封头的使用原则

根据工作条件的要求,不仅要考虑封头的形状和应力的分布,还要考虑冲压,焊接和组装的难度,并应进行技术和经济分析。

几何方面


在相同体积的情况下,半球形头的表面积小,而椭圆形封头与盘基本相同。


力学方面


在相同的直径,壁厚和工作压力条件下,半球形头部应力小,双向膜应力相等,并且沿经线均匀分布。如果将其连接到具有相同壁厚的圆柱体,则边缘附近的大应力与膜应力平行。没有明显的区别。


椭圆封头的应力不如半球形头的应力均匀,但比碟形头还要差。顶点处的应力大,周向压应力出现在赤道处。当Di /(2h)= 2等于壁厚时当连接圆柱体时,椭圆封头可以达到与圆柱体相同的强度。


碟形封头在力学上的缺点是卷边半径r小,该包边区域的存在使头部的翘曲不连续,从而导致很大的翘曲弯曲应力和周向压力。不过r/R越小,则折边区的这些应力就越大,因而有可能发生周向裂纹,亦可能出现周向折皱。


当r = 0时,碟形封头变成不包边的球形盖,头的机械性能不好,峰值应力将出现在转折点的局部区域,转折处的焊缝点将成为危险之源,封头与筒体的角焊缝为全焊透结构。


在化学容器中使用的锥形头的目的是锥形外壳有利于流体的均匀分布和排出。就锥形头的机械特性而言,锥形部分的强度非常高,并且通常不必在锥形加强件上开孔。


制造方面和材料消耗


通常通过敲打、冲压、滚卷或爆炸成型来制造各种封头,半球形和椭圆封头通常通过冲压制造,大的半球形封头也可以先被冲压成球形凸角,然后进行组装和焊接。碟形封头通常用敲打、冲压或爆炸成型,折边部分可滚压或敲打制成。


从制造过程的分析来看,头部越深,直径和壁厚越大,制造起来就越困难。尤其是在使用高强度钢时,整体式冲压半球形头不如椭圆封头容易制造。椭圆封头需要具有几何形状正确的椭圆模具,该模具是通过手动敲打制造的。椭圆封头在制造上具有很大的灵活性,并且圆锥形头的圆锥形尖端部分难以滚动。当圆锥体的顶角较小时,为了避免制造困难并减小圆锥体的高度,有时可以采用组合式封头(如加圆球面顶)。