鍋爐鍋筒設(shè)計說明書

1、前言一、 課程設(shè)計內(nèi)容和要求主要內(nèi)容：1、主要包括產(chǎn)品的形狀設(shè)計和制造工藝。其中以產(chǎn)品制造工藝中的焊接工藝制定為主。2、學(xué)生在接到設(shè)計題目后，應(yīng)按照所指定的產(chǎn)品類型、產(chǎn)品形狀和工作要求作出合理的產(chǎn)品工藝分析，制定出相應(yīng)的制造工藝和焊接工藝，同時對幾種擬定的設(shè)計方案加以比較，選出最合理的一種，完成設(shè)計圖設(shè)計要求：要求繪制設(shè)計圖紙一張，編寫設(shè)計說明書一份，制造工藝卡和焊接工藝卡各一份。1、繪制A1號圖一張，圖紙應(yīng)符合規(guī)定的標準，選取恰當?shù)谋壤M行繪制，確保繪圖準確和圖面清潔；2、工藝卡作為產(chǎn)品制造的依據(jù)，應(yīng)包括詳細的工序號和工序名稱，加工要求，參照標準，加工設(shè)備和工藝以及必要的計算公司和附錄；3、

2、設(shè)計說明書應(yīng)包括：設(shè)計題目、目錄和前沿、正文、結(jié)束語、參考文獻。說明書中應(yīng)按照設(shè)計步驟詳細敘述設(shè)計的主要內(nèi)容，設(shè)計過程和計算過程，包括方案的擬定、方案比較、最終方案的確定，并附有設(shè)計計算草圖；設(shè)計公式及設(shè)計參照的標準必須注明來源或參考資料。二、 課程設(shè)計的目的本課程設(shè)計的目的是綜合應(yīng)用以前學(xué)過的焊接理論知識，對鍋爐鍋筒進行簡單的設(shè)計，學(xué)習(xí)設(shè)計方法，熟悉焊接工藝、裝配過程、焊接檢驗等方面的知識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力。使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的理論知識與實際工程應(yīng)用融會貫通，能夠獨立運用所學(xué)知識完成一個較完整的計算和設(shè)計過工程。三、 課程設(shè)計的概況學(xué)習(xí)本門課程設(shè)計錢，學(xué)生應(yīng)學(xué)過機械工程制圖、理論

3、力學(xué)、材料力學(xué)、焊接結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)、弧焊方法與工藝、焊接結(jié)構(gòu)學(xué)、金屬焊接性、焊接檢驗等專業(yè)課程。同時應(yīng)單進行生產(chǎn)實習(xí)，參觀過相關(guān)的焊接產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程。整個設(shè)計過程分為四個階段，第一階段為：文獻的查閱和設(shè)計的基本計算及草圖的繪制；第二階段為：整理說明書、前沿目錄等；第三階段：完成焊接工藝卡及焊接工藝卡制定依據(jù)；第四階段：完成整理所有資料。目錄前言2目錄3課程設(shè)計任務(wù)書41、鋼材的選擇52、板材尺寸及成分53、鍋爐的尺寸計算64、封頭的選擇及校核95、封頭開孔要求106、孔的減弱系數(shù)117、筒體水壓試驗最高許用壓力128、封頭水壓試驗最高許用壓力129、未加強孔的計算1210、鍋爐筒體焊縫承載能力

4、校核1411、鍋爐的成本計算1712、結(jié)束語2013、參考文獻20太原理工大大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱課程設(shè)計指導(dǎo)教師陳少平學(xué)生姓名葉哲專業(yè)材料成型班級0803設(shè)計內(nèi)容課程設(shè)計的題目：鍋爐鍋筒的制造工藝設(shè)計設(shè)計內(nèi)容：主要包括產(chǎn)品的形狀設(shè)計和制造工藝。其中以產(chǎn)品制造工藝中的焊接工藝制定為主。學(xué)生在接到設(shè)計題目后，應(yīng)按照所指定的產(chǎn)品類型、產(chǎn)品形狀和工作要求作出合理的產(chǎn)品工藝分析，制定出相應(yīng)的制造工藝和焊接工藝，同時對幾種擬定的設(shè)計方案加以比較，選出最合理的一種，完成設(shè)計圖設(shè)計參數(shù)額定蒸發(fā)量t/h額定工作壓力MPa公稱直徑mm302.81200設(shè)計要求要求繪制設(shè)計圖紙一張，編寫設(shè)計

