标准椭圆形封头的几何形状样本.docx
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标准椭圆形封头的几何形状样本
标准椭圆形封头的几何形状、尺寸和质量
(1)封头的几何形状
形成这种封头的母线是由1/4椭圆线和一条平行于回转轴的短直线光滑连接而成,因而这种封头是由半个椭球和一个高度为h0的圆柱形短节(称它为封头的直边部分)构成。
标准椭圆形封头的曲面深度h1与封头公称直径之比为1比4。
直边高度按封头的公称直径推荐两种尺寸:
当封头公称直径DN小于、等于mm时,h0=25mm;当封头公称直径DN大于mm时,h0=40mm。
(2)封头几何量与质量的计算公式
椭圆形封头的几何量与质量的计算公式与四个参数有关,即:
长轴半径a,短轴半径b,直边高度h0和钢板厚度δP,其计算式列于下表1:
表1椭圆形封头的几何量与质量的通用计算公式
坯料直径
坯料质量
内中或外表面积
容积
质量
注:
1.式中长度单位一律用m,钢板密度单位为kg/m3。
2.根据需要a、b可按封头内径,中径或外径取值。
3.对于以内径为公称直径的标准椭圆形封头,其有关计算公式列下表2。
根据表1所列公式,对于任何a、b值的椭圆形封头均可算出其有关各几何量及质量的数值。
表2标准椭圆形封头的几何量与质量计算公式
项目
计算公式
坯料直径D0
坯料质量G0
内表面积Fi
容积V
封头质量G
注:
1.以上各式均按a=0.5Di,b=0.25Di,按表2通用计算公式导出。
2.封头质量公式应按封头中面计算,表中G式曲面部分是按封头外表面计算的。
对于以内径为公称直径的封头,其中的Fi和V,可用a=0.5Di和b=0.25Di,代入表1中各式,但对D0、G0和G应以中面为基础,为了计算公式简单,表2中的D0、G0,G式均以外表面作为计算基础(直边部分除外),且作了不影响工程上允许精确度的简化。
对于以外径为公称直径的封头,表1中的F和V应该用a=0.5DH-δP和b=0.25DH-δP代入,对于G应先算出封头中面面积,这时a=0.5DH-0.5δP,b=0.25DH-0.5δP。
如果将上述值代入表2有关公式后,得到的计算公式较为繁琐,因此不再给出。
(3)数据表
根据JB/T4746—《钢制压力容器用封头》的规定,以内径为基准的标准椭圆形封头形式代号为EHA,以外径为基准的椭圆形封头形式代号为EHB,这两种封头的内表面积、容积和质量分别列于表3、表4、表5中。
表3EHA椭圆形封头内表面积、容积(JB/T4746—)
序号
公称直径
DN/mm
总深度
H/mm
内表面积
A/m2
容积
V/m3
序号
公称直径
DN/mm
总深度
H/mm
内表面积
A/m2
容积
V/m3
1
300
100
0.1211
0.0053
34
2900
765
9.4807
3.4567
2
350
113
0.1603
0.0080
35
3000
790
10.1329
3.8170
3
400
125
0.2049
0.0115
36
3100
815
10.8067
4.
4
450
138
0.2548
0.0159
37
3200
840
11.5021
4.6110
5
500
150
0.3103
0.0213
38
3300
865
12.2193
5.0463
6
550
163
0.3711
0.0277
39
3400
890
12.9581
5.5080
7
600
175
0.4347
0.0353
40
3500
915
13.7186
5.9972
8
650
188
0.5090
0.0442
41
3600
940
14.5008
6.5144
9
700
200
0.5861
0.0545
42
3700
965
15.3047
7.0605
10
750
213
0.6686
0.0663
43
3800
990
16.1303
7.6364
11
800
225
0.7566
0.0796
44
3900
1015
16.9775
8.2427
12
850
238
0.8499
0.0946
45
4000
1040
17.8464
8.8802
13
900
250
0.9487
0.1113
46
4100
1065
18.7370
9.5498
14
950
263
1.0529
0.1300
47
4200
1090
19.6493
10.2523
15
1000
275
1.1625
0.1505
48
4300
1115
20.5832
10.9883
16
1100
300
1.3980
0.1980
49
4400
1140
21.5389
11.7588
17
1200
325
1.6552
0.2545
50
4500
1165
22.5162
12.5644
18
1300
350
1.9340
0.3208
51
4600
1190
23.5152
13.4060
19
1400
375
2.2346
0.3977
52
4700
1215
24.5359
14.2844
20
1500
400
2.5568
0.4860
53
4800
1240
25.5782
15.
