第7章(完) 锅炉受压元件强度计算

1、7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定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承受内压力的封头强度计算 7-4 孔的加强计算孔的加强计算 2021-8-2 第第7 7章章 锅炉受压元件强度计算锅炉受压元件强度计算 本章主要内容本章主要内容 第第7章章 锅炉受压元件强度计算锅炉受压元件强度计算 w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 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： w 低

2、周（塑性）疲劳破坏：机械应力和热应力焊缝，水垢 w 高周（弹性）疲劳破坏：交变热应力汽水分界面 w 塑性破坏：超压 w 蠕变破坏：高温条件下，变形随时间不断增加的现象 w 苛性脆化：晶间腐蚀、腐蚀沿着金属晶粒的边界进行 w 结构失稳： w 应力松弛：法兰连接、胀接，随时间应力减少的现象 w 腐蚀破坏 第第7章章 锅炉受压元件强度计算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： w 水管锅炉受压元件强度计算（GB9222） w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 w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

3、算； w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； w根据以上条件确定锅炉安全可靠运行的工作条件 w基本概念 7.1.1许用应力与安全系数 w 要求：屈服极限（强度极限）、蠕变极限（持久极限） w 蠕变：高温恒压、塑变 w 持久强度：在规定时间内（10105h）不发生蠕变破裂的最大应力 w 我国强度指标 计算温度时的屈服极限s 常温（20）的抗拉强度b 计算温度时的持久强度 w 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），n ns=1.5、 n ns=2.7、 n nD=1.5 w 基本许用应力： w 许用应力 t D sbD sbD min ttt

4、j nnn 、 j ；虑条考元件型式和工作件后的修正 2021-8-2 7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定锅炉受压元件强度计算参数的确定 7.1.2计算壁温 w 确定 依据，取最高温处内外壁平均温度 w tbi 250 7.1.3计算压力：表压MPa j 0.021.27MPa or0.041.273.82MPa gaaeaee gezsz P PPPPPP P PPPP ；（）（） 2021-8-2 7-1 锅炉受压元件强度计算参数的确定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承受内压力的圆筒形元件的强度计算 w强度计算公式 受力分析：1、2 、3 第三强

5、度理论：对于像低碳钢这一类的塑性材料对于像低碳钢这一类的塑性材料,在单向拉伸试验在单向拉伸试验 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 大剪应力大剪应力(即即45斜截面上的剪应力斜截面上的剪应力)等于横截面上正应力的一半等于横截面上正应力的一半 m ax ; 2 7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算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

6、(最危险点)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。 许用剪应力 与单向拉伸的许用拉应力 关系为： 强度条件为： 受压元件的应力分析 未减弱圆筒形元件强度计算公式： 13 max w wlwl 22 ; 22 n PDPD SorS PP max 2 max 应力分析 切向应力切向应力 ； MPa 轴向应力 ； MPa 径向应力 内壁： 外壁： 分析 ， 均为拉应力，均为拉应力， 为压应力为压应力 ，且，且 , 为沿壁厚的变量，且在内壁上的绝对值最大，为沿壁厚的变量，且在内壁上的绝对值最大， 为常为常 量。量。 lPDlS n 1 2 S PDn 2 1 2 2 4 nn DP

7、SD S PDn 4 2 P max3 0 min3 22 min3max3 3 P 1 2 3 21 2 321 1 2 3 w 取用壁厚 w 应用条件 被减弱的圆筒形元件的强度计算 w 孔桥减弱 无减弱判定 横向 、纵向 、斜向 w 焊缝减弱 w 取值 w 强度计算公式 锅筒 管子和集箱 取用壁厚 w minwl 2 ; 2 y wy S PD SSSCC P PDS ;1.21.52.0 w n D D 、 0 2 () pjn tdDS S d h min min ,2 , dh min min min 2 2 n L w L L PD S P PD S P SSSC 2021-8-2

8、 7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算承受内压力的圆筒形元件的强度计算 7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算承受内压力的圆筒形元件的强度计算 w减弱系数：在无减弱情况下将许用应力打个折扣 焊缝减弱 ：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： w无减弱判定 w横向 、纵向 、斜向 取值 w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S6mm；胀接12mm 0 2() pjn tdDS S d h min min,2, dh w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：

9、壁厚限制S6mm；胀接12mm 2021-8-2 7-2 承受内压力的圆筒形元件的强度计算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承受内压力的封头强度计算 凸形封头 w 计算公式 w 开孔要求 2 m in 12 2 1 2 62 n L n n L P DY S P D Y h SSSC CCC 论 头数 理壁 厚 ： 封系： 取 用 壁 厚 ： 附 加 壁 厚 ： 圆形平端盖 min 1min 2 1 Ln L n P SKD SS S P KD 论计 计压 理算壁厚： 取用壁厚： 最高算力： 2021-8-2 7-3 承受内压力的封头强度计算承受内压力的封头强度

10、计算 7-4孔的加强孔的加强 w单孔加强 w未加强孔的最大开孔直径 w 3 w单孔的加强 等截面积加强原则 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 sss 8.1310.4 2 n ny y PD dDS P S ；强加 1234 FFFFF w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 加强原则 4 3 w 1 1 2 1 d d d dt dt dt K 纵桥 横桥 桥 向 孔： 向 孔： 斜 向 孔： 12 0 y d F FFdS S 7-4 孔的加强孔的加强 壁厚增大壁厚增大 安全系数提高安全系数提高 介介 质质 压压 力力 引引 起起 的的 应应 力力 下下 降降 疲疲 劳劳 寿寿 命命 增增 长长 高高 温温 蠕蠕 变变 寿寿 命命 增增 长长 均均 匀匀 磨磨