壁厚公式与球壳相同二、椭圆形封头椭圆形封头(图44)是由长短半袖分别为a和b的半椭球和高度为h。的短圆筒(通称为直边)两部分所构成。直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊受边缘应力作用。有以下结论：当椭球壳的长短半轴 a/b2时，椭球壳赤道上出现很大的环向应力(图325(c)，其绝对值远大于顶点的应力。从而引入形状系数K。（也称应力增加系数）根据强度理论（具体推导过程参阅华南理工大学P57），受内压（凹面受压）的椭圆形封头的计算厚度公式为：标准椭圆封头K=1（a/b=2），计算厚度公式为椭圆封头最大允许工作压力计算公式为：GB150-1998规定：K1时，0.15K1时，0.30但当确定封头厚度时，已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。现行的椭圆形封头标准为JBT473795。三、碟形封头由三部分构成：以为半径的球面；以r为半径的过渡圆弧(即折边)；高度为的直边。同样，引入形状系数，则其计算厚度公式为标准碟形封头：球面内半径，过渡圆弧内半径r=0.17Di，此时M1.325，计算壁厚公式：碟形封头最大允许工作压力为GB150-1998规定：M1.34时，0.15M1.34时，0.30但当确定封头厚度时，已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。碟形封头标准为JB57664。四、球冠形封头五、锥形封头六、平板封头平板封头是化工设备常用的一种封头。平板封头的几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。在各种封头中，平板结构最简单，制造就方便，但在同样直径、压力下所需的厚度最大，因此一般只用于小直径和压力低的容器。但有时在高压容器中，如合成塔中也用平盖，这是因为它的端盖很厚且直径较小，制造直径小厚度大的凸形封头很困难。设计公式是半经验公式，推导不要求。材料在设计温度下的许用应力，Mpa。(计算预紧状态时，为常温的许用应力)4 封头的选择4.1 符号说明Di封头内径，mmhi封头内曲面高度，mmpc计算压力，MPar碟形封头过渡区转角处的内半径，mmRi碟形封头球面部分的内半径，mmV封头体积，mm3压力容器封头计算厚度，mmh常压容器封头计算厚度，mm焊接接头系数t设计温度下材料的许用应力，MPa设备设计工程师经常需要选择用于各种压力下的容器封头，对封头型式的选择将影响着容器的费用和尺寸。JB/T 4729旋压封头所列封头类型中，具有代表性的和常用的封头如下。标准椭圆封头： hi=0.25 Di(1)V=0.130 9 Di3(2)碟形封头： Ri=1.00 Di(3)r=0.10 Di(4)hi=0.194 Di(5)V=0.098 96 Di3(6)封头的最佳选择取决于压力、容器直径、壁厚和所用材质，这些都有严格的设计程序。42 常压容器JB/T 4735中给出了上述2种封头壁厚计算公式。运用式(7)和(8)，压力从10 kPa到95 kPa，容器直径从300 mm到5 200 mm，腐蚀裕量取1 mm进行计算。对计算出来的封头壁厚和封头质量进行比较，可以得出常压容器封头型式的选择原则：卧式容器或对直段长度小于6 000 mm的立式容器，使用碟形封头。对直段长度大于6 000 mm的立式容器，如果容器中的静压力小于等于450 kPa，使用碟形封头；如果容器中的静压力大于450 kPa，使用标准椭圆形封头。4.3 压力容器GB 150中上述2种封头壁厚计算公式稍有变化。受内压标准椭圆封头：(9)受内压碟形封头：(10)运用式(9)和式(10)，选取压力从100 kPa到600 kPa，容器直径从300 mm到5 200mm，腐蚀裕量取1 mm进行计算。对计算出来的封头壁厚和封头质量进行比较，可得出压力容器封头型式选择原则：如果计算压力小于等于450 kPa，而且容器直径小于等于2 000 mm，使用碟形封头。如果计算压力大于450 kPa，或容器直径超过2 000 mm，且其计算压力大于250 kPa，使用标准椭圆形封头。如果计算压力小于250 kPa，对于任何直径的容器均使用碟形封头。4.4 真空或外压容器按GB 150方法，对真空度从20 kPa到100 kPa，容器直径从300 mm到5 200 mm，腐蚀裕量取1 mm进行计算。比较计算出来的封头壁厚和封头质量，可得出真空或外压容器封头型式的选择原则：对直径小于2 400 mm的容器使用碟形或标准椭圆形封头，但碟形封头更经济通常被优先选用。如果直径2 400 mm，则使用椭圆形封头。5 外压圆筒与封头的设计5.1 概述一、外压容器的失稳1、外压容器的定义2、外压薄壁容器的受力对于薄壁壳体来讲，内压薄壁圆筒受的是拉应力，即=，=。而外压薄壁圆筒所受的是压应力，这种压缩应力的数值与内压容器相同，只是改变了应力的方向，然而，正是由于方向的改变，使得外压容器失效形式与内压不同。外压容器很少因为强度不足发生破坏，常常是因为刚度不足而发生失稳。下面我们来看看失稳的定义。