블로그 약 압력 용기 토리스피어 머리 두께를 계산하는 안내

압력 용기 설계 및 제조에서 헤드는 전체 용기의 작동 무결성에 직접적인 영향을 미치는 안전 및 신뢰성이 중요한 구성 요소입니다. 우수한 기계적 특성과 제조 용이성으로 알려진 토리 сфе리컬 헤드는 다양한 압력 용기에 널리 사용됩니다. 그러나 설계 압력 하에서 안전한 작동을 보장하기 위해 두께를 정확하게 계산하는 것은 엔지니어에게 여전히 중요한 과제입니다.

플랜지 및 딤플 헤드라고도 하는 토리 сфе리컬 헤드는 구형 캡 섹션과 토로이달 너클 섹션으로 구성됩니다. 그 기하학은 몇 가지 주요 매개변수로 정의됩니다.

• D (B): 헤드의 내부 직경 (구형 섹션 직경)
• r: 너클 반경 (토로이달 전환 섹션의 반경)
• ts: 헤드 두께 (주요 계산 대상)
• L: 구형 캡 반경 (일반적으로 L=D)

이러한 기하학적 매개변수를 이해하는 것은 후속 두께 계산에 필수적입니다. 서로 다른 조합은 응력 분포 및 압력 지지 능력에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다.

토리 сфе리컬 헤드의 두께 계산은 주로 얇은 쉘 이론과 관련 설계 코드에 의존합니다. 기본 접근 방식은 지정된 설계 압력 하에서 헤드 전체의 응력을 계산한 다음 재료 허용 응력을 기반으로 최소 필수 두께를 결정하는 것입니다.

ASME 보일러 및 압력 용기 코드, 섹션 VIII, 디비전 1, 부록 1-4(g)는 토리 сфе리컬 헤드의 두께 계산 공식을 제공합니다. 이 공식은 설계 안전을 보장하기 위해 경험적 계수를 통합하면서 구형 및 토로이달 섹션 모두의 응력 집중을 고려합니다.

필요한 설계 매개변수는 다음과 같습니다.

• 설계 압력 (P) (psi 또는 MPa)
• 내부 직경 (D) (인치 또는 mm)
• 너클 반경 (r) (인치 또는 mm)
• 재료 허용 응력 (S) (psi 또는 MPa)
• 용접 조인트 효율 (E), 완전 침투 용접의 경우 일반적으로 1.0
• 부식 여유 (CA) (인치 또는 mm)

주요 파생 매개변수:

• D/r 비율 (기하학적 형상 계수)
• 응력 집중 계수 (M): M = (1/3) × (3 + √(D/r))

필요한 두께 (t) 공식:

t = (P × D × M) / (2 × S × E - 0.2 × P)

최종 두께에는 부식 여유가 포함됩니다: ts = t + CA

ASME는 계산된 값과 비교하여 확인해야 하는 최소 두께 요구 사항을 지정합니다.

중요한 설계 측면은 다음과 같습니다.

• 너클 반경 선택 (일반적으로 r ≥ 0.06D)
• 서비스 조건에 따른 재료 선택
• 용접 공정 품질 보증
• 적절한 코드 해석 및 적용

일반적인 계산 오류는 다음과 같습니다.

• 단위 변환 실수
• 잘못된 공식 선택
• 부식 여유 무시

기타 관련 표준은 다음과 같습니다.

• GB 150 (중국 압력 용기 표준)
• EN 13445 (유럽 비가열 압력 용기 표준)

설계 매개변수:

• P = 100 psi
• D = 72 인치
• r = 6 인치
• 재료: SA-516 등급 70 강철 (S = 20000 psi)
• E = 1.0
• CA = 0.0625 인치

계산 단계:

1. D/r = 72/6 = 12
2. M = (1/3) × (3 + √12) ≈ 2.15
3. t = (100 × 72 × 2.15)/(2 × 20000 × 1.0 - 0.2 × 100) ≈ 0.387 인치
4. ts = 0.387 + 0.0625 = 0.4495 인치

유한 요소 해석 (FEA)은 다음을 고려하여 보다 정확한 평가를 가능하게 합니다.

• 기하학적 비선형성
• 재료 비선형성
• 용접 잔류 응력

신흥 기술은 다음과 같습니다.

• 첨단 재료를 사용한 경량 설계
• AI 기반 설계 최적화
• 디지털 제조 기술