標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭厚度計(jì)算及穩(wěn)定性

封頭人孔利群/文

標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭也叫國(guó)標(biāo)封頭，這種封頭無(wú)論在石油，化工，食品，制藥，乳品等行業(yè)中使用都是非常廣泛的，但是不同的設(shè)備，其壓力不一樣，使用條件不一樣，所以封頭的要求也會(huì)不同，特別是在承壓范圍這塊，承受壓力的大小直接跟封頭的厚度以及在壓力作用下的穩(wěn)定性有很大關(guān)系，那么如何來(lái)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的厚度呢以及它的穩(wěn)定性？

1、標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭厚度計(jì)算公式

橢圓形封頭的形狀系數(shù)K：是指封頭上的大應(yīng)力與對(duì)接圓筒的環(huán)向薄膜應(yīng)力的比值。這樣封頭的計(jì)算厚度即為對(duì)接圓筒厚度的K倍，又圓筒厚度為等徑球殼厚度的2倍，故橢圓形封頭厚度：

    δ=Kδ圓筒≈Kδ球殼＝2K?Pc?Di/（4[σ]t`?φ-Pc）=K?Pc?Di/（2[σ]t`?φ-0.5Pc）

其中K隨a/b的變化而變化，可用近似函數(shù)表達(dá)式來(lái)表述：

    K＝[2+（a?a）/（b?b）]/6＝[2+（Di?Di）/（2hi?2hi）]/6

2、壓力作用下的穩(wěn)定性

1.內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定

對(duì)于a/b>1.414的橢圓形封頭在內(nèi)壓作用下都會(huì)在封頭底邊產(chǎn)生周向壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)可能，為方便工程應(yīng)用，GB15規(guī)定了封頭小有效厚度來(lái)保證橢圓形封頭在內(nèi)壓作用下的穩(wěn)定性：對(duì)a/b≤2（K≤1）的封頭 ，小有效厚度應(yīng)不小于0.15％Di；對(duì)a/b>2且≤2.6（K>1）的封頭，則不小于0.3％Di.

2.外壓作用下的穩(wěn)定

橢圓形封頭在外壓作用的變形特征與內(nèi)壓相反，使封頭長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)，短軸變短，稱為“趨扁”。長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)使過渡區(qū)的圓周直徑，周長(zhǎng)伸長(zhǎng) ，在周向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，為此不存在周向失穩(wěn)的問題。因此橢圓形封頭在外壓作用下不必校核其過渡區(qū)的穩(wěn)定。但對(duì)于封頭的“球面”部分，會(huì)產(chǎn)生周向和徑向的壓縮應(yīng)力，為此存在失穩(wěn)問題。為此橢圓形封頭外壓失穩(wěn)是針對(duì)其球面部分進(jìn)行的，按等厚當(dāng)量球殼進(jìn)行計(jì)算。封頭的當(dāng)量外半徑Ro＝K1?Do,其K1為當(dāng)量半徑系數(shù)，依a/b按GB150查取。

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