作用的面积,mm;
Δ──焊脚高度,mm;
P──设计压力(表压),kgf/cm;
〖σ〗──许用应力,kgf/mm.
10.2锅壳上孔的加强
10.2.1有关锅壳上孔的加强方法,仅适用于d/Dn〈0.8,且d〈600mm的孔.如为椭圆形孔,此处d为长轴尺寸.
10.2.2不开坡口单面角焊管孔、胀接孔、螺纹孔等均视为未加强孔,虽用图40加强结构(a、b结构仅适用于不受热部位的孔)加强,但未满足10.2.8款要求的孔也视为未加强孔.
10.2.3确定锅壳上的孔应否加强和确定未加强孔的最大允许直径〖d〗时,应先按下式计算出锅壳的实际减弱系数(字母见1327页):
(公式69见1328页)
10.2.4对于实际减弱系数(字母见1328页)≤0.4的锅壳,需要加强的孔已得到自身加强,无需另行加强.
10.2.5对于实际减弱系数(字母见1328页)〉0.4的锅壳,未加强孔的直径d(或未加强的椭圆形人孔沿锅壳轴向的尺寸)不应大于按图41所确定的未加强孔的最大允许直径〖d〗,且最大不得超过200mm.
10.2.6对于实际减弱系数(字母见1328页)〉0.4的锅壳,如开孔直径d(或未加强的椭圆形人孔沿锅壳轴向的尺寸)大于按10.2.5款确定的未加强孔的最大允许直径〖d〗,则应采用图40的结构予以加强.
10.2.7开孔加强的有效范围如表16的图中ABCD所示.
有效加强高度h1取2.5S1和2.5S中的较小值:
有效加强宽度B取2d.
10.2.8开孔加强应满足以下条件:
(公式70见1331页)
式中:E1、E2、E3、E4及E的计算方法如表16所示.表中S0、S01按下列公式计算:
(公式71和72见1331页)
式(71)及(72)中的许用应力【σ】可按开孔处的受热条件确定.
对于人孔加强圈,锅壳内壁以内一段的S01也可按式(71)近似计算.如为椭圆形加强圈,Dn取内壁长轴尺寸.
表中锅壳有效壁厚Sy按式(71)计算,管接头有效壁厚Sy1按式(73)计算:
式中:C──附加壁厚,按下式计算:
式中:A──系数,按表17确定.
表17系数A
━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━┯━━━━━┯━━━━━┯━━
壁厚最大负偏差的百分数 m │ 15 │ 10 │ 5 │ 0
──────────────┼─────┼─────┼─────┼──
A │0 .18 │ 0.11 │ 0.05 │ 0
━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━┷━━━━━┷━━━━━┷━━
(注略见1333页)
10.2.9当0.4〈字母见1333页≤0.6时,还应使需要加强的面积E的三分之二分布在离孔边四分之一孔直径的范围内.
10.2.10式(70)只适用于加强元件和被加强元件的许用应力相同或加强元件的许用应力大于被加强元件的许用应力的情况.
如加强元件的许用应力小于被加强元件时,则表16中起加强作用的面积应乘以加强元件的许用应力与被加强元件的许用应力的比值.
10.3孔桥的加强
10.3.1锅壳上的纵向、横向或斜向孔桥可用管接头的多余金属来提高孔桥减弱系数.此时,应首先满足以下条件:
a.采用整体焊接结构,如图40c、d、e所示;
b.(公式75见1333页)
非径向孔不应采用孔桥加强办法.
10.3.2对锅壳上的孔桥进行加强计算时,首先应根据要求提高到的孔桥减弱系数(字母见1333页),按下列公式确定允许的当量直径〖d〗d:
对于纵向孔桥
(公式76见1334页)
对于横向孔桥
(公式77见1334页)
对于斜向孔桥
(公式78见1334页)
10.3.3用于加强孔桥的管接头应符合下式的要求(图42为例):
(公式79见1334页)
当管接头的许用应力与被加强元件不同时,按10.2.10款的原则处理. 10.4凸形封头上孔的加强
10.4.1为减小封头壁厚,可采用孔边缘焊以加强圈或(和)加强板的加强办法,但孔边缘的扳边不作为减小封头壁厚的加强措施.
10.4.2能起到加强作用的截面积Eg为图43中斜线部分的二倍.
图43中,加强有效范围(h1,B)按10.2.7款确定;S01按式(72)计算;如加强圈用钢板制成,C按3.4条确定.如加强圈用管子制成,C按式(74)计算;如为椭圆形孔,d取孔的长轴尺寸.
10.4.3经加强后,表7中的d用d-Eg/Sy来代替.
如加强元件的许用应力与被加强元件的许用应力不同时,按10.2.10款的原则处理.
10.5平板上孔的加强
平板上的人孔、检查孔等均应予以加强.
如用孔的扳边或加强圈加强〖图44a、b〗,则扳边或加强圈高度h应满足式(41)的要求.人孔加强圈的厚度S1应满足5.3.7款中的有关要求.