5、說明書一份，制造工藝卡和焊接工藝卡各一份。1、繪制A1號圖一張，圖紙應(yīng)符合規(guī)定的標準，選取恰當?shù)谋壤M行繪制，確保繪圖準確和圖面清潔；2、工藝卡作為產(chǎn)品制造的依據(jù)，應(yīng)包括詳細的工序號和工序名稱，加工要求，參照標準，加工設(shè)備和工藝以及必要的計算公司和附錄；3、設(shè)計說明書應(yīng)包括：設(shè)計題目、目錄和前沿、正文、結(jié)束語、參考文獻。說明書中應(yīng)按照設(shè)計步驟詳細敘述設(shè)計的主要內(nèi)容，設(shè)計過程和計算過程，包括方案的擬定、方案比較、最終方案的確定，并附有設(shè)計計算草圖；設(shè)計公式及設(shè)計參照的標準必須注明來源或參考資料。任務(wù)下達時間2011.12.19要求完成時間20121.11設(shè)計周數(shù)4批準教研室主任 （簽章） 年 月

6、 日系 主 任 （簽章） 年 月 日1、 鋼材的選擇由于Pe=2.8MPa可知Pe3.8MPa，是低壓鍋爐。低壓鍋爐可以用20R 即是Q345R鋼，是鋼板中的一大類容器板，具有特殊的成分與性能，主要用于做壓力容器使用，針對用途，溫度，耐腐的不同，所應(yīng)該選用的容器板材質(zhì)，也不盡相同特點：Q345R鋼是屈服強度s為340MPa級的壓力容器專用板，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。磷、硫含量略低于低合金高強度鋼板Q345(16Mn)鋼，除抗拉強度、延伸率要求比Q345(16Mn)鋼有所提高外，還要求保證沖擊韌性。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。Q345R鋼中可添加鈮，釩，鈦元素，

7、其含量應(yīng)填寫在質(zhì)量證明書中，上述3個元素含量總和應(yīng)分別不大于0.050%、0.10%、0.12%。綜上所述，對于該課程設(shè)計選擇Q345R的剛擦既滿足使用條件。2、 板材20R成分及各項性能由國標GB 713-1997中可知公稱厚度范圍是6-150，寬度范圍是650-3800.20R鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能和冷彎性能、高溫屈服強度、需用應(yīng)力如下表：表1-26   鋼的化學(xué)成分 化學(xué)成分% C Si Mn P S =0.200.150.300.400.900.0350.030鋼的化學(xué)成分表1-27 鋼板的力學(xué)性能和冷彎性

8、能 板厚（mm)b(Mpa) s(Mpa) s(%) 0Akv(縱)(J)冷彎試驗180  º616400520  2452531d=2a>1636235>3660225>6010039051020524鋼板的力學(xué)性能和冷彎性能表1-28  鋼板的高溫屈服強度 板厚（mm) 在下列溫度()下的屈服強度（Mpa)不小于 200 250 300 350 400 450 2136 186 167 153 139 129 121 >3660 178 161 147 133 123 116 >6

9、0100 164 147 135 123 113 106 鋼板的高溫屈服強度表1-29   鋼板的許用應(yīng)力 板厚（mm) 在下列溫度()下的許用應(yīng)力（Mpa) 20 100 150 200 250 300 350 400 425 450 475 616 133 133 132 123 110 101 92 86 83 61 41 >1636 133 132 126 116 104 95 86 79 78 61 41 >3660 133 126 119 110 101 92 83 77 75 61 41 >60100 128 115 110 103 92 8

