压力容器零部件设计---封头设计
压力容器设计_常规设计_圆筒封头设计
4.3 常规设计 4.3.1 概述 4.3.2 圆筒设计4.3.1 概述将容器受力按照静载荷处理，以最大拉应力准则求得强度计算公式。
对于边缘应力问题，根据经验或分析设计结果，对结构形状给予限制。
常规设计采用弹性失效设计准则。
4.3.2 圆筒设计圆筒形容器是最常见的一种压力容器，广泛应用于各种类型的化工容器中。
（1）结构通常，分为单层式和多层组合式。
①单层式对于中低压圆筒，直接用薄钢板卷制而成。
每个筒节有一道纵焊缝，筒节之间为环焊缝。
对于高压厚壁容器，结构形式有如下几种：整体锻造式：质量得到保证，材料损耗大，尺寸小，成本高。
锻焊式：在整体锻造的基础上，筒节之间进行环焊缝连接，满足长度方向的要求。
对焊缝质量要求高。
锻焊式：工艺简单，生产率高，但厚板质量不易保证。
②多层组合式对于厚壁高压圆筒，往往采用多层组合式结构，主要有多层式和绕带式两种。
多层式：包括热套式结构、层板包扎式结构、绕板式结构等。
绕带式：这是一种以钢带缠绕在内简上以获得大厚度简壁的方法。
钢带厚4～8mm，宽40～120mm，缠绕时有倾斜角26º～31º。
扁平钢带倾角错绕式厚壁圆筒结构为我国首创，已被列入ASME －1和ASME－2的规范案例。
中径公式的意义实际上就是用薄壁圆筒的壁厚计算式来计算厚壁筒的壁厚。
p123 “表4-1”给出了厚壁筒壁厚的各种计算公式，下图给出各种强度理论、中径公式的计算结果和实验值的比较。
当按照塑性失效设计准则和爆破失效设计准则计算厚壁筒壁厚时，参照p57、p58和p130。
③多层厚壁圆筒计算参见p130。
(3) 设计参数的确定压力容器设计参数主要有：设计压力、设计温度、厚度、厚度附加量、焊缝系数和许用应力。
①设计压力（Design Pressure）设计压力是容器顶部的最高压力，其值不低于正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。
在相应设计温度下，确定容器壳壁计算厚度及其他元件尺寸时，还需要考虑液柱静压、重量、风载荷、地震、温差及附件重等等载荷，因此必须结合具体情况进行分析。
压力容器零部件设计---1封头设计
平板形封头
α＜30º
30º＜α＜60º
设计问题： 1球形封头与圆筒连接
椭圆形封头的最小厚度
标准椭圆形封头：δe≥0.15%Di
非标准椭圆形封头：δe≥0.30%Di
设计问题： 1椭圆形封头与法兰连接（GB150 7.6）
内压碟形封头
壁厚：
MPC Ri 2[ ]t 0.5PC
3、冷成形封头热处理的问题
GB150中10.4.2.2规定冷成形封头应进行热处理， 当制造单位确保成形后的材料性能符合设计使用要 求时，不受此限。除图样另有规定，冷成形的奥氏 体不锈钢封头可不进行热处理。
关于凸形封头的几个问题
4、封头成形的主要质量问题 （1）形状偏差要求 （间隙样板弦长和外凸内凹问题）
按半球形封头计算壁厚，R0取球面部分外半径。
4、无折边球形封头
按半球形封头计算壁厚
关于凸形封头的几个问题
1、封头成形时壁厚减薄量的问题
JB/T4746规定：按照GB150设计的封头，图样上标注了最小 厚度（设计厚度），则封头成形后实测厚度不得小于该最小 厚度；如未标最小厚度，则成形后实测厚度不小于名义厚度 减去钢板负偏差。
关于凸形封头的几个问题
2、关于拼接封头拼接接头系数φ的选取
GB150中10.8.2.2只规定了封头拼接接头应进行100%UT或 者RT检测，但未规定拼接接头系数φ是如何选取？
结论：拼接封头拼接接头系数φ的选取等同于该容器的纵 向焊接接头系数。 Φ=0.85时，RT Ⅲ级合格
Φ=1.0时， RT Ⅱ级合格
GB150中10.2.3.2规定用弦长等于封头内径3/4Di的内 样板检查，其最大间隙不得大于封头内径Di的1.25%
压力容器碟形封头设计及强度分析
１．强度计算分析
１．１ 压力容器的构成
无论压力容器的组成如何， 其基本受压元件都可以分为板和壳，
板是指平封头， 壳是指圆筒体、球壳和封头。压力容器封头又称端盖，
是容器的重要组成部分， 按其形状分为凸形封头、锥形封头、平板封头
三种； 凸形封头又分半球形封头、椭圆形 封 头 、碟 行 封 头 、球 冠 形 封 头
欧盟抓住这个有利时机， 打算由非军事工业财团运营的“伽利略” 系统来填补民用方面的空缺。由于“伽利略”采用了新技术， 在性能上 它将高于美、俄 的 现 有 定 位 系 统 ， 加 之 它 能 与 现 有 的 卫 星 定 位 系 统 兼 容， 因此应用前景十分广阔。预计第一阶段计划在 ２００５ 年之前试运 ４ 颗卫星。第二阶段从 ２００６ 年起将先后发射 ３８ 颗卫星至运行轨道。该 系统将于 ２００８ 年投入运营。
