浅谈锥形封头的设计

［　一ｓ　浅谈锥形封头的设计　陈娜　（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘０６２５５０）　摘要：封头是容器中重要的受压元件之一，对容器稳定安全运行起着至关重要的作用。封头的形式多样，计算方法也　各有不同，锥形封头是比较特殊的一种形式。本文主要介绍锥形封头的几种不同结构，简要说明无折边锥壳的设计计算　方法。　关键词：锥形封头；厚度计算；加强计算　中图分类号：ＴＱ０５０．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—５０６５（２０１６）２２—０１５１—２　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｃｏｎｉｃａＩ　ｈｅａｄ　ＣＨＥＮ　Ｎａ　（Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，ＬＴＤ．Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　ｃｏｍｐａｎｙ，Ｋｅｎｑｉｕ　０６２５５０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅａｄ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔａｉｎｅｒ，ｔｈｅ　ｃｏｎｔａｉｎｅｒ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｖｉｔａｌ　ｒｏｌｅ．Ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｆｏｒｍｓ，ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｅａｄ　ｉｓ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｌｓｏ，ｃｏｎｉｃａｌ　ｈｅａｄ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｆｏｒｌＴ１．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｖ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｉｃａｌ　ｈｅａｄ，ｂｒｉｅｆ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｒｕｍｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｉｃａｌ　ｓｈｅＵ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｉｃａｌ　ｈｅａｄ；ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｃｌａｃｕｌａｔｉｏｎ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　封头普遍的应用在各种容器中，是容器中举足轻重的结　１．１锥壳结构设计　构。通常情况下，封头在容器的两端使用，与容器简体焊接，　在对锥形封头的结构进行设计的时候，首先应该确定所　起到密封或者过渡的作用。　需锥形封头的半顶角的大小，继而根据半顶角的大小，来判　封头的设计、制造质量直接关系到容器是否能够长期安　断锥形封头是否采用折边设计。如果半顶角０【≤３０。，锥　全可靠的运行，因此，我们平时要熟悉封头的设计流程、影　形封头的大端、小端均可以采用无折边锥壳；如果半顶角　响因素等。　３Ｏ。≤仪≤４５。