معادلات سماكة الرأس البيضاوي ٢:١ والتوريسفيري ونصف الكروي والمسطح وفق ASME، وعمق كل نوع من الرؤوس لتحديد ارتفاع الخزان.
لماذا يهم نوع الرأس؟
كلما اقترب الرأس من الكرة وزّع الإجهاد بشكل أفضل وصار أرق. لكنه يصبح أيضًا أعمق وتصنيعه أصعب. والاختيار بين الأمرين يعتمد على الضغط والقطر والسعر. وتُصنع رؤوس الخزانات عادةً بآلات التقعير وثني الحواف.
معادلات سماكة الرأس وفق ASME Section VIII Div.1
| نوع الرأس | معادلة السماكة (الضغط الداخلي) | توضيح |
|---|---|---|
| بيضاوي ٢:١ | t = P·D / (2·S·E − 0.2·P) | بسماكة الجسم تقريبًا |
| توريسفيري (L = D، r = ٦٪ D) | t = 0.885·P·L / (S·E − 0.1·P) | أسمك قليلًا من البيضاوي |
| نصف كروي | t = P·L / (2·S·E − 0.2·P) | نحو نصف سماكة الجسم |
| مسطح | t = d·√(C·P / S·E) | أسمك بكثير؛ للضغط المنخفض أو القطر الصغير فقط |
في هذه المعادلات P ضغط التصميم، وD القطر الداخلي، وL نصف قطر التاج، وS الإجهاد المسموح للصفيحة، وE كفاءة اللحام، وC معامل اتصال الرأس المسطح. وتُضاف سماحية التآكل إلى النتيجة. كما يجب أن تكون سماكة الصفيحة الخام أكبر قليلًا، لأن الصفيحة تترقق أثناء التشكيل، خاصة في منطقة الانحناء.
عمق الرأس لحساب ارتفاع الخزان
| نوع الرأس | العمق التقريبي (دون الحافة المستقيمة) |
|---|---|
| بيضاوي ٢:١ | ٠٫٢٥ × القطر |
| كوربوغن (DIN 28013) | نحو ٠٫٢٥٥ × القطر |
| كلوبر (DIN 28011) | نحو ٠٫١٩٤ × القطر |
| توريسفيري ASME (٦٪) | نحو ٠٫١٧ × القطر |
| نصف كروي | ٠٫٥ × القطر |
يُضاف إلى عمق الرأس الحافة المستقيمة (Straight Flange)، وهي عادةً بضع عشرات من المليمترات، وتُبعد موضع لحام الرأس بالجسم عن منطقة الانحناء.
قطر الصفيحة الخام
يُستخرج قطر الصفيحة الخام من المساحة المفرودة للرأس مضافًا إليها الحافة المستقيمة وسماحية القص. وتختلف العلاقة لكل نوع من الرؤوس. وتحسب حاسبة صفحة الرؤوس لكل قطر ونوع السماكة والعمق والوزن وقطر الصفيحة الخام معًا.
للضغوط المعتادة، يحقق الرأس البيضاوي ٢:١ توازنًا جيدًا بين السماكة وتكلفة التصنيع. والتوريسفيري أقل عمقًا وأرخص، ونصف الكروي للضغوط العالية أو الأقطار الكبيرة جدًا.