10、4 77 71 68 61 41 鋼板的許用應(yīng)力有上述數(shù)據(jù)可知選材滿足設(shè)計使用條件。3.鍋爐的尺寸計算鍋爐個給想尺寸及其計算如下表：鍋爐尺寸計算表名稱符號單位計算公式或來源計算值取用值設(shè)計規(guī)范額定蒸發(fā)量Zt/h給定30額定工作壓力PeMPa給定2.8公稱直徑Dnmm給定1200計算壓力額定壓力PeMPa給定=2.82.82.8PaMPaPa=0.05Pe0.140.14PzMPa0（規(guī)定）00PazMPaPaz=0.01H=0.01× 0.6=0.006(Pe+Pz+Pz) ×0.03=0.0882,則取Paz=000工作壓力PgMPaPg=Pe+Pe+Paz2.82.8計

11、算壓力PMPaP=Pg+Pa2.942.94絕對壓力PaMPaP+0.13.043.04臨界飽和溫度Tbh°C233233計算壁溫Tb°C由Tb= Tbh (Tbh250 ）250250鍋筒壁厚及長度基本許用應(yīng)力JMPa由焊接設(shè)計簡明手冊 P145 取20R剛2636時T=250°去的許用壓力J =104101101許用應(yīng)力MPa= *J 由表4受壓元件許用壓力修正系數(shù)，取鍋筒不受熱是=1101101減弱系數(shù)min參考焊縫和孔橋的最小減弱系數(shù)取0.70.7理論壁厚SlmmSl =PDn2min-P24.7324.73附加壁厚CmmC=C1+C2+C3 =0+0+3

12、=333取用壁厚SmmS=Sl+C=24.73+3=27.7327.7328有效壁厚SymmSy=S-C=28-3=252525鍋筒長度LML=3.5Dn=3.5*1.2=4.24.24.2封頭壁厚形狀系數(shù)Y16 2+(Dn2hn)211封頭減弱系數(shù)表7中選擇有孔，無拼接焊縫=1-d/ Dn 由后面人孔選擇時得d=400mm，Dn =1200計算的=0.6670.6670.65理論壁厚SlmmSl =PYDn 2-P26.6726.67附加壁厚CmmC=C1+C2 =0+0=000取用壁厚SmmS=Sl-C=26.67-0=26.6726.6728有效壁厚SymmSy =S-C=28-0=28

13、2828蒸汽管計算壁溫Tb°CTb=Tbh+10=233+10=243243250基本許用應(yīng)力JMPa由資料3焊接簡明手冊P145表4-35取20R剛616厚時T=250°C時J=104110110許用應(yīng)力MPa= *J 由表4受壓元件許用壓力修正系數(shù)，取鍋筒不受熱是=1 110110內(nèi)徑dzmmdz=2Z×× z=30t/h=8.33m/s 取v=40m/s 由資料2的=14kg/m3137.65140減弱系數(shù)minmin=h1×h2由表6取有氬弧打底的單面焊接有坡口對接焊縫h1=0.9，單面對接焊縫帶金屬板墊板h2=0.850.810.81

14、壁厚SzmmSz=Pdn2min-P2.514預(yù)留長度Lmm由書P54取L=3 dz414450水冷壁規(guī)格mm低壓51×2.5（給定）51×2.5數(shù)量根蒸汽管截面積為水冷壁截面積的35%左右19.8820預(yù)留長度LmmL=3×51=155155200給水管計算壁溫Tb°CTb=Tbh+10=233+10=243243250許用應(yīng)力MPa由資料3焊接簡明手冊P145表4-35取20R616厚時T=250°C是J=110110110流速m/s=0.52 取=111kg/m3取水的密度1.0×1031.0×103內(nèi)徑dgmmdz=

15、2Z×50%×× 數(shù)據(jù)的選取同dz73.8475減弱系數(shù)minmin=h1×h2由表6取有氬弧打底的單面焊接有坡口對接焊縫h1=0.9，單面對接焊縫帶金屬板墊板h2=0.850.810.81壁厚Sg°CSg =PSg2min-P1.653預(yù)留長度LmmL=3 dg=3×75=225225250數(shù)量n根由書p54設(shè)計給水管為36個 取n=444下降管計算壁溫Tb°C由Tb= Tbh (Tbh250 ）250250許用應(yīng)力MPa由資料3焊接簡明手冊P145表4-35取20R剛616厚時T=250°C是J=1101101

