标准椭圆形封头的几何形状

椭圆形封头的几何形状 标准椭圆形封头的几何形状、尺寸和质量 (1)封头的几何形状 形成这种封头的母线是由1/4椭圆线和一条平行于回转轴的短直线光滑连接而成，因而这种封头是由半个椭球和一个高度为h的圆柱形短节(称它为封0 头的直边部分)构成。 标准椭圆形封头的曲面深度h与封头公称直径之比为1比4。直边高度按1 封头的公称直径推荐两种尺寸:当封头公称直径DN小于、等于2000mm时，h=25mm;当封头公称直径DN大于2000mm时，h=40mm。 00 (2)封头几何量与质量的计算公式 椭圆形封头的几何量与质量的计算公式与四个有关，即:长轴半径a，短轴半径b，直边高度h和钢板厚度δ，其计算式列于下1: 0P 表1 椭圆形封头的几何量与质量的通用计算公式 24，，1a,b1a,b,,,,, ，，D,a，b1，，，？，2h坯料直径 ,,,,,,0024a，b64a，b,,,,,,，， ,23G,D,r，10 坯料质量 P004 222，，,，ababa2,，，内中或外表面积 F,aln2h,,022b,,,ab，， 2,,2容积 Vabh,,，,,03,, 3质量 G,F,r10P 3注:1.式中长度单位一律用m，钢板密度单位为kg/m。 2.根据需要a、b可按封头内径，中径或外径取值。 3.对于以内径为公称直径的标准椭圆形封头，其有关计算公式列下表2。 根据表1所列公式，对于任何a、b值的椭圆形封头均可算出其有关各几何量及质量的数值。 表2 标准椭圆形封头的几何量与质量计算公式 项 目 计 算 公 式 ，，D,1.211D，,，2h坯料直径 D 00iP0 23坯料质量 G，，,, G,6.1651.211D，,，2h,，100 iPP00 2 F,1.084D，,Dh内表面积 Fi iii0 22容积 V V,0.1309D，0.785Dh ii0 23封头质量 G ,,，，，，G,8.51D，,，24.7D，,h，,10 iPiPP0 注:1.以上各式均按a=0.5D,b=0.25 D,按表2通用计算公式导出。 ii 2.封头质量公式应按封头中面计算，表中G式曲面部分是按封头外表面计算的。 对于以内径为公称直径的封头，其中的F和V，可用a=0.5D和b=0.25D,iii代入表1中各式，但对D、G和G应以中面为基础，为了计算公式简单，表200 中的D、G，G式均以外表面作为计算基础(直边部分除外)，且作了不影响工00 程上允许精确度的简化。 对于以外径为公称直径的封头，表1中的F和V应该用a=0.5D,δ和HPb=0.25D,δ代入，对于G应先算出封头中面面积，这时a=0.5D,0.5δ，HPHPb=0.25D,0.5δ。如果将上述值代入表2有关公式后，得到的计算公式较为繁HP 琐，所以不再给出。 (3)数据表 根据JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》的规定，以内径为基准的标准椭圆形封头形式代号为EHA，以外径为基准的椭圆形封头形式代号为EHB，这两种封头的内表面积、容积和质量分别列于表3、表4、表5中。 表3 EHA椭圆形封头内表面积、容积(JB/T4746—2002) 容积 容积 公称直径 总深度 内表面积 公称直径 总深度 内表面积 序号 序号 2 3 2 3DN/mm H/mm A/mV/mDN/mm H/mm A/mV/m 1 300 100 0.1211 0.0053 34 2900 765 9.4807 3.4567 2 350 113 0.1603 0.0080 35 3000 790 10.1329 3.8170 3 400 125 0.2049 0.0115 36 3100 815 10.8067 4.2015 4 450 138 0.2548 0.0159 37 3200 840 11.5021 4.6110 5 500 150 0.3103 0.0213 38 3300 865 12.2193 5.0463 6 550 163 0.3711 0.0277 39 3400 890 12.9581 5.5080 7 600 175 0.4347 0.0353 40 3500 915 13.7186 5.9972 8 650 188 0.5090 0.0442 41 3600 940 14.5008 6.5144 9 700 200 0.5861 0.0545 42 3700 965 15.3047 7.0605 10 750 213 0.6686 0.0663 43 3800 990 16.1303 7.6364 11 800 225 0.7566 0.0796 44 3900 1015 16.9775 8.2427 12 850 238 0.8499 0.0946 45 4000 1040 17.8464 8.8802 13 900 250 0.9487 0.1113 46 4100 1065 18.7370 9.5498 14 950 263 1.0529 0.1300 47 4200 1090 19.6493 10.2523 15 1000 275 1.1625 0.1505 48 4300 1115 20.5832 10.9883 16 1100 