導(dǎo)語：橢圓弧加圓弧型封頭在壓力容器的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：橢圓弧加圓弧型封頭力學(xué)性能優(yōu)越，且成形方便，與此種封頭有關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已獲全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會備案[2]。但是，在推廣應(yīng)用此封頭的過程中，由于缺少相應(yīng)的計(jì)算程序，從而給壓力容器設(shè)計(jì)人員選用此封頭帶來一定的不便。為此，本文提出采用SW6過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包應(yīng)用于橢圓弧加圓弧型封頭強(qiáng)度計(jì)算，供有關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞：SW6;過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包;橢圓弧加圓弧形封頭

標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭目前，壓力容器領(lǐng)域中廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（簡稱標(biāo)橢封頭）雖然跟筒體等強(qiáng)度，但當(dāng)考慮其成形減薄量時(shí)，通常其坯料厚度要比筒體大2mm，約10%左右。文獻(xiàn)[1-2]介紹的橢圓弧加圓弧型封頭（簡稱新型封頭）比標(biāo)橢封頭力學(xué)性能優(yōu)越，其內(nèi)壓計(jì)算厚度δ是標(biāo)橢封頭的0.92倍，通?？勺龅椒忸^坯料與筒體等厚度，既節(jié)省了材料，又方便了備料。此種封頭的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已獲全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會備案[2]，目前正在推廣應(yīng)用。但是，在推廣應(yīng)用此封頭的過程中，由于缺少相應(yīng)的電腦計(jì)算程序，從而給壓力容器設(shè)計(jì)人員選用此封頭帶來一定的不便。為此，本文提出采用SW6過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包[3]應(yīng)用于橢圓弧加圓弧型封頭強(qiáng)度計(jì)算，供有關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。

1標(biāo)橢封頭以及新型封頭內(nèi)表面經(jīng)線的形成及特性

[1-2,5]如圖1所示，在平面直角坐標(biāo)系XOY中，橢圓的中心位于原點(diǎn)O，橢圓的長半軸與短半軸分別位于X、Y軸，橢圓的長半軸與短半軸之比值為2，第一象限中的橢圓弧段與坐標(biāo)軸X、Y的交點(diǎn)分別為B、A，于是，橢圓弧BA構(gòu)成了標(biāo)橢封頭的經(jīng)線。標(biāo)橢封頭以及與其相連接的筒體的內(nèi)直徑為D，顯然，其內(nèi)表面的深度OA為0.25D。進(jìn)而，取OB的中點(diǎn)E作OB的垂線與橢圓弧BA相交于點(diǎn)F（X0，Y0），所述新型封頭以及與其相連接的筒體的內(nèi)直徑為D，F(xiàn)點(diǎn)的坐標(biāo)值滿足以下公式：X0=(1/4)D，Y0=(30.5/8)D（1）作F點(diǎn)的法線FM交Y軸于點(diǎn)M（X1，Y1），M點(diǎn)的坐標(biāo)滿足以下公式：X1＝0，Y1＝－（3×30.5/8）D（2）以M點(diǎn)為圓心，F(xiàn)M為半徑，畫圓弧FN與Y軸相交于N（X2，Y2）點(diǎn)。半徑FM滿足以下公式：FM＝（130.5/4）D≈0.9014D（3）N點(diǎn)的坐標(biāo)滿足以下公式：X2＝0，Y2＝（2×130.5－3×30.5）/8D≈0.2519D（4）于是，橢圓弧BF和圓弧FN構(gòu)成了新型封頭的經(jīng)線。顯然，0.2519D是此種封頭內(nèi)表面的深度，它與標(biāo)橢封頭深度0.25D的比值為1.0076，二者相差很小。進(jìn)一步地，內(nèi)表面積和內(nèi)容積二者相差亦很小。

2新型封頭和標(biāo)橢封頭以及形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭的異同

進(jìn)行內(nèi)壓計(jì)算時(shí)，新型封頭計(jì)算厚度是標(biāo)橢封頭計(jì)算厚度的0.92倍[2]，故其名義厚度不會大于標(biāo)橢封頭，只會小于或等于標(biāo)橢封頭。進(jìn)行外壓計(jì)算時(shí)，二種封頭的計(jì)算厚度是相同的?？傻媒Y(jié)論：新型封頭的名義厚度小于等于標(biāo)橢封頭的名義厚度。于是，通常情況下，新型封頭的投料厚度小于等于標(biāo)橢封頭的投料厚度。進(jìn)行內(nèi)壓計(jì)算時(shí)，新型封頭計(jì)算厚度跟形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭一致，從而名義厚度一致。進(jìn)行外壓計(jì)算時(shí)，形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭計(jì)算厚度偏小。此外，后者較深，表面積、容積偏大，同時(shí)跟標(biāo)橢封頭一樣無法旋壓成形。新型封頭和標(biāo)橢封頭以及形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭的最小有效厚度均是封頭內(nèi)直徑的0.15%[4,7-8]。

