1. 球形封头用在哪里
球形封头一般用在压力比较高的工况。
因为球形封头的受力情况比椭圆封头,碟形封头,平盖等都要好,其计算厚度一般只有相同工况/直径的筒体厚度的一半。
球形封头受力分析:
筒体受力分析:
球形封头的受力分析,详见如下文章:
2. 球形封头与筒体的连接
球形封头一般与筒体的连接采用切割球形封头的方法,将球形封头切除一部分,筒体的一部分削边。
最常用的节点见GB/T 150.3-2011,图D.2 f):
为了受力最好,其对接原则是:
筒体中径=球形封头的中径
中径对齐后,筒体内壁和封头内壁有交点,根据交点可以确定封头需要切掉的高度H(可圆整)。
VCAD的高压容器模块中,对于球形封头有其推荐尺寸的计算:
输入筒体内径ID,筒体厚度T1,封头厚度T2后,根据中径对齐的规则,推荐封头半径SR和切除高度h。之后自动绘制球形封头以及与筒体的节点图。
3. 球形封头的重量和容积
在GB/T 25198-2023中,对于半球形封头有描述以及详细说明。
正如后文文章中所言,对于半球形封头,规范给的计算公式是按照球形封头+筒体来计算的。
球缺封头套用规范的公式,将会带来较大误差。
所以一般球形封头都是用户自己计算。
其计算公式可以参考数学手册:
体积,表面积,重心都有。
VCAD采用的公式计算方法,见上文的截图。
也可以采用高惠PV的三维表达,建立球形封头后。
在右侧的属性栏中,直接查询质量,容积和重心等。
由于这些信息都是从三维模型的属性中来,非常准确。
4. 封头厚度大于筒体厚度的节点
有时候封头厚度会大于筒体厚度,比如封头上开了大量的孔,或者封头上有大载荷需要整体补强时。
此时一般会参考GB/T 150.3附录D.2.2的节点。
不过此节点很多人会有疑问:
为什么一定要从切线开始削边,为什么不从焊缝线1:3削边?
从机加工的角度来讲,从焊缝线削边会更方便。
是否一定要从切线开始削边呢?
笔者还真见过制造单位把封头的直边段从切线开始1:3削边27mm,又切削了13mm的形成直边的。
这绝对是被规范的图示误导了。
其实只要削边不超过切线右侧(不要削边到封头曲面上),1:3削边完全可以,此结构就是常规结构,不需要特别说明。
对接-永远不会错。
GB/T 150.3的节点来源自ASME VIII I的UW-13.
而图UW-13(k)的示意图没有焊缝线的位置。
根据其受力分析,其含义也是因为封头厚,封头曲面部分厚度随封头厚,此处不可削薄,封头直边厚度随筒体厚,此时只要能缓慢过渡到筒体厚度即可。
做ASME设备要特别注意规范的备注5和备注6.
比如ASME的椭圆封头,当其比筒体厚时,其直边长为3*封头厚,且不需要超过38mm。
此时很多公司还套用GB规范的椭圆封头用作ASME设计。
一般GB封头取25mm时,问题最大。封头厚度10mm,那么封头直边就要30mm了。取25mm,如果被最后发现,严格来说不符合规范,那么将会有很多的扯皮需要处理。
往期精彩:
欢迎关注公众号:VCAD001, 一个压力容器人的自我修养。