GB／T+9222—2008+标准例题讲解

1、GB/T 92222021?水管锅炉受压元件强度计算?标准例题讲解例题一、 某锅炉额定工作压力为9.8MPa表压，锅筒和锅炉出口之间的压力降为1.57MPa，锅炉后墙水冷壁通过n=12根悬吊管吊于顶板上，后墙水冷壁总重1.28103kN。悬吊管最低部位距锅筒中心线的垂直距离为10m。悬吊管外径Dw=133mm，采用20G无缝钢管。悬吊管拼接环焊缝用单面坡口氩弧焊打底手工电弧焊。悬吊管的最高热流密度qmaxpsz，psz必小于(pe+pa+pz)的3%，故按标准6.3条确定计算压力时取psz=0。 故按标准式16和式17，悬吊管计算压力： p = pg+pa= pe+pz+pa = 9.8+1.

2、57+0.49 = 11.86 MPa确定悬吊管的计算壁温tbi 由水蒸汽表查得 p =11.86+0.1=11.96 MPa绝对压力下的介质饱和温度 ： tb =324 由标准表6，查得悬吊管计算壁温： tbi=tb+60=324+60=384 求悬吊管的许用应力 查标准表1得，在tbi=384 时20G钢管的基本许用应力： J =90 MPa 查标准表3得，管子的根本许用应力修正系数： =1.00 按标准式1，悬吊管的许用应力：=J =1.0090=90 MPa确定悬吊管取用厚度 由题意：悬吊管的外径Dw =133 mm。按标准8.4条，对于无缝钢管，焊缝减弱系数取h =1.00。那么按标

3、准式48，悬吊管理论计算厚度： L=pDw (2h+p) =11.86133 (21.0090+11.86) =8.22 mm 按标准式38，按理论计算厚度算出的外径与内径比： L = Dw (Dw -2L) =133 (133 -28.22) =1.14满足标准条L 2.00的规定。 按标准条，考虑腐蚀减薄的附加厚度： C1 =0.5 mm 查国标GB 5310-1995得，悬吊管厚度负偏差与取用厚度的百分比值m =10。那么按标准式65，考虑钢管厚度负偏差的附加厚度： C3=m(L+C1)(100-m) =10(8.22+0.5) (100-10) =0.97 mm 按标准式59，悬吊管的

4、附加厚度： C=C1+C3 =0.5+0.97=1.47 mm 按标准式51，悬吊管成品最小需要厚度： min=L+C1 =8.22+0.5=8.72 mm 按标准式53，悬吊管设计计算厚度： s=L+C =8.22+1.47=9.69 mm 悬吊管取用厚度取12 mm。外荷载应力的校核 由题意：悬吊管所受总轴向力F =1280 kN；悬吊管根数n =12。 由于悬吊管的外径Dw =133 mm，那么，悬吊管内径： Dn = Dw -2=133-212=109 mm 悬吊管的总横断面积： A=n(Dw2-Dn2)4 =12(1332-1092) 4 =54739 mm 按标准8.9条和标准表7

5、，悬吊管校核断面拼接环向焊缝减弱系数取hj =0.90。按标准式(74)，悬吊管平均附加轴向应力 ： zp=1000F/(Ahj) =10001280(547390.90) =25.98 MPa 考虑到12根悬吊管承载的不均匀性，取悬吊管超载系数为1.5此值视具体情况定。于是，悬吊管最大附加轴向应力： z=1.5zp =1.525.98=38.97 MPa 对于悬吊管可以认为附加弯曲应力w和附加扭转应力均为零。 按标准式71，考虑钢管厚度负偏差的附加厚度： C3=m100 =1012 100 =1.20 mm 按标准式67，悬吊管的附加厚度： C=C1+C3 =0.50+1.20=1.70 m

6、m 按标准式56，悬吊管有效厚度： y=-C =12-1.70=10.30 mm 按标准式73，悬吊管允许附加应力： fj=-p(Dw-2y)24hy(Dw-y) =90-11.86(133-210.30)24 0.90 10.30(133-10.30) =57.07 MPa 因为zmax，应选用的弯管厚度太厚。 下面将弯管厚度改为 = 5.5 mm，继续进行计算。 确定弯管理论计算厚度wL 由题意：弯管中心线的半径R=76mm。按标准8.4条，对于无缝钢管，焊缝减弱系数取h =1.00。 按标准式50，弯管的形状系数： K=(4R+Dw)/(4R+2Dw) =(476+51)/(476+25

7、1) =0.8744 按标准式48、式49，弯管的理论计算厚度： wL=KpDw /(2h+p) =0.874419.8851/(21.00122 +19.88) =3.36 mm 按标准式38，按理论计算厚度算出的外径与内径比： L = Dw /(Dw -2wL) =51 /(51 -23.36) =1.15满足标准条L 2.00的规定。求弯管最高允许计算压力pw 由标准式64，弯管工艺系数： a=25Dw/R =2551/76=16.78 按标准条，考虑腐蚀减薄的附加厚度： C1 =0.5 mm 查国标GB 5310-1995得，弯管厚度负偏差与取用厚度的百分比值m =10。重新选择的弯管

