第三章 强度计算

1、 第三章 强度计算强度计算 第一节：锅壳锅炉的强度计算 第二节：水管锅炉的强度计算 第三节：例题 第一节：锅壳锅炉的强度计算 一：依据GB/T16508-1996锅壳锅炉受压元件强度计算 二：计算方法（一）材料许用应力A： = jj 按下表选取。若下表 未列出。j取b/ n b 、 t s / n s两者最小值其中n b =2.7 、 n s =1.5 第一节：锅壳锅炉的强度计算常用钢材的基本许用应力j 单位 MPa第一节：锅壳锅炉的强度计算基本许用应力修正系数根据受压元件工作特点选取，如下表：第一节：锅壳锅炉的强度计算B： 计算壁温：温度最高部位内外壁算术平均值，应取不得低于250。第一节：

2、锅壳锅炉的强度计算 C： 计算压力 P= Pe + P+ Pz+ Psz 其中：Pe：为锅炉的额定压力。 P：为附加压力 Pz：最大流量时计算元件至锅炉出口之间的压力降。 Psz：计算元件的水柱静压。第一节：锅壳锅炉的强度计算 D： 减弱系数 min取焊缝减弱系数h 、纵向孔桥减弱系数 、2倍横向孔桥减弱系数2 、斜向孔桥当量减弱系数d之最小值。 当相邻两孔节距大于下式计算值时不按孔桥计算，当需考虑加强。（dp相邻二孔直径平均值）第一节：锅壳锅炉的强度计算 纵向孔桥减弱系数 =(s-d)/s 横向孔桥减弱系数=(s-d )/s 斜向孔桥当量减弱系数d d =K(s-d )/s 其中 ： 第一节

3、：锅壳锅炉的强度计算第一节：锅壳锅炉的强度计算第一节：锅壳锅炉的强度计算第一节：锅壳锅炉的强度计算 （二）承受内压力的圆筒形元件的计算 1. 计算厚度公式 锅壳筒体 集箱筒体 管子 最小需要壁厚按下式计算： tmin = t l + C 第一节：锅壳锅炉的强度计算 2. 校核计算时，锅筒筒体最高允许计算压力按下式计算: 锅壳筒体 集箱筒体 管子 最小需要壁厚按下式计算： ty = t C 其中： C 二C1 + C2 + C3第一节：锅壳锅炉的强度计算 （三）承受外压的园筒形炉胆、冲天管等的计算 1. 卧式平直炉胆的公式 最小厚度取两者的较大值。第一节：锅壳锅炉的强度计算 计算压力取两者的较小

4、值。 最小厚度取两者的较大值。 2. 波形炉胆的公式3. 立式平直炉胆、冲天管的公式第一节：锅壳锅炉的强度计算4. 烟管的公式第一节：锅壳锅炉的强度计算（四）球形元件的计算 1. 椭球形封头（管板）、半球形封头、拱形管板的公式 2. 扁球形元件的公式 （五）有拉撑的管板和平板的计算1. 有拉撑的平板和烟管管束区以外的平板 第一节：锅壳锅炉的强度计算第一节：锅壳锅炉的强度计算2.包含人孔、头孔在内的平板 第一节：锅壳锅炉的强度计算3. 对于火箱管板，当火箱顶板用横梁加固时，还应按下式较核： 第一节：锅壳锅炉的强度计算4. 立式多横火管锅炉的管板 第一节：锅壳锅炉的强度计算（六）拉撑件的计算 1.

5、 直拉杆和拉撑管 第一节：锅壳锅炉的强度计算 2. 斜拉杆和角撑板 第一节：锅壳锅炉的强度计算3. 加固横梁 第一节：锅壳锅炉的强度计算 （七）集箱端盖、内置孔盖的计算1. 园形平端盖 第一节：锅壳锅炉的强度计算 2. 矩形平端盖 第一节：锅壳锅炉的强度计算 3. 孔盖第一节：锅壳锅炉的强度计算 （八）立式无冲天管S形下脚圈 的计算 第二节：水管锅炉的强度计算 一：计算依据 GB/T9222-1988水管锅炉受压元件强度计算 GB/T9222-2008水管锅炉受压元件强度计算 二：水管锅炉受压元件强度计算（GB/T9222-2008）实施过渡期的安排第二节：水管锅炉的强度计算 （一）锅炉设计制

