Blog về Hướng dẫn thiết kế đầu tàu áp suất và tính toán khối lượng

Việc lựa chọn loại chỏm cầu phù hợp cho thiết kế bình chịu áp là một thách thức quan trọng đối với các kỹ sư. Sự lựa chọn này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị mà còn đến sự an toàn và hiệu quả về chi phí. Hướng dẫn toàn diện này xem xét ba loại chỏm cầu phổ biến và cung cấp các công thức tính toán thể tích thực tế để hợp lý hóa quy trình thiết kế của bạn.

Chỏm cầu Torispherical, còn được gọi là chỏm cầu lõm, mang lại sự cân bằng tối ưu giữa khả năng chi trả và hiệu suất cơ học. Thiết kế của chúng có một chỏm cầu hình cầu được nối với một gờ (bán kính chuyển tiếp), giúp phân phối ứng suất hiệu quả để chứa áp suất đáng tin cậy.

• Bán kính vành (R): Bằng đường kính chỏm cầu (D)
• Bán kính gờ (r): Thông thường D/10
• Chiều cao chỏm cầu (H): Được tính là D × 0.194 + SF + t (SF = chiều cao mặt bích thẳng, t = độ dày)
• Đường kính phôi: D × 1.11 + 2SF để cắt vật liệu

Không bao gồm chiều cao mặt bích thẳng, thể tích (gallon) ≈ [D (inch)/12]³ × 0.582. Công thức đơn giản này cho phép đánh giá nhanh chóng dung tích trong các giai đoạn thiết kế sơ bộ.

Chỏm cầu ellipsoidal 2:1 đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp cho các ứng dụng áp suất cao do đặc tính phân bố ứng suất tuyệt vời của nó. Hồ sơ bán elip của nó tiếp cận hình học bán cầu trong khi vẫn duy trì hiệu quả vật liệu.

• Bán kính vành (R): 0.90D
• Bán kính gờ (r): 0.17D
• Chiều cao chỏm cầu (H): D × 0.25 + SF + t
• Đường kính phôi: D × 1.15 + 2SF

Thể tích (gallon) ≈ [D (inch)/12]³ × 0.954. Chỏm cầu ellipsoidal cung cấp dung tích lớn hơn khoảng 64% so với thiết kế torispherical ở cùng đường kính.

Chỏm cầu Hemispherical đại diện cho hình học chứa áp suất tối ưu về mặt lý thuyết, phân bố ứng suất đồng đều trên bề mặt. Tính phức tạp trong sản xuất và yêu cầu vật liệu của chúng dẫn đến chi phí cao hơn đáng kể, hạn chế việc sử dụng cho các ứng dụng áp suất cực cao.

• Bán kính trong (IDR): D/2
• Chiều cao chỏm cầu (H): D/2 + t
• Đường kính phôi: πD/2

Thể tích (gallon) ≈ [D (inch)/12]³ × 1.958. Thiết kế Hemispherical cung cấp dung tích lớn nhất trong số các loại chỏm cầu tiêu chuẩn.

Các quy trình sản xuất, đặc biệt là các hoạt động tạo hình, có thể gây ra sự mỏng vật liệu—đặc biệt là ở các khu vực chuyển tiếp. Các kỹ sư phải tính đến điều này thông qua:

• Thêm 10% biên độ vào độ dày tối thiểu được tính toán, hoặc
• Áp dụng các phần bù cụ thể theo độ dày: 1.5mm cho chỏm cầu ≤12mm độ dày; lớn hơn 1.5mm hoặc 15% độ dày tối thiểu cho chỏm cầu >12mm

Việc lựa chọn chỏm cầu tối ưu đòi hỏi phải đánh giá cẩn thận áp suất vận hành, các ràng buộc về ngân sách, giới hạn không gian và khả năng chế tạo. Chỏm cầu Torispherical hoạt động tốt cho các ứng dụng áp suất vừa phải, thiết kế ellipsoidal vượt trội trong môi trường áp suất cao, trong khi cấu hình Hemispherical mang lại hiệu suất tối ưu cho các điều kiện khắc nghiệt. Các công thức tính toán thể tích và các thông số thiết kế này cho phép các kỹ sư đưa ra các quyết định sáng suốt để cân bằng hiệu suất, an toàn và hiệu quả về chi phí.