如用加强板加强时〖图44c〗,应满足下式的要求:
(公式80见1335页)
加强板的宽度b应满足下式的要求:
b≤0.5d…………………………(81)

附录A

例题(参考件)
A.1设计计算
A.1.1例题1
某卧式外燃锅壳式锅炉,出口额定蒸汽压力为7kgf/cm(表压),无过热器,锅壳内直径Dn=1500mm,孔排布置如图A1所示,锅壳上设380*280mm人孔一个,试设计此锅壳.
〖解〗:
a.选材料
由水蒸汽表可知,对应8kgf/cm(绝对压力)的饱和温度tb=170@.
由表4查得,受火焰辐射热锅壳的计算壁温:
tb1=tb+90=170+90=260@
根据《蒸汽锅炉安全监察规程》的规定,对于工作压力及计算壁温较低的锅壳,可以选用A3g、20g、16Mng等钢板制造,现选用20g.
b.确定设计压力
按2.4.1款规定,设计压力
P=P运+ΔP安
式中:P运──正常运行最大压力.因无过热器,取为锅炉出口额定蒸汽压力,即P运=7kgf/cm(表压);
ΔP安──安全阀较低级开启压力的升高值.根据《蒸汽锅炉安全监察规程》的规定,当P运〈13kgf/cm.时,ΔP安=0.2kgf/cm
故
P=7+0.2=7.2kgf/cm
c.确定许用应力
由表1查得,20g钢板在tb1 =260@时的基本许用应力
〖σ〗J=12.1kgf/mm
由表3查得,有焊接管孔受热锅壳(烟温〉600@)的修正系数
η=0.90
按式(1),许用应力
〖σ〗=η〖σ〗=0.90*12.1=10.9kgf/mm
d.确定最小减弱系数
由表5查得,锅壳纵向焊缝(双面对接自动焊)的减弱系数
字母见1340页=1.00
按式(10),不需计算孔桥减弱系数的最小节距
(公式见1340页)
对于t=140mm的纵向孔排及t''=130mm的斜向孔排:
(公式见1340页)
(先假定取用壁厚S=12mm)
由于t及t''皆小于t0,故应计算孔桥减弱系数.
对于t''=400mm的斜向孔排
公式见1340页由于t''〉t0,故不必计算孔桥减弱系数.
按式(11),纵向孔桥减弱系数
公式见1340页
按式(15),斜向孔桥减弱系数
公式见1340页
按式(14),斜向孔桥的换算系数
公式见1340页
按式(13),斜向孔桥当量减弱系数
公式见1341页
斜向孔桥当量减弱系数(字母见1341页)亦可按线算图直接查得或按线算图进行校核:按
公式见1341页
由图4查得,(字母见1341页)=0.64
按3.3.1款,最小减弱系数
(字母见1341页)=0.539
e.计算锅壳壁厚
按式(4),理论计算壁厚
公式见1341页
按3.4条,冷卷冷校锅壳的附加壁厚为1mm,但S=12mm时,钢板负公差为0.8mm,已超过0.5mm,故
C=1+0.3=1.3mm
按式(5),最小需要壁厚
(公式见1342页)
考虑钢板规格,则取用壁厚
S=12mm
它满足3.5.1款规定的壁厚不应小于6mm的要求,也满足3.5.2款规定的烟温高于800@时,不绝热锅壳的壁厚不应大于20mm的要求.
f.确定未加强孔的最大允许直径
按式(7),有效壁厚
Sy=S-C=12-1.3=10.7mm
按10.2.3款,实际减弱系数
公式见1342页
按10.2.5款并由图41查得,未加强孔的最大允许直径
〖d〗=165mm
(DnSy=1500*10.7=16.05*10mm)
除人孔(380*280mm)外,其他孔皆无须加强.
g.人孔加强计算
校核人孔加强计算方法的适用范围:
公式见1342页
故满足10.2.1款的要求.
按10.2.6款,人孔加强应按锅壳轴向的尺寸──短轴280mm计算(图A2).
加强圈也采用20g钢板制造.
按10.2.7款,有效加强高度
h1=2.5S=2.5*12=30mm
(加强圈厚度S1,参照5.3.7款中的有关要求,取20mm.)
参照3.4条,加强圈的附加壁厚
C=2mm
(因加强圈用钢板热卷而成).
按式(73),加强圈有效壁厚
Sy1=S1-C=20-2=18mm
由表4查得,不受热的人孔附近部位,计算壁温
tb1=tb=170@
按2.3.4款,当tb1〈200@时,实取tb1=200@.
由表1查得,20g钢板在tb1 =200@的基本许用应力
公式见1344页
由表3查得,有焊接管孔的不受热锅壳,修正系数
η=1.00
按式(1),许用应力
公式见1344页
按式(71),未减弱锅壳的理论计算壁厚
按式(72),加强圈的理论计算壁厚
按表16的规定
焊缝面积
加强圈多余面积
公式见1345页
锅壳多余面积
公式见1345页
需要加强的面积
公式见1345页
因
公式见1345页
故满足式(70)及10.2.9款的要求(实际上,仅锅壳本身多余面积已能满足以上两项要求,这里加强圈仅因结构需要而设置).
