压力容器的结构不连续区往往是压力容器的高应力区,一般说来,压力容器的结构不连续区可分为总体结构不连续区和局部结构不连续区两种。总体结构不连续是指对结构相当大的部分产生影响的应力或应变源,例如封头与壳体连接区、设备法兰与壳体连接区、接管区、不同直径或厚度或材料的连接区等;局部结构不连续是指对结构相对较小的范围内产生影响的应力或应变源,例如小的圆角半径、小的连接件、部分焊透的焊缝或小孔等。球形封头也称为球型封头,是以球壳的球冠部分所形成的封头,有半球形封头和无折边球性封头两类。很多结构,如压力容器开孔接管区等既存在总体结构不连续因素,又存在局部结构不连续因素。由于结构不连续区的几何结构一般较为复杂,很难用解析法进行求解,通常采用有限元方法进行计算。
半球形封头和球冠形封头:受内压的半球形封头在均匀内压作用下,薄壁球形容器的薄膜应力为相同直径圆筒的一半,故从应力分析来看,球形封头是的结构形式。这是因为,当简体受到封头约束向里弯曲,封头受到简体牵制向外弯曲时,它们的横截面都要发生转动,如果筒体与封头的壁厚相同,则连接处筒体向里弯越所产生的转角。但缺点是-大,直径小时整体冲压困难,大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。半球形封头常用在高压容器上.
球冠形封头是部分球面与圆筒直接连接,因结构简单,制造方便,常用作容器中两独立受压室的中间封头,也可用作端盖。由于球面与圆筒连接处没有转角过渡,所以在连接处附近的封头和圆筒上都存在相当大的不连续应力,其应力分布不甚合理.
所以一般在低压容器设备,可以采用球冠形封头,而且球冠形封头优点是,任何直径都可定做。
球形封头由于受力较好,加工较易,也是众行业的中低压容器。人们通常认为椭圆封头是由半个椭圆壳和一段直边圆筒组成的,椭圆封头制造时封头展开面积就是根据这一假设推导计算的,然而构成椭圆封头的那半个椭圆壳是不是真正的椭圆壳呢?如果不是,又当如何计算椭圆封头的展开面积呢?笔者根据回转壳体的基本概念详细分析椭圆封头的几何形状,并根据椭圆封头真正的几何形状推导其展开面积,为制造提供准确的下料尺寸。这种无折边半球形封头-浅,它具有以下的特点:(1)与半球形封头相比,由于半径加大,因而厚度也要相应增加。
常用的是热浸―扩散渗铝和固体粉末包埋渗铝两种方法。(2)在球形封头中,它与筒体的连接处,由于彼此在内压作用下变形的不一致性,将产生边缘应力,局部地区边缘应力值往往是筒体和封头正常部位应力的好几倍,因此,无折边球形封头受力情况-,仅能用在低压场合。固体粉末包埋渗铝技术经过几十年的不断发展和完善,目前已非常成熟,上很多都将渗铝材料列入其有关标准和规范中。主要用于抗高温氧化和石油加工中有硫、-物及环烷酸腐蚀的工况下,如各种加热炉等炉管,热交换器管束、设备内件及管道。
球形封头在使用中,它在特定的环境以及场合中会发生应力的腐蚀裂纹,并在设计时要选择合适的材料。而球形封头在进行设计时还应当先做热处理,并去除掉余应力。
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