16、10數(shù)量n根取下降管為4跟4內(nèi)徑dxmm下降管的總截面=水冷壁管的總截面116.68120減弱系數(shù)minmin=h1×h2由表6取有氬弧打底的單面焊接有坡口對接焊縫h1=0.9，單面對接焊縫帶金屬板墊板h2=0.850.810.81壁厚SxmmSg =PSx2min-P4.425預(yù)留長度LMm70L=3 dx=3×235=705705750人孔法蘭公稱直徑D1Mm根據(jù)法蘭標準及人孔條件選擇D1=400400400法蘭外圈直徑D2Mm根據(jù)法蘭標準選擇D2=500500500連接凸面部分直徑D3Mm由法蘭標準選擇D3=347347347法蘭厚度d1mm有標準選擇d1=25+50

17、7575頭孔法蘭公稱直徑D1Mm根據(jù)法蘭標準及人孔條件選擇D1=300300300法蘭外圈直徑D2Mm根據(jù)法蘭標準選擇D2=400400400連接凸面部分直徑D3Mm由法蘭標準選擇D3=224224224法蘭厚度d1mm有標準選擇d1=37.5+4077.577.53、 封頭的選擇及校核有附錄1及書P58可知選擇橢圓形封頭時D0=根據(jù)封頭直邊高度：h=25mm S8mm h=40mm 10mmS18mm h=50mm S20mm所以選擇D內(nèi)為1200mm， 則h內(nèi)為300mm，h=50mm，封頭的展開尺寸為D0=1564mm，又由國標GB 713-1997可知道有滿足封頭尺寸的鋼材，所以封頭可

18、用一塊鋼板沖壓成型。其中筒體封頭各項校核數(shù)據(jù)如下表：鍋筒凸形封頭強度校核計算序號名稱符號單位公式及計算結(jié)果1計算壓力PMPaP=Pg+Pa2.942絕對壓力PaMPaP+0.13.043介質(zhì)溫度Tbh°C2334計算壁溫Tb°C由Tb= Tbh (Tbh250 ）2505基本許用應(yīng)力JMPa由焊接設(shè)計簡明手冊 P145 取20R剛2636時T=250°去的許用壓力J =1011016修正系數(shù)由表4受壓元件許用壓力修正系數(shù)，取鍋筒不受熱是=117許用應(yīng)力MPa= *J =11018人孔最大尺寸mm取=400mm4009封頭減弱系數(shù)表7中選擇有孔，無拼接焊縫=1-d/

19、 Dn 由后面人孔選擇時得d=400mm，Dn =1200計算的=0.6670.66710封頭內(nèi)高度h內(nèi)Mm由附錄一可得h內(nèi)=30030011形狀系數(shù)Y16 2+(Dn2hn)2112封頭取用壁厚SmmS=Sl-C=26.67-0=26.672813封頭附加壁厚CmmC=C1+C2 =0+0=0014封頭有效壁厚SymmSy =S-C=28-0=282815封頭理論壁厚SlmmSl =PYDn 2-P26.6716封頭最高允許工作壓力PMPaP=3.163.16其中鍋筒筒體允許的最小減弱系數(shù)等于封頭最高允許工作壓力P=3.16，最高允許壓力P =3.16, Pa=3.04，所以凸形封頭的壓力強

20、度合格。鍋筒筒體允許最小減弱系數(shù)為= P(Dn+Sy)2Sy=0.619，所以鍋筒減弱系數(shù)=0.7= 0.619，所以滿足條件減弱系數(shù)合格。管子的最高允許工作壓力P=2hhSyDw-Sy，所以蒸汽管的最高允許工作壓力P蒸= 2×0.81×110×28(140+8)-28=39.312MPa工作壓力P=3.04，所以蒸汽管符合工作條件。同理可得水冷壁和下降管的最大允許工作壓力均大于實際工作壓力，也符合工作條件。4、 封頭開孔要求人孔和頭孔尺寸設(shè)計及校核：（1）、鍋爐受壓元件上，橢圓人孔不得小于280×380，由資料4查得法蘭標準尺寸有400，則取對應(yīng)大小4