8、厚度 = 5.5 mm，那么按标准式71，考虑钢管厚度负偏差的附加厚度： C3=m/100=105.5/100=0.55 mm 按标准式70，考虑工艺减薄的附加厚度： C2=a(-C3)/100=16.78(5.5-0.55)/100 =0.83 mm 按标准式68，弯管的附加厚度 ： C=C1+C2+C3=0.5+0.83+0.55=1.88 mm 按标准式58，弯管的有效厚度： wy=-C =5.5-1.88=3.62 mm 按标准式57，弯管最高允许计算压力： pw =2hwy/(KDw-wy) =21.001223.62/(0.874451-3.62) =21.55 MPa 分隔屏过热

9、器的弯管尺寸改为515.5 mm后，弯管p、L=1.150.2、L/Dn0.15、d/Dn0.6和min满足标准条和9.3e)条要求，封头取用厚度选用65mm适宜。 例题五、某锅炉37745 mm的出口过热器蒸汽集箱上有一焊制异径三通。异径三通的支管 与32540 mm的过热蒸汽导管相接。锅炉额定压力pe为13.7MPa表压，高温过热器出口集箱的介质温度tJ为540，集箱和三通的汽水阻力压力降pz和液柱静压力 psz均为零。集箱和三通的均由12Cr1MoVG无缝钢管制成。试确定三通主管和支管的钢 管的规格。 解：确定三通计算压力 p 由题意：锅炉额定工作压力 pe =13.7 MPa ；三通至

10、锅炉出口的压力降，即介质流动阻力附加压力pz=0；三通所受液柱静压力psz=0。 按标准6.3条规定，设计附加压力 ： pa=0.05pe =0.05 13.7=0.685 MPa 按标准式16和式17，三通的计算压力： p = pg+pa= pe+pz+psz+pa =13.7+0+0+0.685 =14.385 MPa求三通的许用应力 由题意：三通介质温度tJ=540。根据标准表5和标准条得，计算壁温： tbi=tJ+Xt= 540+10=550 查标准表1得，在tbi=550 时12Cr1MoVG钢管的根本许用应力： J =71 MPa 查标准表3得，三通的根本许用应力修正系数： =1.

11、00 按标准式1，三通的许用应力：=J =1.0071=71 MPa三通尺寸选择 由题意：与三通主管相接集箱筒体外径Dw =377 mm；与三通主管相接集箱筒体厚度=45 mm；与三通主管相接集箱筒体内径Dn=Dw-2=377-245=287 mm；与三通支管相接汽导管外径dw=325 mm；与三通支管相接汽导管厚度1=40 mm；与三通支管相接汽导管内径dn=dw-21=325-240=245 mm。 三通尺寸选择，一般三通内径尺寸取与相接筒体或管道内径相近，三通外径尺寸取相接筒体或管道外径向上靠一个档次的材料标准规格，那么三通的主管和支管尺寸分别选用42670mm和35150mm的无缝钢管

12、。 确定三通最高允许计算压力 根据选择的三通尺寸： 三通主管外径Dw =426 mm；三通主管厚度 =70 mm；三通支管外径dw=351 mm；三通支管厚度1=50 mm。 故 三通主管内径： Dn=Dw-2=426-270=286 mm 三通主管的平均直径： Dp=Dw- =426-70=356 mm 三通支管内径： dn=dw-21=351-250=251 mm 三通支管的平均直径： dp=dw-1=351-50=301 mm 按标准条，三通主管和支管考虑腐蚀减薄的附加厚度C1 =0.5 mm和Cz1 =0.5 mm ；按标准条，三通主管和支管考虑工艺减薄的附加厚度C2=0和Cz2 =0

13、 。 由国标GB 5310-1995查得，钢管厚度负偏差与取用厚度的百分比值m =10。那么按标准条，三通主管和支管考虑钢管厚度负偏差的附加厚度： C3=m/100=1070/100=7.0 mm Cz3=m1/100 =1050/100=5.0 mm 按标准式43，三通主管和支管总附加厚度： C=C1+C2+C3=0.5+0+7.0=7.5 mm Cz=C1+Cz2+Cz3=0.5+0+5.0=5.5 mm 按标准式113，三通主管和支管的有效厚度： y=-C =70-7.5=62.5 mm 1y=1-Cz=50-5.5=44.5 mm 按标准条，系数X和Y： X=dn2/(Dpdp)=25

14、12/(356301)=0.5879 Y=4.05(y3+1y3)/y2(Dpy)0.5 =4.05(62.53+44.53)/62.52 (35662.5)0.5 =2.3095 按标准式114，三通减弱系数： y=1/1.201+X(1+Y2)0.5/(2Y) =1/1.201+ 0.5879(1+ 2.3095 2)0.5/(2 2.3095) =0.6312 按标准式112，三通主管和支管的最高允许计算压力： p =2yy/(Dw-y) =20.63127162.5/(426-62.5) =15.41 MPa p=14.39 MPa pz =2y1y/(dw-1y) =20.63127

