鍋爐及鍋爐房設備_09鍋爐受壓元件的強度

1、 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 1 1第九章第九章 鍋爐受壓元鍋爐受壓元件的強度計算件的強度計算9.1 鍋爐受壓元件強度計算的規(guī)定鍋爐受壓元件強度計算的規(guī)定 9.2 未減弱未減弱圓筒形元件的強度計算圓筒形元件的強度計算9.3 圓筒形元件上的減弱圓筒形元件上的減弱9.4 圓筒形元件的強度計算圓筒形元件的強度計算9.6 單孔與孔橋的加強計算單孔與孔橋的加強計算 9.5 橢球形封頭及平端蓋的強度計算橢球形封頭及平端蓋的強度計算 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/20

2、03 Page 2 29.19.1鍋爐受壓元件鍋爐受壓元件強度計算的規(guī)定強度計算的規(guī)定 第七章 1鍋爐受壓元件鍋爐受壓元件在鍋爐本體中承受內壓力的汽水系統(tǒng)元件在鍋爐本體中承受內壓力的汽水系統(tǒng)元件 2受壓元件強度受壓元件強度鍋爐在受壓元件壽命期內及正常工作條鍋爐在受壓元件壽命期內及正常工作條 件下，不發(fā)生塑性、蠕變、脆性、低周期疲勞極限的破裂件下，不發(fā)生塑性、蠕變、脆性、低周期疲勞極限的破裂 及各種類型的腐蝕破壞的能力。及各種類型的腐蝕破壞的能力。 3國家強度計算標準計規(guī)定國家強度計算標準計規(guī)定勞人鍋（勞人鍋（1987）4號文號文 GB922GB9228888水管鍋爐受壓元件強度計算水管鍋爐受壓

3、元件強度計算； JB3622 JB36228484鍋殼式鍋爐鍋殼式鍋爐受壓元件強度計算受壓元件強度計算； 蒸汽鍋爐安裝技術監(jiān)察規(guī)程蒸汽鍋爐安裝技術監(jiān)察規(guī)程； 中低壓鍋爐焊接管孔尺寸中低壓鍋爐焊接管孔尺寸機械工業(yè)部機械工業(yè)部19841984； 4確保鍋爐安全可靠運行的措施確保鍋爐安全可靠運行的措施 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 3 39.1 9.1 鍋爐受壓元鍋爐受壓元件計算的規(guī)定件計算的規(guī)定 第七章 4確保鍋爐安全可靠運行的措施確保鍋爐安全可靠運行的措施 1）根據(jù)國家或有關法規(guī)，對現(xiàn)有鍋爐進行受壓元件的檢）根據(jù)國家

4、或有關法規(guī)，對現(xiàn)有鍋爐進行受壓元件的檢測測 及強度校核計算；及強度校核計算； 2）根據(jù)強度計算結果及經(jīng)濟性，合理的選用材質計合理）根據(jù)強度計算結果及經(jīng)濟性，合理的選用材質計合理的的 壁厚；壁厚； 3）根據(jù)以上條件確定鍋爐安全可靠運行的工作條件）根據(jù)以上條件確定鍋爐安全可靠運行的工作條件 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 4 4 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 5 59.2 9.2 未減弱圓筒未減弱圓筒形元件的強度計算形元件的強度計算第七章 一

5、、圓筒形元件應力分析一、圓筒形元件應力分析1分析條件分析條件 1） 兩端封閉的沒有減弱的薄壁容器，兩端封閉的沒有減弱的薄壁容器，SD 2） 承受內壓力的作用且主要產(chǎn)生軸向伸長和徑向脹大的變承受內壓力的作用且主要產(chǎn)生軸向伸長和徑向脹大的變形形 3） 破壞變形主要以塑性流動和剪切的破壞破壞變形主要以塑性流動和剪切的破壞 4） 以切向、軸向和徑向三種應力進行分析以切向、軸向和徑向三種應力進行分析2應力分析應力分析1）切向應力）切向應力 ； MPa2）軸向應力）軸向應力 ； MPalPDlSn12SPDn21224nnDPSDSPDn42 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003

