DHFS7551129450150吊杆强度计算要点.docx
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DHFS7551129450150吊杆强度计算要点
DHFS75-5.29-450-150
循环流化床高效洁净燃烧锅炉
吊杆强度计算书
编制：
校对：
审核：
王爽
江苏大学
二○一三年六月
目录
一、锅炉规范1
二、吊杆强度计算1
2.1锅筒U形吊杆1
2.1.1吊杆设计参数1
2.1.2吊杆载荷1
2.1.3吊杆强度校核2
2.2集箱水冷壁吊杆2
2.2.1吊杆设计参数2
2.2.2吊杆载荷3
2.2.3吊杆强度校核3
2.2.4各集箱水冷壁吊杆计算汇总3
三、吊杆相关强度计算4
3.1吊杆吊板4
3.1.1吊板设计参数4
3.1.2吊板强度校核5
3.1.3各吊杆吊板计算汇总5
3.2吊杆端部连接吊耳5
3.2.1吊耳设计参数5
3.2.2吊耳强度校核6
3.2.3各吊杆端部连接吊耳计算汇总6
3.3吊耳焊缝6
3.3.1吊耳焊缝设计参数6
3.3.2吊耳焊缝强度校核7
3.3.3各吊耳焊缝计算汇总7
四、水冷壁吊耳相关强度计算7
4.1水冷壁吊耳7
4.1.1吊耳设计参数7
4.1.2吊耳强度校核8
4.1.3各水冷壁吊耳计算汇总8
4.2水冷壁吊耳焊缝8
4.2.1吊耳焊缝设计参数8
4.2.2吊耳焊缝强度校核9
4.2.3各水冷壁吊耳焊缝计算汇总9
五、销栓强度计算9
5.1销栓设计参数9
5.2销栓强度校核10
5.3各销栓计算汇总10
序号
名称
符号
单位
计算公式或来源
结果
一、锅炉规范及锅筒、集箱强度计算
1
额定工作压力
Pe
MPa
设计参数,表压
5.29
2
最大流量时锅筒至锅炉出口压力降
ΔPz
MPa
取过热器阻力为0.1Pe
0.529
3
液柱静压力
ΔPsz
MPa
无
0
4
锅筒工作压力
Pg
MPa
Pg=Pe+ΔPz+ΔPsz
5.819
5
安全阀始启压力与额定压力差
ΔPa
MPa
取为0.04Pe
0.2116
6
锅筒计算压力
P
MPa
P=Pg+ΔPa
6.0306
7
锅筒筒体材料
取用
20g
8
锅筒介质饱和温度
tb
℃
按P+0.1查汽水性质表
277.032
9
集箱工作压力
Pg
MPa
取同锅筒筒体
5.819
10
安全阀始启压力与额定压力差
ΔPa
MPa
Pe>3.82MPa,取为0.05Pe
0.2645
11
集箱计算压力
P
MPa
P=Pg+ΔPa
6.0835
12
集箱材料
取用
20g
13
集箱工作温度
tj
℃
介质为饱和蒸汽,按P+0.1查汽水性质表
277.597
二、吊杆强度计算
2.1锅筒U形吊杆
2.1.1吊杆设计参数
1
吊杆圆钢公称直径
db
mm
结构参数
70
2
吊杆数量
n
设计选用
2
3
材料
设计选用
20（GB699）
4
炉顶环境温度
ta
℃
锅筒无密封罩壳
100
5
锅筒介质温度
tf
℃
取强度计算数值,锅筒工作压力下的介质饱和温度
278.85
6
螺纹端吊杆计算温度
tl
℃
取20℃
20
7
吊杆计算温度
t
℃
t=（tf+tl）/2
149.425
8
吊杆设计温度
ts
℃
取值大于吊杆计算温度
300
9
吊杆许用拉应力
[σ]
N/mm2
按设计温度300℃,查附表A2
96
2.1.2吊杆载荷
10
锅筒、锅内及下降管重量
t
27.0
11
锅筒内部管路重
t
1.0
12
锅筒保温及护板重
t
3.0
13
锅筒及下降管介质重
t
16.0
14
吊杆自重
t
0.65
15
永久载荷
F1
N
F1=1000
9.8（27.0+1.0+3.0+16.0+0.65）
466970
16
荷载统计修正系数
η1
对锅筒吊杆装置
1.10
17
荷载分配不均匀系数
η2
对锅筒单U形吊杆
1.00
18
计算荷载修正系数
η
η=η1η2
1.10
19
