第9章-锅炉受压元件的强度计算-锅炉-教学课件.ppt

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1、第九章第九章 锅炉受压元件的强度计算锅炉受压元件的强度计算9.1锅炉受压元件强度计算的规定锅炉受压元件强度计算的规定9.2未减弱圆筒形元件的强度计算未减弱圆筒形元件的强度计算9.3圆筒形元件上的减弱圆筒形元件上的减弱9.4圆筒形元件上强度计算圆筒形元件上强度计算9.5椭球封头及平端盖的强度计算椭球封头及平端盖的强度计算9.6单孔及孔桥的加强计算单孔及孔桥的加强计算9.1 9.1 锅炉受压元件强度计算的规定锅炉受压元件强度计算的规定1锅炉受压元件锅炉受压元件在锅炉本体中承受内压力的汽在锅炉本体中承受内压力的汽水系统元件水系统元件2受压元件强度受压元件强度锅炉在受压元件寿命期内及正锅炉在受压元件寿

2、命期内及正常工作条件下，不发生塑性、蠕变、脆性、低周常工作条件下，不发生塑性、蠕变、脆性、低周期疲劳极限的破裂及各种类型的腐蚀破坏的能力。期疲劳极限的破裂及各种类型的腐蚀破坏的能力。3国家强度计算标准计规定国家强度计算标准计规定劳人锅（劳人锅（1987）4号文号文GB92288水管锅炉受压元件强度计算；水管锅炉受压元件强度计算；JB362284锅壳式锅炉受压元件强度计算锅壳式锅炉受压元件强度计算；蒸汽锅炉安装技术监察规程；蒸汽锅炉安装技术监察规程；中低压锅炉焊接管孔尺寸机械工业部中低压锅炉焊接管孔尺寸机械工业部1984年年9.1 9.1 锅炉受压元件强度计算的规定锅炉受压元件强度计算的规定4确

3、保锅炉安全可靠运行的措施确保锅炉安全可靠运行的措施1）根据国家或有关法规，对现有锅炉进行受压元）根据国家或有关法规，对现有锅炉进行受压元件的检测及强度校核计算；件的检测及强度校核计算；2）根据强度计算结果及经济性，合理的选用材质）根据强度计算结果及经济性，合理的选用材质计合理的壁厚；计合理的壁厚；3）根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条）根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条件件9.2 9.2 未减弱圆筒形元件的强度计算未减弱圆筒形元件的强度计算一、圆筒形元件应力分析一、圆筒形元件应力分析1分析条件分析条件1）两端封闭的没有减弱的薄壁容器，）两端封闭的没有减弱的薄壁容器，SD2）承受内压

4、力的作用且主要产生轴向伸长和径向胀大的）承受内压力的作用且主要产生轴向伸长和径向胀大的变形变形3）破坏变形主要以塑性流动和剪切的破坏）破坏变形主要以塑性流动和剪切的破坏4）以切向、轴向和径向三种应力进行分析）以切向、轴向和径向三种应力进行分析2应力分析应力分析1）切向应力）切向应力；MPa2）轴向应力）轴向应力；MPa9.2 9.2 未减弱圆筒形元件的强度计算未减弱圆筒形元件的强度计算二、应用第三强度理论建立壁厚计算公式二、应用第三强度理论建立壁厚计算公式 1 1第三强度理论第三强度理论 材料发生塑性流动或剪断破坏时，是由于载材料发生塑性流动或剪断破坏时，是由于载荷在任意一点荷在任意一点(最危

5、险点最危险点)的最大剪切应力的最大剪切应力 达到单向拉伸时材料的最大剪应力极限值，强度达到单向拉伸时材料的最大剪应力极限值，强度条件为：条件为：2 2许用剪应力许用剪应力 与单向拉伸的许用拉应力与单向拉伸的许用拉应力 关系为：关系为：3 3受压元件应力分析受压元件应力分析9.2 9.2 未减弱圆筒形元件的强度计算未减弱圆筒形元件的强度计算由上述三式分析可得：由上述三式分析可得：4无减弱强度计算公式无减弱强度计算公式以内径表示以内径表示以外径表示以外径表示9.3圆筒形元件上的减弱圆筒形元件上的减弱 锅筒、集箱、管子都是承受内压力两端封闭受锅筒、集箱、管子都是承受内压力两端封闭受焊缝、开孔减弱的厚

6、壁圆筒，其强度计算应考虑减焊缝、开孔减弱的厚壁圆筒，其强度计算应考虑减弱等的影响弱等的影响一、计算公式一、计算公式 1 1锅筒：锅筒：mm mm；MPaMPa；2 2集箱集箱由无缝钢管制成，其规格一般采用外径由无缝钢管制成，其规格一般采用外径表示表示 mm mm；MPaMPa；3 3管子及管道管子及管道 mm mm；MPa MPa；9.3圆筒形元件上的减弱圆筒形元件上的减弱三、计算壁温三、计算壁温（查表）（查表）四、减弱系数四、减弱系数 1 1孔桥减弱孔桥减弱 1 1）等径孔桥）等径孔桥（1 1）纵向开孔孔桥）纵向开孔孔桥（2 2）横向开孔孔桥）横向开孔孔桥（3 3）斜向开孔孔桥）斜向开孔孔桥