6、 Page ppt, 05/2003 Page 6 6第七章 3）徑向應力）徑向應力內壁：內壁：外壁：外壁：Pmax30min322min3max33P分析與討論：分析與討論：（1） ， 均為拉應力，均為拉應力， 而為壓應力而為壓應力（2） ，且，且（3） , 為沿壁厚的變量，且在內壁上的絕對值最大，為沿壁厚的變量，且在內壁上的絕對值最大， 為常量。為常量。（4）內壁應力狀態(tài)最為嚴重，運行時應特別注意內壁的應力集）內壁應力狀態(tài)最為嚴重，運行時應特別注意內壁的應力集 中狀態(tài)。中狀態(tài)。 1232123213129.2 9.2 未減弱圓筒未減弱圓筒形元件的強度計算形元件的強度計算 鍋爐及鍋爐房設備鍋

7、爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 7 7第七章 二、應用第三強度理論建立壁厚計算公式二、應用第三強度理論建立壁厚計算公式1第三強度理論第三強度理論材料發(fā)生塑性流動或剪斷破壞時，是由于載荷在任意一點材料發(fā)生塑性流動或剪斷破壞時，是由于載荷在任意一點(最最危險點危險點)的最大剪切應力的最大剪切應力 達到單向拉伸時材料的最大剪達到單向拉伸時材料的最大剪應力極限值，強度條件為：應力極限值，強度條件為：2許用剪應力許用剪應力 與單向拉伸的許用拉應力與單向拉伸的許用拉應力 關系為關系為：3受壓元件應力分析受壓元件應力分析 由上述三式分析可得：由上述

8、三式分析可得：maxmax22)(2121minmaxmax219.2 9.2 未減弱圓筒未減弱圓筒形元件的強度計算形元件的強度計算 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 8 8第七章 4無減弱強度計算公式無減弱強度計算公式 以內徑表示以內徑表示 以外徑表示以外徑表示 PPDSnWL 2PPDSwWL 29.2 9.2 未減弱圓筒未減弱圓筒形元件的強度計算形元件的強度計算 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 9 99.3 9.3 圓筒形元件圓筒形元件

9、上的減弱上的減弱 第七章一、孔橋減弱一、孔橋減弱 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 10109.3 9.3 圓筒形元件圓筒形元件上的減弱上的減弱 第七章二、焊縫減弱二、焊縫減弱焊縫減弱系數(shù)表示對焊縫強度的不信任程度，等于焊縫保證強度與母材強度的比值。焊縫減弱系數(shù)與焊接方法、焊縫形式、檢查手段、殘余應力消除程度、工藝掌握程度及鋼材類別等因素有關。 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 11119.4 9.4 圓筒形元件圓筒形元件的強度計算的強度計算

10、第七章 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 12129.4 9.4 鍋筒、集箱鍋筒、集箱、管子及管道的強、管子及管道的強度計算度計算 第七章 鍋筒、集箱、管子都是承受內壓力兩端封閉受焊縫、鍋筒、集箱、管子都是承受內壓力兩端封閉受焊縫、開孔減弱的厚壁圓筒，其強度計算應考慮減弱等的影開孔減弱的厚壁圓筒，其強度計算應考慮減弱等的影響響一、計算公式一、計算公式1鍋筒：鍋筒： mm； MPa；2集箱集箱由無縫鋼管制成，其規(guī)格一般采用外徑由無縫鋼管制成，其規(guī)格一般采用外徑表示表示 mm； MPa；3管子及管道管子及管道 mm； MP

11、a； PPDSnL2minynyjSDSP2yynSSDP 2)2(PPDSwL2minywyjSDSP2yywSSDP 2)2(PPDSwL2minywyhSDSP2 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 13139.4 9.4 鍋筒、集箱鍋筒、集箱、管子及管道的強、管子及管道的強度計算度計算 第七章 4最小需用壁厚最小需用壁厚 mm5取用壁厚取用壁厚 mm6有效壁厚有效壁厚 mm二、計算壓力二、計算壓力 1 鍋筒計算壓力：鍋筒計算壓力： 2 省煤器進口集箱計算壓力：省煤器進口集箱計算壓力： 3 管子及管道計算壓力：管子

