简述锥形封头设计计算方法

　　前言：

　　锥形封头 应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的圆锥形壳体称为变径段。

　　锥形封头的结构如下图所示。对应于无折边和折边封头，有下面两种不同的设计计算方法。

　　㈠ 无折边锥形封头或锥形筒体

　　无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥体半顶角a≤30°。

　　1. 锥体大端

　　锥体大端与圆筒连接时，应按以下步骤确定连接处锥壳大端的厚度：

　　a. 以p/([s]tj)与半顶角a的值，查确定锥壳大端连接处的加强图：当其交点位于曲线之上方时，不必局部加强;当其交点位于曲线下方时，则需要局部加强。

　　b. 无需加强时，锥体大端壁厚按式(4-36)计算。

　　(4-36)

　　c. 需要增加厚度予以加强时，则应在锥壳与圆筒之间设置加强段，锥壳和圆筒加强段厚度须相同，加强段计算壁厚按式(4-37)计算。

　　(4-37)

　　式中 Q-应力增值系数，与p/([s]tj)与a值有关，由锥壳大端连接处的Q值图查出，中间值用内插法。加强区长度，锥壳加强段的长度L1不应小于;圆筒加强段的长度L不应小于。

　　2. 锥体小端

　　锥体小端与圆筒连接时，小端锥壁厚设计：以p/([s]tj)与半顶角a的值，查确定锥壳小端连接处的加强图，当其交点位于曲线之上方时，不必局部加强。计算壁厚d的计算同大端。当其交点位于图中曲线下方时，则需要局部加强。其计算壁厚的公式为

　　(4-38)

　　式中 Dis-锥体小端内直径，mm; Q-应力增值系数，由确定锥壳小端连接处的Q值图查出。 在任何情况下，加强段的厚度不得小于相连接的锥壳厚度。锥壳加强段的长度L1不应小于;圆筒加强段的长度L不应小于。

　　3.无折边锥壳的厚度

　　当无折边锥壳的大端或小端，或大、下端同时具有加强段时，应分别按式(4-32)、(4-33)、(4-34)分别确定锥壳各部分厚度。若整个锥形封头采用同一厚度时，应取上述各部分厚度中的 值作为封头的厚度。

　　㈡ 折边锥形封头或锥形筒体

　　采用带折边锥体作封头或变径段可以降低转角处的应力集中。根据半顶角的大小，分为三种情况：

　　当锥体大端的半顶角a>30°时，应采用带过渡段的折边结构。否则应按应力分析的方法进行设计。

　　对于锥体小端，当半顶角a>45°时，须采用带折边的锥形封头。大端折边锥壳过渡段转角半径r应不小于封头大端内径Di的10%，小端折边过渡段转角半径rs应不小于封头小端内径Dis的5%，且均不小于锥体厚度的3倍。

　　当锥壳半顶角a>60°时，其厚度可按平盖计算，也可按应力分析的方法进行设计。

　　1.锥壳大端

　　带折边锥形封头大端的壁厚，按过渡段与相接处锥体两部分分别计算。当整个带折边锥形封头采用同一厚度时，应取下述二式计算结果中的较大值。

　　a. 过渡段的计算壁厚

　　(4-39)

　　式中 K-系数，查表4-12。

　　b. 与过渡段相接处的锥壳厚度

　　(4-40)

　　式中 f-系数，，其值列于表4-13。

　　2.锥壳小端

　　锥形封头当锥壳半顶角a≤45°时，若采用小端无折边时，其小端厚度按前述锥体小端厚度计算;如需采用小端有折边时，其小端过渡段厚度按(4-39)式确定，式中Q值由确定锥壳小端连接处的Q值图查取。

　　当锥壳半顶角a>45°，小端过渡区厚度仍按(4-39)式确定，但式中Q值由锥壳小端带过渡段连接的Q值图查取。与过渡段相接的锥壳和圆筒的加强段厚度应与过渡段厚度相同。锥形封头锥壳加强段的长度L1不应小于;圆筒加强段的长度L不应小于。在任何情况下，加强段的厚度不得小于与其连接处的锥壳厚度。

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