6、造单位在2008年7月1日至2008年12月31日期间可以同时采用GB/T9222的2008版和1988版进行锅炉强度计算。2009年1月1日起不得采用1988版计算设计锅炉，在此前经过鉴定的采用GB/T9222-1988计算的锅炉设计文件继续有效，但在制造时应当按照GB713-2008新旧钢材牌号对应关系选择新牌号的钢材。 第二节：水管锅炉的强度计算 （二）自2009年7月1起，锅炉设计文件鉴定机构不得再对采用GB/T9222-1988的锅炉图纸进行鉴定。 （三）在用锅炉进行强度校核时，可按原计算标准进行计算。第二节：水管锅炉的强度计算 三：计算方法（按GB/T9222-1988标准） （一

7、）、材料许用应力的确定： 1. = j j取 b/ n b 、 t s / n s 、 t D / n D三者最小值 n b =2.7 、 n s =1.5 、 n D =1.5 第二节：水管锅炉的强度计算国内常用锅炉钢材的基本许用应力应取下表给出：第二节：水管锅炉的强度计算第二节：水管锅炉的强度计算第二节：水管锅炉的强度计算第二节：水管锅炉的强度计算第二节：水管锅炉的强度计算 3. 计算压力P=Pg+ Pa Pg =Pe+ Pz+ Psz 其中：Pg 工作压力(表压).MPa Pe：锅炉额定压力(锅炉铭牌压力，表压).MPa Pa：锅炉出口安全阀较低始启压力与额定压力之差值，MPa Pz：

8、最大流量时计算元件至锅炉出口之间的压力降.Mpa Psz：计算元件所受液柱静压力值，Mpa第二节：水管锅炉的强度计算 4. 减弱系数min取焊缝减弱系数 h 、纵向减弱系数 、2倍横向减弱系数2 、斜向孔桥当量减弱系数 d之最小值。 当相邻两孔节距大于下式计算值时不按孔桥计算，但需考虑加强。（dp 相邻二孔直径平均值）S)S(Dn2dpt0第二节：水管锅炉的强度计算 纵向孔桥减弱系数 =(t-dp)/t 横向孔桥减弱系数 =(t-dp)/t 斜向孔桥当量减弱系数 d d =K(t-dp)/t第二节：水管锅炉的强度计算 （二）锅筒筒体计算1. 计算公式 Smin = Sl +C S Smin 注

9、：计算公式适应范围附加壁厚CC1 C2C1 考虑腐蚀减薄C2 考虑钢板负偏差与加工工艺减薄 P -2PDSminnL第二节：水管锅炉的强度计算 2. 水压试验最高允许压力式中sws22ws10.45p第二节：水管锅炉的强度计算 3. 弯曲应力校核 当锅筒筒体支点间距大于10m 或2倍横向减弱系数2 不大于最小d时，需校核弯曲应力。第二节：水管锅炉的强度计算 弯曲应力 弯曲应力与内压引起的轴向应力之和应小于许用应力。hwWM1000第二节：水管锅炉的强度计算 （三）椭球型封头的计算凸型封头计算 计算公式 Smin = Sl +C S Smin P 2PDSnLY注：计算公式适应范围水及汽水混合物

10、、饱和蒸汽过热蒸汽5 . 10 . 2第二节：水管锅炉的强度计算 （四）平端盖、平堵头及平板的计算 1 平端盖计算公式 S Smin PKDSnlmin第二节：水管锅炉的强度计算 2. 平堵头及盖板计算公式 S Smin PDKSnl155. 0min第二节：水管锅炉的强度计算 （五）管子、管道的计算计算公式 Smin = Sl +C S Smin 注：计算公式适应范围 P 2PDShwL0 . 2第二节：水管锅炉的强度计算 （六）孔的加强计算1 . 未加强孔的最大允许直径，按图表查取，最大200mm。 ysP 2PDKn第二节：水管锅炉的强度计算 2. 当K 0.4，且开孔直径大于未加强孔的

11、最大允许直径时必须进行开孔加强计算。有效加强高度： S1/dn 0.19时，取h=2.5 S1及h= 2.5 S二者最小值。 S1/dn 0.19时，取 有效加强宽度： B=2dn11SSdhn第二节：水管锅炉的强度计算 3. 开孔加强应满足的条件： F1 F2 F3 F4 F 且加强所需面积的2/3应分布在离孔边1/4 孔孔径的范围内。 F纵截面内加强所需的面积； F1 纵截面内起加强作用的焊缝面积； F2 纵截面内起加强作用的管接头多余面积； F3 纵截面内起加强作用的垫板面积； F4 纵截面内起加强作用的筒体多余面积。 当被加强元件的许用应力小于被加强元件材料的许用应力时，加强面积应乘以

