封头的分类、结构和选用

     封头主要是作为压力容器的一部分。按压力等级分类，压力容器可分为内压容器与外压容器。内压容器又可按设计压力(P)的高低，划分为低压、中压、高压、超高压四个压力等级。

    低压(代号L)容器O.1MPa≤P<1.6MPa;

    中压(代号M)容器1.6MPa≤P<10.OMPa；

    高压(代号H)容器lOMPa≤P<lOOMPa；

    超高压(代号U)容器P≥1OOMPa。

    容器承压不同所用的封头形式也不同。

    化工容器上常用的封头形式有半球形、椭圆形、蝶形、无折边球形、锥形等，如图1-1所示。椭圆形封头的形式及尺寸按GB150-1998《钢制压力容器》的规定，标准椭圆形封头的长短轴之比为2。蝶形封头球面部分的内半径应不大于封头的内直径，通常取0.9倍的封头内直径（无折边球形封头亦应按此要求），封头转角处内半径不应小于封头内直径的10%，且不得小于3倍的壁厚。无折边轴对称锥形封头适用于锥体半顶角a≤300。当半顶角α>30°时，锥体与简体的连接处应接应力分析的方法进行设计，或采用折边锥形封头的形式。

    各种封头的不同主要表现在几何和强度两个方面。在几何方面，各种封头的单位容积的表面积以球形封头为 小。相同直径的椭圆形及蝶形封头的容积和表面积基本相同，其容积等于直径为Di高度为h1的简体的2/3，其表面积约等于直径为Di的圆面积的1.4倍。锥体封头的容积和表面积决定于锥角口的大小，与具有相同直径和高度的简体相比较，锥形封头的容积为简体的1/3，单位容积的表面积比简体大50%以上。强度方面，在直径、壁厚和工作压力均相同的条件下，半球形封头的应力 小，两向薄膜应力相等，而且沿经线是均匀分布的。如果和壁厚相等的简体连接，边缘附近的 应力与薄膜应力并无明显不同。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但比蝶形封头要好。椭圆形封头从薄膜应力来分析，沿经线各点的应力是变化的，在以封头中心为中心的0.8Di范围以外处应力 。当Di /2hi=2且与壁厚相同的简体连接时，椭圆封头可以达到与简体等强度。蝶形封头在强度上的 缺点在于具有较小的折边半径ri，这一折边区的存在使得封头的经线不连续，致使该处产生较大的径向弯曲应力和轴向应力。ri/R愈小，则折边区的这些应力 愈大，因而有可能出现轴向折皱。故小折边的蝶形封头不适用于压力容器。当折边半径ri=0。蝶形封头即成为无折边的球形盖。这种封头的力学性能不好，在折点的局部区将出现较大的峰值应力。锥形封头有利于流体的均匀分布和排料。

    封头的选用要尽可能满足强度和制造工艺的要求。例如，虽然半球形封头的受力 ，单位容积所用材料 少，但由于制造费用较高，所以一般在中、低压容器中 采用制造略易、受力也不差的椭圆形及蝶形封头。无折边球形封头则由于和圆筒连接处会产生很大的附加应力，所以一般仅用于常压、低压或作中间封头。锥形封头和无折边球形封头类似，一般只用于中、低压反应容器等的下封头，以便于卸科。虽然平板的受力远不如壳体，但在中。小型高压容器中，采用平盖封头远比采用球形封头普遍，虽然材料费用略增，但是制造费用大为下降。