GB／T+9222—2008+標(biāo)準(zhǔn)例題講解

1、GB/T 92222021?水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計算?標(biāo)準(zhǔn)例題講解例題一、 某鍋爐額定工作壓力為9.8MPa表壓，鍋筒和鍋爐出口之間的壓力降為1.57MPa，鍋爐后墻水冷壁通過n=12根懸吊管吊于頂板上，后墻水冷壁總重1.28103kN。懸吊管最低部位距鍋筒中心線的垂直距離為10m。懸吊管外徑Dw=133mm，采用20G無縫鋼管。懸吊管拼接環(huán)焊縫用單面坡口氬弧焊打底手工電弧焊。懸吊管的最高熱流密度qmaxpsz，psz必小于(pe+pa+pz)的3%，故按標(biāo)準(zhǔn)6.3條確定計算壓力時取psz=0。 故按標(biāo)準(zhǔn)式16和式17，懸吊管計算壓力： p = pg+pa= pe+pz+pa = 9.8+1.

2、57+0.49 = 11.86 MPa確定懸吊管的計算壁溫tbi 由水蒸汽表查得 p =11.86+0.1=11.96 MPa絕對壓力下的介質(zhì)飽和溫度 ： tb =324 由標(biāo)準(zhǔn)表6，查得懸吊管計算壁溫： tbi=tb+60=324+60=384 求懸吊管的許用應(yīng)力 查標(biāo)準(zhǔn)表1得，在tbi=384 時20G鋼管的基本許用應(yīng)力： J =90 MPa 查標(biāo)準(zhǔn)表3得，管子的根本許用應(yīng)力修正系數(shù)： =1.00 按標(biāo)準(zhǔn)式1，懸吊管的許用應(yīng)力：=J =1.0090=90 MPa確定懸吊管取用厚度 由題意：懸吊管的外徑Dw =133 mm。按標(biāo)準(zhǔn)8.4條，對于無縫鋼管，焊縫減弱系數(shù)取h =1.00。那么按標(biāo)

3、準(zhǔn)式48，懸吊管理論計算厚度： L=pDw (2h+p) =11.86133 (21.0090+11.86) =8.22 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式38，按理論計算厚度算出的外徑與內(nèi)徑比： L = Dw (Dw -2L) =133 (133 -28.22) =1.14滿足標(biāo)準(zhǔn)條L 2.00的規(guī)定。 按標(biāo)準(zhǔn)條，考慮腐蝕減薄的附加厚度： C1 =0.5 mm 查國標(biāo)GB 5310-1995得，懸吊管厚度負(fù)偏差與取用厚度的百分比值m =10。那么按標(biāo)準(zhǔn)式65，考慮鋼管厚度負(fù)偏差的附加厚度： C3=m(L+C1)(100-m) =10(8.22+0.5) (100-10) =0.97 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式59，懸吊管的

4、附加厚度： C=C1+C3 =0.5+0.97=1.47 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式51，懸吊管成品最小需要厚度： min=L+C1 =8.22+0.5=8.72 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式53，懸吊管設(shè)計計算厚度： s=L+C =8.22+1.47=9.69 mm 懸吊管取用厚度取12 mm。外荷載應(yīng)力的校核 由題意：懸吊管所受總軸向力F =1280 kN；懸吊管根數(shù)n =12。 由于懸吊管的外徑Dw =133 mm，那么，懸吊管內(nèi)徑： Dn = Dw -2=133-212=109 mm 懸吊管的總橫斷面積： A=n(Dw2-Dn2)4 =12(1332-1092) 4 =54739 mm 按標(biāo)準(zhǔn)8.9條和標(biāo)準(zhǔn)表7

5、，懸吊管校核斷面拼接環(huán)向焊縫減弱系數(shù)取hj =0.90。按標(biāo)準(zhǔn)式(74)，懸吊管平均附加軸向應(yīng)力 ： zp=1000F/(Ahj) =10001280(547390.90) =25.98 MPa 考慮到12根懸吊管承載的不均勻性，取懸吊管超載系數(shù)為1.5此值視具體情況定。于是，懸吊管最大附加軸向應(yīng)力： z=1.5zp =1.525.98=38.97 MPa 對于懸吊管可以認(rèn)為附加彎曲應(yīng)力w和附加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力均為零。 按標(biāo)準(zhǔn)式71，考慮鋼管厚度負(fù)偏差的附加厚度： C3=m100 =1012 100 =1.20 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式67，懸吊管的附加厚度： C=C1+C3 =0.50+1.20=1.70 m