300 1.3980 0.1980 49 4400 1140 21.5389 11.7588 17 1200 325 1.6552 0.2545 50 4500 1165 22.5162 12.5644 18 1300 350 1.9340 0.3208 51 4600 1190 23.5152 13.4060 19 1400 375 2.2346 0.3977 52 4700 1215 24.5359 14.2844 20 1500 400 2.5568 0.4860 53 4800 1240 25.5782 15.2003 21 1600 425 2.9007 0.5864 54 4900 1265 26.6422 16.1545 22 1700 450 3.2662 0.6999 55 5000 1290 27.7280 17.1479 23 1800 475 3.6535 0.8270 56 5100 1315 28.8353 18.1811 24 1900 500 4.0624 0.9687 57 5200 1340 29.9644 19.2550 25 2000 525 4.4930 1.1257 58 5300 1365 31.1152 20.3704 26 2100 565 5.0443 1.3508 59 5400 1390 32.2876 21.5281 27 2200 590 5.5229 1.5459 60 5500 1415 33.4817 22.7288 28 2300 615 6.0233 1.7588 61 5600 1440 34.6975 23.9733 29 2400 640 6.5453 1.9905 62 5700 1465 35.9350 25.2624 30 2500 665 7.0891 2.2417 63 5800 1490 37.1941 26.5969 31 2600 690 7.6545 2.5131 64 5900 1515 38.4750 27.9776 32 2700 715 8.2415 2.8055 65 6000 1540 39.7775 29.4053 — — — — — 33 2800 740 8.8503 3.1198 表4 EHA椭圆形封头质量(JB/T4746—2002)/kg 公称直径 δ/mm 封头名义壁厚n序号 DN/mm 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 1 300 1.9 2.8 3.8 4.8 5.8 7.8 2 350 2.5 3.7 5.0 6.3 7.6 10.3 3 400 4.8 6.4 8.0 9.7 13.1 16.5 20.0 23.6 4 450 5.9 7.9 10.0 12.0 16.2 20.4 24.8 29.2 5 500 7.2 9.6 12.1 14.6 19.6 24.7 30.0 35.3 40.7 46.2 51.8 6 550 8.6 11.5 14.4 17.4 23.4 29.5 35.7 41.9 48.3 54.8 61.4 7 600 10.1 13.5 17.0 20.4 27.5 34.6 41.8 49.2 56.7 64.2 71.9 8 650 11.7 15.7 19.7 23.8 31.9 40.2 48.5 57.0 65.6 74.4 83.2 9 700 13.5 18.1 22.7 27.3 36.6 46.1 55.7 65.4 75.3 85.2 95.3 10 750 15.4 20.6 25.8 31.1 41.7 52.5 63.4 74.4 85.6 96.8 108.3 11 800 23.3 29.2 35.1 47.1 59.3 71.5 83.9 96.5 109.2 122.0 135.0 148.2 161.4 174.9 12 850 26.1 32.8 39.4 52.9 66.5 80.2 94.1 108.1 122.3 136.6 151.1 165.8 180.6 195.5 13 900 29.2 36.5 44.0 58.9 74.1 89.3 104.8 120.4 136.1 152.0 168.1 184.4 200.8 217.3 14 950 32.3 40.5 48.8 65.3 82.1 99.0 116.1 133.3 150.7 168.3 186.0 203.9 222.0 240.3 15 1000 35.7 44.7 53.8 72.1 90.5 109.1 127.9 146.9 166.0 185.3 204.8 224.5 244.4 264.4 16 1100 53.7 64.6 86.5 108.6 130.9 153.3 176.0 198.9 221.9 245.2 268.6 292.2 316.1 340.1 364.3 17 1200 63.5 76.4 102.2 128.3 154.6 181.1 207.8 234.7 261.8 289.1 316.6 344.4 372.3 400.5 428.9 18 1300 89.2 119.3 149.7 