CN107035864A - 移动式压力容器及其封头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动式压力容器及其封头，所述封头包括封头本体，所述封头本体包括球冠部、直筒部以及连接在球冠部与直筒部之间呈弧形筒状的过渡部；所述封头本体的材料为屈服强度大于540MPa的碳钢，所述封头本体的厚度按以下公式确定：t_R=R∙{exp[P/(R_e/1.5)-1}；式中，为封头本体最小厚度；R为所述球冠部内表面的半径；P为封头设计内压；R­_­e为封头本体材料的屈服强度。本发明的封头中，封头本体的厚度基于受力较小的球冠部的许用应力而确定，且许用应力基于屈服强度R­_­e和对应的安全系数1.5而确定，相比于基于抗拉强度和对应的安全系数2.4更加环保节能，节省材料。经过验证性应力分析，可以使封头本体的厚度降低15%至20%，减轻封头的重量。

Description

移动式压力容器及其封头

技术领域

本发明涉及压力容器领域，特别涉及一种移动式压力容器及其封头。

背景技术

压力容器的罐体结构一般主要由筒体和位于筒体两端的两封头构成，根据压力容器工作时受压的不同情况可分为外压容器和内压容器，其中，内压容器是指工作时内压大于外压的压力容器。对于内压容器，其封头一般为碟形或椭圆形。

封头大致地包括位于顶部的球冠部、用于与筒体连接的直筒部，以及连接在球冠部与直筒部之间起过渡作用的过渡部。球冠部半径较大，其占据整个封头的大部分面积区域，在工作时，单位面积上的受力较小；过渡部呈弧形，其半径较小，由于存在结构不连续效应，单位面积上的受力较大，也因此形成应力集中区域。

现有的封头中，在设计时往往基于过渡部处的应力集中，根据封头形状（球冠部半径与深度的比值，或者球冠部与过渡部的半径比值）引入应力增强系数来确定封头的厚度。

GB150、ASME VIII-1等设计规范中，封头的计算厚度依据设计许用应力，此许用应力依据R m/n b或者R e/n s确定，取两者的计算小值。其中，R_m为材料抗拉强度，R e为材料的屈服强度；n b为基于抗拉强度的安全系数，GB150为2.7，ASME VIII-1中为3.5，ASMEVIII-2以及JB4732均为2.4；n s为基于屈服强度的安全系数，GB150以及ASME VIII-1等中均为1.5。

对于屈服强度大于540MPa的碳钢材料，R m/n b远小于R e/n s，按照ASME设计规范计算出的封头厚度很大，占据封头大部分面积区域的球冠部处厚度裕量大，造成材料浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减薄的封头，以及具有该封头的移动式压力容器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种移动式压力容器的封头，包括封头本体，所述封头本体包括球冠部、直筒部以及连接在球冠部与直筒部之间呈弧形筒状的过渡部；所述封头本体的材料为屈服强度大于540MPa的碳钢，所述封头本体的厚度按以下公式确定：t_R=R∙{exp[P/(R_e/1.5)-1}；式中，t_R为封头本体最小厚度；R为所述球冠部内表面的半径；P为封头设计内压；R­_­e为封头本体材料的屈服强度。

优选地，所述封头还包括加强件，所述加强件对应于所述过渡部设置。

优选地，所述加强件包括环向筋板和/或径向筋板；所述环向筋板沿所述过渡部周向延伸，并与所述过渡部壁面构成具有夹角的固定连接；所述环向筋板围合为环状，且环状的轴线与所述封头本体的轴线平行或重合；所述径向筋板周向分布于所述过渡部上，并分别垂直连接所述过渡部；每一所述径向筋板沿所述过渡部的弧长方向延伸，且径向筋板的两端超出所述过渡部而分别与所述直筒部、所述球冠部连接。

