Konischer Kopf 丨 Druckbehälterköpfe 丨 Konische Tankköpfe

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Cone Shell Struktur Design

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Jun 16, 2025

Konische Köpfe kommen in verschiedenen Formen, Größen und Zwecken

Bei der Gestaltung der Struktur eines konischen Kopfes besteht der erste Schritt darin, den erforderlichen Halbspitzwinkel zu bestimmen. Aus diesem Winkel wird dann entschieden, ob der Kegelkopf einen Flansch aufweisen soll. Die Konstruktionsüberlegungen sind wie folgt:

- Für einen halben Spitzenwenkel (α) ≤ 30° können sowohl die großen als auch die kleinen Enden des konischen Kopfes entfaltete Kegelschalen verwenden.
- Bei 30° ≤ α ≤ 45° sollte das große Ende gefaltet werden, während das kleine Ende entfaltet bleiben kann, wenn die Festigkeitsberechnungen zufriedenstellend sind.
- Bei 45° ≤ α ≤ 60° müssen sowohl die großen als auch die kleinen Enden der konischen Schale gefaltete Kanten aufweisen.
- Für α > 60°, Flachköpfe werden in der Regel verwendet, oder eine Spannungsanalyse sollte durchgeführt werden, um das Design zu bestimmen.

1. Exzentrische Kegelschale

Einige Geräte, wie Reboiler und Schweineempfänger, erfordern exzentrische Kegelschalen. Dies sind spezielle kegelförmige Strukturen, die verwendet werden, um zwei Zylinder mit parallelen Achsen, aber unterschiedlichen Durchmessern zu verbinden. Bei der Konstruktion solcher Schalen für Geräte, die innerem Druck ausgesetzt sind, sollte der eingeschlossene Winkel zwischen der exzentrischen Kegelschale und dem Zylinder 30 ° nicht überschreiten. Darüber hinaus sollte der Unterschied zwischen den Achsen der beiden Zylinder nicht mehr als die Hälfte ihres Durchmessers betragen.

2. Berechnung des konischen Kopfes

Durch die geometrische Veränderung an der Verbindung zwischen konischem Kopf und Zylinder variiert der Krümmungsradius, was zu seitlichem Schub führt. Dies erzeugt höhere Randspannung, wodurch der Kegel anfälliger für Biegen ist. Daher ist es im Konstruktionsprozess entscheidend, nicht nur die Dicke des Kegelkopfs zu berechnen, sondern auch zu prüfen, ob die Verbindung zwischen dem Kegelkopf und dem Zylinder eine Verstärkung erfordert.

3. Verstärktes Design von Cone Shell

Die Verbindung zwischen der Kegelschale und dem Zylinder muss ausgewertet werden, um festzustellen, ob eine Verstärkung erforderlich ist. GB150 bietet ein Verstärkungsdiagramm, das dazu beiträgt, zu beurteilen, ob die Verbindung zusätzliche Verstärkung erfordert. Zu den wichtigsten Faktoren, die diese Bestimmung beeinflussen, gehören der halbe Spitzenwenkel der Kegelschale, der Innendruck und die zulässige Spannung des verwendeten Materials bei der Konstruktionstemperatur.

In der Praxis können Anpassungen des Halbspitzwinkels oder der Materialauswahl auf spezifische Konstruktionsanforderungen erfolgen. Sollte die Konusschalendicke zur Verstärkung erhöht werden, sollte an der Kreuzung zwischen der Konusschale und dem Zylinder ein verstärkter Abschnitt hinzugefügt werden. Die Dicke dieser Verstärkung sollte der Dicke des Zylinderverstärkungsabschnitts entsprechen.

4. SW6 Conical Shell Berechnung

Die SW6-Software vereinfacht die Berechnung des konischen Kopfdesigns, indem der Benutzer Schlüsselparameter wie Konstruktionsdruck, Konstruktionstemperatur, Zylinderdurchmesser und Materialauswahl eingeben kann. Diese Software hilft zu beurteilen, ob die Kegelschale eine Verstärkung erfordert und bietet die erforderliche Dicke und Länge für die Verstärkung.

Zum Beispiel in einem typischen Reboiler-Konus-Design:
- Die erforderliche Länge des kleinen Endverstärkungsabschnitts beträgt 39,23 mm, mit einer berechneten Dicke von 2,70 mm.
- Die erforderliche Länge des zylindrischen Verstärkungsabschnitts beträgt 36,71 mm, mit einer berechneten Dicke von 2,70 mm.
- Die erforderliche Länge des großen Endverstärkungsabschnitts beträgt 84,39 mm, mit einer berechneten Dicke von 3,10 mm.

5. Herstellung von konischem Kopf

Aufgrund der einzigartigen Struktur des konischen Kopfes unterscheidet sich sein Herstellungsprozess von anderen Köpfarten. Bei konischen Köpfen ohne gefaltete Kanten wird das Direktwalzen im Allgemeinen zum Abschließen des Schweißen und Stanzen verwendet. Bei konischen Köpfen mit gefalteten Kanten ist ein komplexerer Prozess erforderlich. Typischerweise wird zum Ausblanken eine lüfterförmige Stahlplatte verwendet, die dann mit einer Plattenwalzmaschine in Form gewalzt und verschweißt wird.

Als wesentlicher Druckbestandteil von Behältern sind die Konstruktions- und Verifikationsberechnungen des Kegelkopfes entscheidend. Die Dicke der Kegelschale und die Gestaltung des Verstärkungsabschnitts werden typischerweise durch Hilfsberechnungen mit Werkzeugen wie SW6 bestimmt.