锥壳能不能直接与法兰连接？

问题：锥壳小端能否不带筒节，直接与法兰连接？

一. 我们先来看HG/T20583的两个条文：

(1). 6.2.4规定：“标准锥形封头大端或小端的直边高度不能满足计算出的圆筒加强段长度时，应通过调整封头的直边高尺寸或与其相连筒体的尺寸来使其满足”。

按GB/T25198，DN2000及以下的封头（包括锥形封头）直边段长度一般为25mm，DN2000以上的为40mm。直边段长度也不能太长，既浪费又加工不便。

(2). 6.3.3规定：“以内径为基准的标准椭圆形封头、折边锥形封头…与标准压力容器法兰连接时，封头的直边高度应符合法兰连接的要求，不能满足时应增设筒体短节”。

容器法兰标准NB/T47020的6.5.2规定，与长颈法兰相连接的筒体长度应不小于sqrt(DN*t)。而按GB150释义，GB/T150.3的5.11.1中椭圆封头与整体式法兰连接的结构，椭圆封头与法兰是分别进行设计计算的，似乎并不遵守NB47020筒体最小长度sqrt(DN*t)的规定。

二. 锥壳大小端的加强计算

锥壳大、小端与圆筒的连接处因总体不连续引起较大的局部应力，可采用设置加强段、设置折边段两种方法减小应力。

无折边锥壳大端与筒体的连接处[1]，最大应力为轴向的薄膜应力叠加弯曲应力，弯曲应力起控制作用。若采用设置加强段，锥壳上的加强段长度应不小于锥壳局部弯曲应力的衰减长度，圆筒上的加强段长度应不小于圆筒上局部轴向弯曲应力的衰减长度。

无折边锥壳小端与筒体的连接处[1]，最大应力为环向的薄膜应力，该应力起控制作用。同样，锥壳上、筒体上的加强段长度应不小于局部环向薄膜应力的衰减长度。

若采用折边方法，大端过渡折边的厚度按当量碟形封头计算。而对于带折边内压锥壳小端，GB150要求与无折边内压锥壳小端一样设置加强段，这点与ASME VIII-1不同。

总的来说，GB/T150.3的锥壳计算是比较复杂的，但有以下“结论”：

有几点需要注意：

(1). GB/T150.3的5.6.1.3要求，外压锥壳应首先满足该设计条件下的强度要求。如对于-0.1MPa的锥壳，SW6就首先按0.1MPa进行了内压计算。

(2). GB/T150.3内压锥壳大小端的加强计算有“图表法”（5.6.4.1~5.6.4.3）、“公式法”（5.6.4.4，也适用仅有内压的情况）两种，但两种方法计算结果不太一致，有时让人莫衷一是[2]。外压锥壳仅有“公式法”。

(3). SW6外压锥壳计算书的“厚度计算”部分，大端筒体和小端筒体的外压计算长度均为L_L+L_e+L_sm，但该处锥壳的计算长度为L_e（GB150并不要求进行计算，见150问题解答3-8），而不是L_L+L_e+L_sm。

三. 连接处的加强设计与外压下是否作为支撑线的区别

锥壳大小端与筒体连接处的加强设计，是为防止因局部应力引起的局部失稳。与外压作锥壳大小端是否作为支撑线时，校核该处的惯性矩，是两回事。

在锥壳端部与筒体连接处，也可以设置加强圈提供截面积，来代替在特定长度范围内增加锥壳、筒体厚度的加强方法，参见5.6.4.4.1和5.6.4.4.2小节的最后一段。对于外压锥壳需要注意的是，如果要将端部作为支撑线，还应校核加强圈的惯性矩。

四. 锥壳与筒体的连接

带折边的内外压锥壳大端与筒体连接处都无需进行加强设计，也就不存在加强段长度问题，可以直接与法兰、平盖等连接，但这种情况少见。

外压锥壳小端如果带折边无需进行加强设计，所以仅受外压的带折边锥壳小端似乎也可以直接和法兰、平盖等连接。但如前文第二点（1）中所述，外压锥壳是要以内压进行强度计算的，所以带折边锥壳小端无论如何都存在加强设计的问题了。

不带折边的锥壳，无论大小端都需要加强设计，都要考虑加强段长度。

所以，按GB150的规定，不论带不带折边，锥壳小端都应有直边段或设置筒节，满足加强段长度的要求，才能与法兰或平盖等连接。若与法兰连接，法兰的直边段可以和锥壳的直边段一起纳入作为“筒体的加强段长度”。

五. ASMEVIII-1的相关内容

ASME VIII-1锥壳的设计内容见UG-32, UG-33及强制性附录1-5，1-8。

与GB150有两点最大的不同：

(1). 前面也提到了，ASME VIII-1中只要带折边，无论大小端都不需要进行加强设计。

(2). ASME VIII-1强制性附录1-5的(d)(2)和(e)(2)都规定了若筒体小于加强段长度，可以只考虑锥壳上的有效加强面积，即“任何所需的附加加强面积应加到锥壳上”。

参考文献

[1] GB150标准释义

[2] 丁伯民. 对GB150《压力容器》有关内容的商榷——内外压锥形封头和变径段设计. 化工设备与管道, 2015, 52(3)