第四节封头的设计
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第四节封头的设计
2020年7月26日星期日
封头又称端盖，其分类
一、椭圆形封头
半椭球和高度为
h的短圆筒(通
称直边)两部分 构成，
直边保证封头制 造质量和避免 边缘应力作用 。
㈠受内压的椭圆形封头 计算厚度
K-椭圆形封头形状系数，
标准椭圆形封头(长短轴之比值为 2)，K=1。壁厚计算公式：
当封头是由整块钢板冲压时，j 值取为1。筒体设计壁厚计算公式 ：
❖便于收集与卸除设备中的固体 物料。
❖塔设备上、下部分的直径不等 ，也常用锥形壳体连接，称为 变径段。
（一）无折边锥形封头或锥形筒体
适用于锥壳半锥角a300
1、锥壳大端 a. 查图4-26，大端是否须加 强
b. 不必局部加强，计算壁厚为
c. 需加强，以降低联 接处的局部应力。锥 壳加强段和圆筒加强 段厚度相同
二、半球形封头
受内压球形封头计算壁厚与球壳相同。 球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半。但为
焊接方便以及降低边缘压力，半球形封 头常和筒体取相同的厚度。 受外压的球形封头的厚度设计，计算步骤
同椭圆形封头。球壳外半径R0=K1 D0，
其中 K1 =0.5
三、碟形封头
又称带折边球形封头，球
面r和半高径度R为i、h过的渡直圆边弧。半径
c. 根据材料，从A-B图（图4-16至 图4-20）中选用，若A值落在设 计温度线的右方，读出B值计算许
用外压力[p]
若A值在设计温度线的左方，则许 用外压：
d. 比较许用外压[p]与设计外压p ❖若p≤[p]，假设的厚度dn可用，
若小得过多，可将dn适当减小， 重复上述计算
❖若p＞[p]，需增大初设的dn，重 复上述计算，直至使[p]＞p且接 近p为止。
c. 半锥角a>450 ，小端 过渡段厚度仍按（438）确定，Q值查图 4-30。
锥形封头的小端与接口管相连 ，一般不加过渡弧，但接口管 应增厚，厚度取锥体厚度，加 厚的长度：
六、平板封头
❖化工设备常用的一种封头。
❖圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等，
❖相同(R／d)和受载下，薄板应
力比薄壳大得多，即平板封头 比凸形封头厚得多。
相同受力，碟形封头壁厚 比椭圆形封头壁厚要大些 ，而且碟形封头存在应力 不连续，因此没有椭圆形 封头应用广泛。
四、球冠形封头
降低凸形封头高度， பைடு நூலகம்碟形封头的直边 及过圆弧部分去掉 ，只留下球面部分 。
也称无折边球形封头 。
五、锥形封头
❖广泛用于化工设备(如蒸发器 、喷雾干燥器、结晶器及沉降 器等)的底盖
❖平板封头结构简单，制造方便 ，在压力不高，直径较小的容 器中采用。承压设备人孔、手 孔以及在操作时需要用盲板封 闭的地方，才用平板盖。
❖高压容器平板封头用得较为普 遍。
平盖系数K查表4-14
例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头
型式与尺寸。该塔Di=600mm； 设计压力p＝2.2MPa；工作温度t
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-27
2、锥壳小端 a. 查图4-28，小端是否须加强
b. 不必局部加强，计算 壁厚同大端
c. 需加强，加强段和 圆筒加强段厚度相同
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-29
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度 （4-36）
（4-36） （4-37） （4-38） 统一厚度
半锥角>300,锥底大端带折边。折边内半径 r=0.15Di = 180mm。锥体壁厚计算：
过渡区厚度计算公式
锥底接管dN=200mm,外径 d=219mm 所以锥底小端直径 Dis=222mm 接管加强段厚度与锥体同厚， 加强段的长度
思考题：
1、常用封头形式有哪些种？各有 什么特点？
2、比较半球形封头、椭圆形封头 、碟形封头的受力情况。