，锥形封头的大端应该有折边的设置，小　按照封头几何形状尺寸及用途的差异，可以将封头划分　端在满足强度计算的情况下，可以不设置折边；如果半顶角　为椭圆形封头、球冠形封头、碟形封头、锥形封头、平盖等　４５。≤Ｏｒ．≤６０。，锥壳的大端、小端均应设置折边；如果　等。椭圆形封头的实际使用情况较多，常压容器、中压、低　半顶角０ｔ．＞６０。，应该改用平盖封头，或者采用应力分析　压容器所用封头优先选用椭圆形封头。球冠形封头常用于两　的方式进行计算。　个独立受压空间的中间封头，或者压力较低的容器的两端封　１．２偏心锥壳　头。　由于一些设备的特殊功能的要求，如再沸器、清管器收发　本文主要介绍锥形封头的相关内容。锥形封头常用于连　简等，需要采用偏心锥壳。偏心锥壳是指连接具有平行轴线，　接两段直径不同的简体，以起到相连过渡的作用，通常称之　但是直径不同的两段圆筒的特殊锥壳，对于此类的受内压的　为变径段。常用的应用实例有清管器收发简、再沸器、塔器　设备，偏心锥壳与简体之间的夹角不宜超过３０。，同时也要注　等。　意，两段简体轴线的差距不应大于两段简体直径之差的一半。　１锥形封头的类型　２锥形封头的计算　锥形封头的设计可以按照ＧＢ１５０（（压力容器》中的相关　由于锥形封头的特殊性，其与简体相连接的地方，存在　规定。ＧＢ１５０（（压力容器》主要针对于锥壳半顶角０ｌ≤６０。　几何形状的变化，其曲率半径发生变化。因此，在连接处会　的轴对称无折边或者有折边锥形封头　】。同时，ＧＢ１５０中根　产生一定的横向推力，从而会引起较大的边缘应力，容易发　据锥形封头的厚度，封头大端、小端有无折边的情况，将锥　生弯曲。所以在锥形封头的设计过程中，除对锥形封头的厚　形封头分为了几种不同的类型。工程中常用到的主要为同一　度进行计算外，还应对锥形封头大、小端进行校核，判断锥　厚度的无折边的斜锥壳，半顶角相同、厚度不同的多段锥壳　形封头与简体的连接部分是否需要加强。　的组合，大端或者小端带有折边和直边段的锥壳，以及大端　２．１锥壳厚度计算　或者小端均带有加强段的无折边锥壳。　ＧＢ１５０中规定，锥壳的厚度（　）计算公式如下：　在设计过程中，根据实际情况及工程参数，通过计算，　１　‘　确定所需锥形封头的具体类型，以满足强度以及使用的具体　要求。　Ｐ。——计算压力，ＭＰａ；　Ｄ。——锥壳计算内直径，ｍｍ；　收稿日期：２０１６－ｌ１　［　——许用应力，ＭＰａ；　作者简介：陈娜，女，生于１９８８年，汉，河北人，本科，中级工程师，研究　——焊接接头系数。　方向：石化非标设备。　（下转１５４页）　２０１６年１１月下世界有色金属１５１　［　矧ｖ　必须使ＲＴＫ基准站选择在全工区最为开阔、视野通透处，　并尽可能选最高位置。　素，经不断摸索　本次野外应用网络模式，依托中国移动、　中国联通等通信网络信号为数据链载体将差分信号发射给　移动站，这样能基本排除距离的约束。　３．３坐标系统转换误差　ＲＴＫ测量默认数据结果是ＷＧＳ８４坐标系下的经纬度　４结语　利用通信网络作为ＲＴＫ的差分信号传输模式，显然在　工作半径上有着显著的优势，但是在大于基站半径３０ｋｍ　后，定位精度上的确不足，之所以远距离得不到固定解，是　坐标，实际生产需要中，一般不常使用；而通常使用的是坐　标系转换得到的用户自定义坐标系，例如西安８０坐标系，　北京５４坐标系等。常见的转换方法有三参数、四参数、七参　数等。　本工区直线最远距离在４０公里左右，ＲＴＫ测量的坐标　因为精度超过了解算的要求。移动通信网络都存在一个网络　稳定性的问题。　移动通信的网络数据传输系统有一定的延时，因此，当　转换存在一定误差。在几种转换参数里，四参数测量精度随　ＧＰＳ卫星的调整而又相应变化，有时会满足不了测量精度要　求，稳定性相对较差，不利于ＲＴＫ作业模式，而七参数的转　换模型最好。故在条件满足的情况下应选用七参数转换。　３．４数据链传输的影响因素　基于ＣＤＭＡ的ｒｔｋ移动站由于移动通信网络的问题而不能　实现数据传输的时候，应停止作业并存储好数据，待确认网　络信号稳定后方可继续，以避免由于移动通信数据网的问题　而导致的损失。