优选地，所述环向筋板垂直连接所述过渡部。

优选地，所述环向筋板平行于所述封头本体的轴线方向。

优选地，所述环向筋板设置于所述过渡部弧长方向的中部位置。

优选地，所述径向筋板超出于所述过渡部而与所述球冠部接合的弧长为100mm~400mm。

优选地，所述径向筋板的两端端部设有斜角或圆弧过渡。

优选地，所述环向筋板连接在所述封头本体的内侧或外侧，所述径向筋板设置在所述封头本体的内侧或外侧。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种移动式压力容器，包括罐体，所述罐体包括筒体和连接于筒体两端的如上所述的封头。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：本发明的封头中，封头本体的厚度基于受力较小的球冠部的许用应力而确定，且许用应力基于屈服强度R­_­e和对应的安全系数1.5而确定，相比于基于抗拉强度和对应的安全系数2.4更加环保节能，节省材料。封头本体的厚度主要按球冠部的受力要求而定，可满足使用要求。经过验证性应力分析，可以使封头本体的厚度降低15%至20%，减轻封头的重量。

附图说明

图1是本发明移动式压力容器优选实施例的结构示意图。

图2是本发明封头优选实施例的端面结构示意图。

图3是本发明图2中封头的截面结构示意图。

图4至图7是本发明封头中加强件其他设置方式的结构示意图。

附图标记说明如下：1、罐体；11、筒体；12、封头；12a、封头本体；121、球冠部；122、过渡部；123、直筒部；12b、加强件；125、环向筋板；126、径向筋板；1261、斜角；2、框架。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种移动式压力容器及其封头，该移动式压力容器可为罐式集装箱或其他的移动式储运设备。

参阅图1，本实施例的移动式压力容器为一罐式集装箱，包括罐体1和支撑罐体1的框架2。

罐体1包括筒体11和连接于筒体11两端的封头12，筒体11与封头12之间一般通过焊接而固定。该罐体1在工作时主要承受内压，罐体1的封头12为内压封头。

筒体11结构可参照现有技术，一般为圆筒状。本发明中，主要对封头12的结构进行了改进，以下具体介绍。

一并参阅图1至图3，封头12包括封头本体12a，并进一步地包括设置于封头本体12a上的加强件12b。

封头本体12a包括球冠部121、直筒部123以及连接在球冠部121与直筒部123之间呈弧形筒状的过渡部122。直筒部123用于与筒体11对接。

封头本体12a采用的材料为屈服强度大于540MPa的碳钢，封头本体12a的该材料为高强碳钢，特别适用于移动式压力容器。

封头本体12a的厚度按以下公式确定：t_R=R∙{exp[P/(R_e/1.5)-1}；式中，t_R为封头本体12a最小厚度；R为球冠部121内表面的半径；P为封头12设计内压；R­_­e为封头本体12a材料的屈服强度。

根据该公式，封头本体12a的厚度基于受力较小的球冠部121的许用应力而确定，且许用应力基于屈服强度R­_­e和对应的安全系数1.5而确定，相比于基于抗拉强度和对应的安全系数2.4更加环保节能，节省材料。封头本体12a的厚度主要按球冠部121的受力要求而定，可满足使用要求。经过验证性应力分析，可以使封头本体12a的厚度降低15%至20%，减轻封头12的重量。

封头12整体可通过极限应力分析，考察封头12的承载极限，保证封头12结构的安全性。

进一步地，加强件12b对应于封头本体12a的过渡部122处设置，从而可对封头本体12a上应力相对更为集中的过渡部122处进行加强，保证封头12的安全性。

较优地，加强件12b包括环向筋板125和径向筋板126。在其他实施例中，还可以仅设置环向筋板125，或仅设置径向筋板126。

参阅图2和图3，径向筋板126周向均匀分布于过渡部122的内侧表面，并分别与过渡部122垂直连接，即：径向筋板126垂直于过渡部122在该径向筋板126连接处的切线。各径向筋板126与封头本体12a的轴线L在同一平面内。图2中示意性地给出了八个径向筋板126，实际结构中径向筋板126的数量可根据实际情况设置。

各径向筋板126沿过渡部122的弧长方向延伸，径向筋板126的两端超出过渡部122而分别与封头本体12a的直筒部123、球冠部121连接。径向筋板126的两端端部均设有斜角1261，通过过渡而减小应力集中，该斜角1261还可以替换为圆弧过渡。