3新型封頭設(shè)計(jì)借鑒

SW6過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包的方法之一采用SW6計(jì)算新型封頭時(shí)，用標(biāo)橢封頭程序進(jìn)行計(jì)算。如果是內(nèi)壓計(jì)算，那么，新型封頭的計(jì)算厚度取標(biāo)橢封頭計(jì)算厚度的0.92倍。如果是外壓，那么，新型封頭的計(jì)算厚度取標(biāo)橢封頭計(jì)算厚度。如果新型封頭沒有開孔接管，那么，新型封頭成形后最小厚度就是標(biāo)橢封頭計(jì)算厚度的0.92倍（特別情形跟標(biāo)橢封頭一樣按最小有效厚度0.15%D計(jì)算）與腐蝕裕量的和以及外壓計(jì)算厚度與腐蝕裕量的和的較大值。如果新型封頭有開孔接管，那么，新型封頭成形后最小厚度與標(biāo)橢封頭一樣還要計(jì)及開孔補(bǔ)強(qiáng)所需要的厚度[2,6]。需要特別指出的是：進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí)，標(biāo)橢封頭的計(jì)算厚度公式隨著接管的位置不同而不同[8]，而新型封頭是相同的，因此，借用SW6進(jìn)行標(biāo)橢封頭計(jì)算時(shí)，當(dāng)接管位置在0.8D范圍之內(nèi)時(shí)，相應(yīng)的新型封頭接管所需補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)是標(biāo)橢封頭上對應(yīng)面積與0.92與0.90比的乘積；當(dāng)接管位置在0.8D范圍之外時(shí)，相應(yīng)的新型封頭接管所需補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)是標(biāo)橢封頭上對應(yīng)面積與0.92的乘積。此外，由于新型封頭和標(biāo)橢封頭形狀差別很小，因此進(jìn)行直立設(shè)備、塔設(shè)備、臥式設(shè)備等計(jì)算時(shí)就按標(biāo)橢封頭進(jìn)行計(jì)算。

4新型封頭設(shè)計(jì)借鑒

SW6過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包的方法之二內(nèi)壓作用下的新型封頭計(jì)算可以用形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭代替，此封頭的半徑和深度的比值為1.8762即深度和半徑的比為0.533。由于二者內(nèi)壓的計(jì)算厚度公式一致，故計(jì)算厚度值相同。當(dāng)進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算時(shí)，為了使二者計(jì)算結(jié)果一致一律認(rèn)為所有開孔接管位置都在0.8D范圍之外。外壓作用下的新型封頭計(jì)算可以用標(biāo)橢封頭代替，而不宜用形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭代替，因?yàn)槎哂?jì)算半徑不同。計(jì)算封頭成形后最小厚度與前述相同。進(jìn)行直立設(shè)備、塔設(shè)備、臥式設(shè)備等計(jì)算時(shí)二者形狀差別可忽略不計(jì)。

5舉例設(shè)計(jì)條件

Pc＝1.0MPa，t＝50°C，Di＝3400mm，[σ]t＝185MPa，φ＝1.0，材料Q345R，則標(biāo)橢封頭δ為9.2mm,而橢圓弧加圓弧型封頭δ為8.5mm。鋼材腐蝕裕量為1.5mm，則其名義厚度均為12mm，于是投料厚度可分別為14mm、12mm，其最小成形厚度分別為11.9mm、10.2mm。其質(zhì)量分別為1392.0Kg、1191.4Kg。后者約占前者86%。

6小結(jié)

綜上所述，采用SW6過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包計(jì)算新型封頭的原則是：采用第一種方法計(jì)算時(shí)要注意區(qū)分新型封頭和標(biāo)橢封頭內(nèi)壓計(jì)算公式系數(shù)的不同；采用第二種方法時(shí)要注意區(qū)分新型封頭和形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭外壓計(jì)算參數(shù)的不同。無論采用何種方法，進(jìn)行直立設(shè)備、塔設(shè)備、臥式設(shè)備等計(jì)算時(shí)新型封頭和標(biāo)橢封頭以及形狀系數(shù)為0.92的橢圓形封頭形狀差別可忽略不計(jì)。新型封頭的深度、內(nèi)表面積、容積、質(zhì)量等可查參考文獻(xiàn)[2]有關(guān)表格或計(jì)算公式。致謝：新型封頭的研制與應(yīng)用是在合肥通用機(jī)械研究院陳學(xué)東院士，華東理工大學(xué)涂善東院士，宜興市九洲封頭鍛造有限公司袁文新董事長以及泰州市傅衛(wèi)國教授級高級工程師等的支持幫助下完成的，特此一并致謝。

參考文獻(xiàn)

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[3]SW6《過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包用戶手冊》.

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[7]李業(yè)勤，劉彬，張陽.橢圓弧加圓弧型封頭最小有效厚度計(jì)算公式論證[J].石油和化工設(shè)備，2021，50(4):48-51.

[8]GB/T150.3壓力容器第3部分：設(shè)計(jì).

作者：李業(yè)勤 張陽 錢春 倪永良 單位：常州化工設(shè)備有限公司 中廣核工程公司 江蘇民生重工有限公司 江蘇省化工設(shè)備制造安裝有限公司