吊杆总载荷
F
N
F=ηF1
513667
20
每根吊杆计算载荷
Fc
N
Fc=F/（2n）
128416.75
2.1.3吊杆强度校核
21
线膨胀系数
α
mm/（mm·℃）
按额定工况介质温度,查附表A8
12.60×10-6
22
温升
Δt
℃
Δt=t-20
258.85
23
吊点至锅筒对称中心线的距离
l1
mm
结构设计参数
2900
24
吊点在x方向的位移（锅筒中心线方向）
Δx
mm
Δx=l1αΔt
9.46
25
锅筒轴线至锅炉膨胀中心的水平距离
l2
mm
取为炉膛中心线至锅筒轴线的水平距离
4470
26
吊点在y方向的位移
Δy
mm
Δy=l2αΔt
14.58
27
合位移
Δ
mm
Δ=（Δx2+Δy2）0.5
17.38
28
螺纹公称直径
d
mm
结构参数
68
29
螺距
p
mm
结构参数
4
30
螺纹有效直径
de
mm
de=d-0.9382p
64.25
31
吊杆螺纹端计算截面积
As
mm2
As=πde2/4
3241.89
32
吊杆螺纹端拉应力
σt,s,U
N/mm2
σt,s,U=Fc/As
39.61
33
吊杆螺纹端弯矩
Ms,U
N·mm
Ms,U=FcΔ/2
1115941.56
34
吊杆螺纹端截面系数
Ws
mm3
Ws=πde3/32
26035.30
35
吊杆螺纹端弯曲应力
σM,s,U
N/mm2
σM,s,U=Ms,U/Ws
42.86
36
吊杆锅筒端拉应力
σt,d,U
N/mm2
σt,d,U=4Fc/（πdb2）
33.38
37
吊杆圆钢端弯矩
Md,U
N·mm
Md,U=FcΔ/2
1115941.56
38
吊杆圆钢端截面系数
Wb
mm3
Wb=πdb3/32
33656.88
39
吊杆圆钢端弯曲应力
σM,d,U
N/mm2
σM,d,U=Md,U/Wb
33.16
结论
U形吊杆螺纹端应力满足σt,s,U≤[σ],1.67σt,s,U+σM,s,U≤1.25[σ],以及吊杆圆钢端应力满足σt,d,U≤[σ],1.67σt,d,U+σM,d,U≤1.67[σ],所以U形吊杆强度合格
2.2集箱水冷壁吊杆
2.2.1吊杆设计参数
1
吊杆圆钢公称直径
db
mm
结构参数
2
吊杆数量
n
设计选用
3
材料
设计选用
4
吊杆计算长度
lha
mm
结构参数
5
炉顶环境温度
ta
℃
集箱密封罩壳外,取100℃
6
集箱介质温度
tf
℃
取强度计算数值,该集箱工作温度278.85℃
7
计算温度附加值
Δt
℃
查表6-2,炉膛上部炉顶时,Δt取40~50℃
8
吊杆计算温度
t
℃
tf>ta,故查表6-1,通过绝热管束靠近集箱管束或连接管时,t=tf-100+Δt
9
弹性模量
E
N/mm2
查附表A5
10
吊杆许用拉应力
[σ]
N/mm2
查附表A2
2.2.2吊杆载荷
11
吊杆承重的炉膛水冷壁
t
12
炉内绝热层和门类重量
t
13
集箱水冷壁内部管路重
t
14
炉膛保温及护板重
t
15
炉膛异型砖重量
t
16
集箱水冷壁介质重
t
17
钢性梁重量以及吊杆自重
t
18
燃烧装置以及绝热层重量
t
19
二次风管路重量
t
布置在炉膛左右两侧墙上
20
点火燃烧器
t
布置在炉膛后墙上
21
永久载荷
F1
N
22
偶然载荷
F2
N
23
荷载统计修正系数
η1
对普通吊杆装置
24
荷载分配不均匀系数
η2
对膜式壁管屏集箱
25
计算荷载修正系数
η
η=η1η2
26
吊杆总载荷
F
N
F=ηF1
27
每根吊杆计算载荷
Fc
N
Fc=F/n
2.2.3吊杆强度校核
28
吊点在x方向的位移
Δx
mm
29
吊点在y方向的位移
Δy
mm
30
合位移
Δ
mm
Δ=（Δx2+Δy2）0.5
31
螺纹公称直径
d
mm
结构参数
32
螺距
p
mm
结构参数
33
螺纹有效直径
de
mm
de=d-0.9382p
