1、大型压力容器封头简介

封头是大型压力容器上的一个主要承压部件，即为压力容器上的端盖。封头的品质直接关系到大型压力容器长期安全可靠运行，特别是对其儿何形状的管控，关乎封头乃至整体压力容器的稳定性和可靠性，因此，必须对封头的产品质量进行严格管控。

封头是容器的一个部件（如下图2-1）根据几何形状的不同，可分为球形、椭圆形、碟形、球冠型、锥壳和平盖等几种，其中球形、椭圆形、碟形、球冠型封头又统称为凸型封头。运用于各种容器设备，如储罐、换热器、塔、反应爸、锅炉和分离设备等。

下面主要以椭圆形封头为典型的分析对象，主要针对如何判断封头的几何形状尺寸是否符合国家标准进行描述：

形状公差：外凸不大于1.25%Di，内凹不大于0.625%Di。

如下图2-2所示，①为椭圆形内凹；②为椭圆形外凸。

传统测量方法：以最低端的封头直径为水平基准，将尺寸大小标准的封头全样板以一端为基准扣住，缓缓扣住整个封头，直至两端齐平与稳定，测量封头内表面与标准样板之间的间隙情况（即凹凸状况）是否符合国家安全标准规定。

2、关键尺寸介绍

如上图所示为椭圆封头的内表面几何形状，即实线曲线为激光扫描仪需要扫描完成的测量部分。将激光扫描仪置于椭圆封头的正上方中心位置，通过控制电机的匀低速转动，实现激光传感器对椭圆内表面每一点的坐标确定，再通过计算机技术将扫描确定的点云拟合成类似的一光滑曲线。对椭圆封头内表面的几个关键尺寸作如下介绍：

（1）内表面直径：以椭圆的中心线为基线，椭圆封头两端之间最长的距离即为内直径，用D表示；内直径是封头中重点的尺寸之一，直径的过大过小均会影响其最终的使用可靠性和稳定性。若直径过小，可能造成与筒体的配合过紧或不匹配，实际整体所能承受的压力大小有限，封头由于压力过大导致其整体变形，影响工作生产的可靠性与稳定性；若直径过大，与筒体配合间隙过大，密封性存在安全隐患，抑或者浪费焊接过程的精力与费用等。因此，必须严格管控封头内直径的大小，保证封头生产的高质量高安全性。

（2）内表面总深度：補圆基线至曲线最低点垂直两端之间的距离，用表示；内表面总深度也是衡量封头整体的容量大小的标准之一，对封头的质量起着重要的标准作用。

（3）直边高度：椭圆水平基线与与封头一端高度呈平行状态，用H1表示。

（4）过度转角内半径：封头直边高度以基点，向内呈现一定完全曲线是所呈的转角半径值，用R表示。

在研究封头内表面几何形状过程中，以上的重点尺寸为标定封头质量是否符合国家质量安全的标准之一。

3、封头内表面几何形状检测方法

根据本文设计思路，主要是通过对封头每一点的激光测距得到的极坐标拟合成二维平面内的点极坐标值，（ρ，θ），然后利用计算公式进行转化成直角坐标值（ρcosθ，ρsinθ）对目标对象封头内表面特征点进行多点连续扫描，得到的一系列特征点的极坐标值，再对各点极坐标点逐一转换为直角坐标并进行曲线拟合分析，得出相关结论。

将激光传感器置于封头的中心垂直高度上，电机与传感器通过轴的相连控制其旋转，每组测量时控制电机使其扫描位置从封头的一端点开始，沿其端点进行连续多次逐点扫描，激光测量装置将每次扫描的点转换成极坐标形式暂吋存储，扫描的云数据越多，对最终的拟合曲线将越精确。

如下所示，主要为封头在测量过程中扫描示意图与曲线拟合示意图。其中图2-4为激光传感器在对封头的内表面进行逐点扫描；图2-5为扫描各点进行拟合曲线示意图。

图中2-4，电机进行逆时针运转，激光探头也随着电机转动进行旋转对封头内表面进行测距扫描，依次测得多点A1、A2、A3、...、An-1、An等坐标值。

对图2-4中扫描的各点A1、A2、A3、...、An-1、An的点距离与其对应的角度值进行转换，得到各扫描点的直角坐标值，依次统计实验所有点的直角坐标值，将其利用最小二乘法进行图形拟合，最终得到一光滑类似封头形状曲线。如图2-5所示。