工业锅炉第6章受压元件强度计算

第六章受压元件强度计算16－1概述（1）受压元件承受内压力（工质压力）以及附加载荷的汽水系统元件工质压力

正常运行时稳定的工作压力锅炉启停过程中压力的升降水压试验过程中压力的变化附加载荷

均匀外载（元件自重，工质重量）局部集中外载（支撑，拉撑和悬挂）热应力和腐蚀介质锅筒，集箱，管子26－1概述（2）塑性，蠕变，脆性，低周期疲劳极限、腐蚀受压元件特点

经常处于高温高压受压元件强度

受压元件寿命期内及正常工作条件下，不发生破坏（失效）能力强度计算目的合理选用钢材（保证安全＋节省钢材）合理设计锅炉合理运行方式强度计算任务设计计算：工作压力＋壁温＋钢材＋结构壁厚校核计算：材料＋结构允许压力36－1概述（3）强度计算标准

GB9222—88《水管锅炉受压元件强度计算》JB3622—84《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》《中低压锅炉焊接管孔尺寸》强度控制原则控制极限应力：内壁的最大应力（脆性材料）控制极限载荷：工作压力小于极限压力（塑性材料）46－2金属机械性能（1）材料强度承受一定形式的外力作用而不被破坏的能力金属机械性能承受某种形式的外力作用时所表现出的力学特性弹性变形载荷除去后即行消失的变形塑性变形载荷除去后并不消失而残留的变形56－2金属机械性能（2）－冷态（1）弹性极限σd

弹性变形的极限点屈服极限σs或σ0.2

试件丧失抵抗变形的能力开始发生塑性变形抗拉强度σb

试件能承受的最大应力最终拉断时的应力（出现缩颈现象）虎克定律σ＝EsE：材料弹性模数s：应变66－2金属机械性能（3）－冷态（2）延伸率δ

拉伸试验中试件断裂时的相对伸长量与原始长度之比

（产生塑性变形的能力）断面收缩率ψ

拉伸试验中试件断裂时断面缩小值与原有截面之比（产生塑性变形的能力）冲击值αk

试件破坏时单位面积所需消耗的能量（抵抗冲击载荷的能力，韧性或脆性）76－2金属机械性能（4）－冷态（3）应力集中金属材料在断面突变的部位，局部区域的应力明显超过平均值

应力集中系数最大应力σmax与平均应力σ0之比局部屈服

σmax大于σs，最大应力点局部屈服（不会使材料破坏）

86－2金属机械性能（5）－热态（1）温度升高（低温区）抗拉强度升高塑性下降时效硬化（蓝脆性）温度升高，σs降低高温没有屈服平台96－2金属机械性能（6）－热态（2）蠕变塑性变形随时间延长而不断加大高温应力弹性变形期oa蠕变减速期ab蠕变等速期bc蠕变加速期cd室温下也会有蠕变不同材料蠕变曲线不同同材料不同温度和应力蠕变曲线不同106－2金属机械性能（7）－热态（3）蠕变极限某温度下在指定工作期间内引起允许总应变的应力持久强度σD

某温度下经历指定工作期限后不引起蠕变破断的最大应力考虑变形考虑破坏，与抗拉强度和屈服极限组成基本指标疲劳承受周期重复应力时在低于抗拉强度甚至屈服极限载荷下损坏疲劳极限σp

允许的一定次数重复应力循环作用下不使金属破坏的最大应力116－2金属机械性能（8）－强度理论（1）强度理论脆性断裂理论最大拉应力理论（第一强度理论）最大伸长线应变理论（第二强度理论）塑性屈服理论最大剪应力理论（第三强度理论）形状改变比能理论（第四强度理论）破坏形式脆性断裂塑性屈服126－2金属机械性能（9）－强度理论（2）最大拉应力理论

只要最大拉应力达到极限值，就会发生脆性断裂最大伸长线应变理论（用于混凝土）只要最大伸长线应变达到极限值，就会发生脆性断裂最大剪应力理论只要最大剪应力达到极限值，就发生屈服破坏形状改变比能理论只要形状改变比能达到极限值，就发生屈服破坏无论材料处于什么应力状态锅筒，集箱，管子，管道136－3安全系数与许用应力许用应力

[σ]=η[σ]j

η：基本许用应力修正系数[σ]j：基本许用应力基本许用应力[σ]jσbt&nb：抗拉强度及其安全系数（2.7）σst&ns：屈服强度及其安全系数（1.5）σDt&nD：持久强度及其安全系数（1.5）

（P121更正为105小时）146－4圆筒形元件强度计算（1）应力分析条件两端封闭的没有减弱的薄壁容器（S<<D）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破坏变形以塑性流动和剪切的破坏为主按照切向σ1

、轴向σ2和径向σ3三种应力进行分析应力分析结果环向（切向）应力＝2×纵向（轴向）应力管子裂口纵向，纵向焊缝更危险，环向孔排密集σ1

>σ2>σ3156－4圆筒形元件强度计算（2）强度条件

受力分析许用剪应力与单向拉伸的许用拉应力166－4圆筒形元件强度计算（3）最小需要壁厚Smin

Smin＝Sl＋c（c:附加壁厚）实际选用壁厚SSmin附加壁厚c＝c1＋c2＋c3壁厚计算（设计计算）理论计算壁厚

Sl

以内径表示以外径表示c1：腐蚀减薄的附件壁厚c2：钢板或钢管的壁厚负偏差c3：卷板的工艺减薄值176－4圆筒形元件强度计算（4）壁厚计算使用范围对筒体外径和内径比值的限制对筒体椭圆度的限制对不等壁厚筒体联接过渡段梯度的限制186－4圆筒形元件强度计算（5）有效壁厚Sy＝S－c允许压力计算（校核计算）以内径表示以外径表示196－5锅筒、集箱及管子的强度计算（1）结构特点锅筒等开设孔排（密集）或孤立孔有效承载截面积减小筒体强度降低206－5锅筒、集箱及管子的强度计算（2）壁厚计算（设计计算）最小减弱系数φmin焊缝减弱系数φh焊缝处开孔φmin×φh

216－5锅筒、集箱及管子的强度计算（3）有效壁厚Sy＝S－c允许压力计算（校核计算）以内径表示以外径表示226－5锅筒、集箱及管子的强度计算（4）使用范围相邻两孔节距较近（排列密集）孤立孔采用孔加强中部不受影响236－5锅筒、集箱及管子的强度计算（5）最大最小壁厚薄：局部塌陷，变形过大（不小于6mm或12mm）厚：热应力，低周疲劳246－6封头的强度计算（1）封头分类类别受力壁厚凸形封头（椭球，球形）张力沿壁厚均匀与筒体基本相同平封头弯曲力沿壁厚不均匀大于筒体壁厚256－6封头的强度计算（2）计算特点类别无孔有孔凸形封头（椭球，球形）形状系数减弱系数增大封头厚度平封头结构系数结构系数266－7孔的加强（1）背景及必要性开孔应力集中孔径应力集中系数（开孔直径大于最大允许开孔直径）增加壁厚或孔加强276－7孔的加强（2）未加强孔种类胀接孔、螺栓孔、手孔等机械加工开孔接头与筒体、集箱箱体和封头的连接是单面填角焊缝采用加强结构的孔的加强但不能满足条件的孔未加强孔的最大允许开孔直径（不影响筒体强度的最大开孔直径，最大限度200mm）286－7孔的加强（3）孔加强计算原则等面积加强法加强面积不少于加强所需要的面积（由于开孔减少的面积）F1+F2+F3+F4大于或等于FF：加