34
吊杆螺纹端计算截面积
As
mm2
As=πde2/4
35
吊杆螺纹端拉应力
σt,s
N/mm2
σt,s=Fc/As
36
吊杆圆钢端拉应力
σt,b
N/mm2
σt,b=4Fc/（πdb2）
37
吊杆圆钢端弯曲应力
σM,b
N/mm2
σM,b=3dbEΔ/lha2
38
组合应力系数
K
查表17,按碳钢计算温度<340℃,得K≤1.67,K取为1.67
结论
判断应力是否满足σt,s≤[σ],σt,b≤[σ],以及σt,b+σM,b≤K[σ]
2.2.4各集箱水冷壁吊杆计算汇总
序号
名称
前墙水冷壁
前上集箱
中上集箱
后墙水冷壁
后上集箱
左侧、右侧上集箱
1
吊杆圆钢公称直径
58
50
50
50
58
58
2
吊杆数量
5
5
5
5
5
5
3
材料
20（GB699）
20（GB699）
20（GB699）
20（GB699）
20（GB699）
20（GB699）
4
吊杆计算长度
6207
5727
5727
4174
5727
4785
5
炉顶环境温度
100
100
100
100
100
100
6
集箱介质温度
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
7
计算温度附加值
50
50
50
50
50
50
8
吊杆计算温度
228.85
228.85
228.85
228.85
228.85
228.85
9
弹性模量
166000
166000
166000
166000
166000
166000
10
吊杆许用拉应力
110
110
110
110
110
110
11
吊杆承重的炉膛水冷壁（含介质重）
21.1
5.28
5.28
10.55
10.55
26.88
12
炉内绝热层和门类重量
16.40
5.0
0
2.5
2.5
15.0
13
集箱内部管路重（含介质重）
1.0
0.5
0.5
0.5
0.5
1.0
14
炉膛保温及护板重
17.0
4.0
0
0
18.0
18.0
15
炉膛异型砖重量
0
0
16.0
8.0
8.0
0
16
钢性梁重量以及吊杆自重
1.7
0.6
0.6
0.48
0.6
1.7
17
燃烧装置以及绝热层重量
2.5
0
0
0
2.5
2.5
18
二次风管路重量
0
0
0
0
1.0
1.0
19
点火燃烧器
0
0
0
0
2.0
0
20
永久载荷
585060
150724
219324
215894
447370
647584
21
荷载统计修正系数
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
22
荷载分配不均匀系数
1.20
1.20
1.20
1.20
1.20
1.20
23
计算荷载修正系数
1.26
1.26
1.26
1.26
1.26
1.26
24
吊杆总载荷
737175.6
189912.2
276348.2
272026.4
563686.2
815955.8
25
每根吊杆计算载荷
147435.1
37982.4
55269.6
54405.3
112737.2
163191.2
26
吊点在x方向的位移
4
4
4
4
4
4
27
吊点在y方向的位移
4
4
4
4
4
4
28
合位移
5.66
5.66
5.66
5.66
5.66
5.66
29
螺纹公称直径
56
48
48
48
56
56
30
螺距
4
4
4
4
4
4
31
螺纹有效直径
52.25
44.25
44.25
44.25
52.25
52.25
32
吊杆螺纹端计算截面积
2143.10
1537.08
1537.08
1537.08
2143.10
2143.10
33
吊杆螺纹端拉应力
68.80
24.71
35.96
35.40
52.60
76.15
34
吊杆圆钢端拉应力
55.83
19.35