A.1.2 例题2
某卧式外燃型锅壳式锅炉,出口额定蒸汽压力为7kgf/Cm(表压),无过热器,锅壳内直径Dn=1830mm,前管板上孔及拉撑件的布置如图A3所示.管板下部设300*200mm检查孔一个.试设计此管板.
〖解〗
a.检验结构合理性
按6.3.6款,胀接管板孔桥不应小于0.125d+12.5=0.125*90+12.5=23.75mm(管孔直径d=90mm).由图A3,孔桥尺寸为t-d=125-90=35mm,它不小于允许值,故满足要求.
按6.2.8款,管板扳边内半径r不应小于二倍壁厚,且至少应为38mm.图A3所示r=50mm能够满足要求,因预计管板壁厚不会大于25mm.
按6.3.7款,管孔中心至扳边起点的距离应不小于0.8d=0.8*90=72mm且不小于0.5d+12=0.5*90+12=57mm.图A3所示结构能够满足这一要求(未标出).
按7.2.1和7.2.5款,对于有角撑板的烟管管束上方,应留有100mm的呼吸空位.图A3所示呼吸空位L=200-0.5*89=155.5mm,故满足要求(管子外径dw=89mm).
按6.3.4款,烟气双回程的胀接管束,设置拉撑管是应该的.
为便于内部清理,烟管采用顺排布置且管束与管束之间留有340mm宽的空道,是恰当的.
b.选材料
参见例1之a
由表4查得,对于前管板(烟气双回程时,烟温在600~800@之间),计算壁温
公式见1347页
由于工作压力及计算壁温较低,故选用20g钢板.
c.确定设计压力
同例1之b,设计压力
P=7.2kgf/cm
d.确定许用应力
由表1查得,20g钢板在tbi=220@时的基本许用应力
(公式见1348页)
由表3查得,对于烟管管板,修正系数
η=0.85
按式(1),许用应力
(公式见1348页)
e.计算管板壁厚
dj=350mm部位:
由表8查得,不与火焰接触时,支点线的系数K1=0.37,角撑板的系数K2=0.43按6.2.6款,系数
公式见1348页
按式(43)最小需要壁厚
公式见1348页
dj=420mm部位:
由表8查得,不与火焰接触时,支点线的系数K1=0.37,管束中最外拉撑管的系数K3=0.46按6.2.6款,系数
公式见1348页
按式(43),最小需要壁厚
公式见1349页
dj=440mm包含人孔部位:
由表9查得,无拉撑时,系数
C=1.64
由表1查得,20g钢板在20@时的抗拉强度
公式见1349页
按式(45),最小需要壁厚
式中:公式见1349页
烟管管束区域:
按6.3.2款,假想圆直径
由表10查得,系数
K=0.33
(前管板不与火焰接触).
按式(43),最小需要壁厚
公式见1350页
宽水空间区:
按6.2.3款,假想圆直径
由表8查得,不与火焰接触管束中最外的拉撑管系数
K=0.46
按式(43),最小需要壁厚
公式见1350页
由以上计算可知,Smin的最大值为16.9mm,故取用壁厚为
S=18mm
它满足了6.3.5款关于胀接管子直径d〉51mm时,S不小于14mm的要求.
6.检查孔加强计算
按10.5条及按式(41),加强圈高度
图A3所示结构h=98mm,满足上式要求.
公式见1351页
按10.5条及5.3.7款,加强圈的厚度
公式见1351页
且不小于19mm.图A3所示结构S1=20mm,故满足要求.
A.1.3 例题3
试设计例题2所示前管板(图A3)的角撑板与拉撑管.
〖解〗
a.选材料
角撑板选用20g钢板,拉撑管选用20号无缝钢管.
b.确定许用应力
由表4查得,角撑板(不受热的元件),计算壁温
tbi=tb=170@
对于拉撑管,计算壁温
tbi=tb+25=170+25=195@
按2.3.4款,当tbi〈200@时,实取计算壁温
tbi=200@
由表1查得,20g钢板与20号钢管在tbi=200@的基本许用应力
公式见1352页
由表3查得,角撑板和拉撑管的修正系数
公式见1352页η=0.55
按式(1),许用应力(公式见1352页)
c.确定支撑面积
按图23,支点线与锅壳内壁的距离取r=50mm与2.5S=2.5*18=45mm中较小值,故取45mm(见图A3).
按7.3条,根据图形算出角撑板①与②所支撑的面积分别为
A1=1300cm,A2=730cm
拉撑管所支撑的最大面积为
d.确定角撑板与拉撑管的最小需要截面积
按7.6.1款和式(58),角撑板①的最小需要截面积
公式见1352页
(角撑板与管板的夹角a=60°)
角撑板②的最小需要截面积
公式见1353页
按式(55),拉撑管的最小需要截面积