我厂系国家大型医药化工企业， 反 应 罐 、蒸 馏 釜 、溶 媒 储 罐 等 大 、
中 、小 型 压 力 容 器 应 用 非 常 泛 。其 中 很 多 设 备 采 用 碟 形 封 头 设 计 。封
头是压力容器重要的基本受压元件， 设计好、用好这部元件， 直接关系
到 企 业 安 全 、平 稳 生 产 。
第五章--外压圆筒与封头的设计
刚性筒是强度破坏，计算时只要满足强度要求即 可。
21
四、临界压力的理论计算公式
1、长圆筒
pcr
2Et
1 2
e
D0
3
pcr 临界压力, MPa; e 筒体的有效壁厚, mm;
失稳后的情况
10
11
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
侧向失稳
p
容器由均匀侧向外压 引起的失稳，叫侧向 失稳 特点:横截面 由原来的圆形被压瘪 而呈现波形
外压圆筒侧向失稳后的形状
波数与临界压力Pcr相对应，较少的 波纹数对应较低的临界压力。
12
轴向失稳
轴向失稳由ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ向压应力引起，失稳后其 经线由原来的直线变为波形线，而横断 面仍为圆形。
24
2、钢制短圆筒
pcr 2.59E t
e / D0
L / D0
2.5
L 筒体的计算长度, mm;
圆筒外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距离
25
外压圆筒的计算长度L如何确定？ （1）当圆筒上无加强圈时:
L＝圆筒长＋2×封头直边段＋ 2×1/3封头曲面深度
26
外压圆筒的计算长度L如何确定？
第五章 外压圆筒与封头的设计
教学重点： （1）失稳和临界压力的概念； （2）影响临界压力的因素； （3）外压容器的图算法设计。
教学难点： 图算法的原理。
1
压力容器失效常以三种形式表现出来：
①强度；②刚度；③稳定性
是压力容器标准所要控制的几种失效形式。
压力容器封头标准
压力容器封头标准压力容器封头是压力容器的重要组成部分，其质量直接关系到压力容器的安全运行。
压力容器封头的标准化生产和使用对于保障压力容器的安全性具有重要意义。
本文将介绍压力容器封头的标准，包括国内外常见的标准和相关要求。
一、国内压力容器封头标准。
1. GB/T 25198-2010《压力容器用封头》。
该标准规定了压力容器用封头的分类、型式和尺寸，包括圆形封头、椭圆形封头、球形封头、扁平封头等。
同时，标准还对封头的材质、加工工艺、检测要求等进行了详细的规定，保证了封头的质量和安全性。
2. JB/T 4732-2005《压力容器用碳钢、低合金钢封头》。
该标准是国内常用的压力容器封头标准之一，主要适用于碳钢和低合金钢制造的压力容器封头。
标准规定了封头的型式、尺寸、材质、加工工艺、检测要求等内容，对于压力容器的设计、制造和使用具有重要意义。
二、国际压力容器封头标准。
1. ASME标准。
ASME标准是国际上广泛使用的压力容器标准之一，其涵盖了压力容器封头的相关要求。
ASME标准对于封头的分类、尺寸、材质、加工工艺、检测要求等进行了详细规定，被广泛应用于各类压力容器的设计和制造中。
2. EN标准。
EN标准是欧洲压力容器封头标准，其规定了欧洲地区压力容器封头的相关要求，包括封头的分类、型式、尺寸、材质、加工工艺、检测要求等内容。
EN标准与ASME标准在一定程度上具有一致性，也被广泛应用于压力容器的设计和制造中。
三、压力容器封头的选用与要求。
在选择压力容器封头时，需根据压力容器的工作条件、介质特性、使用要求等因素进行综合考虑。
同时，对于封头的加工工艺、检测要求也需要严格执行相关标准的规定，确保封头的质量和安全性。
四、结语。
压力容器封头作为压力容器的重要组成部分，其标准化生产和使用对于保障压力容器的安全运行具有重要意义。
各国在压力容器封头标准化方面都进行了大量的工作，相关标准的制定和执行对于推动压力容器行业的发展和壮大具有重要意义。
压力容器封头制造工艺设计指导
压力容器封头制造工艺设计指导压力容器封头是压力容器的重要组成部分，其密封性能直接影响到整个容器的安全运行。
以下是压力容器封头制造工艺设计的指导原则和步骤：1. 材料选择：首先要选择适合的材料来制造封头，常见的材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
选择材料时要考虑容器运行环境的温度、压力以及化学性质等因素。