28.16
27.72
42.69
61.80
35
吊杆圆钢端弯曲应力
4.24
4.30
4.30
8.09
4.98
7.14
36
组合应力系数
1.67
1.67
1.67
1.67
1.67
1.67
37
σt,b+σM,b
60.07
23.65
32.46
35.81
47.67
68.94
38
K[σ]
183.7
183.7
183.7
183.7
183.7
183.7
结论
以上应力满足σt,s≤[σ],σt,b≤[σ],以及σt,b+σM,b≤K[σ],所以各集箱水冷壁吊杆强度合格
三、吊杆相关强度计算
3.1吊杆吊板
3.1.1吊板设计参数
1
吊板类型
吊杆上为双吊板
2
材料
设计选用
3
吊板宽度
bc
mm
结构参数
4
吊板厚度
δc
mm
结构参数
5
孔径
dh
mm
结构参数
6
销轴直径
dp
mm
结构参数
7
计算载荷
Fc
N
取对应吊杆的计算载荷
8
炉顶环境温度
ta
℃
集箱密封罩壳外,取100℃
9
集箱介质温度
tf
℃
取强度计算数值,该集箱工作温度278.85℃
10
吊板计算温度
ti,e
℃
位于保温层表面,ti,e=（ta+tf）/2
11
吊板许用拉应力
[σ]
N/mm2
查附表A2
3.1.2吊板强度校核
12
吊板计算载荷
Fc,c
N
吊板个数为2,Fc,c=Fc/2
14
吊板的拉应力
σt,c
N/mm2
σt,c=Fc,c/（δc（bc-dh））
15
销轴对孔的支撑应力
σe,h
N/mm2
σe,h=Fc,c/（δcdp）
结论
判断吊杆吊板的应力是否满足σt,c≤0.75[σ],以及σe,h≤1.20[σ]
3.1.3各吊杆吊板计算汇总
序号
名称
前墙水冷壁
前上集箱
中上集箱
后墙水冷壁
后上集箱
左侧、右侧上集箱
1
材料
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
2
吊板宽度
160
160
160
160
160
160
3
吊板厚度
20
20
20
20
20
20
4
孔径
56
51
51
51
56
56
5
销轴直径
55
50
50
50
55
55
6
计算载荷
147435.1
37982.4
55269.6
54405.3
112737.2
163191.2
7
炉顶环境温度
100
100
100
100
100
100
8
集箱介质温度
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
9
吊板计算温度
189.425
189.425
189.425
189.425
189.425
189.425
10
吊板许用拉应力
110
110
110
110
110
110
11
吊板计算载荷
73717.56
18991.22
27634.82
27202.64
56368.62
81595.58
12
吊板的拉应力
35.44
8.79
12.79
12.59
27.10
39.23
13
销轴对孔的支撑应力
67.02
18.99
27.63
27.20
51.24
74.18
14
0.75[σ]
82.5
82.5
82.5
82.5
82.5
82.5
15
1.20[σ]
132
132
132
132
132
132
结论
吊杆吊板的应力满足σt,c≤0.75[σ],以及σe,h≤1.20[σ],所以各吊杆吊板强度合格
3.2吊杆端部连接吊耳
3.2.1吊耳设计参数
1
吊耳类型
集箱上为单个方角环向吊耳
2
材料
设计选用
3
吊耳宽度
b1
mm
结构参数,取同吊杆吊板宽度
4
吊耳厚度
δ1
mm
结构参数
5
孔径
dh
mm
结构参数
6
销轴直径
dp
mm
结构参数
7
计算载荷
Fc
N
取对应吊杆的计算载荷
8
介质温度
tf
℃
取强度计算数值,该集箱或水冷壁的工作温度278.85℃
9
吊耳计算温度