6、m 按標(biāo)準(zhǔn)式56，懸吊管有效厚度： y=-C =12-1.70=10.30 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式73，懸吊管允許附加應(yīng)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 因為zmax，應(yīng)選用的彎管厚度太厚。 下面將彎管厚度改為 = 5.5 mm，繼續(xù)進(jìn)行計算。 確定彎管理論計算厚度wL 由題意：彎管中心線的半徑R=76mm。按標(biāo)準(zhǔn)8.4條，對于無縫鋼管，焊縫減弱系數(shù)取h =1.00。 按標(biāo)準(zhǔn)式50，彎管的形狀系數(shù)： K=(4R+Dw)/(4R+2Dw) =(476+51)/(476+25

7、1) =0.8744 按標(biāo)準(zhǔn)式48、式49，彎管的理論計算厚度： wL=KpDw /(2h+p) =0.874419.8851/(21.00122 +19.88) =3.36 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式38，按理論計算厚度算出的外徑與內(nèi)徑比： L = Dw /(Dw -2wL) =51 /(51 -23.36) =1.15滿足標(biāo)準(zhǔn)條L 2.00的規(guī)定。求彎管最高允許計算壓力pw 由標(biāo)準(zhǔn)式64，彎管工藝系數(shù)： a=25Dw/R =2551/76=16.78 按標(biāo)準(zhǔn)條，考慮腐蝕減薄的附加厚度： C1 =0.5 mm 查國標(biāo)GB 5310-1995得，彎管厚度負(fù)偏差與取用厚度的百分比值m =10。重新選擇的彎管

8、厚度 = 5.5 mm，那么按標(biāo)準(zhǔn)式71，考慮鋼管厚度負(fù)偏差的附加厚度： C3=m/100=105.5/100=0.55 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式70，考慮工藝減薄的附加厚度： C2=a(-C3)/100=16.78(5.5-0.55)/100 =0.83 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式68，彎管的附加厚度 ： C=C1+C2+C3=0.5+0.83+0.55=1.88 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式58，彎管的有效厚度： wy=-C =5.5-1.88=3.62 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式57，彎管最高允許計算壓力： pw =2hwy/(KDw-wy) =21.001223.62/(0.874451-3.62) =21.55 MPa 分隔屏過熱

9、器的彎管尺寸改為515.5 mm后，彎管p、L=1.150.2、L/Dn0.15、d/Dn0.6和min滿足標(biāo)準(zhǔn)條和9.3e)條要求，封頭取用厚度選用65mm適宜。 例題五、某鍋爐37745 mm的出口過熱器蒸汽集箱上有一焊制異徑三通。異徑三通的支管 與32540 mm的過熱蒸汽導(dǎo)管相接。鍋爐額定壓力pe為13.7MPa表壓，高溫過熱器出口集箱的介質(zhì)溫度tJ為540，集箱和三通的汽水阻力壓力降pz和液柱靜壓力 psz均為零。集箱和三通的均由12Cr1MoVG無縫鋼管制成。試確定三通主管和支管的鋼 管的規(guī)格。 解：確定三通計算壓力 p 由題意：鍋爐額定工作壓力 pe =13.7 MPa ；三通至

10、鍋爐出口的壓力降，即介質(zhì)流動阻力附加壓力pz=0；三通所受液柱靜壓力psz=0。 按標(biāo)準(zhǔn)6.3條規(guī)定，設(shè)計附加壓力 ： pa=0.05pe =0.05 13.7=0.685 MPa 按標(biāo)準(zhǔn)式16和式17，三通的計算壓力： p = pg+pa= pe+pz+psz+pa =13.7+0+0+0.685 =14.385 MPa求三通的許用應(yīng)力 由題意：三通介質(zhì)溫度tJ=540。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表5和標(biāo)準(zhǔn)條得，計算壁溫： tbi=tJ+Xt= 540+10=550 查標(biāo)準(zhǔn)表1得，在tbi=550 時12Cr1MoVG鋼管的根本許用應(yīng)力： J =71 MPa 查標(biāo)準(zhǔn)表3得，三通的根本許用應(yīng)力修正系數(shù)： =1.

