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1、大型壓力容器封頭簡(jiǎn)介
封頭是大型壓力容器上的一個(gè)主要承壓部件，即為壓力容器上的端蓋。封頭的品質(zhì)直接關(guān)系到大型壓力容器長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行，特別是對(duì)其兒何形狀的管控，關(guān)乎封頭乃至整體壓力容器的穩(wěn)定性和可靠性，因此，必須對(duì)封頭的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格管控。
封頭是容器的一個(gè)部件（如下圖2-1）根據(jù)幾何形狀的不同，可分為球形、橢圓形、碟形、球冠型、錐殼和平蓋等幾種，其中球形、橢圓形、碟形、球冠型封頭又統(tǒng)稱為凸型封頭。運(yùn)用于各種容器設(shè)備，如儲(chǔ)罐、換熱器、塔、反應(yīng)爸、鍋爐和分離設(shè)備等。
下面主要以橢圓形封頭為典型的分析對(duì)象，主要針對(duì)如何判斷封頭的幾何形狀尺寸是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述：
形狀公差：外凸不大于1.25%Di，內(nèi)凹不大于0.625%Di。
如下圖2-2所示，①為橢圓形內(nèi)凹；②為橢圓形外凸。
傳統(tǒng)測(cè)量方法：以最低端的封頭直徑為水平基準(zhǔn)，將尺寸大小標(biāo)準(zhǔn)的封頭全樣板以一端為基準(zhǔn)扣住，緩緩扣住整個(gè)封頭，直至兩端齊平與穩(wěn)定，測(cè)量封頭內(nèi)表面與標(biāo)準(zhǔn)樣板之間的間隙情況（即凹凸?fàn)顩r）是否符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
2、關(guān)鍵尺寸介紹
如上圖所示為橢圓封頭的內(nèi)表面幾何形狀，即實(shí)線曲線為激光掃描儀需要掃描完成的測(cè)量部分。將激光掃描儀置于橢圓封頭的正上方中心位置，通過(guò)控制電機(jī)的勻低速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光傳感器對(duì)橢圓內(nèi)表面每一點(diǎn)的坐標(biāo)確定，再通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將掃描確定的點(diǎn)云擬合成類似的一光滑曲線。對(duì)橢圓封頭內(nèi)表面的幾個(gè)關(guān)鍵尺寸作如下介紹：
（1）內(nèi)表面直徑：以橢圓的中心線為基線，橢圓封頭兩端之間最長(zhǎng)的距離即為內(nèi)直徑，用D表示；內(nèi)直徑是封頭中重點(diǎn)的尺寸之一，直徑的過(guò)大過(guò)小均會(huì)影響其最終的使用可靠性和穩(wěn)定性。若直徑過(guò)小，可能造成與筒體的配合過(guò)緊或不匹配，實(shí)際整體所能承受的壓力大小有限，封頭由于壓力過(guò)大導(dǎo)致其整體變形，影響工作生產(chǎn)的可靠性與穩(wěn)定性；若直徑過(guò)大，與筒體配合間隙過(guò)大，密封性存在安全隱患，抑或者浪費(fèi)焊接過(guò)程的精力與費(fèi)用等。因此，必須嚴(yán)格管控封頭內(nèi)直徑的大小，保證封頭生產(chǎn)的高質(zhì)量高安全性。
（2）內(nèi)表面總深度：補(bǔ)圓基線至曲線最低點(diǎn)垂直兩端之間的距離，用表示；內(nèi)表面總深度也是衡量封頭整體的容量大小的標(biāo)準(zhǔn)之一，對(duì)封頭的質(zhì)量起著重要的標(biāo)準(zhǔn)作用。
（3）直邊高度：橢圓水平基線與與封頭一端高度呈平行狀態(tài)，用H1表示。
（4）過(guò)度轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑：封頭直邊高度以基點(diǎn)，向內(nèi)呈現(xiàn)一定完全曲線是所呈的轉(zhuǎn)角半徑值，用R表示。
在研究封頭內(nèi)表面幾何形狀過(guò)程中，以上的重點(diǎn)尺寸為標(biāo)定封頭質(zhì)量是否符合國(guó)家質(zhì)量安全的標(biāo)準(zhǔn)之一。
3、封頭內(nèi)表面幾何形狀檢測(cè)方法
根據(jù)本文設(shè)計(jì)思路，主要是通過(guò)對(duì)封頭每一點(diǎn)的激光測(cè)距得到的極坐標(biāo)擬合成二維平面內(nèi)的點(diǎn)極坐標(biāo)值，（ρ，θ），然后利用計(jì)算公式進(jìn)行轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)值（ρcosθ，ρsinθ）對(duì)目標(biāo)對(duì)象封頭內(nèi)表面特征點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)連續(xù)掃描，得到的一系列特征點(diǎn)的極坐標(biāo)值，再對(duì)各點(diǎn)極坐標(biāo)點(diǎn)逐一轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)并進(jìn)行曲線擬合分析，得出相關(guān)結(jié)論。
將激光傳感器置于封頭的中心垂直高度上，電機(jī)與傳感器通過(guò)軸的相連控制其旋轉(zhuǎn)，每組測(cè)量時(shí)控制電機(jī)使其掃描位置從封頭的一端點(diǎn)開(kāi)始，沿其端點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)多次逐點(diǎn)掃描，激光測(cè)量裝置將每次掃描的點(diǎn)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)形式暫吋存儲(chǔ)，掃描的云數(shù)據(jù)越多，對(duì)最終的擬合曲線將越精確。
如下所示，主要為封頭在測(cè)量過(guò)程中掃描示意圖與曲線擬合示意圖。其中圖2-4為激光傳感器在對(duì)封頭的內(nèi)表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描；圖2-5為掃描各點(diǎn)進(jìn)行擬合曲線示意圖。
圖中2-4，電機(jī)進(jìn)行逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，激光探頭也隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)對(duì)封頭內(nèi)表面進(jìn)行測(cè)距掃描，依次測(cè)得多點(diǎn)A1、A2、A3、...、An-1、An等坐標(biāo)值。
對(duì)圖2-4中掃描的各點(diǎn)A1、A2、A3、...、An-1、An的點(diǎn)距離與其對(duì)應(yīng)的角度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到各掃描點(diǎn)的直角坐標(biāo)值，依次統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)所有點(diǎn)的直角坐標(biāo)值，將其利用最小二乘法進(jìn)行圖形擬合，最終得到一光滑類似封頭形狀曲線。如圖2-5所示。
