第7章(完)锅炉受压元件强度计算

F S0
d d
Sy
安全系数提高
壁厚增大
介
质
压 力 引 起 的 应 力
疲 劳 寿 命 增 长
下
降
高
均
温
匀
磨
蠕
磨
损
变
损
寿
寿
寿
命
命
命
延
增
增
长
长
长
有利因素
温
度
受
压
元
工
件
艺
构
加
架
大
钢
耗
增
加
应 力 增 加 热 疲 劳 寿 命 缩 短
不利因素
一般情况下安全性上升，有时会下降
第7章 锅炉受压元件强度计算
锅炉强度计算的目的：安全性和经济性的最优化问题
标准：
《水管锅炉受压元件强度计算》（GB9222）
《锅壳锅炉受压元件强度计算》（GB/T16508） 确保锅炉安全可靠运行的措施
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；
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；
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
取用壁厚 应用条件
S

Smin

Swl
C

PDw
2
P
C;P
Dw ; 1.2、 1.5、 2.0

2 Sy
Dw Sy
Dn
被减弱的圆筒形元件的强度计算
孔桥减弱
无减弱判定 t0 dpj 2 (Dn S)S
； 考虑元件型式和工作条件后的修正 j
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定
7.1.2计算壁温

确定
j
依据，取最高温处内外壁平均温度
tbi≮250℃
7.1.3计算压力：表压MPa
P Pg Pa；Pa 0.0（2 Pe1.27MPa）orPa 0.04P（e Pe 1.27~3.82MPa） Pg Pe Pz Psz
根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条件
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定
基本概念
7.1.1许用应力与安全系数
要求：屈服极限（强度极限）、蠕变极限（持久极限） 蠕变：高温恒压、塑变↑
持久强度：在规定时间内（105h）不发生蠕变破裂的最大应力
我国强度指标
计算温度时的屈服极限σs‘
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
减弱系数：在无减弱情况下将许用应力打个折扣
焊缝减弱h ：对焊接工艺的不信任程度，与焊接方法、
工艺、坡口形式、残余应力有关 孔桥减弱：
无减弱判定 t0 d pj 2 (Dn S)S
横向 '、纵向 、斜向 d
取值 min min, 2 ',d ,h
常温（20℃）的抗拉强度σb‘
计算温度时的持久强度

t D
安全系数：材料本身的强度特性与实际元件真实的强度特性间的差
异（裕度），ns=1.5、 ns=2.7、 nD=1.5
基本许用应力： 许用应力

j

nsst
、
t b
nb
、
t D
nD
min
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§7-3 承受内压力的封头强度计算
凸形封头
计算公式
理论壁厚：S L

PDnY
2 P
封头系数：Y

1 6

2


Dn 2hn
2




取用壁厚：S Smin SL C
附加壁厚：C C1 C2
开孔要求
§7-3 承受内压力的封头强度计算
件不失效的能力
锅炉的工作条件：高温、高压、腐蚀、磨损 承受的载荷：介质压力、附加荷载、温度应力、工艺应力 锅炉受压元件可能的失效形式：
低周（塑性）疲劳破坏：机械应力和热应力→焊缝，水垢 高周（弹性）疲劳破坏：交变热应力→汽水分界面
塑性破坏：超压 蠕变破坏：高温条件下，变形随时间不断增加的现象 苛性脆化：晶间腐蚀、腐蚀沿着金属晶粒的边界进行 结构失稳： 应力松弛：法兰连接、胀接，随时间应力减少的现象 腐蚀破坏
第7章 锅炉受压元件强度计算 本章主要内容
§7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定 §7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算 §7-3 承受内压力的封头强度计算 §7-4 孔的加强计算
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第7章 锅炉受压元件强度计算
概述
强度的定义：在规定的寿命内，在正常的运行条件下，受压元
2 P
Sy ；s 0.4加强
单孔的加强
等截面积加强原则 F1 F2 F3 F4 F
F1 起加强作用的焊缝面积mm2 F2 起加强作用的管接头多余面积mm2 F3 起加强作用的垫板面积mm2 F4 起加强作用的筒体多余面积mm2 加强所需面积的2/3布置在离孔边1/4孔径的范围内
附加壁厚：C=C1+C2
腐蚀减薄C1=0.5mm C2=负偏差+工艺减薄量
壁厚限制S≥6mm；胀接≥12mm
§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
附加壁厚C=C1+C2 腐蚀减薄C1=0.5mm C2负偏差+工艺减薄量 对于锅筒：壁厚限制S≥6mm；胀接≥12mm
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§7-4 孔的加强
孔桥的加强
管接头加强允许的最小孔桥减弱系数
最大允许当量直径



4 3
w
纵向孔桥：d d
1 t
横向孔桥：d d

1


2


t
百度文库

斜向孔桥：d d

1


K

t
加强原则
F1

F2
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§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
强度计算公式
max

;


2
受力分析：σ1、σ2 、σ3
第三强度理论：对于像低碳钢这一类的塑性材料,在单向拉伸试验
时材料就是沿斜截面发生滑移而出现明显的屈服现象的。这时试件 在横截面上的正应力就是材料的屈服极限，而在试件斜截面上的最 大剪应力(即45°斜截面上的剪应力)等于横截面上正应力的一半
2
受压元件的应力分析
max

1
3
2


2
未减弱圆筒形元件强度计算公式：
S wl

PDn
2
P
; or
S wl

PDw
2
P
应力分析
切向应力
2σ1lS PDnl
；
1

PDn 2S
MPa
轴向应力

2Dn
S

P
4
Dn2
；
2

PDn 4S
MPa
径向应力
内壁： 3max P
外壁： 3 min 0
3 3max
3min
2
P 2
分析
1 ， 2 均为拉应力， 3 为压应力
1 2 2 ，且 1 2 3
1 ,
量。
2为沿壁厚的变量，且在内壁上的绝对值最大， 3 为常
圆形平端盖
理论计算壁厚：SLmin KDn
P

取用壁厚：S1 SLmin
2
最高计算压力： P


S1 KDn


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§7-4孔的加强
单孔加强
未加强孔的最大开孔直径

3
d 8.13 DnSy 1s
；s
PDn
横向 、' 纵向 、斜向 d
焊缝减弱 h
取值 min , 2 ',d ,h min
强度计算公式
锅筒
SL

PDn
2min
P
管子和集箱
SL

PDw
2min
P
取用壁厚
S Smin SL C
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§7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算
第三强度理论：材料发生塑性流动或剪断破坏时，是由
于载荷在任意一点(最危险点)的最大剪切应力 到单向拉伸时材料的最大剪应力极限值。
max 达
许用剪应力 [ ] 与单向拉伸的许用拉应力 关系为：
强度条件为：max