吊杆的材料选用和尺寸计算.pdf

第 37 卷第 4期 2006 年 7 月 锅 炉 技 术 BOILER TECHNOLOGY Vol 37 No 4 Jul 2006 收稿日期 20060224 作者简介 刘彩华 1972 女 工程师 1994 年毕业于华东理工大学 主要从事锅炉设计和制造标准化工作 文章编号 CN311508 2006 04003104 吊杆的材料选用和尺寸计算 刘彩华 上海锅炉厂有限公司 上海 200245 关键词 吊杆 材料选用 尺寸计算 摘 要 对上海锅炉厂有限公司锅炉吊杆的材料选用和尺寸计算作了简单介绍 针对原吊杆尺寸计算中材 料许用应力的选取已不适应当前材料许用应力的确定准则 安全系数已被修改的状况 通过调整吊杆计算 标准中的许用应力以及螺纹端计算截面积来减小吊杆的尺寸规格 中图分类号 TK223 1 文献标识码 A 1 前 言 吊杆设计在整个锅炉设计中占据相当重要 的位置 电站锅炉多为悬吊式结构 其支吊装置 一般由吊杆 吊板 吊攀 销轴 螺母和垫圈等零 件组成 上海锅炉厂有限公司所选用的支吊装置 的主要结构型式如图 1 所示 支吊装置中最主 1 双头螺栓吊杆 2 吊杆螺母 3 吊攀 4 单头螺栓吊杆 5 吊夹 图 1 吊杆装置型式 要的零件 吊杆是重要受力件 在公司锅炉产品 重要性类别中被划分为 A 级产品 上海锅炉厂有 限公司将锅炉的主要部组件包括零件根据其质 量特性的重要性程度分为 3 个等级 其中 A 级为 最高级 其重要程度与受压件相当 因此 分析 和研究吊杆的材料选用和强度计算对合理选用 吊杆材料和计算吊杆尺寸有着重要的意义 2 吊杆的材料选用和强度计算原则 2 1 吊杆的材料选用原则 吊杆材料的选用一般由吊杆的计算温度来确 定 计算温度较高时应考虑材料的高温性能 上海 锅炉厂有限公司常规锅炉吊杆材料的选用通常如 表1 所示 表 1 上海锅炉厂有限公司常规锅炉 吊杆材料的选用 钢的种类牌 号最高许用壁温 碳钢20 430 低合金钢12Cr1MoV 565 2 2 吊杆的强度计算原则 吊杆的强度计算应按下列公式进行 2 2 1 因承受拉伸载荷引起的拉应力 1 螺纹端 t s Fe A s A s 4 de 2 2 圆钢端 t b Fe Ab A b 4 db2 式中 t s 吊杆螺纹端拉应力 N mm2 锅 炉 技 术 第 37 卷 t b 吊杆圆钢端拉应力 N mm2 吊杆材料在计算温度下的许用应 力 N mm 2 Fe 吊杆的计算载荷 N A s 螺纹端计算截面积 mm 2 A b 圆钢端计算截面积 mm 2 de 螺纹有效直径 mm db 圆钢公称直径 mm 2 2 2 因热膨胀或预位移引起的弯曲应力 1 螺纹端 M s Ms Ws 2 圆钢端 M b Mb Wb 式中 M s 吊杆螺纹端弯曲应力 N mm2 M b 吊杆圆钢端弯曲应力 N mm2 Ms 吊杆螺纹端弯矩 N mm Mb 吊杆圆钢端弯矩 N mm Ws 吊杆螺纹端截面系数 mm3 Wb 吊杆圆钢端截面系数 mm 3 2 2 3 当吊杆承受弯曲应力时 除按 2 2 1 中的 公式校核吊杆的拉应力外 还应校核吊杆的组合 应力 应符合如下公式 t b M b K 式中 K 组合应力系数 当不计热膨胀弯曲应 力时 K 1 由于吊杆设计时往往已给予吊杆热膨胀和 预位移足够的空间 因此大多数场合下 可不计 热弯曲应力 上海锅炉厂有限公司设计的吊杆 形式通常为在圆钢的一端或两端车制螺纹 圆钢 端的计算截面积 Ab 要大于螺纹端的计算截面积 As 所以 对吊杆的强度计算可简化为对其螺纹 端的拉应力计算 由吊杆螺纹端承受的拉应力 公式 t s Fe A s A s 4 de2可知 对应于一定 的载荷 影响吊杆规格尺寸的因素有两个 许用 应力 和螺纹端计算截面积 As 的选取 3 吊杆尺寸计算标准 3 1 原吊杆尺寸计算标准 上海锅炉厂有限公司的吊杆尺寸是按原 CE 公司 美国燃烧工程公司 引进技术中吊杆设计 标准来计算的 在计算过程中 根据 CE 公司吊 杆设计准则并结合国产吊杆材料 20 12Cr1MoV 的性能特 性 将其许 用应力 转化 成遵循 ASME 标准体系的许用应力值 同时考虑到螺纹 部分由于应力集中引起强度削弱的原因 参照美 国 MSS SP 58 管道吊架和支架 材料 设计 和制造 的规定 对该许用应力值降低 25 而 螺纹端计算截面积 A s 则按 CE 公司吊杆设计标 准中的公式 de d 1 299 A s 4 d 1 299p 2 式中 d 螺纹公称直径 p 螺距 mm 由于引进初期 20 12Cr1MoV 钢的性能数 据积累还不多 为安全起见 有关专家在转化过 程中人为的 较大幅度地降低了 20 12Cr1MoV 的许用应力 但是 经历了近 20 年大量试验数 据的积累和按 GB 和 JB 标准中应力数值计算的 中国钢号在电站锅炉中的成功应用 已充分证明 了 20 12Cr1MoV 等钢号性能数据的可靠性 另 外 ASME 规范自 1998 年版规范 A99 增补起确 定许用应力的准则有了重大变更 以抗拉强度为 基础计算许用应力的安全系数从 4 降为 3 5 原 吊杆计算中经转化的遵循 ASME 标准体系的 20 12Cr1MoV 的许用应力值实际已无效 因 此 国内钢号的许用应力已没有必要再按原转化 的许用应力值选取 3 2 新吊杆尺寸计算标准 由于上述原因 上海锅炉厂有限公司对吊杆 尺寸计算中许用应力的选取进行了调整 将 20 12Cr1MoV 的许用应力值由原经转化的遵循 ASME 标准体系的应力值改为按JB T 6735 93 锅炉吊杆强度计算方法 中的许用应力值选取 即提高了原来偏于保守的许用应力值 另外 对 于螺纹端计算截面积 As 也按 JB T 6735 93 中 的计算公式 de d 0 938 2p A s 4 d 0 938 2p 2 进行计算 而原先采用的 CE 公司吊 杆设计标准中的公式为 de d 1 299p As 4 d 1 299p 2 相对 JB T 6735 93 而言也显得 