11、00 按標(biāo)準(zhǔn)式1，三通的許用應(yīng)力：=J =1.0071=71 MPa三通尺寸選擇 由題意：與三通主管相接集箱筒體外徑Dw =377 mm；與三通主管相接集箱筒體厚度=45 mm；與三通主管相接集箱筒體內(nèi)徑Dn=Dw-2=377-245=287 mm；與三通支管相接汽導(dǎo)管外徑dw=325 mm；與三通支管相接汽導(dǎo)管厚度1=40 mm；與三通支管相接汽導(dǎo)管內(nèi)徑dn=dw-21=325-240=245 mm。 三通尺寸選擇，一般三通內(nèi)徑尺寸取與相接筒體或管道內(nèi)徑相近，三通外徑尺寸取相接筒體或管道外徑向上靠一個檔次的材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，那么三通的主管和支管尺寸分別選用42670mm和35150mm的無縫鋼管

12、。 確定三通最高允許計算壓力 根據(jù)選擇的三通尺寸： 三通主管外徑Dw =426 mm；三通主管厚度 =70 mm；三通支管外徑dw=351 mm；三通支管厚度1=50 mm。 故 三通主管內(nèi)徑： Dn=Dw-2=426-270=286 mm 三通主管的平均直徑： Dp=Dw- =426-70=356 mm 三通支管內(nèi)徑： dn=dw-21=351-250=251 mm 三通支管的平均直徑： dp=dw-1=351-50=301 mm 按標(biāo)準(zhǔn)條，三通主管和支管考慮腐蝕減薄的附加厚度C1 =0.5 mm和Cz1 =0.5 mm ；按標(biāo)準(zhǔn)條，三通主管和支管考慮工藝減薄的附加厚度C2=0和Cz2 =0

13、 。 由國標(biāo)GB 5310-1995查得，鋼管厚度負(fù)偏差與取用厚度的百分比值m =10。那么按標(biāo)準(zhǔn)條，三通主管和支管考慮鋼管厚度負(fù)偏差的附加厚度： C3=m/100=1070/100=7.0 mm Cz3=m1/100 =1050/100=5.0 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式43，三通主管和支管總附加厚度： C=C1+C2+C3=0.5+0+7.0=7.5 mm Cz=C1+Cz2+Cz3=0.5+0+5.0=5.5 mm 按標(biāo)準(zhǔn)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 按標(biāo)準(zhǔn)條，系數(shù)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 按標(biāo)準(zhǔn)式114，三通減弱系數(shù)： 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 按標(biāo)準(zhǔn)式112，三通主管和支管的最高允許計算壓力： 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是不允許的，故支管尺寸要重新選用。重新選用37763mm的無縫鋼管做三通的支管，并重新計算。重新確定三通最高允許計算壓力 重新選擇的三通支管尺寸： 三通支管外徑dw=377 mm；三通支管厚度1=63 mm。 故 三通支管內(nèi)徑： dn=dw-21=377-263=251 mm 三通支管的平均直徑： dp=dw-1=377-63=314 mm 按標(biāo)準(zhǔn)條和條，三通支管考慮腐蝕減薄的附加厚度Cz1 =0.5 mm，考慮工藝減薄的附加厚度Cz2 =0 。由國標(biāo)GB 5310-1995查得，鋼管厚度負(fù)偏差與取

16、用厚度的百分比值m =10。那么按標(biāo)準(zhǔn)條，三通支管考慮鋼管厚度負(fù)偏差的附加厚度： Cz3=m1/100 =1063/100=6.3 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式43，三通支管總附加厚度： Cz=C1+Cz2+Cz3=0.5+0+6.3=6.8 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式113，三通支管的有效厚度： 1y=1-Cz=63-6.8=56.2 mm 按標(biāo)準(zhǔn)條，系數(shù)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 按標(biāo)準(zhǔn)式114，三通減弱系數(shù)： 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 按標(biāo)準(zhǔn)式112，三通主管和支管的最高允許計算壓力： 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結(jié)構(gòu)校核 按標(biāo)準(zhǔn)式106、式107，三通主管和支管的理論計算厚度： L=pDw/(2y+p) =14.39426/(20.642171+14.39)