3、失稳及其实质失稳：承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一数值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸除后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的失稳（Instability）二、容器失稳型式的分类1、按受力方向分为侧向失稳与轴向失稳（容器由均匀侧向外压引起的失稳，叫侧向失稳，特点是失稳时，壳体横断面由原来的圆形变为波形，波数可以是两个、三个、四个，如图所示）2、按压应力作用范围分为整体失稳与局部失稳52 临界压力一、临界压力的概念二、影响临界压力的因素（一） 筒体几何尺寸的影响（二） 筒体材料性能的影响圆筒失稳时，在绝大多数情况下，筒壁内的压应力并没有达到材料的屈服点。（是弹性失稳）故这种情况失稳与材料的屈服点无关，只与材料的弹性模数E和泊松比有关。材料的弹性模数E和泊松比越大，其抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。但是，由于各种钢材的E和值相差不大，所以选用高强度钢代替一般碳素钢制造外压容器，并不能提高筒体的临界压力（三） 筒体椭圆度和材料不均匀性的影响1、稳定性的破坏并不是由于壳体存在椭圆度或材料不均匀而引起的。无论壳体的形状多么精确，材料多么均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。2、但是壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，使失稳提前发生。三、长圆筒、短圆筒、钢性圆筒的定性描述相对几何尺寸两端边界影响临界压力失稳波形数长圆筒L/D0较大忽略只与Se/D0有关，与L/D0无关2短圆筒L/D0较小显著与Se/D0有关，与L/D0有关大于2的整数刚性圆筒L/D0较小Se/D0较大不失稳四、临界压力的理论计算公式（一） 长圆筒应变：= （二）短圆筒应变（三）刚性圆筒五、临界长度和长圆筒、短圆筒、钢性圆筒的定量描述（一）临界长度定义（二）和当圆筒处于临界长度时，用长圆筒公式计算所得的临界压力值和用短圆筒公式计算的临界压力值应相等，即同理，当圆筒处于临界长度时，用短圆筒公式计算所得的临界压力值和用刚性圆筒公式计算的最大允许工作压力值应相等，即此时求出的L即为（三）长圆筒、短圆筒和刚性圆筒的定量描述若某圆筒的计算长度为，则：属长圆筒属短圆筒属刚性圆筒53 外压圆筒的工程设计一、 设计准则（一）许用外压力和稳定安全系数m=许用外压力，Mpa稳定安全系数。对圆筒、锥壳=3；球壳、椭圆形和碟形封头=15（二）设计准则计算压力=，并接近二、 外压圆筒壁厚设计的图算法1、算图的由来2、外压圆筒和管子厚度的图算法三、外压圆筒的试压外压容器和真空容器以内压进行压力试验。试验压力为：液压试验 =1.25气压试验 =1.15 式中设计压力，Mpa；试验压力，Mpa；结束语通过本次课程设计，使我对反应釜设计方案、封头设计、筒体装配的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识，它相当于实际反应釜生产设计工作的模拟。在课程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，按照老师的要求和反应釜的基本流程进行设计，其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、再修改，最后定案，进行正式设计阶段。设计方案确定后，又在老师指导下进行扩充详细设计，并画出若干能够清楚表达自己设计图；最后进行流程图设计。整个过程周密有序，最终顺利完成全部课程设计。 此次课程设计按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。所作的方案也经过了充分的考虑，设计表达清楚。但是在设计过程中我也发现一些问题，书本上的知识只能补充我的不足，还应该有真正的实践能力，掌握设备的性能，这次课程设计是为以后的工作学习奠定了基础，使我受益匪浅。致谢感谢我的指导老师，这篇论文的每个实验细节和每个数据，都离不开您的细心指导，您循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。您严谨细致、一丝不苟的作风将一直是我工作、学习中的榜样。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入这次毕业设计中。同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校常州工程职业技术学院，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。 另外，衷心感谢我的同窗同学们，在我毕业论文写作中，与他们的探讨交流使我受益颇多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！学无止境！明天，将是我终身学习另一天的开始。参考文献1 蔡纪宁，张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出社.20002 刁玉玮，王立业.化工设备机械基础.大连：大连理工大学出版社.19833 汤善甫，朱思明.化工设备机械基础.上海：华东理工大学出版社.19914 陈立德.机械设计基础.北京：高等教育出版社.20045 许德珠.机械工程材料.北京：高等教育出版社.20016 王凯，虞军.搅拌设备.北京：化学工业出版社.20037 徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社.19918 何七荣.机械制造工艺与工装.北京：高等教育出版社.200332