比较保守 在第 2 章中已说到许用应力 和螺 纹端计算截面积 As 的选取为影响吊杆规格尺寸 的 2 个因素 因此综上分析可见 按 JB T 6735 93 对吊杆进行计算将达到优化吊杆尺寸的结果 3 3 新吊杆计算标准的作用 由于按 JB T 6735 93的规定 20 12Cr1MoV 在相同计算温度下的许用应力值均比原经转化 的许用应力值高 再加上相同螺纹直径计算截 32 第 4 期刘彩华 吊杆的材料选用和尺寸计算 面积 A s 的合理增大 因此对于确定的材料在相 同的计算温度和负载情况下可减小吊杆的直径 按 JB T 6735 93 和原 CE 标准计算的吊杆螺 纹截面的最大允许拉伸载荷值见表 2 和表 3 这就为减小吊杆的尺寸规格提供了重要的理论 依据 表 2 按 JB T 6735 93 标准计算吊杆螺纹截面的最大允许拉伸载荷N 材料 设计 温度 许用 应力 N mm 2 吊杆螺纹代号 螺纹根部截面面积 M20 245 M27 459 M30 3 580 M36 3 865 M42 3 1 206 M45 3 1398 M52 3 1 900 M56 3 2 222 M64 3 2940 M68 3 3 337 M72 3 3 759 M76 3 4207 M85 3 5 305 20 碳钢 3508520807390494933873520 102508 118805 161503 188840 249922 283667 319549 357567 450919 400751836034455435336487090448 104828 142503 166623 220519 250295 281955 315500 397869 41068166463124039470588168200695044 129203 151072 199938 226934 255639 286054 360735 42061149322802435407527617356485260 115902 135520 179356 203573 229324 256607 323600 43054132192480831344467076512375476 102602 119969 158774 180212 203008 227160 286466 4404811750220512786141517578876709091202 106639 141132 160189 180451 201920 254636 12Cr1 MoV 合金钢 300 350128313345880474297 110712 154365 178906 243205 284371 376353 427170 481203 538454 679030 400121296205558870234 104657 145923 169122 229905 268819 355771 403809 454888 509007 641896 45011528151528326675199468 138687 160736 218504 255489 338130 383785 432331 483767 610066 50010625948486976152791683 127833 148156 201404 235494 311667 353750 398497 445907 562322 5208821542404285107976114 106126 122998 167203 195505 258743 293679 330827 370187 466833 54069168913169940051596818321296441 131103 153294 202878 230271 259399 290260 366040 56058141982664633666501666994781067 110202 128855 170535 193561 218045 243987 307686 注 螺纹根部面积 S 4 d 0 932 8p 2 mm2 式中 d 螺纹大径 mm p 螺距 mm 表 3 按原 CE标准计算吊杆螺纹截面的最大允许拉伸载荷N 材料 设计 温度 许用 应力 N mm 2 吊杆螺纹代号 螺纹根部截面面积 M20 220 M27 419 M30 3 535 M36 3 809 M42 3 1 140 M45 3 1327 M52 3 1 817 M56 3 2 132 M64 3 2837 M68 3 3 227 M72 3 3 643 M76 3 4083 M85 3 5 166 20 碳钢 35077 181698332340412876243687984 102410 140228 164542 218942 249047 281152 315109 398684 40066 89147202802835780541067625488759 121530 142600 189757 215835 243657 273087 345528 41063 21139062648933820511367205983878114856 134760 179330 203977 230271 258083 326546 42058 8129362463731458475696703278028 106840 125362 166816 189748 214208 240080 303761 43054 3911966227852909644002620057217798823 115963 154301 175518 198146 216198 280976 44048 5110672203252595039249553016437688141 103419 137621 156545 176723 198068 250606 12Cr1 MoV 合金钢 300 350 80 851778733879432576540592169 107290 146902 