2. 尺寸设计：根据容器的设计参数和尺寸要求，确定封头的几何形状、直径、半径等。
常用的封头形状有圆形、椭圆形、扁平形等，选择封头形状要考虑装卸方便、强度要求以及与容器其他部件的连接等因素。
3. 制造工艺选择：根据封头的形状和材料特性，选择适合的制造工艺。
常见的封头制造工艺有冷冲压、热冲压、热成形、冷成形、钣金焊接等。
不同的工艺会影响到封头的成形精度、表面光洁度、强度等。
4. 制造过程控制：在制造过程中，要注重控制各个环节的质量。
包括材料的质量检测、尺寸的精确加工、工艺参数的控制等。
尤其需要注意封头的表面质量，不得有明显的凹凸、裂纹和气孔等缺陷。
5. 非破坏性检测：完成封头的制造后，进行非破坏性检测，以确保封头没有内部缺陷，如裂纹、夹杂等。
常用的非破坏性检测方法有超声波检测、涡流检测、射线检测等。
6. 严格质量控制：在整个制造过程中，要进行严格的质量控制。
包括制定工艺流程、建立工艺文件、设置质量检验点、制定质量检验标准等。
确保封头的质量符合相关标准和要求。
综上所述，压力容器封头的制造工艺设计需要综合考虑材料选择、尺寸设计、制造工艺选择、制造过程控制和质量控制等方面的因素。
只有合理设计和严格控制每个环节，才能确保封头的质量和安全性，从而提高整个压力容器的使用寿命和安全性能。
压力容器封头是压力容器的重要组成部分，它承受着压力容器内部的巨大压力和温度，并通过与容器本体的连接实现密封，确保容器的安全运行。
在压力容器封头制造工艺设计中，需考虑封头的材料选择、几何形状设计、制造工艺选择、制造过程控制和质量控制等因素。
压力容器封头标准三围
压力容器封头标准三围
压力容器封头是压力容器的重要组成部分，其尺寸标准对于保证压力容器的安
全运行至关重要。
压力容器封头的三围尺寸标准包括直径、厚度和凸度，下面将对这三个方面进行详细介绍。
首先是压力容器封头的直径标准。
压力容器封头的直径通常是根据压力容器的
设计压力和容积来确定的。
直径的大小直接影响着封头的承压能力和使用范围。
在设计和制造压力容器封头时，需要严格按照相关标准规定的直径尺寸进行生产，以确保封头与压力容器的匹配和安全运行。
其次是压力容器封头的厚度标准。
封头的厚度是保证压力容器密封性和安全性
的重要参数。
厚度过薄会导致封头承受压力时发生变形或破裂，而过厚则会增加成本和重量。
因此，压力容器封头的厚度需要严格按照相关标准规定进行计算和选择，保证其在承受设计压力时不会发生失稳或破坏。
最后是压力容器封头的凸度标准。
封头的凸度是指封头中心处与边缘处的高度差，也是影响封头承压能力和使用性能的重要参数。
凸度的大小直接影响着封头的成型难度和成本，同时也会影响压力容器的使用寿命和安全性。
因此，在制造压力容器封头时，需要严格按照相关标准规定的凸度范围进行加工和检测，以确保封头的质量和性能符合要求。
综上所述，压力容器封头的三围尺寸标准对于压力容器的安全运行至关重要。
在设计和制造压力容器封头时，需要严格按照相关标准规定的直径、厚度和凸度进行计算、选择和加工，以确保封头与压力容器的匹配和安全运行。
只有这样，才能有效保障压力容器的安全性和可靠性，为工业生产提供坚实的保障。
化工机械基础-第10章 内压容器封头设计
a.结构最简单，制造最容易的一种封头形式； b.对于同样直径和压力的容器，厚度最大。
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化工设备机械 基础
各种封头比较
1）从受力情况看，半球形封头最好，椭圆形和碟 形其次，球冠形和锥形更次之，平板最差； 2）从制造角度看，平板最容易，球冠形和锥形次 之，碟形和椭圆形更次，而半球形最难； 3）从使用而论：
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化工设备机械 基础
设计思路：
1）对于受均匀内压封头的强度计算，不仅 要考虑封头本身因内压引起的薄膜应力，还 要考虑与筒身连接处的边缘应力。
2）在封头设计中，薄膜应力作为强度判断 中的基本应力；而把因不连续效应产生的 应力增强影响以应力增强系数的形式引入 壁厚计算式。
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化工设备机械 基础
a.由球面，过渡段和直边段组成； b.过渡段的存在，降低了封头深度，便于加工； c.三部分连接处，经向曲率突变，不连续应力比 薄膜应力大，受力不佳。
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化工设备机械 基础