❖忽略分母上微小差异，大多数椭圆 封头壁厚与筒体同，或比筒体稍厚。 ❖还应保证封头的有效壁厚de满足： 对标准椭圆形封头不小于封头内直径 的0.15％。
椭圆形封头最大允许工作压力
标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。
封头 材料
碳素钢、普低钢、 复合钢板
不锈钢、耐酸钢
封头 壁厚
4～8
10～ 18
＝-3～-20℃，dn=7mm。
工艺操作对封头形状无特殊要求。 球冠形封头、平板封头边缘应力较大 ，平板封头厚度较大，故不宜采用。 理论上对凸形封头计算后，再确定封 头型式。
半球形封头受力最好，壁厚最薄、重 量轻，但深度大制造难，中、低压小 设备不宜采用； 碟形封头深度可调节，适合于加工， 但曲率不连续，局部应力，故受力不 如椭圆形封头； 标准椭圆形封头制造比较容易，受力 状况比碟形封头好，故可采用标准椭 圆形封头。
≥20
3～ 9
10～ 18
≥20
直边 高度
25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头 外压椭圆形封头厚度设计步骤同外
压圆筒。
a.假设dn,计算de＝dn-C,算出R0/ de
。椭圆形封头当量球壳外半径
b.R0=K1 D0。 K1 由长短轴比值决
定，标准椭圆形封头K1 =0.9 b. 计算系数
椭圆形封头壁厚：
p＝2.2MPa；Di=600mm；
[s]20=170MPa；j=1.0，
C2=1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.6mm
（估计壁厚6mm） 代入并经圆整后用dn=6mm钢板。
例题4-5：不锈钢反应釜操作压力1.2MPa，内径 1.2m，下部为带折边锥底，其半锥顶角为45°。 出料管公称直径200mm，釜壁温度为300℃，试 确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸。
（二）折边锥形封头或锥形筒体
可降低应力集中，适用于锥壳大端 半锥角a>300 ，小端半锥角a>450
当锥壳半锥角a>600时，按平盖计 算。
1、锥壳大端
a. 过渡段的计算壁 厚
b. 与过渡段相连 接处的锥壳计算 壁厚
2、锥壳小端
a. 半锥角a450 ，小端 无折边计算同前
b. 小端有折边，过渡段 厚度按（4-38）确定 ，Q值查图4-29。
2020年7月26日星期日
封头又称端盖，其分类
一、椭圆形封头
半椭球和高度为
h的短圆筒(通
称直边)两部分 构成，
直边保证封头制 造质量和避免 边缘应力作用 。
㈠受内压的椭圆形封头 计算厚度
K-椭圆形封头形状系数，
标准椭圆形封头(长短轴之比值为 2)，K=1。壁厚计算公式：
当封头是由整块钢板冲压时，j 值取为1。筒体设计壁厚计算公式 ：
❖便于收集与卸除设备中的固体 物料。
❖塔设备上、下部分的直径不等 ，也常用锥形壳体连接，称为 变径段。
（一）无折边锥形封头或锥形筒体
适用于锥壳半锥角a300
1、锥壳大端 a. 查图4-26，大端是否须加 强
b. 不必局部加强，计算壁厚为
c. 需加强，以降低联 接处的局部应力。锥 壳加强段和圆筒加强 段厚度相同
二、半球形封头
受内压球形封头计算壁厚与球壳相同。 球形封头壁厚可较圆筒壳减薄一半。但为
焊接方便以及降低边缘压力，半球形封 头常和筒体取相同的厚度。 受外压的球形封头的厚度设计，计算步骤
同椭圆形封头。球壳外半径R0=K1 D0，
其中 K1 =0.5
三、碟形封头
又称带折边球形封头，球
面r和半高径度R为i、h过的渡直圆边弧。半径
c. 根据材料，从A-B图（图4-16至 图4-20）中选用，若A值落在设 计温度线的右方，读出B值计算许
用外压力[p]
若A值在设计温度线的左方，则许 用外压：
d. 比较许用外压[p]与设计外压p ❖若p≤[p]，假设的厚度dn可用，
若小得过多，可将dn适当减小， 重复上述计算
❖若p＞[p]，需增大初设的dn，重 复上述计算，直至使[p]＞p且接 近p为止。
c. 半锥角a>450 ，小端 过渡段厚度仍按（438）确定，Q值查图 4-30。
锥形封头的小端与接口管相连 ，一般不加过渡弧，但接口管 应增厚，厚度取锥体厚度，加 厚的长度：
六、平板封头
❖化工设备常用的一种封头。