21
1600
425
2.9007
0.5864
54
4900
1265
26.6422
16.1545
22
1700
450
3.2662
0.6999
55
5000
1290
27.7280
17.1479
23
1800
475
3.6535
0.8270
56
5100
1315
28.8353
18.1811
24
1900
500
4.0624
0.9687
57
5200
1340
29.9644
19.2550
25
525
4.4930
1.1257
58
5300
1365
31.1152
20.3704
26
2100
565
5.0443
1.3508
59
5400
1390
32.2876
21.5281
27
2200
590
5.5229
1.5459
60
5500
1415
33.4817
22.7288
28
2300
615
6.0233
1.7588
61
5600
1440
34.6975
23.9733
29
2400
640
6.5453
1.9905
62
5700
1465
35.9350
25.2624
30
2500
665
7.0891
2.2417
63
5800
1490
37.1941
26.5969
31
2600
690
7.6545
2.5131
64
5900
1515
38.4750
27.9776
32
2700
715
8.2415
2.8055
65
6000
1540
39.7775
29.4053
33
2800
740
8.8503
3.1198
—
—
—
—
—
表4EHA椭圆形封头质量(JB/T4746—)/kg
序号
公称直径
DN/mm
封头名义壁厚δn/mm
2
3
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
1
300
1.9
2.8
3.8
4.8
5.8
7.8
2
350
2.5
3.7
5.0
6.3
7.6
10.3
3
400
4.8
6.4
8.0
9.7
13.1
16.5
20.0
23.6
4
450
5.9
7.9
10.0
12.0
16.2
20.4
24.8
29.2
5
500
7.2
9.6
12.1
14.6
19.6
24.7
30.0
35.3
40.7
46.2
51.8
6
550
8.6
11.5
14.4
17.4
23.4
29.5
35.7
41.9
48.3
54.8
61.4
7
600
10.1
13.5
17.0
20.4
27.5
34.6
41.8
49.2
56.7
64.2
71.9
8
650
11.7
15.7
19.7
23.8
31.9
40.2
48.5
57.0
65.6
74.4
83.2
9
700
13.5
18.1
22.7
27.3
36.6
46.1
55.7
65.4
75.3
85.2
95.3
10
750
15.4
20.6
25.8
31.1
41.7
52.5
63.4
74.4
85.6
96.8
108.3
11
800
23.3
29.2
35.1
47.1
59.3
71.5
83.9
96.5
109.2
122.0
135.0
148.2
161.4
174.9
12
850
26.1
32.8
39.4
52.9
66.5
80.2
94.1
108.1
122.3
136.6
151.1
165.8
180.6
195.5
13
900
29.2
36.5
44.0
58.9
74.1
89.3
104.8
120.4
136.1
152.0
168.1
184.4
200.8
217.3
14
950
32.3
40.5
48.8
65.3
82.1
99.0
116.1
133.3
150.7
168.3
186.0
203.9
222.0
240.3
15
1000
35.7
44.7
53.8
72.1
90.5
109.1
127.9
146.9
166.0
185.3
204.8
224.5
244.4
264.4
16
1100
53.7
64.6
86.5
108.6
130.9
153.3
176.0
198.9
221.9
245.2
268.6
292.2
316.1
340.1
364.3
17
1200
63.5
76.4
102.2
128.3
154.6
181.1
207.8
234.7
261.8
289.1
316.6
344.4
372.3
400.5
428.9
18
1300
89.2
119.3
149.7
180.3
211.1
242.2
273.4
304.9
336.7
368.6
400.8
433.2
465.9
498.7
19
1400
102.9
137.7
172.7
208.0
243.5
279.2
315.2
351.4
387.9
424.6
461.5
498.7
536.2
5573.8
20
1500
117.7
157.4
197.4
237.6
278.1
318.9
359.9
401.1
442.7
484.4
526.5
568.8
611.4
654.2
21
1600
133.4
178.4
223.7
269.2
315.0
361.1
407.5
454.1
501.1
548.3
595.7
643.5
691.5
739.8
注:
DN1700以上(至DN6000)的数据没有摘引。
表5EHB椭圆形封头内表面积、容积、质量
序号