12、及管道計算壓力：CSSminminSS CSSy安超額PPPP省上鍋PPPP靜介質PPPP%8max 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 14149.4 9.4 鍋筒、集箱鍋筒、集箱、管子及管道的強、管子及管道的強度計算度計算 第七章 三、計算壁溫三、計算壁溫（查表）（查表）四、減弱系數(shù)四、減弱系數(shù)1孔橋減弱孔橋減弱1）等徑孔橋）等徑孔橋（1）縱向開孔孔橋）縱向開孔孔橋（2）橫向開孔孔橋）橫向開孔孔橋（3）斜向開孔孔橋）斜向開孔孔橋 tdt tdt2tdtKKd 2221nabat 2)1 (75. 011nKabn 鍋

13、爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 15159.4 9.4 鍋筒、集箱鍋筒、集箱、管子及管道的強、管子及管道的強度計算度計算 第七章 2）不等徑孔橋）不等徑孔橋 的計算采用的計算采用3）具有凹形管座的開孔孔橋）具有凹形管座的開孔孔橋 的計算采用采用的計算采用采用4）非徑向孔孔橋）非徑向孔孔橋 的計算采用采用的計算采用采用 對橫向孔橋：對橫向孔橋： （ ） 對斜向孔橋：對斜向孔橋：pjd221dddpj)(111ddShdddddcosddd222cos1nnddd45dd 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 0

14、5/2003 Page ppt, 05/2003 Page 16169.4 9.4 鍋筒、集箱鍋筒、集箱、管子及管道的強、管子及管道的強度計算度計算 第七章 5）對于脹接管孔）對于脹接管孔 ， ， ，一般不宜小于，一般不宜小于0.36）不考慮孔間影響的最小開孔節(jié)距：）不考慮孔間影響的最小開孔節(jié)距： 時可不考慮孔橋減弱，按孤立孔對待。時可不考慮孔橋減弱，按孤立孔對待。2焊縫減弱焊縫減弱一般與焊接方式、坡口形勢、檢測手段、蔡玉應力消除一般與焊接方式、坡口形勢、檢測手段、蔡玉應力消除手段程度、工藝掌握及鋼材類別等因素有關，除無縫鋼手段程度、工藝掌握及鋼材類別等因素有關，除無縫鋼管外，管外， 其余按表

15、取用。其余按表取用。3強度計算時最小減弱系數(shù)強度計算時最小減弱系數(shù) 的確定的確定 2dSSDdtnpj)(200tt 1hminh 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 17179.4 9.4 鍋筒、集箱鍋筒、集箱、管子及管道的強、管子及管道的強度計算度計算 第七章 1) 鍋筒、集箱的減弱系數(shù)鍋筒、集箱的減弱系數(shù) 一般取用一般取用 ， ， ， 中的最小值。中的最小值。 2) 孔橋開在焊縫上，該處減弱系數(shù)孔橋開在焊縫上，該處減弱系數(shù) 一般取用一般取用 ， ，與，與 之積。之積。 五五. .附加壁厚附加壁厚C （主要考慮主要考

16、慮）(1) 鋼板或管子的下偏差鋼板或管子的下偏差(2) 元件在使用期間的腐蝕減薄量元件在使用期間的腐蝕減薄量(3) 鋼板卷制時的工藝減薄鋼板卷制時的工藝減薄彎管時的工藝減薄及彎管應力所產(chǎn)生的影響彎管時的工藝減薄及彎管應力所產(chǎn)生的影響1鍋筒筒體鍋筒筒體 2直集箱及直管段直集箱及直管段 3環(huán)形集箱和彎頭環(huán)形集箱和彎頭21CCC2d2hhd 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 18189.5 9.5 承受內壓力承受內壓力的凸形封頭及平端的凸形封頭及平端蓋的強度計算蓋的強度計算 第七章 一、承受內壓力的凸形封頭強度計算一、承受內

