化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)封頭設(shè)計(jì)

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1、第 四 節(jié) 封 頭 的 設(shè) 計(jì) 封 頭 又 稱 端 蓋 , 其 分 類(lèi) 一 、 橢 圓 形 封 頭半 橢 球 和 高 度 為h的 短 圓 筒 (通稱 直 邊 )兩 部 分構(gòu) 成 ,直 邊 保 證 封 頭 制造 質(zhì) 量 和 避 免邊 緣 應(yīng) 力 作 用 。 受 內(nèi) 壓 的 橢 圓 形 封 頭計(jì) 算 厚 度K-橢 圓 形 封 頭 形 狀 系 數(shù) ,標(biāo) 準(zhǔn) 橢 圓 形 封 頭 (長(zhǎng) 短 軸 之 比 值 為2), K=1。 壁 厚 計(jì) 算 公 式 : p.KpDt i 502 22261 iihDK ppDt i 5.02 當(dāng) 封 頭 是 由 整 塊 鋼 板 沖 壓 時(shí) , 值 取 為 1。 筒 體

2、設(shè) 計(jì) 壁 厚 計(jì) 算 公式 :v忽 略 分 母 上 微 小 差 異 , 大 多 數(shù) 橢 圓封 頭 壁 厚 與 筒 體 同 , 或 比 筒 體 稍 厚 。v還 應(yīng) 保 證 封 頭 的 有 效 壁 厚 e滿 足 :對(duì) 標(biāo) 準(zhǔn) 橢 圓 形 封 頭 不 小 于 封 頭 內(nèi) 直 徑的 0.15 。 Cp.KpDt id 502 22 CppDt id 橢 圓 形 封 頭 最 大 允 許 工 作 壓 力 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度由表4-11確定。封頭材料碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板不銹鋼、耐酸鋼 封頭壁厚48 1018 20 39 1018 20 直邊高度25 40 50 25 40 50 ei etKDp

3、 5.02 受 外 壓 ( 凸 面 受 壓 ) 橢 圓 形 封 頭外 壓 橢 圓 形 封 頭 厚 度 設(shè) 計(jì) 步 驟 同 外壓 圓 筒 。a.假 設(shè) n,計(jì) 算 e n-C,算 出 R0/ e 。橢 圓 形 封 頭 當(dāng) 量 球 殼 外 半 徑R0=K1 D0。 K1 由 長(zhǎng) 短 軸 比 值 決 定 ,標(biāo) 準(zhǔn) 橢 圓 形 封 頭 K1 =0.9b. 計(jì) 算 系 數(shù) eRA /125.00 eR Bp / 0 c. 根 據(jù) 材 料 , 從 A-B圖 ( 圖 4-16至圖 4-20) 中 選 用 , 若 A值 落 在 設(shè)計(jì) 溫 度 線 的 右 方 , 讀 出 B值 計(jì) 算 許用 外 壓 力 p若 A

4、值 在 設(shè) 計(jì) 溫 度 線 的 左 方 , 則 許用 外 壓 : 20 /0833.0 eR Ep d. 比 較 許 用 外 壓 p與 設(shè) 計(jì) 外 壓 pv若 p p, 假 設(shè) 的 厚 度 n可 用 ,若 小 得 過(guò) 多 , 可 將 n適 當(dāng) 減 小 ,重 復(fù) 上 述 計(jì) 算v若 p p, 需 增 大 初 設(shè) 的 n, 重復(fù) 上 述 計(jì) 算 , 直 至 使 p p且 接近 p為 止 。 二 、 半 球 形 封 頭受 內(nèi) 壓 球 形 封 頭 計(jì) 算 壁 厚 與 球 殼 相 同 。球 形 封 頭 壁 厚 可 較 圓 筒 殼 減 薄 一 半 。但 為 焊 接 方 便 以 及 降 低 邊 緣 壓 力

