机械强度：多面壳体胀形等面积趋球原理及应用
2023-02-22【作 者】董建令
球形容器与常用的圆筒形容器相比具有下列特点，
① 表面积最小， 即在相同容量下球形容器所需钢材面积最小。
②球形容器壳板承载能力比圆筒形容器大一倍， 即在相同直径、相同压力下，采用同样钢板时球形容器的板厚只 需圆筒形容器板厚的一半。
③球形容器占地面积小，且可向高空发展，因而有利于地面面积的利用和基础的选择。由于上述特点，球形容器在 石油化工、冶金、 建筑及原子能工业中得到广泛的应用。传统的球形容器制造工艺采用大型压力机和模具将板坯压制成双向曲率拼瓣， 然后组装、焊接成球形容器。 工艺过程复杂， 生产周期长，成本高， 限制了球形容器更广泛的应用。为了降低成本，我们提出了采用液压胀形制造球容器的方法。该方法是将板坯或由板坯成形的单曲率柱面壳体组装焊接成封闭多面壳体， 然后利用液压将其胀形成球形容器。采用该方法制造大型球形容器不需要大型压力 机和模具，生产周期可缩短2/3，成本降低1/3。 用该工艺制造的直径3000mm、壁厚12mm、材料为20g的球形蒸煮罐造纸厂用的球形容器已在牡丹江市安全运行四年多， 而用该工艺为哈尔滨某液化气站建造的直径7100mm、壁厚24mm的16MnR液化气（LPG）球罐已安全运行了两年多。
在应用多面壳体液压胀形工艺时， 若球形容器尺寸给定，则其胀形多面壳体需要精心设计，使其经过胀形后所成形的球形容器的尺寸满足要求。要做到这一点，应对多面壳体在胀形时尺寸的变化规律有深入的理解。本文在总结试验资料的基础上，首次提出多面壳体等面积球面的概念和多面壳体等面积趋球原理，介绍该原理在判断多面壳体胀形时其上各点的移动方向， 估算多面壳体胀形后的尺寸， 优化多面壳体结构方面的应用。
【结 论】
1、如果密闭多面壳体内部充以加压介质， 如液体、气体或其他加压介质并加压， 则多面壳体中面上的各点自加压开始后的一定时期内，将随压力的增加而趋向该多面壳体的等面积球面。
2、多面壳体等面积球壳的直径可以作为多面壳体胀形后球壳直径的近似值。
3、胀形前多面壳体上各点距其等面积球面的最大距离可以作为衡量多面壳体成球难易程度的标准。最大距离越小， 成 球越容易。
以下是正文：