❖圆形、椭圆形、长圆形、矩形 和方形等，
❖相同(R／d)和受载下，薄板应
力比薄壳大得多，即平板封头 比凸形封头厚得多。
相同受力，碟形封头壁厚 比椭圆形封头壁厚要大些 ，而且碟形封头存在应力 不连续，因此没有椭圆形 封头应用广泛。
四、球冠形封头
降低凸形封头高度， பைடு நூலகம்碟形封头的直边 及过圆弧部分去掉 ，只留下球面部分 。
也称无折边球形封头 。
五、锥形封头
❖广泛用于化工设备(如蒸发器 、喷雾干燥器、结晶器及沉降 器等)的底盖
❖平板封头结构简单，制造方便 ，在压力不高，直径较小的容 器中采用。承压设备人孔、手 孔以及在操作时需要用盲板封 闭的地方，才用平板盖。
❖高压容器平板封头用得较为普 遍。
平盖系数K查表4-14
例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头
型式与尺寸。该塔Di=600mm； 设计压力p＝2.2MPa；工作温度t
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-27
2、锥壳小端 a. 查图4-28，小端是否须加强
b. 不必局部加强，计算 壁厚同大端
c. 需加强，加强段和 圆筒加强段厚度相同
Q为锥壳与圆筒联接 处的应力增值系数， 查图4-29
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度 （4-36）
（4-36） （4-37） （4-38） 统一厚度
半锥角>300,锥底大端带折边。折边内半径 r=0.15Di = 180mm。锥体壁厚计算：
过渡区厚度计算公式
锥底接管dN=200mm,外径 d=219mm 所以锥底小端直径 Dis=222mm 接管加强段厚度与锥体同厚， 加强段的长度
思考题：
1、常用封头形式有哪些种？各有 什么特点？
2、比较半球形封头、椭圆形封头 、碟形封头的受力情况。
❖忽略分母上微小差异，大多数椭圆 封头壁厚与筒体同，或比筒体稍厚。 ❖还应保证封头的有效壁厚de满足： 对标准椭圆形封头不小于封头内直径 的0.15％。
椭圆形封头最大允许工作压力
标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。
封头 材料
碳素钢、普低钢、 复合钢板
不锈钢、耐酸钢
封头 壁厚
4～8
10～ 18
＝-3～-20℃，dn=7mm。
工艺操作对封头形状无特殊要求。 球冠形封头、平板封头边缘应力较大 ，平板封头厚度较大，故不宜采用。 理论上对凸形封头计算后，再确定封 头型式。
半球形封头受力最好，壁厚最薄、重 量轻，但深度大制造难，中、低压小 设备不宜采用； 碟形封头深度可调节，适合于加工， 但曲率不连续，局部应力，故受力不 如椭圆形封头； 标准椭圆形封头制造比较容易，受力 状况比碟形封头好，故可采用标准椭 圆形封头。
≥20
3～ 9
10～ 18
≥20
直边 高度
25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头 外压椭圆形封头厚度设计步骤同外
压圆筒。
a.假设dn,计算de＝dn-C,算出R0/ de
。椭圆形封头当量球壳外半径
b.R0=K1 D0。 K1 由长短轴比值决
定，标准椭圆形封头K1 =0.9 b. 计算系数
椭圆形封头壁厚：
p＝2.2MPa；Di=600mm；
[s]20=170MPa；j=1.0，
C2=1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.6mm
（估计壁厚6mm） 代入并经圆整后用dn=6mm钢板。
例题4-5：不锈钢反应釜操作压力1.2MPa，内径 1.2m，下部为带折边锥底，其半锥顶角为45°。 出料管公称直径200mm，釜壁温度为300℃，试 确定该锥形底的壁厚及接口管尺寸。
（二）折边锥形封头或锥形筒体
可降低应力集中，适用于锥壳大端 半锥角a>300 ，小端半锥角a>450
当锥壳半锥角a>600时，按平盖计 算。
1、锥壳大端
a. 过渡段的计算壁 厚
b. 与过渡段相连 接处的锥壳计算 壁厚
2、锥壳小端
a. 半锥角a450 ，小端 无折边计算同前
b. 小端有折边，过渡段 厚度按（4-38）确定 ，Q值查图4-29。