17、壓力的凸形封頭強度計算當當 ， ， 時，凸形封頭理論計算壁厚：時，凸形封頭理論計算壁厚： mm mm ； ； mmmm式中式中 封頭減弱系數(shù)，由表查取封頭減弱系數(shù)，由表查取 封頭內高度，封頭內高度，mm;mm; Y Y 封頭形狀系數(shù)，封頭形狀系數(shù)， C 封頭的附加壁厚，封頭的附加壁厚，mmmm；腐蝕減?。桓g減薄 C1 與鋼材與鋼材下偏差及工藝減薄下偏差及工藝減薄 C2 之和，之和， 即：即：凸形封頭開孔應遵守條件凸形封頭開孔應遵守條件2 . 0nnDh1 . 0nLDS6 . 0nDdPYPDSnL2CSSSLminCSSynh)2(2612nnhDY21CCC 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房

18、設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 19199.5 9.5 承受內壓力承受內壓力的凸形封頭及平端的凸形封頭及平端蓋的強度計算蓋的強度計算 第七章 二、承受內壓力的平端蓋強度計算二、承受內壓力的平端蓋強度計算1最小理論壁厚和取用壁厚最小理論壁厚和取用壁厚 mmmm；取用壁厚；取用壁厚 mmmm2驗算允許工作壓力驗算允許工作壓力 MpaMpa3技術要求技術要求minPKDSnLmin1LSS )(21nKDSP 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 20209.6 9.6 孔的加強

19、計算孔的加強計算第七章 一、未加強孔的最大允許直徑一、未加強孔的最大允許直徑1未加強孔的種類未加強孔的種類 1） 脹接孔、螺栓孔、手孔等機械加工開孔；脹接孔、螺栓孔、手孔等機械加工開孔； 2）管接頭與筒體、集箱箱體、集箱封頭的連接是單）管接頭與筒體、集箱箱體、集箱封頭的連接是單面填角焊縫；面填角焊縫； 3）采用加強結構的孔的加強，不能滿足條件的孔）采用加強結構的孔的加強，不能滿足條件的孔 F加強所需要面積，加強所需要面積，mm2 F1起加強作用的焊縫面積，起加強作用的焊縫面積，mm2 F2起加強作用的管接頭多余面積，起加強作用的管接頭多余面積，mm2 F3起加強作用的墊板面積，起加強作用的墊板

20、面積，mm2 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 21219.6 9.6 孔的加強計算孔的加強計算第七章 F4起加強作用的鍋筒筒體、集箱筒體的多余面起加強作用的鍋筒筒體、集箱筒體的多余面 積，積，mm22最大允許開孔直徑的計算最大允許開孔直徑的計算鍋筒筒體、集箱筒體上未加強孔的最大允許直徑為鍋筒筒體、集箱筒體上未加強孔的最大允許直徑為式中式中 d 未加強孔的最大允許直徑，未加強孔的最大允許直徑，mm，最大不得，最大不得超過超過200mm; k 系數(shù)，系數(shù)， ，當，當 ，相，相當于當于 計算式中的計算式中的 。 k越小，表

21、示未加強孔橋越小，表示未加強孔橋或未被焊縫減弱的強度越大，因此，在未被減弱部或未被焊縫減弱的強度越大，因此，在未被減弱部分上開設單孔時，其允許孔徑越大。分上開設單孔時，其允許孔徑越大。3)1 (1 . 8kSDdynynSPPDk) 2(: 2PminLS 鍋爐及鍋爐房設備鍋爐及鍋爐房設備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 22229.6 9.6 孔的加強計算孔的加強計算第七章 二、單孔的加強計算二、單孔的加強計算 1開孔直徑大于未加強孔的最大允許開孔直徑時，必開孔直徑大于未加強孔的最大允許開孔直徑時，必須在孔的周圍采取加強措施：須在孔的周圍采取加強措施： 1）在開孔處牢固焊上短管接頭）在開孔處牢固焊上短管接頭 2）焊上環(huán)形墊板，使其與容器一起承載荷）焊上環(huán)形墊板，使其與容器一起承載荷 2應力集中取主要體現(xiàn)在離孔中心二倍同心圓范圍內應力集中取主要