公称直径
DN/mm
总高度
H/mm
名义厚度
δn/mm
内表面积
A/m2
容积
V/m3
质量
m/kg
1
159
65
4
0.0361
0.0009
1.1623
2
5
0.0351
0.0008
1.4342
3
6
0.0342
0.0008
1.6988
4
8
0.0324
0.0007
2.2066
5
219
80
5
0.0629
0.0020
2.5205
6
6
0.0616
0.0019
2.9950
7
8
0.0592
0.0018
3.9152
8
273
93
6
0.0930
0.0036
4.4653
9
8
0.0900
0.0034
5.8577
10
10
0.0871
0.0032
7.2035
11
12
0.0842
0.0030
8.5035
12
325
106
6
0.1292
0.0058
6.1529
13
8
0.1256
0.0055
8.0908
14
10
0.1222
0.0053
9.9735
15
12
0.1188
0.0051
11.8018
16
377
119
8
0.1671
0.0084
10.6795
17
10
0.1631
0.0081
13.1881
18
12
0.1592
0.0078
15.6336
19
14
0.1553
0.0075
18.0170
20
426
132
8
0.2116
0.0120
13.4444
21
10
0.2071
0.0116
16.6240
22
12
0.2026
0.0112
19.7326
23
14
0.1982
0.0108
22.7709
(4)封头标记
类型代号封头公称直径×封头名义厚度—材料标准号。
例如公称直径325mm、名义厚度12mm、材质16MnR的以外径为基准的椭圆形封头标记为:
EHB325×12—16MnRJB/T4746
碟形封头的几何形状、形式代号尺寸和质量
(1)封头的几何形状和尺寸参数
碟形封头的母线由三段曲线光滑连接而成:
半径为RCi的大圆弧线0︿A,半径为r的小圆弧线A︿B和与回转轴线平行的短直线BC。
以这条OABC曲线为母线绕回转轴转一圈所形成的曲面就是碟形封头的中面。
因此碟形封头中央部分是一个球面;球面的四周是一个半径为r的环状壳体,称为封头的折边;与折边相连的是一个圆柱形短节,称为封头的直边。
在GB150有关碟形封头的介绍中(包括厚度计算公式),其核心的几何尺寸是球面半径Rci,而折边半径r则以
取不同的比值确定其大小,至于Rci取多大并未做硬性规定,过去一般取两种尺寸:
Rci=1.0Di和Rci=0.9Di。
在颁布的《钢制压力容器用封头》(JB/T4746—)中,则选定了两种尺寸的碟形封头:
碟形封头DHA是指Rci=1.0Di、r=0.15Di、DN=Di,相当于GB150中M=1.359的碟形封头。
碟形封头DHB是指Rci=1.0Di、r=0.10Di、DN=Di,相当于GB150中M=1.54的碟形封头。
对于DHB型封头,由于其球面半径取值最大,折边半径取值最小,因此这种碟形封头是GB150中M值最大的碟形封头,其优点是封头的曲面深度小,但承压能力较差,因此过去国内设计部门很少采用,对于过去推荐的Ri=0.9Di,ri=0.173Di(M=1.34)碟形封头,由于它的曲面深度hi=0.25Di,与标准椭圆相同,因此在新修订的封头标准中取消了。
封头标记方法与椭圆形封头相同。
(2)封头的几何量和质量的计算公式
碟形封头几何量和质量的计算公式汇总于表6,看此表时请参看图1。
这张表中所列的公式适用于具有各种参数的碟形封头。
对于常见的DHA型封头,能够将μ=1.0,ε=0.15代入便可得到列于表7中的系列公式。
表6碟形封头几何量和质量计算公式汇总(参看图1)
球面半径RC
(μ=1.0、0.9)
内表面积
Fi/m2
Fi=F1+F2+F3,其中
F1=2πRCh[式中h=RC(1-sinβ)]
F2=2π(ar-r2)β+2πr2sinβ
F3=πDh0
折边半径r
(ε=0.173、0.15、0.10)
β
a
容积
V/m3
V=V1+V2+V3,其中
V1=
V2=π[(a2r+2r3-2ar2)sinβ+
(ar2-r3)sin2β-
r3sin3β+(a-r)r3β]
V3=
D2h0
坯料直径D0
坯料质量G0
曲面高度hi
封头质量Gkg
G=FδP×γ
(钢的γ=7.85×103kg/m3)
注:
1.一般式F与V中的下标1、2、3分别表示碟形封头的球面,折边与直边三个部分。
2.特定式中D为内直径(省略了下标),δP为钢板厚度,D、h0、δP单位均用m。
表7DHA碟形封头(Rci=Di、r=0.15Di、h1=0.2254Di)几何量和质量的理论计算公式
β
β=65°41′=1.146弧度
容积
m3
直边高度
h0
25
V=0.121D3+0.02D2
a
a=24°19′=0.425弧度
坯料直径
D0=1.193(D+δP)+2h0
40
V=0.121D3+0.0314D2
坯料质量
G0=6.165[1.194(D+δP)+2h0]2δP×103
内表面积
m2
直边高度
h0
25
F=1.065D2+0.0785D
质量
kg
直边高度
h0
25
G=[8.4(D+δP)2+0.62(D+δP)]δP×103
40
F=1.065D2+0.1257D
40
G=[8.4(D+δP)2+(D+δP)]δP×103
注:
1.上述公式中的D均为内直径(省略下标i)。