ti,e
℃
根据6.5.6条确定
10
吊耳许用拉应力
[σ]
N/mm2
查附表A2
3.2.2吊耳强度校核
11
吊耳计算载荷
Fc,1
N
Fc,1=Fc
12
吊耳的理论计算宽度
b1,r
mm
b1,r=Fc,1/（0.75δ1[σ]）+dh
13
销轴对孔的支撑应力
σb,h
N/mm2
σb,h=Fc,1/（δ1dp）
结论
判断集箱吊耳的宽度是否满足b1≥b1,r,以及应力是否满足σb,h≤1.20[σ]
3.2.3各吊杆端部连接吊耳计算汇总
序号
名称
前墙水冷壁工字钢吊耳
前上集箱
上集箱
后墙水冷壁工字钢吊耳
后上集箱
左侧、右侧上集箱
1
材料
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
2
吊耳宽度
240
160
160
240
160
160
3
吊耳厚度
30
30
30
30
30
30
4
孔径
56
51
51
51
56
56
5
销轴直径
55
50
50
50
55
55
6
计算载荷
147435.1
37982.4
55269.6
54405.3
112737.2
163191.2
7
介质温度
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
8
吊耳计算温度
189.425
278.85
278.85
189.425
278.85
278.85
9
吊耳许用拉应力
110
99
99
110
99
99
10
吊耳计算载荷
147435.1
37982.4
55269.6
54405.3
112737.2
163191.2
11
吊耳的理论计算宽度
115.57
68.05
75.81
72.98
106.61
129.26
12
销轴对孔的支撑应力
89.35
25.32
36.85
36.27
68.33
98.90
13
1.20[σ]
132
118.8
118.8
132
118.8
118.8
结论
集箱吊耳的宽度满足b1≥b1,r,以及应力满足σb,h≤1.20[σ],所以各集箱吊板强度合格
3.3吊耳焊缝
3.3.1吊耳焊缝设计参数
1
吊耳类型
方角环向吊耳
2
材料
设计选用
3
吊耳宽度
b1
mm
结构参数
4
吊耳厚度
δ1
mm
结构参数
5
计算载荷
Fc
N
取对应吊杆的计算载荷
6
介质温度
tf
℃
取强度计算数值,该集箱或水冷壁的工作温度278.85℃
7
吊耳计算温度
ti
℃
根据6.5.6条确定
8
吊耳许用拉应力
[σ]
N/mm2
查附表A2
3.3.2吊耳焊缝强度校核
9
吊耳计算载荷
Fc,1
N
Fc,1=Fc
10
焊缝许用剪切应力
[σ]u
N/mm2
[σ]u=0.6[σ]
11
实际焊缝尺寸
H
mm
12
焊缝实际剪切应力
σu
N/mm2
σu=Fc,1/（2b1H）,前墙水冷壁连接吊耳为伸入3个吊板各100mm的焊接形式,b1取为3×100=300mm
结论
判断吊耳焊缝剪切应力是否满足σu<[σ]u
3.3.3各吊耳焊缝计算汇总
序号
名称
前墙水冷壁连接吊耳
前上集箱
中上集箱
后墙水冷壁工字钢吊耳
后上集箱
左侧、右侧上集箱
1
材料
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
20（GB711）
2
吊耳宽度
240
160
160
240
160
160
3
吊耳厚度
30
30
30
30
30
30
4
计算载荷
147435.1
37982.4
55269.6
54405.3
112737.2
163191.2
5
介质温度
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
278.85
6
吊
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