21、00mm的圓孔為人孔；（2）、鍋爐受壓元件上，手孔短軸不得小于80mm，由資料4查得法蘭標準尺寸有100，則取100mm的手孔；（3）、鍋爐受壓元件上，橢圓形頭孔，尺寸不得小于220×320，由資料4查得法蘭標準尺寸有350，則取350的頭孔；（4）、開400mm的人孔時， hnDn=3001200=2.350.35，人孔邊緣到封頭邊緣的距離最大可為：(1200-400)/2=450,要求最小距離為0.1 Dn+S=148mm 所以滿足條件；（5）、400mm的人孔使用條件： hnDn= 3001200=0.250.2，所以封頭不能太偏，最好在正中間，避免大的彎曲應(yīng)力； SlDn=0

22、.020.1，不能太厚，滿足條件，避免內(nèi)外溫度應(yīng)力； dDn= 4001200=0.3330.6，開孔直徑不能太大，滿足條件，保證街頭的強度；（6）、100mm的頭孔使用條件： hnDn= 3001200=0.250.2，所以封頭不能太偏，最好在正中間，避免大的彎曲應(yīng)力； SlDn=0.020.1，不能太厚，滿足條件，避免內(nèi)外溫度應(yīng)力； dDn= 3001200=0.250.6，開孔直徑不能太大，滿足條件，保證街頭的強度.；（7）、凸形封頭的計算壓力2.94MPa最高工作壓力P= 3.16，即PP，封頭強度滿足條件合格；（8）、筒體筒體允許最小減弱系數(shù)=0.64，封頭減弱系數(shù)=0.6670.6

23、4滿足條件合格；綜上所述400mm的人孔，100mm的頭孔均滿足使用條件。5、 孔橋的減弱系數(shù)筒體的展開圖如下圖：鍋筒下降管在鍋筒6點鐘下方，給水管和水冷壁分別在通體3點和11點半方向，蒸汽管在筒體12點鐘方向。其中水冷壁管與水平夾角是30°，且向6點鐘方向偏。水冷壁管沿水平縱向均勻分布20根管。給水管沿水平縱向均勻分布4根管。水冷壁相鄰兩孔的截距t=Ln+1=4200/(20+1)=200mm，水冷壁t0=dp+2(Dn+S)S=51+21200+2525=401t=200mm，所以水冷壁等直徑縱向相鄰兩孔的孔橋減弱系數(shù)按下式計算：=（s-d）/s=(200-51)/200=0.7

24、45。給水管相鄰兩孔的截距t=Ln+1=4200/(4+1)=840mm，給水管t0=dp+2(Dn+S)S=75+2(Dn+S)S=75+350=425t=840，所以無需減弱系數(shù)；同理下降管和蒸汽管的兩孔截距明顯大于t0，所以都沒有孔橋減弱系數(shù)。 縱向的蒸汽管和水冷管或給水管兩類孔之間的最小截距分別為：t1=(420-100)2+(6002)2=906，t2=(420-100)2+(600+3002)2=1073.1水冷壁的t01=dp+2(Dn+S)S=（140+51）/2+350sws 其中=445.5mmt=906mm，給水管的t02=dp+2(Dn+S)S=（140+75）/2+3

25、50=457.5mmt=1073.1mm，所以均沒有孔橋減弱系數(shù)。同理下降管和蒸汽管和水冷管的之間也沒有孔橋減弱系數(shù)。6、 筒體水壓試驗最高許用壓力鍋筒筒體水壓試驗最高允許壓力不許超過下列規(guī)定值：Psw=0.45sws 其中=1+2SyDn=1.04 s =340MPa sw中焊縫的減弱系數(shù)為min=h1×h2由表6取h1=0.9，h2=0.9所以min =0.81 ，孔橋減弱系數(shù)=0.81，所以sw選取兩者中最小值sw=0.745，所以計算得Psw=8.725MPaPa=3.04MPa，滿足使用條件，合格。7、 封頭水壓試驗最高許用壓力鍋筒封頭水壓試驗最高許用壓力不許超過下列規(guī)定值

