標準橢圓封頭厚度計算及穩定性

封頭人孔利群/文

標準橢圓封頭也叫國標封頭，這種封頭無論在石油，化工，食品，制藥，乳品等行業中使用都是非常廣泛的，但是不同的設備，其壓力不一樣，使用條件不一樣，所以封頭的要求也會不同，特別是在承壓范圍這塊，承受壓力的大小直接跟封頭的厚度以及在壓力作用下的穩定性有很大關系，那么如何來計算標準橢圓封頭的厚度呢以及它的穩定性？

1、標準橢圓封頭厚度計算公式

橢圓形封頭的形狀系數K：是指封頭上的大應力與對接圓筒的環向薄膜應力的比值。這樣封頭的計算厚度即為對接圓筒厚度的K倍，又圓筒厚度為等徑球殼厚度的2倍，故橢圓形封頭厚度：

    δ=Kδ圓筒≈Kδ球殼＝2K?Pc?Di/（4[σ]t`?φ-Pc）=K?Pc?Di/（2[σ]t`?φ-0.5Pc）

其中K隨a/b的變化而變化，可用近似函數表達式來表述：

    K＝[2+（a?a）/（b?b）]/6＝[2+（Di?Di）/（2hi?2hi）]/6

2、壓力作用下的穩定性

1.內壓作用下的穩定

對于a/b>1.414的橢圓形封頭在內壓作用下都會在封頭底邊產生周向壓縮應力，為此存在失穩可能，為方便工程應用，GB15規定了封頭小有效厚度來保證橢圓形封頭在內壓作用下的穩定性：對a/b≤2（K≤1）的封頭 ，小有效厚度應不小于0.15％Di；對a/b>2且≤2.6（K>1）的封頭，則不小于0.3％Di.

2.外壓作用下的穩定

橢圓形封頭在外壓作用的變形特征與內壓相反，使封頭長軸伸長，短軸變短，稱為“趨扁”。長軸伸長使過渡區的圓周直徑，周長伸長 ，在周向產生拉伸應力，為此不存在周向失穩的問題。因此橢圓形封頭在外壓作用下不必校核其過渡區的穩定。但對于封頭的“球面”部分，會產生周向和徑向的壓縮應力，為此存在失穩問題。為此橢圓形封頭外壓失穩是針對其球面部分進行的，按等厚當量球殼進行計算。封頭的當量外半徑Ro＝K1?Do,其K1為當量半徑系數，依a/b按GB150查取。

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