18、 =58.1 mm 1L=Ldw/Dw=58.1377/426=51.4 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式38，三通主管和支管理論計算厚度算出的外徑與內(nèi)徑比： L=Dw/(Dw-2L) =426/(426-258.1)=1.722.00 1L=dw/(dw-21L) =377/(377-251.4)=1.372.00 按標(biāo)準(zhǔn)式46，三通主管和支管有效厚度算出的外徑與內(nèi)徑比： =Dw/(Dw-2y) =426/(426-262.5)=1.421.25 1=dw/(dw-21y) =377/(377-256.2)=1.421.25故，滿足標(biāo)準(zhǔn)表20規(guī)定的、11.25且L 、1L 2.00要求。 三通支管與主管內(nèi)徑比

19、： dn/Dn=251/286=0.88 0.8 滿足標(biāo)準(zhǔn)條的要求。 例題六、某鍋爐額定工作壓力為9.8MPa，鍋筒筒體 由13MnNiMoNbg鋼板用熱卷方法焊制而成，筒體計算壓力為11.89MPa，筒體厚度75mm，內(nèi)徑1600mm，置于煙道外，筒體上焊有管接頭見圖3，管接頭的材料為 16Mn，試校核鍋筒筒體的強(qiáng)度。圖3 管接頭解：確定計算壁溫tbi 由題意：計算壓力p =11.89MPa 。 由p =11.89+0.1=11.99 MPa絕對壓力查水蒸汽表，得介質(zhì)飽和溫度 ： tb =324.6 由標(biāo)準(zhǔn)表4，查得鍋筒筒體及其管接頭的計算壁溫： tbi=tb=324.6確定許用應(yīng)力 由圖3

20、可知：鍋筒筒體厚度75mm；管接頭厚度70mm。 查標(biāo)準(zhǔn)表2，在tbi=324.6時，得根本許用應(yīng)力： J =211 MPa 13MnNiMoNbg材料的鍋筒筒體 1J =116 MPa 16Mn材料的管接頭 查標(biāo)準(zhǔn)表3得，鍋筒筒體和管接頭的根本許用應(yīng)力修正系數(shù)： =1=1.00 按標(biāo)準(zhǔn)式1，鍋筒筒體材料的許用應(yīng)力： =J =1.00211=211 MPa 管接頭材料的許用應(yīng)力： 1=11J =1.00116=116 MPa計算可不考慮孔間影響的最小節(jié)距s0 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)式18，可不考慮孔間影響的最小節(jié)距： s0=dp+2(Dn+)0.5 =(d1+d2)/2 +2(Dn+)0.5 因為鍋筒筒體材

21、料和管接頭材料的許用應(yīng)力不同，且1 ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條要求，對47470 mm的管接頭孔徑d1為： d1=(dw -21)+21(1- 1/ ) =(474-270)+270 (1-116/211 ) =397.0 mm 由圖3可知，d2=119 mm。所以，可不考慮孔間影響的最小節(jié)距： s0=(397+119)/2 +2 (1600+75) 750.5 =966.9 mm 由圖3可見，兩孔的節(jié)距700 mm小于s0 ，故要按孔橋處理。計算未補(bǔ)強(qiáng)孔的最大允許直徑d 按標(biāo)準(zhǔn)條，筒體考慮腐蝕減薄的附加厚度C1=0；按標(biāo)準(zhǔn)條，考慮筒體厚度負(fù)偏差的附加厚度C3=0。查標(biāo)準(zhǔn)表8 ，筒體考慮工藝減薄的附加厚度： C2=4 mm 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)式27，鍋筒筒體的附加厚度 ： C=C1+C2+C3=0+4+0=4 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式13，鍋筒筒體的有效厚度： y=-C=75-4=71 mm 按標(biāo)準(zhǔn)式94，鍋筒筒體的系數(shù)k ： k=pDn/(2-p)y) =11.891600/(2211-11