科普｜8种压力容器封头的计算公式是怎么来的？

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压力容器封头种类较多，常用的形式包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥形封头、平盖、带法兰凸形封头等。

从受载情况分有内压和外压两类

01

半球形封头

计算公式是按薄膜理论推导而来，可按容器内径或外径为基准进行壁厚计算。详见GB150.3 第3.4 节中有关球壳的内容。

圆筒的中径公式依据当量强度和失效准则有：

，其中D=Di+δ，整理后得到大家经常使用的公式：

。

半球形封头的中径公式依据当量强度和失效准则（即同上同中的轴向）有：

，其中D=Di+δ，整理后得到大家经常使用的公式：

02

椭圆形封头

① 计算公式是以圆筒公式为基础，对封头与圆筒连接部位的边界效应作用以形状系数K 加以反映。长、短轴的比值α/b 越大， K 值越大;当长、短轴之比大于2.5 时，封头很容易发生周向失稳，故将α/b 控制在2.6。标准椭圆形封头的长短轴之比为2，应用最为普遍，其K=1。

② 封头可按容器内径或外径为基准进行壁厚计算。

③ 封头厚度计算除满足强度外，还应满足稳定要求。对于α/b小于等于2的椭圆形封头，有效厚度不得小于0.15%Di ，对α/b>2 的椭圆形封头有效厚度不得小于0.30%Di。

03

碟形封头

①计算公式是以封头球面部分球壳计算公式乘以形状系数M修正得来。Ri/r越大，封头曲面不连续处局部应力越突出，形状系数M越大。因此应将过渡段转角内径限制在r>=10%Di的范围内。

②封头可按容器内径或外径为基准进行壁厚计算。

③封头厚度计算除满足强度外，还应满足稳定要求。对于M<=1.34的碟形封头，其有效厚度不得小于0.15%di，对m> 1.34 的碟形封头，其有效厚度不得小于0.30%Di。

04

球冠形封头

①计算公式是以圆筒公式为基础的。对于球冠形封头与筒体连接部位，由边界效应引起的局部薄膜应力和弯曲应力的影响，通过系数Q来加以修正。对于不同受压状况，Q值从不同的图上查取。

②对于大直径的球冠形封头，可以考虑封头中间球面区与端部的加强段取不同的厚度，其中封头加强段长度应不小于。球冠与圆筒连接部位的T 形接头必须为截面全焊透结构。

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锥形封头

①由于结构不连续，连接处会产生较大的局部应力。当锥壳半顶角α小于等于30度时，弯曲应力较小，这时可以采用无折边锥形封头，当α >30度时锥壳大端应采用有折边结构，当α>45度时锥壳小端也应采用带折边的过渡结构。

②锥壳厚度计算公式采用当量圆筒计算式。对于大小端加强段也采用圆筒计算式，并乘以应力增值系数Q 加以修正；对于带折边的锥形封头，大端可以当量碟形封头进行计算。

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偏心锥壳

偏心锥壳可按锥壳处理。内压作用下当锥壳半顶角α小于等于30度时，偏心锥壳的厚度按镀形封头计算，锥壳半顶角α 按偏心锥壳与简体间的两个夹角的较大值选取。外压作用下，当锥壳半顶角α小于等于60度时，锥壳厚度按外压锥壳进行稳定校核，校核应按两种半顶角分别进行。

07

平盖

通过系数K 来体现平盖周边的支承情况， K 值越小，平盖周边越接近于固支情况，反之就越接近于简支情况。

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带法兰凸形封头

计算内容分封头厚度计算和法兰厚度计算两部分，有四种形式。其中带法兰球冠形封头常用于浮头换热器。

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