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旋压近似椭圆封头与标准椭圆封头替代

发布时间:2017-02-23

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旋压近似椭圆封头与标准椭圆封头替代

随着封头大型化以及旋压技术的推广应用，越来越多的旋压封头已开始在压力容器上被采用。
从旋压成型的机理与过程来看，旋压成型的封头应属于碟形封头范畴，从而在应用中有人认为不能等效替代椭圆封头［1，2］，且持这一观点的人还比较多。他们认为，既然封头属于碟形，就应按照碟形封头有关强度计算公式求得的壁厚来验收，亦即封头的壁厚应比相应规格标准椭圆封头的壁厚增厚，而不管旋压成型的椭圆封头与标准椭圆封头在实际形状上的接近程度。
与上述观点截然不同的是，有人认为［3～5］，无论封头的成型方法如何，只要最终成型封头的实际形状在GB 150规定的标准椭圆封头的允许偏差范围内，那么该封头都应该属于标准椭圆封头，因此完全可以等效替代标准椭圆封头而无需增加壁厚。
有关文献的研究表明［5，6］，对R=0.8Di,r=0.154Di以及R=0.904Di,r=0.173Di等5种深碟形封头，其形状与标准椭圆封头十分接近，理论曲线偏差皆未超过GB 150规定的标准椭圆封头的允许形状偏差范围，因此从规定本身的含义来看，这些碟形封头也应该属于标准椭圆封头的范畴，因此也就可以与标准椭圆封头等效替代。
再者，从应力分析的角度出发，ASME Ⅷ-2的有关图表中明确指出［7］，R=0.9Di,r=0.173Di的标准碟形封头计算曲线即是标准椭圆封头的曲线，换句话说两者是一回事［8］。与此同时，对于Di/2hi不等于2的椭圆封头，文［7］规定也应按相当的碟形封头或按附录分析设计。由此可见，在文［7］中碟形封头与椭圆封头的设计实属同1种方法，并都是按碟形封头曲线图求得。
因此，对形状相近或相当的碟形与椭圆封头，其设计总是一样的［8］。笔者对R/Di=0.833,r /Di=0.156的近似椭圆封头和标准椭圆封头的壁厚计算证明，当直径及材料相同时，与文［7］的结果十分接近。另外，笔者曾对AD［9］中的深碟形封头(R=0.8Di,r=0.154Di)的壁厚计算公式进行了分析，发现按AD规定的深碟形封头的壁厚一般总是小于或等于按GB 150求得的标准椭圆封头的壁厚(因为AD中没有椭圆封头的概念，而只有深浅碟形封头)。
由此也可以看出，在通常情况下用深碟形封头代替同规格、材质及板厚的标准椭圆封头也是可行的。不能简单地以封头的类型来按各自的计算公式确定其壁厚，而更应注重实际形状与标准形状的差异，并由此来判定其强度能否保证。而文［1］和［2］之所以得出不正确的结论，就在于他们只看到成型过程而未注意实际结果，并参照无力矩分析结果单纯以各自强度计算公式进行计算对比。但在对比时又忽略了封头类型不同其计算公式体系亦不同这个问题，以致于实为同一封头，却选用了不同公式而造成计算结果差异很大。这有点类似于在进行开孔补强计算时，同一结构采用极限分析法与等面积法计算结果存在很大差异一样。
综上所述，笔者认为，对于采用旋压成型的近似椭圆封头，只要按照GB 150采用标准椭圆封头的样板进行检查，其偏差未超过GB 150规定时，皆应看作是标准椭圆封头，因而可以完全等效替代标准椭圆封头。当然，采用冷旋压成型后，应对封头进行消除应力热处理，以避免封头内存在着过高的残余应力，必要时尚应对过渡区作无损检测［3，10］。

参考文献
[1] 冷近似旋压封头与标准椭圆封头的比较.压力容器，1992，9(1)：60～63
[2] 标准椭圆封头与旋压椭圆封头的区别.石油化工设备，1998，27(1)：35～38
[3] 近似椭圆封头等效替代标准椭圆封头的可能性与条件.化工设备设计，1992，(6)：1～7
[4] 对冷旋压近似椭圆封头代替标准椭圆封头的分析.压力容器，1994，11(1)：64～67
[5] 特大型不锈钢椭圆封头的制造工艺.石油化工设备，1996，25(5)：43～46
[6] 标准椭圆封头允许最大形状偏差值讨论.化工设备设计，1992，(3)：26～29
[7] ASME Boiler and Pressure Vessel Code, SectionⅧ, Division 2,1986 Edition.
[8] 几种碟形封头与标准椭圆封头替代的合理性探讨.化工设计，1995，5(3)：20～23
[9] 西德AD受压容器规范(1982版).上海：化学工业部设备设计技术中心站，1985.
[10] 冷旋压封头制造与应用中应注意的问题.石油化工设备技术，1996，17(4)：13～14

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