根据GB150-1998规定,封头各种厚度间关系如图所示。
从图可看出,GB150-1998要求凸形封头和热卷圆筒的成形厚度不小于该不见的名义厚度减去钢板负偏差,即成形最小厚度为:δn-C1。由此导致设计和制造两次在设计厚度的基础上增加厚度以保证成形厚度,且量词增加值(△1 △2)没有在设计计算中得到充分体现,因此有必要在图纸中提出最小厚度要求,即设计者应在图纸上分别标注名义厚度和最小成形厚度,这样制造单位可根据制造工艺和原设计的设计圆整量确定是否增加制造减薄量。
(2) 最小成形厚度是指计算厚度与标准所规定的元件最小厚度之大值加上腐蚀裕量得到的厚度。图样中应同时标明名义厚度与最小成形厚度(加括号)。
(3) 关于封头上开孔补强计算,GB150-1998式(8-11):
A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)
式中,A1为壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积;δe=δn-(C1 C2)。
在设计中,若直接以图纸上标注名义厚度进行计算,不能反映补强计算的真实情况,有可能造成强度不足;若以设计厚度(δ C2)为基础进行补强计算,即δe=δ C2,则A1=(B-d)C2-2δetC2(1-fr),将造成局部补强面积的增加。因此,有必要确定一个最小厚度,确保封头开孔补强计算满足强度要求。
3. 设计中考虑减薄量的可操作性
(1) 随着JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》的实施,根据其中6.3.10规定"对于按规定设计的封头,成形封头实测的最小厚度不得小于封头名义厚度减去钢板厚度负偏差C1,但当设计土燕标注了封头成形后的最小厚度,可按实测的最小厚度不小于图样标注的最小厚度验收。......",由于标准提供附录A(资料性附录)《封头成形厚度减薄量》,设计者可参考此表,根据设计厚度来确定减薄量,图样上标注的名义厚度为δ C1 C2 C3,并向上圆整至δn,而成形封头实测最小厚度为δmin=δ C2或δn-C3,这样较好地解决GB150-1998中上述问题。
(2) 封头设计举例
容器内径Di=800,计算压力Pc=0.80MPa,[σ]t=170MPa,C1=0,C2=1.5,Φ=1,并在封头上开孔?98×4,求得标准椭圆形封头计算厚度、设计厚度和名义厚度,并进行开孔补强计算。
根据GB150-1998式(7-1):
PcDi
δ= ---------------- =1.88mm
2[σ]tΦ-0.5Pc
δd=δ C2=1.88 1.5=3.38mm
按GB150-1998,δe≥0.15%×800=1.20mm,δd>δe;名义厚度(δd C1)向上圆整δn=4mm。
根据GB6654,16MnR板最小厚度δn=6mm,取封头名义厚度δn=6mm。
若不标注最小厚度,按GB150-1998要求,封头毛坯厚度δs=δn C3。其中C3=0.78mm,δs=6 0.78向上圆整至8mm,即
δs=8mm,实际成形厚度为6.96>δn,这将造成材料的很大浪费。
若采用封头最小厚度δmin=δ C2,或δn-C3,则δmin=1.88 1.5或6-0.78,即δmin=3.38mm或5.22mm,即投料厚度与图纸上标注的名义厚度一致,为δn=6mm。
封头开孔补强计算:
δnt=4mm,接管壁厚附加量Ct=C1t C2(其中C1t=0.5mm),则:
δet=δnt-Ct=2mm
di=81mm,[σ]t=130MPa,Φ=1。
Pcdi 0.8×81
故δt=------------=-----------=0.25mm
2[σ]tΦ-Pc 2×130-0.8
开孔直径d=di 2C2=84mm
fr=130/179=0.76
开孔所需补强面积A:
A=dδ 2δδet(1-fr)=159.7mm2
有效补强范围B及补强面积Ae:
B=max(2d,d 2δn 2δnt)=168mm
h1=min(******,接管实际外伸长度)=18.3mm
h2=min(******,接管实际内伸长度)=0
Ae=A1 A2 A3
其中 A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr),δe=δmin-C2=3.72mm
即A1=152.8mm2
A2=2h1(δet-δt)fr 2h2(δet-C2)fr=48.7mm2
A3=4×4=16mm2
Ae=A1 A2 A3=217.5mm2>A
故补强满足要求。
从以上计算结果可以看出,两种不同的设计要求,使投料厚度有2mm之差,而后一种设计方法更趋于合理。