材料分析容器内径di=4000mm、计算压力pc=0.4mpa、设计温度t=50℃、封头为标准椭圆形封头、材料为16mnr设计温度才材料许用应力为170mpa、钢材负偏差不大于0.25mm且不超过名义厚度的6%、腐蚀裕量c2=1mm、封头拼焊的焊接接头系数?=1。求椭圆封头的计算厚度、设计厚度和名义厚度。
kpdi
计算厚度δ=----------------=4.73mm
2[σ]tφ-0.5pc
计算厚度δd=δ + c2=4.73+1=5.73mm
考虑标准椭圆封头有效厚度δe应不小于封头内径di的0.15%,凸形封头制造,有效厚度δe=0.15%di=6mm
δe>;δd、c1=0、c2=1、名义厚度δn=δe+c1+c2=6+0+1=7mm
考虑钢材标准规格厚度作了上浮1mm的厚度次设计圆整值△1=1,故取δn=8mm。
根据封头制造厂技术资料di=4000、δn=8封头加工减薄量c3=1.5mm,经厚度第二次圆整值△2=0.5。
如要求封头成形厚度不得小于名义厚度δn减钢板负偏差c1,则投料厚度:
δs=δn+c1+c3+△2=8+0+1.5+0.5=10mm,而成形后的小厚度为8.5mm。如采用封头成形厚度不小于设计厚度δd应取δe值,则投料厚度:δs=δdδe+c3+△2=8mm,而成形后的小厚度为6.5mm、且大于有效厚度δe、于设计厚度δd和计算厚度δ。
从以上可看出,两种不同要求,使该封头的投料厚度有2mm之差,椭圆封头制造,而重量相差有300kg之多。
根据工作条件的要求,封头制造,不仅要考虑封头的形状和应力的分布,还要考虑冲压,焊接和组装的难度,并应进行技术和经济分析。
几何方面
在相同体积的情况下,半球形头的表面积小,而椭圆形封头与盘基本相同。
力学方面
在相同的直径,壁厚和工作压力条件下,半球形头部应力小,双向膜应力相等,并且沿经线均匀分布。如果将其连接到具有相同壁厚的圆柱体,则边缘附近的大应力与膜应力平行。没有明显的区别。
椭圆封头的应力不如半球形头的应力均匀,半球封头制造,但比碟形头还要差。顶点处的应力大,周向压应力出现在赤道处。当di /2h= 2等于壁厚时当连接圆柱体时,椭圆封头可以达到与圆柱体相同的强度。
封头成形过程中的变形量远大于圆筒体,这一点从二者的变形率公式中即可看出,
如钢材厚度、内径相同的半球形封头与圆形筒节,封头变形率是筒节变形率的1.5倍,若是椭圆形封头或碟形封头,变形率计算时,rf成形后中面半径取变形zui大区域之值,二者变形率的比值。
变形率越大对材料性能的影响也越大,恢复性能热处理的概率越高。
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