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压力容器封头的选用原则

时间:2021-10-12     作者:中山封头【原创】

选择原则

根据工况要求,不仅要考虑封头的形状及其应力分布,还要考虑冲压、焊接、装配的难度,进行全面的技术经济分析。

压力容器封头的选用原则

几何方面

同样体积,半球形头的表面积较小,而椭圆形头的表面积与碟形基本相同。

机械方面

在直径、壁厚相同的工作压力条件下,半球形封头的应力较小,两个方向的薄膜应力相等且沿子午线均匀分布。例如,当与壁厚相同的圆柱体连接时,边缘附近的应力与薄膜应力没有明显不同。

椭圆形封头的应力不如半球形封头均匀,但优于碟形封头,最大应力在顶点,环向压应力在赤道。当Di/(2h)=2与壁厚相同的圆柱体连接时,椭圆封头可以达到与圆柱体相同的强度。

碟形头最大的机械缺点是折叠半径r小,使得头部的子午线不连续,导致经向弯曲应力较大,周向压缩应力较大。然而,r/R越小,这些应力就越大,因此可能会出现周向裂纹和褶皱。

当r=0时,碟形封头变成没有翻边的球形封头,封头的力学性能不好,折点局部区域会出现峰值应力,折点处的焊缝会成为危险源。气缸盖和气缸之间的角焊缝为全熔透结构。

化工容器使用锥形封头的目的是锥形壳体有利于流体的均匀分布和排出。就力学特性而言,锥头在锥心处强度较高,一般不需要在锥心处加强孔。

制造方面及材料消耗

各种封头一般是由敲打、冲压、滚卷或爆炸成型制造,半球形与椭圆形封头通常用冲压的方法制造,大型半球形封头亦可先冲压成球瓣,然后组对拼焊而成,碟形封头通常用敲打、冲压或爆炸成型,折边部分可滚压或敲打制成。

从制造工艺分析,封头越深,直径与壁厚越大,越不易制造成,尤其当选用高强钢更如此。整体冲压半球形封头不如椭圆形封头好制造。椭圆形封头必须有几何正确的椭圆面模具,人工敲打制造。椭圆形封头制造灵活性大,锥形封头的锥顶尖部分很难卷制,当锥顶角较小时,为了避免制造上的困难和减小锥体高度,有时可以采用组合式封头(如加圆球面顶)。

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