压力容器折边锥形封头设计的疑义解析

时间:2022-07-21 13:25:02 阅读:

内容摘要:打开文本图片集压力容器是石油、化工、制药、制冷、制氧、制氮以及压缩空气行业最为常用的设备单体。由于密

总结并阐述正确的设计理论和标准要求。锥形封头通常采用折边直角锥形封头,因折边直角锥形封头的设计是折边封头设计的典型常规,其它型式的封头亦采用该种锥封头的设计理念和引用标准。所以本文以折边直角锥形封头作为引例,从而对折边锥形封头的设计常遇到的问题及误区做一次深入探考。

折边直角锥封头涉及到的参数有(见图一):锥大端内径Di、锥小端内径Dis、锥角α、直边高度h0、转角半径ri、壁厚δn。下面我们对这些参数容易出现的误区和解析分别阐述:

误区一:锥大端内径Di与圆筒壁厚不同,设计者按外表面平齐从而形成内径不等径,而强度计算通常按内径计算,造成实际产品与强度计算书不符,原则上影响了设计的严谨性。

解析:锥大端内径通常与其连接的圆筒内径等径,如出现不等厚对接情况,宜于外部采用对厚侧不少于1:3斜度的削薄以便达到圆滑过渡。

误区二:锥小端内径Dis既可以有直边,也可以无直边,当采用无直边时接管厚度与锥体壁厚δn不相等。通常设计者认为无直边即插入式焊接。

解析:无直边时接管(或筒体)应与锥封头壁厚δn等厚。此段属于加强段,应参照无折边锥封头设计要素,详见GB/T150.3-2011《压力容器》第5.6.4.1款:锥体加强段与圆筒应具有相同的厚度。这是设计者极易忽略的问题。

误区三:由于回转薄壳理论将锥角定义为全锥体角度,从而到时设计者也将锥角α理解为整个锥体的角度。

解析:无论是在GB/T150.3-2011《压力容器》中,还是在GB/T25198-2010《压力容器封头》中均把锥角α定义为半锥角。详见图一。

误区四:由于绘图软件autocad的程序特性,导致有些新手设计员忽略折边锥封头的直边存在。

解析:直边高度h0的高度尺寸规定如下:当内径≤2000mm时,直边高度取25mm。当内径>2000mm时,直边高度取40mm。标准依据为:GB/T25198-2010《压力容器封头》第6.3.10款。

误区五:折边锥形封头的转角半径ri亦称为过渡半径,该尺寸在现行最新标准GB/T25198-2010《压力容器封头》中的要求与封头被取代标准的要求不同。很多设计者依然采用老标准的要求,即ri=0.15Di。

解析:转角半径在现行最新标准GB/T25198-2010《压力容器封头》中的要求是ri≥0.1Di。虽然采用0.15Di亦在允许范围内,但实用灵活性却小了很多,尤其是壁厚未超过12mm的锥封头,采用较小的锥角半径,可以缩短锥封头的高度从而有效节省空間。

误区六:锥封头壁厚δn只按GB/T150.3-2011《压力容器》给予的公式进行计算,而未满足该标准其它条款。举例如下:设计压力0.65MPa,设计温度:60℃,锥大端内径Di=1600,材质:Q345R,腐蚀裕度取1mm。经过强度计算:成型最小有效厚度4.64mm,圆整后如果取壁厚δn=6是完全合格的。但事实上是不合格的。

解析:GB/T150.3-2011《压力容器》中第5.6.1.3条款明确规定:在任何情况下,过渡段或加强段的最小成型厚度不得小于与其连接的圆筒内径的0.3%mm。上例中Di=1600,最小成型厚度应该不小于1600×0.3%=4.8mm。如果再加上腐蚀裕度,最小成型厚度为5.8。壁厚为6mm的钢板根本无法保证最小成型厚度5.8mm。所以锥封头壁厚δn应该选择8mm。

压力容器行业在国内生产总值中占据着不可动摇的地位,其安全性直接影响着广大群众的生命财产安全。而设计工作又是整个压力容器生产过程的龙头,对压力容器质量有着直接的影响。以上六点误区是折边锥封头的设计者经常犯的错误,特对此归纳总结以便与同行交流。


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