180.3 211.1 242.2 273.4 304.9 336.7 368.6 400.8 433.2 465.9 498.7 19 1400 102.9 137.7 172.7 208.0 243.5 279.2 315.2 351.4 387.9 424.6 461.5 498.7 536.25 573.8 20 1500 117.7 157.4 197.4 237.6 278.1 318.9 359.9 401.1 442.7 484.4 526.5 568.8 611.4 654.2 21 1600 133.4 178.4 223.7 269.2 315.0 361.1 407.5 454.1 501.1 548.3 595.7 643.5 691.5 739.8 注:DN1700以上(至DN6000)的数据没有摘引。 表5 EHB椭圆形封头内表面积、容积、质量 公称直径 总高度 名义厚度 内表面积 容积 质量 序号 2 3 DN/mm H/mm δ/mm A/mV/mm/kg n 1 4 0.0361 0.0009 1.1623 2 5 0.0351 0.0008 1.4342 159 65 3 6 0.0342 0.0008 1.6988 4 8 0.0324 0.0007 2.2066 5 5 0.0629 0.0020 2.5205 6 219 80 6 0.0616 0.0019 2.9950 7 8 0.0592 0.0018 3.9152 8 6 0.0930 0.0036 4.4653 9 8 0.0900 0.0034 5.8577 273 93 10 10 0.0871 0.0032 7.2035 11 12 0.0842 0.0030 8.5035 12 6 0.1292 0.0058 6.1529 13 8 0.1256 0.0055 8.0908 325 106 14 10 0.1222 0.0053 9.9735 15 12 0.1188 0.0051 11.8018 16 8 0.1671 0.0084 10.6795 17 10 0.1631 0.0081 13.1881 377 119 18 12 0.1592 0.0078 15.6336 19 14 0.1553 0.0075 18.0170 20 8 0.2116 0.0120 13.4444 21 10 0.2071 0.0116 16.6240 426 132 22 12 0.2026 0.0112 19.7326 23 14 0.1982 0.0108 22.7709 (4)封头标记 类型代号 封头公称直径×封头名义厚度—材料 标准号。 例如公称直径325mm、名义厚度12mm、材质16MnR的以外径为基准的椭圆形封头标记为: EHB 325×12—16MnR JB/T4746 碟形封头的几何形状、形式代号尺寸和质量 (1)封头的几何形状和尺寸参数 碟形封头的母线由三段曲线光滑连接而成:半径为R的大圆弧线0，A，Ci 半径为r的小圆弧线A，B和与回转轴线平行的短直线BC。以这条OABC曲线为母线绕回转轴转一圈所形成的曲面就是碟形封头的中面。因此碟形封头中央部分是一个球面;球面的四周是一个半径为r的环状壳体，称为封头的折边;与折边相连的是一个圆柱形短节，称为封头的直边。 在GB150有关碟形封头的介绍中(包括厚度计算公式)，其核心的几何尺 Rci寸是球面半径Rci，而折边半径r则以取不同的比值确定其大小，至于Rcir 取多大并未做硬性规定，过去通常取两种尺寸:Rci=1.0D和Rci=0.9D。 ii 在2002年颁布的《钢制压力容器用封头》(JB/T4746—2002)中，则选定了两种尺寸的碟形封头: 碟形封头DHA是指Rci=1.0D、r=0.15 D、DN=D，相当于GB150中M=1.359iii 的碟形封头。 碟形封头DHB是指Rci=1.0D、r=0.10 D、DN=D，相当于GB150中M=1.54iii 的碟形封头。 对于DHB型封头，由于其球面半径取值最大，折边半径取值最小，所以这种碟形封头是GB150中M值最大的碟形封头，其优点是封头的曲面深度小，但承压能力较差，所以过去国内部门很少采用，对于过去推荐的R=0.9D，ii r=0.173 D(M=1.34)碟形封头，由于它的曲面深度h=0.25 D，与标准椭圆相同，iiii所以在新修订的封头标准中取消了。封头标记方法与椭圆形封头相同。 (2)封头的几何量和质量的计算公式 碟形封头几何量和质量的计算公式汇总于表6，看此表时请参看图1。这张表中所列的公式适用于具有各种参数的碟形封头。对于常用的DHA型封头，可以将μ=1.0，ε=0.15代入便可得到列于表7中的系列公式。 表6 碟形封头几何量和质量计算公式汇总(参看图1) (μ=1.0、0.9) R,,D球面半径RC cF=F+F+F，其中 i123 内表面积 F=2πRh[式中h=R (1,sinβ)] 1CC(ε=0.173、0.15、0.10) 折边半径r r,εD2 22F/mF=2π(ar,r) β+2πr sinβ i2 F=πDh 0.5,ε30β ,arccos ,μ,ε ,V=V+V+V，其中 123a a,,, ,22，，V=h3R,h 1C3 ，，D,2Ra，r,，h 坯料直径D00C0232V=π[(ar+2r,2ar)sinβ+ 2容积 112333 (ar,r)sin2β, r V/m23,233,GD,r sinβ+(a,r)rβ] 坯料质量G0 P004,2V= Dh 304 封头质量δ×γ G=FP曲面高度h ，， h,R1,sin,，ysin,iiC33(钢的Gkg γ=7.85×10kg/m) 注:1.