5、,半 球 形 封 頭 常 和 筒 體 取 相 同 的 厚 度 。 受 外 壓 的 球 形 封 頭 的 厚 度 設(shè) 計(jì) , 計(jì) 算步 驟 同 橢 圓 形 封 頭 。 球 殼 外 半 徑R0=K1 D0, 其 中 K1 =0.5 三 、 碟 形 封 頭又 稱 帶 折 邊 球 形 封 頭 ,球 面 半 徑 Ri、 過(guò) 渡 圓 弧半 徑 r和 高 度 為 h的 直邊 。相 同 受 力 , 碟 形 封 頭 壁厚 比 橢 圓 形 封 頭 壁 厚要 大 些 , 而 且 碟 形 封頭 存 在 應(yīng) 力 不 連 續(xù) ,因 此 沒(méi) 有 橢 圓 形 封 頭應(yīng) 用 廣 泛 。 四 、 球 冠 形 封 頭降 低 凸 形

6、封 頭 高 度 ,將 碟 形 封 頭 的 直 邊及 過(guò) 圓 弧 部 分 去 掉 ,只 留 下 球 面 部 分 。也 稱 無(wú) 折 邊 球 形 封 頭 。 五 、 錐 形 封 頭 v廣 泛 用 于 化 工 設(shè) 備 (如 蒸 發(fā) 器 、噴 霧 干 燥 器 、 結(jié) 晶 器 及 沉 降 器等 )的 底 蓋v便 于 收 集 與 卸 除 設(shè) 備 中 的 固 體物 料 。v塔 設(shè) 備 上 、 下 部 分 的 直 徑 不 等 ,也 常 用 錐 形 殼 體 連 接 , 稱 為 變徑 段 。 ( 一 ) 無(wú) 折 邊 錐 形 封 頭 或 錐 形 筒 體適 用 于 錐 殼 半 錐 角 a3001、 錐 殼 大 端 a.

7、 查 圖 4-26, 大 端 是 否 須 加強(qiáng) b. 不 必 局 部 加 強(qiáng) , 計(jì) 算 壁 厚 為 a cosppDt i 12 c. 需 加 強(qiáng) , 以 降 低 聯(lián)接 處 的 局 部 應(yīng) 力 。 錐殼 加 強(qiáng) 段 和 圓 筒 加 強(qiáng)段 厚 度 相 同 pQpD t ir 2Q為 錐 殼 與 圓 筒 聯(lián) 接處 的 應(yīng) 力 增 值 系 數(shù) ,查 圖 4-27 acos5.021 riDL riDL 5.02 2、 錐 殼 小 端a. 查 圖 4-28, 小 端 是 否 須 加 強(qiáng) b. 不 必 局 部 加 強(qiáng) , 計(jì) 算壁 厚 同 大 端 a cos12 ppDt is c. 需 加 強(qiáng) ,

8、加 強(qiáng) 段 和圓 筒 加 強(qiáng) 段 厚 度 相 同 pQpDt isr 2Q為 錐 殼 與 圓 筒 聯(lián) 接處 的 應(yīng) 力 增 值 系 數(shù) ,查 圖 4-29 acos1 risDL risDL 3、 無(wú) 折 邊 錐 殼 的 厚 度錐 殼 厚 度( 4-36) a cosppDt i 12 a cos12 ppD t is( 4-36)( 4-37)( 4-38)統(tǒng) 一 厚 度 pQpDt ir 2 pQpDt isr 2 ( 二 ) 折 邊 錐 形 封 頭 或 錐 形 筒 體可 降 低 應(yīng) 力 集 中 , 適 用 于 錐 殼 大 端半 錐 角 a300 , 小 端 半 錐 角 a450當(dāng) 錐 殼

9、 半 錐 角 a600時(shí) , 按 平 蓋 計(jì)算 。 1、 錐 殼 大 端 a. 過(guò) 渡 段 的 計(jì) 算 壁厚 pKpDt i 5.02 b. 與 過(guò) 渡 段 相 連接 處 的 錐 殼 計(jì) 算壁 厚 pfpDt i 5.0 2、 錐 殼 小 端a. 半 錐 角 a450 , 小 端無(wú) 折 邊 計(jì) 算 同 前b. 小 端 有 折 邊 , 過(guò) 渡 段厚 度 按 ( 4-38) 確 定 ,Q值 查 圖 4-29。c. 半 錐 角 a450 , 小 端過(guò) 渡 段 厚 度 仍 按 ( 4-38) 確 定 , Q值 查 圖4-30。 acos1 risDL risDL 錐 形 封 頭 的 小 端 與 接 口