较优地，径向筋板126超出于过渡部122而与球冠部121接合的弧长为100mm~400mm。径向筋板126另一端超出过渡部122的长度大致地可以覆盖直筒部123的长度。

环向筋板125固定连接于过渡部122上并与过渡部122壁面具有夹角，环向筋板125整体呈环状，环向筋板125沿过渡部122周向延伸，可以是一体的环状结构，也可以是多个弧形的环向筋板125围合形成环状，多个环向筋板125还可以相互间隔布置。本实施例中，环向筋板125所构成的环状的轴线与封头本体12a的轴线L重合，部分情况下，环状的轴线还可以与轴线L平行。较优地，环向筋板125连接于过渡部122弧长方向的中部位置。

图2和图3所示的实施例中，环向筋板125垂直连接于过渡部122的内侧表面，并将各径向筋板126连接起来。环向筋板125整体构成锥环状，在封头12的截面上（如图3所示的视图方向中），环向筋板125的延长线通过过渡部122弧形的圆心O点。

如图4所示，环向筋板125还可以连接在过渡部122的外侧表面，而径向筋板126仍设置于过渡部122的内侧表面。

参阅图5，在另一实施例中，环向筋板125连接于过渡部122的内侧表面，径向筋板126连接在过渡部122的外侧表面。

参阅图6，环向筋板125和径向筋板126还可以均设置于过渡部122的外侧表面。

参阅图7，环向筋板125还可以不垂直于过渡部122，而是平行于封头本体12a的轴线L，此时，环向筋板125呈圆筒状。

上述所介绍的封头12中，通过环向筋板125和径向筋板126对封头本体12a受力较大的过渡部122处进行加强，提高承载能力，在封头本体12a厚度减小的情况下也能达到使用要求。根据该结构，还可以降低封头12高度，对于采用该封头12的罐体1而言，可以增大容积。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种移动式压力容器的封头，包括封头本体，所述封头本体包括球冠部、直筒部以及连接在球冠部与直筒部之间呈弧形筒状的过渡部；其特征在于：

所述封头本体的材料为屈服强度大于540MPa的碳钢，所述封头本体的厚度按以下公式确定：t_R=R∙{exp[P/(R_e/1.5)-1}；

式中，为封头本体最小厚度；R为所述球冠部内表面的半径；P为封头设计内压；R­_­e为封头本体材料的屈服强度。

2.根据权利要求1所述的封头，其特征在于，所述封头还包括加强件，所述加强件对应于所述过渡部设置。

3.根据权利要求2所述的封头，其特征在于，所述加强件包括环向筋板和/或径向筋板；

所述环向筋板沿所述过渡部周向延伸，并与所述过渡部壁面构成具有夹角的固定连接；所述环向筋板围合为环状，且环状的轴线与所述封头本体的轴线平行或重合；

所述径向筋板周向分布于所述过渡部上，并分别垂直连接所述过渡部；每一所述径向筋板沿所述过渡部的弧长方向延伸，且径向筋板的两端超出所述过渡部而分别与所述直筒部、所述球冠部连接。

4.根据权利要求3所述的封头，其特征在于，所述环向筋板垂直连接所述过渡部。

5.根据权利要求3所述的封头，其特征在于，所述环向筋板平行于所述封头本体的轴线方向。

6.根据权利要求3-5任一项所述的封头，其特征在于，所述环向筋板设置于所述过渡部弧长方向的中部位置。

7.根据权利要求6所述的封头，其特征在于，所述径向筋板超出于所述过渡部而与所述球冠部接合的弧长为100mm~400mm。

8.根据权利要求6所述的封头，其特征在于，所述径向筋板的两端端部设有斜角或圆弧过渡。

9.根据权利要求6所述的封头，其特征在于，所述环向筋板连接在所述封头本体的内侧或外侧，所述径向筋板设置在所述封头本体的内侧或外侧。

10.一种移动式压力容器，包括罐体，所述罐体包括筒体和连接于筒体两端的如权利要求1-9任一项所述的封头。