一般式F与V中的下标1、2、3分别表示碟形封头的球面，折边与直边三个部分。 2.特定式中D为内直径(省略了下标)，δ为钢板厚度，D、h、δ单位均用m。 P0P 表7 DHA碟形封头(R=D、r=0.15D、h=0.2254D)几何量和质量的理论计算公式 ciii1i β 直β=65?41′=1.146弧度 32 +0.02D25 V=0.121D容边a a=24?19′=0. 425弧度 积 高坯料直径 D=1.193(D+δ)+2h0P0 3 32度 m40 V=0.121D+0.0314D 23 坯料质量 G=6.165[1.194(D+δ)+2h]δ×100P0Ph 0 内直直22325 F=1.065D+0.0785D 25 G=[8.4(D+δ)+0.62(D+δ)] δ×10 PPP表边质边 面高量 高 积 度 度 2kg 2340 F=1.065D+0.1257D 40 G=[8.4(D+δ)+(D+δ)] δ×10 PPP2 mhh 0 0 注:1.上述公式中的D均为内直径(省略下标i)。 2.长度单位一律用m(直边高度除外)。 (3)数据表 DHA与DHB碟形封头的有关几何量分别列于表8和表9。 碟形封头的质量需要时可按表6所给的公式计算。 表8 DHA碟形封头内表面积、容积 容积 容积 公称直径 总深度 内表面积 公称直径 总深度 内表面积 序号 序号 2 3 2 3DN/mm H/mm A/mV/mDN/mm H/mm A/mV/m 1 300 93 0.1194 0.0050 34 2900 694 9.3158 3.2209 2 350 104 0.1579 0.0076 35 3000 716 9.9563 3.5560 3 400 115 0.2017 0.0109 36 3100 739 10.6182 3.9135 4 450 126 0.2509 0.0150 37 3200 761 11.3013 4.2942 5 500 138 0.3054 0.0201 38 3300 784 12.0057 4.6988 6 550 149 0.3652 0.0261 39 3400 806 12.7314 5.1280 7 600 160 0.4303 0.0333 40 3500 829 13.4784 5.5826 8 650 172 0.5007 0.0416 41 3600 851 14.2467 6.0633 9 700 183 0.5765 0.0512 42 3700 874 15.0362 6.5708 10 750 194 0.6576 0.0622 43 3800 897 15.8471 7.1058 11 800 205 0.7440 0.0746 44 3900 919 16.6792 7.6691 12 850 217 0.8358 0.0886 45 4000 942 17.5326 8.2614 13 900 228 0.9328 0.1043 46 4100 964 18.4073 8.8834 14 950 239 1.0352 0.1043 47 4200 987 19.3033 9.5359 15 1000 250 1.1429 0.1409 48 4300 1009 20.2206 10.2196 16 1100 273 1.3743 0.1851 49 4400 1032 21.1592 10. 9351 17 1200 295 1.6269 0.2378 50 4500 1054 22.1190 11.6833 18 1300 318 1.9009 0.2995 51 4600 1077 23.1002 12.4649 19 1400 341 2.1961 0.3711 52 4700 1099 24.1026 13.2805 20 1500 363 2.5126 0.4533 53 4800 1122 25.1263 14.1309 21 1600 386 2.8505 0.5468 54 4900 1144 26.1713 15.0169 22 1700 408 3.2096 0.6524 55 5000 1167 27.2376 15.9392 23 1800 431 3.5899 0.7706 56 5100 1190 28.3252 16.8985 24 1900 453 3.9916 0.9024 57 5200 1212 29.4341 17.8955 25 2000 476 4.4146 1.0484 58 5300 1235 30.5642 18.9309 26 2100 513 4.9578 1.2613 59 5400 1257 31.7157 20.0055 27 2200 536 