172372 229369 260905 294539 330113 417676 40078 651730732948420716362289660 104360 142894 167668 223117 253791 286503 321107 406279 45075164933140940111606528546699490 136220 159838 212689 236053 273116 306103 387296 50067 62148762762636182547047708789729 122863 144168 191835 218207 246343 276095 349321 52057 33126132366730674463836535676077 104164 122226 162641 185004 208858 234083 296166 54047 7810515200212555838651544686339686808 101861 135534 154174 174048 195069 246803 56037 93834015896202863068443238503236891480860 107594 122382 138160 154850 195922 注 螺纹根部面积 S 4 d 1 299p 2 mm2 式中 d 螺纹大径 mm p 螺距 mm 参考文献 1 JB T 6735 93 锅炉吊杆强度计算方法 S 2 MSS SP 58 管道吊架和支架 材料 设计和制造 美国阀门 和配件工业制造标准化学会 S 1993 3 CE Standard NO 12 77 2 Hanger Rods SI Units S CE Combustion Engineering INC Mechanical Design Standard Dept 8107 33 锅 炉 技 术 第 37 卷 The Material Selection and Dimension Calculation of Hanger Rods LIU Ca i hua Shanghai Boiler Works Ltd Shanghai 200245 China Key w ords hanger rod material selection dimension calculation Abst ract T his paper gives a general introduction of material selection and dimension calcu lation of hanger rods in Shanghai Boiler Works Ltd Considering that the selection of material allowable stress in dimension calculation for hanger rods in former standard is no longer suit able for the current determination principle of the material allowable stress the safety factor has been modified we can reduce the hanger rod size by adjusting the allowable stress and the section area of the screw thread end in standard 上接第 14 页 的不断下降 灰分分额的增加 锅炉的泄漏爆管的 潜在因素也会随之增加 我们决不可等闲视之 需 要高度重视加强锅炉防磨防爆工作研究 不断地掌 握新情况 研究新问题 准确地把握泄漏爆管规律 千方百计地有效控制和减少锅炉泄漏 参考文献 1 刘玉铭 锅炉技术问答 M 北京 中国电力出版社 1994 2 朱珍锦 蔡维敏 池作和 等 三次风反切解决高温对流受热 面温度偏差的实验研究 J 上海电力学院学报 1994 10 4 8 15 3 辛国华 谷运兴 高晶萍 等 螺旋肋片管省煤器的防磨及节 能效果分析 J 东北电力学院学报 1995 15 4 95 101 4 靖长财 张宝林 超音速电弧喷涂技术在发电厂锅炉中的应 用 J 广东电力 2004 17 1 58 61 Invest igation and Applicat ion of Ant i leakage and Ant i explosion Technology of Tube in DG 670 t h Pulverized Coal Boilers LIU Yu long Shengli Power Plant Shengli Oil Field Dongying 257087 China Key w ords pulverized coal boiler leakage and explosion of tube analysis of cause ant i abrasion and ant i exlposion technical measures Abst ract The cause of frequent tube leakage and explosion of DG 670 t h Pulverized Coal Boilers is analyzed in this paper and many kind of integrated control technical measures are proposed These technical measures include upgrade of tube material in high temperature superheater and reheater applying N i based implanted spira l finned tube brazed at