根据本工区的经验，建议应用这种方式必须　要在某些测地地形情况复杂需不断架设基准站、精度要求不　在本次的野外生产中，总结出影响数据链传输的因素可　是很高的地方。四　一分三种。　是网络信号质量差时接收到数据。本工区因９０％为　【１】　张冠军，张志刚，于华．ＧＰＳ　ＲＴＫ测量技术实用手册【－１】．２０１４．　［２】　周忠谟．ＧＰＳ卫星测量原理与应用【Ｍ】．测绘出版社，１９９２．　密林，加之某些地区为常年无人活动，通信网络信号会很弱，　这直接就对移动站定位时出现非固定解算。　二是基准站电源线、信号线接触不良，使移动站接收的　［３】　张华海．ＧＰＳ测量原理及应用（第３版）【Ｊ】．２００８．　【４】　余学祥．ＧＰＳ测量与数据处理［Ｊ】．２０１３．　【５】　刘建文，陈然．ＧＰＳ　ＲＴＫ测量中４参数和７参数应用的探讨川．地矿测　绘，２００５，２１（１）：１３一ｌ５．　差分信号时断时续或无差分信号。经常在移动站操作机界面　显示为浮点解、差分解，甚至于单点解；这就要求基站供电　电瓶电压必须足量，常遇到电瓶亏电情况下解算状态差。　三是要使移动站能持续获得最佳信号状态的固定解，就　（上接１５１页）　【６］　颜彪，周平．多载波ＣＤＭＡ技术的分析研究【Ｊ】．淮阴师范学院学报（自　然科学版），２００４，３（１）：３４－３９．　【７】　瞬鹏．解析工程测绘中ＲＴＫ测量技术的应用与特点【Ｊ］．环球人文地　理，２０１５，６（１０）：３６９－３７５．　力、设计温度、简体直径、选用材料等，并对锥壳部分进行　所需要的厚度和长度　。　因此，在实际某工程中，对一具再沸器锥壳的锥壳大端、　加强段需要的长度为３９．２３毫米，圆筒加强段需要的长度为　３６－７１毫米，其计算厚度为２．７０毫米；锥壳大端加强段需要　的长度为８４．３９毫米，圆筒加强段需要的长度为７８．９６毫米，　其计算厚度为３．１毫米。　通过上述公式，可以计算出锥壳所需要的厚度。在锥壳　设计校核，可以直接判断出锥壳是否需要加强，并给出加强　的大端有加强段，或者大端、小端同时具有加强段或过渡段　的时候，应按照公式分别计算出不同部分的厚度。如果要采　形封头的厚度。　取同一厚度时，应该选取各部分厚度的最大值，作为整个锥　小端均需要进行加强设计至关重要。一般情况下，锥壳小端　在计算过渡段，或者加强段所需要的厚度时，应该注意　其数值不得小于与其相连接的锥壳的厚度，同时要满足大于　相连圆筒内直径的０．３％。　２．２锥壳的加强设计　在对锥壳与筒体的相连处进行设计时，应首先判断其是　４锥彤封头的制造　否需要加强。在ＧＢ１５０中给出了确定锥壳连接处的加强图，　可以通过查图的方式来确定连接处是否需要加强。通过对加　强图的分析，影响确定结果的主要因素是锥壳的半顶角、计　算压力以及设计温度下锥壳所用材料的许用应力。　由于锥形封头的特殊结构，其在制造方法也与其他类　型的封头有不同之处。针对无折边的锥形封头，一般情况下　采取直接卷制的方式，完成焊接冲压。针对有折边的锥形封　头，由于直接卷制存在一定的困难，一般直接下料为扇形钢　板，再卷板机卷圆，之后进行焊接。　在实际的设计过程中，可以通过变换锥壳的半顶角，以　及所选用的材料，来改变锥壳的加强方式，以满足不同的设　计需求。　５结语　锥形封头作为容器中重要的受压元件，其结构设计、校　核计算尤为重要，在设计过程中，通过ＳＷ６辅助计算，确定　锥壳的厚度及加强段的设计。四　通过查图可以看出，若是锥壳须要增加厚度，才能满足　加强作用的情况下，应该在锥壳与圆筒连接处增加加强段，　锥壳的加强段厚度应与圆筒加强段的厚度相同。　３　ＳＷ６中对锥壳的计算　通过ＳＷ６，可以方便快捷的计算出锥形封头的相关数　据。在ＳＷ６中，输入锥壳及圆筒的基础数据，包括设计压　［１】　ＧＢ１５ｏ．１～１５ｏ．４－２Ｏｌ１．压力容器．　【２】　张引峰．ｓｗ６锥形封头计算中若干问题的讨沦．化工机械．２ｏ１４　１５４世界有色金属２０１６年１１月下