15、144.5/(351-44.5) =13.01 MPa p=14.39 MPa由于三通支管pzp是不允许的，故支管尺寸要重新选用。重新选用37763mm的无缝钢管做三通的支管，并重新计算。重新确定三通最高允许计算压力 重新选择的三通支管尺寸： 三通支管外径dw=377 mm；三通支管厚度1=63 mm。 故 三通支管内径： dn=dw-21=377-263=251 mm 三通支管的平均直径： dp=dw-1=377-63=314 mm 按标准条和条，三通支管考虑腐蚀减薄的附加厚度Cz1 =0.5 mm，考虑工艺减薄的附加厚度Cz2 =0 。由国标GB 5310-1995查得，钢管厚度负偏差与取

16、用厚度的百分比值m =10。那么按标准条，三通支管考虑钢管厚度负偏差的附加厚度： Cz3=m1/100 =1063/100=6.3 mm 按标准式43，三通支管总附加厚度： Cz=C1+Cz2+Cz3=0.5+0+6.3=6.8 mm 按标准式113，三通支管的有效厚度： 1y=1-Cz=63-6.8=56.2 mm 按标准条，系数X和Y： X=dn2/(Dpdp)=2512/(356314)=0.5636 Y=4.05(y3+1y3)/y2(Dpy)0.5 =4.05(62.53+56.23)/62.52 (35662.5)0.5 =2.9307 按标准式114，三通减弱系数： y=1/1.

17、201+X(1+Y2)0.5/(2Y) =1/1.201+0.5636 (1+ 2.9307 2)0.5/(2 2.9307) =0.6421 按标准式112，三通主管和支管的最高允许计算压力： p =2yy/(Dw-y) =20.64217162.5/(426-62.5) =15.68 MPa p=14.39 MPa pz =2y1y/(dw-1y) =20.64217156.2/(377-56.2) =15.97 MPa p=14.39 MPa结构校核 按标准式106、式107，三通主管和支管的理论计算厚度： L=pDw/(2y+p) =14.39426/(20.642171+14.39)

18、 =58.1 mm 1L=Ldw/Dw=58.1377/426=51.4 mm 按标准式38，三通主管和支管理论计算厚度算出的外径与内径比： L=Dw/(Dw-2L) =426/(426-258.1)=1.722.00 1L=dw/(dw-21L) =377/(377-251.4)=1.372.00 按标准式46，三通主管和支管有效厚度算出的外径与内径比： =Dw/(Dw-2y) =426/(426-262.5)=1.421.25 1=dw/(dw-21y) =377/(377-256.2)=1.421.25故，满足标准表20规定的、11.25且L 、1L 2.00要求。 三通支管与主管内径比

19、： dn/Dn=251/286=0.88 0.8 满足标准条的要求。 例题六、某锅炉额定工作压力为9.8MPa，锅筒筒体 由13MnNiMoNbg钢板用热卷方法焊制而成，筒体计算压力为11.89MPa，筒体厚度75mm，内径1600mm，置于烟道外，筒体上焊有管接头见图3，管接头的材料为 16Mn，试校核锅筒筒体的强度。图3 管接头解：确定计算壁温tbi 由题意：计算压力p =11.89MPa 。 由p =11.89+0.1=11.99 MPa绝对压力查水蒸汽表，得介质饱和温度 ： tb =324.6 由标准表4，查得锅筒筒体及其管接头的计算壁温： tbi=tb=324.6确定许用应力 由图3

20、可知：锅筒筒体厚度75mm；管接头厚度70mm。 查标准表2，在tbi=324.6时，得根本许用应力： J =211 MPa 13MnNiMoNbg材料的锅筒筒体 1J =116 MPa 16Mn材料的管接头 查标准表3得，锅筒筒体和管接头的根本许用应力修正系数： =1=1.00 按标准式1，锅筒筒体材料的许用应力： =J =1.00211=211 MPa 管接头材料的许用应力： 1=11J =1.00116=116 MPa计算可不考虑孔间影响的最小节距s0 根据标准式18，可不考虑孔间影响的最小节距： s0=dp+2(Dn+)0.5 =(d1+d2)/2 +2(Dn+)0.5 因为锅筒筒体材

21、料和管接头材料的许用应力不同，且1 ，根据标准条要求，对47470 mm的管接头孔径d1为： d1=(dw -21)+21(1- 1/ ) =(474-270)+270 (1-116/211 ) =397.0 mm 由图3可知，d2=119 mm。所以，可不考虑孔间影响的最小节距： s0=(397+119)/2 +2 (1600+75) 750.5 =966.9 mm 由图3可见，两孔的节距700 mm小于s0 ，故要按孔桥处理。计算未补强孔的最大允许直径d 按标准条，筒体考虑腐蚀减薄的附加厚度C1=0；按标准条，考虑筒体厚度负偏差的附加厚度C3=0。查标准表8 ，筒体考虑工艺减薄的附加厚度： C2=4 mm 根据标准式27，锅筒筒体的附加厚度 ： C=C1+C2+C3=0+4+0=4 mm 按标准式13，锅筒筒体的有效厚度： y=-C=75-4=71 mm 按标准式94，锅筒筒体的系数k ： k=pDn/(2-p)y) =11.891600/(2211-11