機械強度：多面殼體脹形等面積趨球原理及應用
2023-02-22【作 者】董建令
球形容器與常用的圓筒形容器相比具有下列特點，
① 表面積最小， 即在相同容量下球形容器所需鋼材面積最小。
②球形容器殼板承載能力比圓筒形容器大一倍， 即在相同直徑、相同壓力下，采用同樣鋼板時球形容器的板厚只 需圓筒形容器板厚的一半。
③球形容器占地面積小，且可向高空發(fā)展，因而有利于地面面積的利用和基礎的選擇。由于上述特點，球形容器在 石油化工、冶金、 建筑及原子能工業(yè)中得到廣泛的應用。傳統(tǒng)的球形容器制造工藝采用大型壓力機和模具將板坯壓制成雙向曲率拼瓣， 然后組裝、焊接成球形容器。 工藝過程復雜， 生產周期長，成本高， 限制了球形容器更廣泛的應用。為了降低成本，我們提出了采用液壓脹形制造球容器的方法。該方法是將板坯或由板坯成形的單曲率柱面殼體組裝焊接成封閉多面殼體， 然后利用液壓將其脹形成球形容器。采用該方法制造大型球形容器不需要大型壓力 機和模具，生產周期可縮短2/3，成本降低1/3。 用該工藝制造的直徑3000mm、壁厚12mm、材料為20g的球形蒸煮罐造紙廠用的球形容器已在牡丹江市安全運行四年多， 而用該工藝為哈爾濱某液化氣站建造的直徑7100mm、壁厚24mm的16MnR液化氣（LPG）球罐已安全運行了兩年多。
在應用多面殼體液壓脹形工藝時， 若球形容器尺寸給定，則其脹形多面殼體需要精心設計，使其經過脹形后所成形的球形容器的尺寸滿足要求。要做到這一點，應對多面殼體在脹形時尺寸的變化規(guī)律有深入的理解。本文在總結試驗資料的基礎上，首次提出多面殼體等面積球面的概念和多面殼體等面積趨球原理，介紹該原理在判斷多面殼體脹形時其上各點的移動方向， 估算多面殼體脹形后的尺寸， 優(yōu)化多面殼體結構方面的應用。
【結 論】
1、如果密閉多面殼體內部充以加壓介質， 如液體、氣體或其他加壓介質并加壓， 則多面殼體中面上的各點自加壓開始后的一定時期內，將隨壓力的增加而趨向該多面殼體的等面積球面。
2、多面殼體等面積球殼的直徑可以作為多面殼體脹形后球殼直徑的近似值。
3、脹形前多面殼體上各點距其等面積球面的最大距離可以作為衡量多面殼體成球難易程度的標準。最大距離越小， 成 球越容易。
以下是正文：