12、许用应力之比，当大时可不考虑。第二节：水管锅炉的强度计算 4. 用于加强孔桥的管接头应符合下述条件： F1 F2（F/S0-dd）Sy 对纵向孔桥：dd （1 ）t； 对横向孔桥：dd （1 /2 ）t； 对斜向孔桥：dd （1 /K）t；第二节：水管锅炉的强度计算 三 新的9222的主要变化： 1.对厚度重新作了统一定义： 理论计算厚度：理论计算公式确定的受压元件需要厚度。 成品最小需要厚度：理论计算厚度与腐蚀附加厚度之和。 设计计算厚度：成品最小需要厚度加上厚度负偏差和工艺厚度减薄值后的厚度。第二节：水管锅炉的强度计算 取用厚度：简称“厚度”，系设计计算厚度向上圆整至某一材料标准规格后选用

13、的厚度，即图样标注厚度。 有效厚度：取用厚度减去腐蚀附加厚度、工艺厚度减薄值和厚度负偏差三者之和的厚度。第二节：水管锅炉的强度计算 2. 增加、调整部分国内锅炉常用材料的基本许用应力。增加的国内常用锅炉材料有： Q235、20MnG、25MnG、15MoG、20MoG、12Cr2MoG、1Cr18Ni9、10Cr9Mo1VNb、19Mng、1Cr19Ni11Nb、22Mng、13MnNiMoNbg。第二节：水管锅炉的强度计算 增加部分国外锅炉常用材料的基本许用应力。增加的国外常用锅炉材料有： 美国ASME的SA-106B、SA-210C、SA-209T1a、T12、T22、T91/P91、TP

14、304H、TP347H、T23、Super304、TP310HCbN。 德国15Mo3、WB36。 欧洲15NiCuMoNb5-6-4。第二节：水管锅炉的强度计算 3.调整个别元件的基本许用应力修正系数。 4.修改锅炉出口设计附加压力的取值方法。 新版标准将锅炉额定压力分级，直接引用1996版蒸汽锅炉安全技术监察规程中有关安全阀额定压力的规定值，设计附加压力的具体计算方法为：第二节：水管锅炉的强度计算 5.修改弯管理论计算厚度公式 6.增加热挤压三通计算方法 7.明确将有限元应力分析作为计算确定元件最高允许计算压力的方法第三节：例题 例题一： 一台 型号为DZL4-1.27-AII的锅壳锅炉，

15、经过多年运行后，其锅壳位于炉膛内的非管孔区有一处100150mm 腐蚀带。经打磨圆滑过渡后，测得最薄厚度为10.9mm。已知锅筒内径为1800mm，材质为16Mng,非腐蚀区厚度为16mm，饱和蒸汽温度194C第三节：例题 取下个检验期的腐蚀余量为1.0mm，减弱系数取1.0。试问该锅炉在设计参数下能否再运行一个检验期？答： 1.计算压力P的确定： 由式 （ 4 ）：P= Pe + P+ Pz+ Psz 其中Pe = 1.27MPa； P =0.04 Pe ； Pz =0； Psz =0。 故： P= 1.27 +1.270.04 = 1.32MPa第三节：例题 2.许用应力的确定查表（4）：

16、计算壁温=194C+90C=284C 。查表（1）：j =139MPa （内差法）查表（3）： 修正系数 =0.9 故：= j= 0.9139 =125MPa 3.已知Dn=1800mm; 减弱系数 =1.0第三节：例题 4 .理论壁厚t l=（1.32 1800 ） （2 125-1.32 ）9.55mm 5. t min =t l+1.0=10.55mm 6. ty =10.9mm10.55mm因此：该锅炉可以再运行一个检验期。第三节：例题 例题二 一台 型号为SHS20-2.45/400-Q的锅炉,要进行水压试验，环境温度为15C，进水温度为20C，汽包工作压力为2.6MPa。汽包上有一个内径为159mm的接管（法兰）需要用盖板封堵。如用GB713的 20g板作为盖板。请用GB9222-88计算：第三节：例题1：盖板的厚度至少应为多少？2：如锅炉在额定参数下运行时，盖板仍不去除，上述厚度能否满足要求？ 答:1. 因是园形盖板，故K1=1.0 查表(1),取= 1