Le blog À propos Comparer les têtes des navires à pression torisphérique hémisphérique et ellipsoïdale

Les récipients sous pression remplissent des fonctions essentielles dans les industries chimique, pétrolière et pharmaceutique.Les têtes doivent résister à la pression interne tout en s'intégrant aux coques cylindriques pour former des limites de pression complètes.La sélection de la tête influence profondément la sécurité des navires, la complexité de fabrication et l'économie opérationnelle.

Notre analyse se concentre sur un vaisseau cylindrique construit à partir d'un acier SA-516 de qualité 70, d'une épaisseur de 0,5 pouce, d'un diamètre extérieur de 48 pouces et un diamètre intérieur de 47 pouces.000 psi à 100 °FLes calculs de l'ASME VIII-1 établissent une pression de conception de 420 psi. Nous évaluons quatre alternatives de tête:

* Inclut une bride droite de 1,5 pouce

La simple géométrie radiale de la conception hémisphérique permet une distribution optimale des contraintes, ne nécessitant qu'une épaisseur de 0,2474 pouces – la moitié de l'épaisseur de la paroi du cylindre.Bien qu'efficace en matière de matériaux pour les applications à haute pression, ces têtes nécessitent généralement une construction soudée en plusieurs pièces, ce qui augmente la complexité de fabrication.

• Les avantages:Utilisation supérieure du matériau (45% plus léger que le cylindre); distribution uniforme des contraintes; idéal pour les réservoirs de stockage sphériques.
• Limites:Des coûts de fabrication importants; des exigences de hauteur substantielles.
• Applications:Systèmes à haute pression; navires de grand diamètre; projets sensibles aux matériaux.

La conception semi-elliptique commune 2:1 (profondeur = 1/4 de diamètre) offre un compromis pratique entre performance et fabrication.ces têtes peuvent être formées à partir de plaques simples, ce qui les rend économiquement avantageux pour les applications à basse pression.

• Les avantages:Fabrication simplifiée; profil de hauteur modéré; rentable pour les pressions standard.
• Limites:Concentrations de contraintes plus élevées que les hémisphères; épaisseur proche des exigences cylindriques.
• Applications:Les navires à pression moyenne/faible; les installations à hauteur limitée; les projets budgétaires.

Doté d'un rayon de couronne de 48 pouces et d'un rayon de doigts de 2,973 pouces, les têtes torisphériques atteignent une hauteur minimale (10,29 pouces), mais nécessitent une épaisseur de 0,8901 pouces ≈ 78% plus épaisse que le cylindre.Les concentrations de contraintes nécessitent souvent un traitement thermique post-formation.

• Les avantages:Profil de hauteur minimale; adapté à des pressions modérées.
• Limites:Concentrations de contraintes élevées; fabrication complexe; restrictions de placement des buses.
• Applications:Installations à espace restreint; systèmes à pression modérée.

S'appuyant entièrement sur la résistance à la flexion, les têtes plates exigent une épaisseur extrême (3,912 pouces) tout en fournissant des surfaces intérieures planes.Les ingénieurs utilisent souvent des solutions alternatives comme des plaques minces renforcées ou des revêtements en béton pour réduire le poids.

• Les avantages:Construction simple; surfaces intérieures planes.
• Limites:Poids excessif (3,8 fois la masse du cylindre); concentrations de contraintes élevées.
• Applications:Processus spéciaux nécessitant des surfaces plates; systèmes à basse pression.

Les formules ASME VIII-1 pour les composants cylindriques et hémisphériques produisent des contraintes Tresca proches de la limite de conception de 20 000 psi.060 psi) qui restent dans les limites des quotas VIII-2Il est à noter que les calculs de von Mises donnent 12% de contraintes inférieures dans les cylindres mais des valeurs équivalentes dans les hémisphères.

Les conceptions semi-elliptiques et torisphériques présentent des contraintes de transition plus élevées, les têtes torisphériques dépassant fréquemment les limites VIII-2 près des buses.Les analyses de la tête plate révèlent des contraintes au centre à la moitié des 30,000 psi limite de flexion, indiquant des règles de conception conservatrices.

La sélection optimale de la tête équilibre les exigences de pression, les contraintes spatiales, les capacités de fabrication et les facteurs économiques.Les têtes hémisphériques se démarquent dans les scénarios de haute pression malgré les difficultés de fabricationLes têtes torisphériques servent des installations sensibles à la hauteur, tandis que les têtes plates restent des solutions spécialisées.À mesure que l'analyse des éléments finis progresse, les concepteurs ont la possibilité d'optimiser les profils d'épaisseur tout en maintenant des marges de sécurité.