5.4280 1.4429 60 5500 1280 32.8884 21.1201 28 2300 558 5.9196 1.6412 61 5600 1302 34.0824 22.2752 29 2400 581 6.4324 1.8568 62 5700 1325 35.2978 23.4717 30 2500 604 6.9665 2.0906 63 5800 1347 36.5343 24.7104 31 2600 626 7.5219 2.3431 64 5900 1370 37.7922 25.9918 32 2700 649 8.0986 2.6152 65 6000 1392 39.0714 27.3168 — — — — — 33 2800 671 8.6965 2.9076 表9 DHB碟形封头内表面积、容积 容积 容积 公称直径 总深度 内表面积 公称直径 总深度 内表面积 序号 序号 2 3 2 3DN/mm H/mm A/mV/mDN/mm H/mm A/mV/m 1 300 83 0.1127 0.0044 34 2900 602 8.6902 2.6779 2 350 93 0.1488 0.0066 35 3000 621 9.2869 2.9548 3 400 103 0.1898 0.0095 36 3100 641 9.9033 3.2502 4 450 112 0.2358 0.0130 37 3200 660 10.5396 3.5646 5 500 122 0.2868 0.0173 38 3300 679 11.1957 3.8987 6 550 132 0.3427 0.0224 39 3400 699 11.8715 4.2529 7 600 141 0.4035 0.0284 40 3500 718 12.5672 4.6280 8 650 151 0.4693 0.0355 41 3600 738 13.2826 5.0245 9 700 161 0.5401 0.0436 42 3700 757 14.0179 5.4430 10 750 170 0.6158 0.0528 43 3800 776 14.7729 5.8841 11 800 180 0.6964 0.0632 44 3900 796 15.5478 6.3484 12 850 190 0.7820 0.0750 45 4000 815 16.3424 6.8365 13 900 199 0.8726 0.0881 46 4100 834 17.1569 7.3489 14 950 209 0.9681 0.1026 47 4200 854 17.9912 7.8864 15 1000 219 1.0685 0.1186 48 4300 873 18.8452 8.4494 16 1100 238 1.2843 0.1555 49 4400 893 19.7191 9.0385 17 1200 258 1.5198 0.1993 50 4500 912 20.6127 9.6544 18 1300 277 1.7752 0.2506 51 4600 931 21.5262 10.2977 19 1400 296 2.0503 0.3100 52 4700 951 22.4594 10.9689 20 1500 316 2.3453 0.3782 53 4800 970 23.4125 11.6687 21 1600 335 2.6600 0.4556 54 4900 989 24.3853 12.3975 22 1700 354 2.9946 0.5430 55 5000 1009 25.3780 13.1561 23 1800 374 3.3489 0.6408 56 5100 1028 26.3904 13.9451 24 1900 393 3.7231 0.7497 57 5200 1048 27.4227 14.7649 25 2000 413 4.1170 0.8703 58 5300 1067 28.4748 15.6162 26 2100 447 4.6297 1.0551 59 5400 1086 29.5466 16.4997 27 2200 466 5.0680 1.2058 60 5500 1106 30.6383 17.4158 28 2300 486 5.5261 1.3703 61 5600 1125 31.7497 18.3652 29 2400 505 6.0039 1.5491 62 5700 1145 32.8810 19.3485 30 2500 524 6.5016 1.7427 63 5800 1164 34.0320 20.3663 31 2600 544 7.0190 1.9518 64 5900 1183 35.2029 21.4191 32 2700 563 7.5563 2.1770 65 6000 1203 36.3935 22.5076 — — — — — 33 2800 583 8.1134 2.4188 ———————————————————择自化学工业出版社2006版《压力容器设计手册》