(4)锥形封头
a.就强度而论，锥形封头的结构不理想； b.封头的形式，决定了容器的使用要求，比如，对 于气体的均匀进入和引出，悬浮或粘稠液体和固 体颗粒的排放，不同直径圆筒的过度，是理想的 结构形式。
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化工设备机械 基础
标准碟形封头壁厚：
d
1.325 pcDi
2 t 0.5 pc
C2
pC＝2.2MPa；Di=600mm； []t=189MPa；j=1.0，C2=1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.3mm
代入并经圆整后用n=6mm钢板。
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平板封头壁厚：
化工设备机械 基础
§10.1 凸形封头
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扇形区承受的压力作用组合梁的
形心C。这样，组合截面抗弯断
面模量W应满足：
W
0.08
pc Dc3
n[ ]tr
a）如果采用矩形截面筋板，其高厚比一般为5~8； b）筋板与平盖之间采用双面焊； c）平盖中心加强圆环截面的抗弯模数不小于筋板的抗弯模 数。
3）拉撑结构的强度校核：
a）无孔板的支承载荷拉杆与相邻所有支撑中心连线的平分线
所围成的多边形承受的压力载荷；
b）多孔板的支承载荷，一根支撑面积内减去孔的面积上的压
力载荷。 c）拉撑最小截面积：
a
1.1W
[ ]tg
GB/T25198-2010压力容器封头 几点变化
摘自 JB/T4746
END
兰的刚度校核要求
- 增加了波齿垫片设计选用参数
封头设计
封头形式
半球形封头
封头凸锥形形封封头头带 半 无带 无折 椭 折折 折边 球 边边 边球 （ 球锥 锥形 椭 形形 形（ 圆 封封 封碟 形 头头 头） 形封 ）头 封头
平板形封头
GB150.3中关于各种封头的设计计算考虑的主要失效模式有 1、 结构在内压作用下的塑性强度破坏和局部失稳； 2、结构在外压载荷作用下的失稳以及封头与筒体连接处可能
–-修改了球冠形封头、锥壳与筒体连接的加强 设计方法
GB150.3对GB150-1998所作的修改和增 加的内容：
2、开孔补强的设计方法 - 增加了针对筒体上法向接管开孔补强设计的
分析方法，开孔率适用范围可达0.9。 - 修改了平盖上开孔接管的补强设计方法 3、法兰设计计算方法 -增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意法
α＜30º
30º＜α＜60º
椭圆形封头的最小厚度
内压碟形封头
壁厚：
MPC Ri 2[ ]t 0.5PC
最大允许工作压力：
[PW
]
2[ ]te MRi 0.5e
M 1 [3 Ri ]
4
r
r — 过渡区半径
标准碟形封头：M 1.325
碟形封头的最小厚度
球冠形封头
压力容器零部件设计 封头设计
压力容器零部件设计 学习内容
一、压力容器的封头设计 二、压力容器的开孔补强 三、法兰设计
GB150.3对GB150-1998所作的修改和增 加的内容：
1、各种封头的设计计算方法 – 增加了偏心锥壳、低压折边平封头、带筋平
封头和拉撑结构的设计计算方法
– 调整了部分平盖的结构特征系数K – 增加了适用于平封头与筒体全熔透连接结构
a) 本次采用两部分计算 过去球冠是一个厚度，现连接处进行加强，加强段 的厚度与过去相同。
GB150-1998
GB150-2011
球 内压 面 部 分 外压
加强段
Qp c Di 2[ ]t
pc
按外压球壳计算与上式中的
大值
无
按球壳壁厚计算
按外压球壳计算
受内压时：r Q ; 凸面受 压时，加强段厚度不小于 受外压球壳的厚度。
b)图5-5中当 pc/[σ]tφ＜0.002 (相当于 2δ/Di ＜0.002),按以下方法计算Q，并计算加强段 的厚度：
①按pc/[σ]tφ=0.002 查图得到Q值； ② 取δ=0.001Di; ③ δr=Qδ。
注：当2δ/Di ＜0.002时，应当考虑刚度。
1、凸形封头与圆筒连接（P291）
2、带法兰的凸形封头：5.11.1 （ P146）
五、锥形封头
受内压锥形封头：
•计算内容包括锥形部分和与其连接的筒体连接 处（加强段）：
外压锥形封头
等效圆筒
与外压圆筒的壁厚计算方法相同
六、圆形平盖
注：筋板数n≥6，尽可能使 d1=d2。
当采用矩形截面筋板，将组合梁
看成A端为固支，B端为简支，