压力容器球形封头厚度计算与筒体连接结构分析
球形封头是压力容器中常用的封头形式,其壁厚与筒体壁厚相差较大,GB150-1998中将筒体与球形封头的对接环形焊缝定义为A类焊接接头。本文从壁厚计算公式角度出发,讨论了工程中常用的球形封头与筒体的连接结构及其合理性,得出球形封头与筒体连接应遵循的基本原则。关键词:压力容器;球形封头;筒体;壁厚;连接结构
球形封头壁厚的计算 球形封头的应力状况是各向薄膜应力相等,其厚度计算式为: δ= PcDi 4[σ]t <-P
c 公式来由同圆筒轴向应力作用情况,都是出于修正内径公式在厚壁情况下存在的较大误差,这里 就不再讨论。比较球壳与筒体的壁厚计算公式可以看出,球壳的计算厚度只有筒体壁厚的一半,即使加上工艺增厚,封头的厚度也要小于筒体壁厚很多。式中:δ—圆筒或封头的计算厚度; Pc—计算压力; [σ]t —设计温度下圆筒或封头的材料的许应用力。
由于壁厚的差异,筒体与球形封头的连接不可能实现直接对接,但是还要保证筒体与球壳连
接的结构连续性
如果直接将筒体切削,
,即在L范围内逐渐将筒体切削至与球壳壁厚一致,假设筒体壁厚δ刚好满足设计要求,那么在距封头边线L内的筒体厚度要小于壁厚δ,而筒体壁厚的计算公式是按圆筒径向应力计算得到的,因此在这个范围内筒体的厚度不满足设计要求,将会导致容器失效。如若保证L范围内δ满足壁厚要求,那么在筒体其余长度上壁厚势必大于计算厚度,如果设备内径、壁厚很大,增加壁厚将大大提高容器的制造成本,这在工程中是不可想象的,这种连接方式不可取。另一种方法采取堆焊。即采用局部加厚封头,使之满足设计、制造要求。这种连
接方式原则上是符合设计要求的。但是由于堆焊材料昂贵,一般情况下在工程中采用的是加长筒体再削边方法,只有在特殊情况下才采取堆焊方式。
连接方式
既然不能切削筒体,那么我们可以加厚球壳。
如图3所示,采用加长筒体再削边。将筒体长度延长L,相应地封头减少L,在L范围内将筒体削边,这就相当于球心位置不变,在L范围内对球壳进行了局部加厚,并保证了结构的连续性。筒体和球壳连接所引起的残余应力和变形可简化为图4所示的力学模型进行分析。由于球壳和圆筒组合成的组合壳体在连接处的变形是连续的,从受力图中我们能看出,筒体削边范围L的受力状况应与球壳受力状况相同,所以不能将其按筒体计算。而按球壳壁厚计算公式时,削边后的壁厚也是满足壁厚要求的。这种连接方式符合设计要求。
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