管帽-封頭
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由于凸形封頭具有制造簡便、重量輕等優點，帶 凸形封頭法蘭廣泛應用于端部可拆連結結構中． 按GBl50一1998《鋼制壓力容器》(以下簡稱 GBl50)規定：封頭和法蘭單獨進行設計時，不考慮 兩者間的相互作用．文獻[1]計算結果表明：如按照 GBl50進行設計，有可能導致法蘭的厚度偏大，封 頭的厚度偏小，使得封頭與法蘭的連接區域由于剛 度相差過大，造成應力狀態不甚理想．并且，由于法 蘭往往采用鍛件，過大的厚度裕量將使得產品成本 增加較多．特別是對于一些非標法蘭和凸形封頭的 聯接結構，由于GBl50對其設計沒有明確的規定， 使得設計人員遇到了很多問題[2]．目前較為常用的 設計方法是在取較大安全裕量的前提下，將法蘭和 封頭當作標準件單獨進行設計．這種設計方法沒有 完善的理論依據，可能造成法蘭和封頭的安全裕量 過大，也可能造成結構強度不能滿足工作需要．
對帶凸形封頭的非標平焊法蘭進行整體 有限元分析，采用分析設計中應力分類的方法進行． 并且，與按GBl50將帶凸形封頭的非標法蘭與封頭 單獨設計的方法進行比較，研究凸形封頭和法蘭的 強度是否滿足工作需要；對于剛度相差較大的凸形 封頭和法蘭的聯接區域，研究封頭和法蘭厚度的變 化對其局部應力狀態的影響及如何改善其應力狀 態；如何對封頭和法蘭進行整體優化設計，降低凸形 封頭與法蘭的連接區域的應力強度，提高經濟效益．
圖1是帶快開門的噴氣燃料過濾分離器的密封 裝置結構示意圖，主要由標準橢圓形封頭、上法蘭、 下法蘭和筒體四部分組成．封頭與上法蘭采用焊接 結構，上、下法蘭通過螺桿和銷釘連接，內壓產生的 軸向力由螺桿承擔．下法蘭上有密封槽，密封槽內放 置()形密封圈，通過螺桿的預緊力進行密封．
帶橢圓形封頭的齒嚙式快開容器的工作周期主 要由加壓、保壓和卸壓三個過程組成．由于工作周期 較長，在使用壽命內不考慮疲勞問題．保壓階段壓力 基本穩定，加、卸載速度不快，不需要考慮加載速率 的影響．上法蘭和簡體采用特殊的螺栓聯接結構，上 法蘭不是嚴格的軸對稱結構．但齒沿圓周方向均勻 間斷分布，且齒數為偶數，因而可以處理為廣義軸對 稱問題．為減少計算工作量，以縱向截取的螺栓孑L中 面及相鄰兩螺栓孔的中面所包含的實體(即沿圓周 方向取結構的1／56)作為研究對象。
橢圓形封頭、上法蘭內表面及下端面上密封圈 中徑以內的區域，受均布內壓的作用．
按分析設計的方法，通過對一系列非標平焊法蘭與凸形封頭的聯接結構進行分析校核發現：凸形 封頭上的A—A線上的應力強度主要受到封頭厚度 影響，非標平焊法蘭上C—C線的應力強度也主要受 法蘭厚度影響，并且按常規設計的非標平焊法蘭與 凸形封頭的聯接結構上A—A線、C—C線上的應力均 能滿足強度要求．但是位于凸形封頭與非標法蘭聯 接處的B—B線上的應力受法蘭厚度與凸形封頭厚 度的聯合影響，如果在設計時未考慮凸形封頭與平 焊法蘭的相互作用，易于導致封頭與法蘭的剛度相 差過大，使得B—B線上應力強度不能滿足應力評定 的要求．為此，本文選擇DN900 mm，PN2．5 MPa的 非標平焊法蘭與凸形封頭的聯接結構進行一系列的 試算，分析B—B線上的應力受法蘭厚度與凸形封頭 厚度變化影響的情況．圖5為當凸形封頭厚度固定 不變時(f一10 mm)，B—B線上的一次局部薄膜應力 (P。)與一次應力和二次應力強度之和(P。+Q)隨著 法蘭厚度變化的情況；圖6為當法蘭厚度固定不變 時(f一76 mm)，B—B線上的一次局部薄膜應力 (P。，)與一次應力和二次應力強度之和(P。+Q)隨著 封頭厚度變化的情況．
(1)按常規設計方法將凸形封頭與非標平焊法蘭單獨進行設計，其組合結構各應力評定線上的應 力均能滿足強度要求，但封頭和法蘭的匹配性差．
(2)改變封頭和法蘭厚度均可改變其連接處的 應力狀態，但封頭厚度變化對其影響較大，適當增加 封頭厚度，有利于改善聯接處的受力狀況．
(3)針對非標法蘭和凸形封頭設計時存在的問 題，提出了將凸形封頭和法蘭作為整體、采用有限元 進行分析設計的方法．
(4)可以對封頭和法蘭進行整體優化設計，提高 封頭和法蘭的匹配性．通過調整凸形封頭和法蘭厚 度，有可能使封頭和法蘭結構接近于等強度設計，能 夠減輕結構自重，有效降低成本，增加經濟效益．