26、：Psw=0.9=1+2SyDn=1.04常溫下s =340MPa同筒體水壓試驗選取孔橋減弱系數(shù)=0.745，焊縫的最小減弱系數(shù)min =0.81，所以sw選取兩者中最小值sw=0.745，計算得Psw=9.2MPaPa=3.04MPa，滿足使用條件，合格。8、 未加強孔的計算：筒體最大加強孔徑計算的過程表格如下表：序號名稱符號單位公式及計算結(jié)果1鍋筒筒體計算壓力PMPaP=Pg+Pa2.942飽和溫度Tbh°C2333鍋筒筒體計算壁溫Tb°C由Tb= Tbh (Tbh250 ）2504基本許用壓力JMPa由焊接設(shè)計簡明手冊 P145 取20R鋼2636時T=250

27、6;去的許用壓力J =1011015修正系數(shù)取=116許用應(yīng)力MPa= *J =11017鍋筒筒體壁厚SlmmSl =PDn2min-P26.678腐蝕減薄量C1mm取C1=009工藝減薄量C3mm取C3=3310附加壁厚CmmC=C1+C2+C3 =0+0+3=3311鍋筒筒體有效壁厚SymmSy=S-C=28-3=252512鍋筒筒體直徑Dnmm給定120013減弱系數(shù)min=0.633063314DnSymmDnSy=1200×25=30000mm3000015最大未加強孔徑D0mmD0=8.1187.13由于D0=8.1，其中=0.633，所以D0=8.1=187.13mm。

28、又由書P61的公式最大加強孔徑使用條件：DnSy130×103，d200mm；如果DnSy130×103或d 200mm，則取DnSy=130×103，d =200mm，所以由以上計算可得D0=187.13d,即取D0=187.13。蒸汽管的直徑：=140+2×4=148187.13，所以滿足條件無需加強；水冷管的直徑：=51+2×2.5=56187.13，所以滿足條件無需加強；給水管的直徑：=75+2×3=81187.13，所以滿足條件無需加強；下降管的直徑：=120+2×5=130187.13，滿足條件，無需要加強；綜上

29、所述，所有的管均不需要加強。由書P60可知，孔橋互不影響節(jié)距t0為401mm，對于孔橋節(jié)距小于的水冷壁管的減弱系數(shù)為0.745，此減弱系數(shù)與筒體的min比較，mint0=0.7，所以孔橋是安全的不需要采取加強措施。9、 鍋筒筒體焊縫承載能力校核由草圖可知不同種類的焊縫有11種，如下草圖10.1對接焊縫筒體是由兩塊板拼接而成，所以焊縫B1、B2是對接環(huán)焊縫，焊縫A1是對接縱焊縫，對于這兩個焊縫計算如下：對接環(huán)焊縫的強度校核公式為：e0.9Se=FA=36.86MPa0.9S=0.9×101=90.9MPa對接縱焊縫的強度校核公式為：e0.9Se=F/2A=3.04LDn2LSy=3.0

30、4×4200×12002×4200×25=73MPa0.9S=0.9×101=90.9MPa所以對于封頭橫焊縫焊縫、鍋筒筒體的橫焊縫和鍋筒筒體縱焊縫都滿足條件。10.2角接焊縫蒸汽管、水冷壁管、給水管、下降管和封頭人孔、頭孔都是角接焊縫，即焊縫C1、C2、C3、C4、D1、D2都是角接焊縫，都選用插入是管接頭，插入式管接頭焊縫的一般形式如下圖所示：10.2.1、角接頭焊縫的強度校核按照下列公式驗算：e0.74 / 式中e是按第三強度理論計算的當量應(yīng)力， 焊件在計算溫度下的許用應(yīng)力，是許用應(yīng)力修正系數(shù)按=0.00122s+0.4073；102.2

31、、內(nèi)壓力作用下管接頭對焊縫的作用力按下列公式計算：Fzl=Pdi24，式中P是計算壓力，di是管接頭內(nèi)徑；10.2.3、管道系統(tǒng)上作用于焊縫上的機械力分量再求載荷分量為：Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx,My，Mz，按下列公式計算：Fx=Fx0cos（x，x0）+Fy0cos（x，y0）+Fz0cos（x，z0）Fy=Fx0cos（y，x0）+Fy0cos（y，y0）+Fz0cos（y，z0）Fz=Fx0cos（z，x0）+Fy0cos（z，y0）+Fz0cos（z，z0）Mx=Mz0cos(x,x0)+My0cos(x,y0)+Mz0cos(x,z0)My=Mz0cos(y,x0)+My0cos(y,