10、 管 相 連 ,一 般 不 加 過(guò) 渡 弧 , 但 接 口 管 應(yīng)增 厚 , 厚 度 取 錐 體 厚 度 , 加 厚的 長(zhǎng) 度 : isD.l 50 六 、 平 板 封 頭v化 工 設(shè) 備 常 用 的 一 種 封 頭 。v圓 形 、 橢 圓 形 、 長(zhǎng) 圓 形 、 矩 形和 方 形 等 ,v相 同 (R )和 受 載 下 , 薄 板 應(yīng)力 比 薄 殼 大 得 多 , 即 平 板 封 頭比 凸 形 封 頭 厚 得 多 。 v平 板 封 頭 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 , 制 造 方 便 ,在 壓 力 不 高 , 直 徑 較 小 的 容 器中 采 用 。 承 壓 設(shè) 備 人 孔 、 手 孔以 及 在 操 作

11、時(shí) 需 要 用 盲 板 封 閉的 地 方 , 才 用 平 板 蓋 。 v高 壓 容 器 平 板 封 頭 用 得 較 為 普遍 。 tcP KpD平 蓋 系 數(shù) K查 表 4-14 工 藝 操 作 對(duì) 封 頭 形 狀 無(wú) 特 殊 要 求 。球 冠 形 封 頭 、 平 板 封 頭 邊 緣 應(yīng) 力 較 大 ,平 板 封 頭 厚 度 較 大 , 故 不 宜 采 用 。理 論 上 對(duì) 凸 形 封 頭 計(jì) 算 后 , 再 確 定 封頭 型 式 。例 題 4-4: 確 定 例 題 4-2精 餾 塔 封 頭型 式 與 尺 寸 。 該 塔 Di=600mm;設(shè) 計(jì) 壓 力 p 2.2MPa; 工 作 溫 度 t

12、 -3 -20 , n=7mm。 半 球 形 封 頭 受 力 最 好 , 壁 厚 最 薄 、 重量 輕 , 但 深 度 大 制 造 難 , 中 、 低 壓 小設(shè) 備 不 宜 采 用 ;碟 形 封 頭 深 度 可 調(diào) 節(jié) , 適 合 于 加 工 ,但 曲 率 不 連 續(xù) , 局 部 應(yīng) 力 , 故 受 力 不如 橢 圓 形 封 頭 ;標(biāo) 準(zhǔn) 橢 圓 形 封 頭 制 造 比 較 容 易 , 受 力狀 況 比 碟 形 封 頭 好 , 故 可 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 橢圓 形 封 頭 。 橢 圓 形 封 頭 壁 厚 : p 2.2MPa; Di=600mm;20=170MPa; =1.0,C2=1.0mm 考

13、 慮 鋼 板 厚 度 負(fù) 偏 差 , 取 C1=0.6mm( 估 計(jì) 壁 厚 6mm)代 入 并 經(jīng) 圓 整 后 用 n=6mm鋼 板 。 25.02 CppDt id 例題4-5:不銹鋼反應(yīng)釜操作壓力1.2MPa,內(nèi)徑1.2m,下部為帶折邊錐底,其半錐頂角為45。出料管公稱直徑200mm,釜壁溫度為300,試確定該錐形底的壁厚及接口管尺寸。 半錐角300,錐底大端帶折邊。折邊內(nèi)半徑r=0.15Di = 180mm。錐體壁厚計(jì)算: 2150 CCp.fpDt id )表134(645.0 f )(6.12.13.1防爆膜MPap mmDi 1200 MPa78300 1 02 C)(估計(jì)壁厚m

14、mmmC 168.0 1 mmd 9.15 錐底接管dN=200mm,外徑 d=219mm所以錐底小端直徑 Dis=222mm接管加強(qiáng)段厚度與錐體同厚, mmn 16加強(qiáng)段的長(zhǎng)度 mm.D.l is 43162225050 的不銹鋼板統(tǒng)一厚度,用mmn 16過(guò)渡區(qū)厚度計(jì)算公式 215.02 CCpKpDt id 9.108.006.15.0782 12006.18181.0 d 思 考 題 :1、 常 用 封 頭 形 式 有 哪 些 種 ? 各 有什 么 特 點(diǎn) ?2、 比 較 半 球 形 封 頭 、 橢 圓 形 封 頭 、碟 形 封 頭 的 受 力 情 況 。 作 業(yè)習(xí) 題 : P307 13, 14

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