封頭在工作需求中廣泛應(yīng)用,其類型多樣,包括平頭、橢圓和蝶形等。選擇封頭形狀時,需考慮其形狀及應(yīng)力分布,同時評估沖壓、焊接和裝配的難易程度,并進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析。
在直徑、壁厚和工作壓力相同的條件下,半球封頭具有較小的應(yīng)力和均勻的兩向薄膜應(yīng)力分布,與等壁厚筒體連接時,邊緣附近的大應(yīng)力與薄膜應(yīng)力差異不大。
橢圓形封頭的應(yīng)力分布雖不如半球形均勻,但優(yōu)于碟形封頭。其頂點處應(yīng)力較大,赤道上存在周向壓應(yīng)力。當(dāng)特定比例(Di/(2h) = 2)與等壁厚筒體連接時,橢圓形封頭可達(dá)到與筒體相同的強度。
碟形封頭的主要力學(xué)缺點是較小的折邊半徑r,導(dǎo)致經(jīng)線不連續(xù),從而產(chǎn)生較大的經(jīng)向彎曲應(yīng)力和周向壓應(yīng)力。隨著r/R的減小,這些應(yīng)力增大,可能引發(fā)周向裂紋或折皺。
當(dāng)r=0時,碟形封頭變?yōu)闊o折邊球形蓋,力學(xué)性能較差,折點處出現(xiàn)峰值應(yīng)力,焊縫成為危險源。
錐形封頭在化工容器中用于實現(xiàn)流體的均勻分布和排料。其錐頂部分強度高,錐尖開孔通常無需補強。
封頭的制造方法包括敲打、沖壓、滾卷和爆炸成型。半球形與橢圓形封頭常通過沖壓制造,大型半球形封頭可沖壓成球瓣后組對拼焊。碟形封頭則可通過敲打、沖壓或爆炸成型,折邊部分可滾壓或敲打制成。
從制造工藝角度看,封頭深度、直徑與壁厚的增加會提高制造難度,尤其是使用高強鋼時。整體沖壓半球形封頭相對于橢圓形封頭更難制造。橢圓形封頭需使用幾何正確的模具進(jìn)行人工敲打制造,而錐形封頭的錐頂部分卷制困難,錐頂角較小時可考慮采用組合式封頭。
同體積下,半球形封頭表面積最小,橢圓形封頭與碟形封頭表面積基本相同。