32、y0)+Mz0cos(y,z0)Mz=Mz0cos(z,x0)+My0cos(z,y0)+Mz0cos(z,z0)式中括號表示夾角，F(xiàn)x，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx，,My，Mz分別為x0，y0，z0 軸的力的分量；管接頭焊縫所承受總載荷示意圖如下所示：10.2.4、兩種作用力系分別進行焊縫的強度校核計算公式如下： A：Fx，F(xiàn)y=F+Fy1，F(xiàn)z=Fz1+ Fz2，Mx，My，MzB：Fx，F(xiàn)y= Fy1，F(xiàn)z=F+ Fz1+Fz2，Mx，My，MzA式中F與Fy1相同，B式中F與Fz1+ Fz2方向相同，F(xiàn)x，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx，My，Mz方向同管接頭焊縫所承受總載荷示意圖；10.2.5、焊縫計算長度

33、按下列公式計算：L=d0，式中d0是管接頭外徑10.2.6、焊縫計算厚度截面積按下列公式計算：A=a L，式中a是焊縫計算厚度，l是焊縫計算長度；10.2.7、焊縫抗彎截面系數(shù)按下列公式計算：W=ad024，式中a是焊縫計算厚度，d0是管接頭外徑；10.2.8、焊縫抗扭截面系數(shù)按下列公式計算：Wk=ad022，式中其中a是焊縫計算厚度，d0是管接頭外徑；10.2.9、應(yīng)力分量按下列公式計算：A點：1Fx=FxA , 1Fy=FyA，1Fz=FzA，1Mx=MxW, 1Mz=MzMk；B點：2Fx=FxA , 2My=FyW，2Fz=FzA，1My=MyW, 1Mz=MzMk；10.2.10、焊

34、縫強度按下列公式計算：A點：e= 0.74 / B點：e= 0.74 / 筒體上蒸汽管最大，焊縫出現(xiàn)缺陷的可能性最大，對蒸汽管的強度校核如下：焊縫計算長度：L=d0=×140=439.82mm；焊縫計算厚度截面積：A=a L=0.028×0.43982=0.01231496m2；焊縫抗彎截面系數(shù)：W=ad024=0.028×0.1424=0.000431；焊縫抗扭截面系數(shù)：Wk=ad022=0.028×0.1422=0.000862；焊縫的強度校核： 0.74 / =0.74×110/（0.00122×110+0.407）=150.4

35、MPa；內(nèi)壓力對焊縫的作用力：Fzl=Pdi24=2.940.1424=0.0453N；Fx0=0.0453N；Fy0=0.0453N；Fz0=0；Fx=0.0906，F(xiàn)y=0.0906，F(xiàn)z=0.0906，Mx=0，My=0，Mz=0；A點：1Fx=FxA=0.736，1Fy=FyA=0.736，1Fz=FzA=0.736，1Mx=MxW=0，1Mz=MzMk=0B點：2Fx=FxA=0.736,2My=FyW=0.736，2Fz=FzA=0.736，1My=MyW=0,1Mz=MzMk=0A點：e=4.875MPa0.74 / =150.4MPaB點：e= =4.875MPa0.74 /

36、=150.4MPa由以上計算的強度遠遠滿足使用條件，所以同理可計算水冷管、給水管、下降管、人孔和頭空的焊縫強度校核都遠遠滿足使用條件。10、 鍋爐成本計算11.1、各項數(shù)據(jù)的查詢20R鋼材的密度為：由資料 可查得20R鋼材的密度為7.85g/cm3；20R鋼材的售價為：由中國網(wǎng)庫供應(yīng)信息網(wǎng)可查得 20R鋼材的售價為4900元/頓噸。H08MnA的售價：由全球五金網(wǎng)查得H08MnA的售價為5元/KG；H08Mn2SiA的售價：由機械之家河北金威特種耐磨焊條廠可得H08Mn2SiA的售價為15元/KG；HJ431售價：由機電之家唐山奧華特種焊接材料有限公司可查得HJ431售價為1.5元/kg；由可

