锅炉原理 教学课件 作者 张力 锅炉原理-14.ppt

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1、第14章锅炉用钢与强度计算14.1锅炉用钢1.锅炉钢材的分类（1）按冶炼方法钢材按冶炼过程中脱氧深度的不同，可分为镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。（2）按化学成分钢材依化学成分的不同，分为碳钢和合金钢两大类。（3）按钢材质量按照钢材质量的优劣，锅炉钢材可分为普通钢和优质钢。这二类钢材的主要区别在于有害杂质硫(S)、磷(P)的含量上。2.锅炉用钢的选用要求(1)强度锅炉钢材应具有较高的强度，以免压力高时壁厚过大，给制造工艺带来困难，也使重量明显增加。(2)韧性若无足够的韧性，锅炉受压元件有可能在低于屈服极限的工作应力下产生脆性破坏。(3)工艺性能目前锅炉受压元件都需采用卷板(锅筒)、弯管(管子)、焊接

2、等工艺制造，要求锅炉钢材有良好的延展性、可焊性等工艺性能。因此，锅炉受压元件皆采用塑性好的低碳钢或者低合金钢制作，并规定延伸率不得低于16%。(4)高温性能过热器受热面管、过热蒸汽管道及集箱是在金属温度较高下工作的受压元件，所用钢材应具有足够的持久强度和较强的抗氧化能力，以避免过快的蠕变速度使元件丧失其强度。(5)抗疲劳性工业锅炉不仅经常启动和停炉，而且既使在连续运行中负荷不稳定时，压力、温度变化的幅度也是较大的。因此，要求锅炉钢材在交变的应力、温度下长期工作时，能保持足够的机械性能而不致发生疲劳破坏。3.锅炉常用钢材锅炉受压元件所用钢材，应符合国家标准(GB)和冶金部标准(YB)，并在规定的

3、范围内使用。不允许随意选用一般钢材制造锅炉。常用的锅炉钢板材料见表14-1，钢管材料见表14-2。锅炉受压元件用钢板材料表14-1钢的种类钢号技术标准适用范围工作压力（MPa）≤壁温（℃）≤碳钢Q245RGB7135.88450低合金钢12Mng400Q345R14MnMoVg锅炉受压元件用钢管材料表14-2钢的种类钢号技术标准适用范围用途工作压力（MPa）壁温（oC）≤碳钢10、20GB3087受热面管子≤5.88480集箱、蒸汽管道≤5.8843020G集箱、蒸汽管道受热面管子不限480集箱、蒸汽管道430低合金钢15CrMo受热面管子56055012Cr1MoV受热面管子580565铁素

4、体钢P91/T91ASMESA335受热面管子不限620集箱、蒸汽管道600P92/T92ASMESA335受热面管子不限650集箱、蒸汽管道62014.2强度计算14.2.1圆筒形元件的应力分析和第三强度理论1.圆筒形元件的应力分析圆筒形元件在受力后主要产生两种变形，即轴向的伸长及圆筒直径的胀大。存在着三种应力：切向应力(或环向应力)、轴向应力及径向应力，如图14-1所示。图14-1计算切向应力图14-2计算切向应力的分离体的分离MPa（14-1a）为了求出切向应力，可用一通过且平行于轴线的纵向截面将圆筒截开如图14-2所示。所截取的分离体将在介质压力和由切向应力所组成的内力作用下平衡，当壁

5、厚很薄时，可认为切向应力沿壁厚S均匀分布，由分离体力的平衡可知：为了求出轴向应力，可用一垂直于轴线的假想截面将圆筒截开，如图14-3所示。所截取的分离体将在介质压力和由轴向应力所组成的内力作用下平衡，即：MPa（14-1b）图14-3计算轴向应力的分离体圆筒形元件仅受到内部介质压力P的作用，故内壁径向应力的大小和压力P相等，作用于外壁的压力为零，故外壁的径向应力为零。取平均径向应力等于内壁介质压力的一半，即：（14-1c）因为压应力，故式(14-1c)中有一负号。对于一承受内压的薄壁圆筒形元件来说，切向应力(环向应力)是主要的，它的大小等于轴向应力的二倍，即2.第三强度理论简介最大剪应力理论认

6、为材料发生塑性流动或剪断是由于载荷在危险点处所产生的最大剪应力到达某一数值而引起的，即：（14-2a）在锅炉中圆筒形元件在介质内压力作用下，壁内各点沿切向、轴向和径向分别存在着三个主应力、和，即通常所称的三向应力状态。令，最大正应力，最小正应力，而最大剪应力（14-2b）考虑一定的安全系数后，按照最大剪应力强度理论建立起来的强度条件为：（14-3a）将式(14-2b)及代入式(14-3a)中，得到第三强度将式(14-1a)及(14-1c)代入式(14-3b)中，可得无减弱圆筒形元件筒身部分厚度的计算公式：mm（14-4a）理论的强度条件为：（14-3b）3.锅炉钢材的许用应力与安全系数规定用以

7、确定受压元件在工作条件下所允许的最小壁厚及最大承受压力时的应力叫做许用应力，用符号来表示。对于锅炉受压元件来说，材料的许用应力(14-5)——基本许用应力，Mpa，按下述三个公式计算，并取其中的最小值：（14-6a）（14-6b）（14-6c）基本许用应力的修正系数表14-3元件型式和工作条件锅筒筒体和集箱：1.无孔和有焊接管孔、翻边管孔（1）不受热（在烟道外或可靠绝热）（2）受热2.有非焊接管孔