7、 9.3圆筒形元件上的减弱圆筒形元件上的减弱2 2）不等径孔桥）不等径孔桥 的计算采用的计算采用3 3）具有凹形管座的开孔孔桥）具有凹形管座的开孔孔桥 的计算采用采用的计算采用采用4 4）非径向孔孔桥）非径向孔孔桥 的计算采用采用的计算采用采用 对横向孔桥：对横向孔桥：（）对斜向孔桥：对斜向孔桥：9.4 9.4 圆筒形元件上强度计算圆筒形元件上强度计算1)1)锅筒、集箱的减弱系数锅筒、集箱的减弱系数 一般取用一般取用 ，中的最小值。中的最小值。2)2)孔桥开在焊缝上，该处减弱系数孔桥开在焊缝上，该处减弱系数 一般取用一般取用 ，与与 之积。之积。五五.附加壁厚附加壁厚C C （主要考虑主要考虑

8、）(1)(1)钢板或管子的下偏差钢板或管子的下偏差(2)(2)元件在使用期间的腐蚀减薄量元件在使用期间的腐蚀减薄量(3)(3)钢板卷制时的工艺减薄钢板卷制时的工艺减薄(4)(4)弯管时的工艺减薄及弯管应力所产生的影响弯管时的工艺减薄及弯管应力所产生的影响 1 1锅筒筒体锅筒筒体 2 2直集箱及直管段直集箱及直管段 3 3环形集箱和弯头环形集箱和弯头9.5椭球封头及平端盖的强度计算椭球封头及平端盖的强度计算二、承受内压力的平端盖强度计算二、承受内压力的平端盖强度计算 1 1最小理论壁厚和取用壁厚最小理论壁厚和取用壁厚 mm mm；取用壁厚取用壁厚 mm mm 2 2验算允许工作压力验算允许工作压

9、力 Mpa Mpa 3 3技术要求技术要求9.6单孔及孔桥的加强计算单孔及孔桥的加强计算一、未加强孔的最大允许直径一、未加强孔的最大允许直径 1 1未加强孔的种类未加强孔的种类 1 1）胀接孔、螺栓孔、手孔等机械加工开孔；胀接孔、螺栓孔、手孔等机械加工开孔；2 2）管接头与筒体、集箱箱体、集箱封头的连接是）管接头与筒体、集箱箱体、集箱封头的连接是单面填角焊缝；单面填角焊缝；3 3）采用加强结构的孔的加强，不能满足条件的孔）采用加强结构的孔的加强，不能满足条件的孔 F F加强所需要面积，加强所需要面积，mm2mm2 F F1 1起加强作用的焊缝面积，起加强作用的焊缝面积，mm2mm2 F F2

10、2起加强作用的管接头多余面积，起加强作用的管接头多余面积，mm2mm2 F F3 3起加强作用的垫板面积，起加强作用的垫板面积，mm2mm29.6单孔及孔桥的加强计算单孔及孔桥的加强计算二、单孔的加强计算二、单孔的加强计算 1 1开孔直径大于未加强孔的最大允许开孔直径时开孔直径大于未加强孔的最大允许开孔直径时，必须在孔的周围采取加强措施：，必须在孔的周围采取加强措施：1 1）在开孔处牢固焊上短管接头）在开孔处牢固焊上短管接头 2 2）焊上环形垫板，使其与容器一起承载荷）焊上环形垫板，使其与容器一起承载荷 2 2应力集中取主要体现在离孔中心二倍同心圆范应力集中取主要体现在离孔中心二倍同心圆范围内

11、加强宽度围内加强宽度 3 3加强短管接头加强短管接头 1 1）有效高度的确定）有效高度的确定 2 2）有效加强宽度的确定）有效加强宽度的确定9.6单孔及孔桥的加强计算单孔及孔桥的加强计算4 4等面积加强原则等面积加强原则:加强材料起加强作用面积大于或等于因开加强材料起加强作用面积大于或等于因开孔而在无削弱筒体上所时失去的截面积。孔而在无削弱筒体上所时失去的截面积。三、孔桥的加强三、孔桥的加强 锅筒和集箱如果只按照最小减弱系数锅筒和集箱如果只按照最小减弱系数 的部位确定，就会造成在的部位确定，就会造成在 孔占开孔比例较孔占开孔比例较小的情况下，也必须增加整个筒体的壁厚，耗小的情况下，也必须增加整个筒体的壁厚，耗用大量金属。而管接头的存在能够对孔桥起到用大量金属。而管接头的存在能够对孔桥起到一定的加强作用。一定的加强作用。1 1允许最小孔桥减弱系数允许最小孔桥减弱系数 式中式中 被加强孔桥在未加强前按孔被加强孔桥在未加强前按孔径计算的纵向、两倍横向和斜向当量减弱系数径计算的纵向、两倍横向和斜向当量减弱系数9.6单孔及孔桥的加强计算单孔及孔桥的加强计算2最大允许当量直径：最大允许当量直径：1）纵向孔桥：纵向孔桥：2）横向孔桥：横向孔桥：3）斜向孔桥：斜向孔桥：