37、查得二氧化碳氣體價格為380元/40L=9.5元/L。11.2、鋼材消耗量及成本計算11.2.1、筒體是有兩塊鋼板拼接而成，由筒體展開圖可知兩塊板厚為28mm，寬2100mm，長3858mm；一塊板材的體積為：V=2.8×210×385.8=226850.4cm3兩塊鋼板的質(zhì)量為：M=2V=2×7.85×226850.4=1780775.64g3.56噸；筒體鋼材費用：W1=4900×3.56=17444元。11.2.2、筒體封頭選用鋼板厚度也為28mm，封頭展開后的直徑：D0=1564mm，則封頭所需鋼材直徑為1600mm的方形鋼板；一塊封頭

38、許用的鋼材體積為：V=2.8×1602=71680cm3；兩塊封頭的質(zhì)量為：M=2V=2×7.85×71680=1125376g1.13噸；封頭鋼材費用：W2=4900×1.13=5537元。11.2.3、蒸汽管壁厚為4mm，預(yù)留長度為450mm，內(nèi)徑為140mm；蒸汽管的體積為：V=0.4×45×（14+0.4）=814.3cm3；蒸汽管的質(zhì)量為：M=V=7.85×814.3=6392.3g6.4kg蒸汽管鋼材費用：W3=4900×0.0064=31.36元。11.2.4、水冷壁管壁厚為2.5mm，預(yù)留長度為20

39、0mm，內(nèi)徑為51mm；水冷壁管的體積為：V=0.25×20×（5.1+0.2）=83.3cm3；20根水冷壁管的質(zhì)量為：M=20V=20×7.85×83.3=13078.1g13.1kg；水冷壁管鋼材費用：W4=4900×0.0131=64.19元。11.2.5、給水管的壁厚為3mm，預(yù)留長度為250mm，內(nèi)徑為75mm；給水管的體積為：V=0.3×25×（7.5+0.3）=183.8cm3；4根給水管的質(zhì)量為：M=4V=4×7.85×183.8=5771.32g5.8kg；給水管鋼材的費用：W5=49

40、00×0.0058=28.42元。11.2.6、下降管的壁厚為5mm，預(yù)留長度為750mm，內(nèi)徑120mm；下降管的體積為：V=0.5×75×（12+0.5）=468.75cm3；4根下降管的質(zhì)量為：M=4V=4×7.85×468.75=14718.75g14.8kg；下降管鋼材的費用：W6=4900×0.0148=72.52元。11.2.7、法蘭按照圖紙按最厚厚度和最大圓計算。人孔和頭孔的法蘭厚度分別為:d1=50+50+45.7=145.7mm，d2=40+40+37.5=117.5mm最大直徑為1500mm，2400mm； 法蘭

41、的體積為：V=V1+V2=14.57252+11.75202=43373.62cm3； 法蘭的質(zhì)量為：M=V1+v2=7.85×43373.62=340482.87g=240.48kg； 法蘭的鋼材費用為：W7=4900×0.24048=1178.5元；有上述計算結(jié)果可得總的鋼材花費至少為:W=W1+W2+W3+W4+W5+W6+W7=17444+5537+31.36+64.19+28.42+72.52+1178.5=24356元，以防購買后出現(xiàn)突發(fā)情況，總費用取25000元購買材料。11.3、焊材的消耗量及成本計算11.3.1、埋弧焊用于筒體縱焊縫A1和A2環(huán)焊縫B1、B2和B3，埋弧焊用焊絲和焊劑，由焊接工藝卡可知埋弧焊是用V型坡口，坡口的間隙面積可由現(xiàn)代電弧焊接設(shè)備和方法P105表5-8用V型坡口對接焊縫公式焊縫間間隙的面積為：A=b+（-p）2tan2+23hc=28×3+（28-3）2tan702+23×5×40=655mm2=6.55cm2；焊縫的總體