流化床锅炉吊杆强度计算毕业设计说明书

1、本科毕业设计本科毕业设计 流化床锅炉吊杆强度计算学 院 名 称 ： 能动学院 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 指导教师姓名： 年6 月 锅炉锅筒吊杆销轴强度校核计算 摘要: 锅炉锅筒吊杆销轴强度校核一直是一个比较繁琐的计算过程，重复性大。通过用计算程序可减轻劳动强度，节省劳动时间，满足生产需要。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，支吊装置中最主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。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

2、寸有着重要的意义。关键词：吊杆；锅炉设计；强度 calculation for strengh of pin for hanger rod of drumabstract: the calculation for the strength of pin for hanger rod of drum is a complex and repeated process.by using the calculation program,we can save a lot of time and work.it is very necessary for production.boom design

3、occupies a very important position in the boiler design.utility boilers for the suspended structure,devices generally support hanging by suspenders, hanging plate( hanging climbing )，pins, nuts and washers of parts.the most important parts in the branch hanging devicethe boom，is important by force p

4、ieces.category of the importance of the boiler products are classified as a class a product.so，analysis and material selection of the boom and the strength calculation of great significance for the reasonable selection of boom materials and calculate the boom size.keyword: boom ; boiler design；stren

5、gth目 录中文摘要英文摘要一、绪论.1 1.1 循环流化床锅炉的燃烧方式.1 1.2 循环流化床锅炉的特点.1 1.3 锅炉吊杆的材料选用和尺寸计算. .2 1.3.1 吊杆的材料选用原则.2 1.3.2 吊杆尺寸的计算标准.2 1.4 吊杆设计原则.3二、吊杆强度计算.52.1锅炉规范设计参数.52.2 锅炉u型吊杆.52.2.1 吊杆设计相关资料.52.2.2 吊杆设计参数.7 2.2.3 吊杆载荷相关资料.72.2.4 吊杆载荷.82.2.5 吊杆强度校核的相关计算.82.3 集箱水冷壁吊杆.112.3.1 吊杆设计参数.112.3.2 吊杆载荷参数及计算.112.3.3 吊杆强度校核

6、相关计算.12 2.3.4 有关各集箱水冷壁吊杆计算汇总.14三、吊杆相关强度计算.163.1 吊杆吊板.163.1.1 吊板设计参数.163.1.2 吊板强度校核.173.1.3 各吊杆吊板计算汇总.173.2 吊杆端部连接吊耳.183.2.1 吊耳设计参数.193.2.2 吊耳强度校核.193.2.3 各吊杆端部连接吊耳计算汇总.203.3 吊耳焊缝.213.3.1 吊耳焊缝设计参数.213.3.2 吊耳焊缝强度校核.213.3.3 各吊耳焊缝计算汇总.22四、水冷壁吊耳相关强度计算.234.1 水冷壁吊耳.234.1.1 吊耳设计参数.234.1.2 吊耳强度校核.234.1.3 各水冷

7、壁吊耳计算汇总.244.2 水冷壁吊耳焊缝.254.2.1 吊耳焊缝设计参数.254.2.2 吊耳焊缝强度校核.264.2.3 各水冷壁吊耳焊缝计算汇总.27五、销栓强度计算.28 5.1. 销栓设计参数.28 5.2. 销栓强度校核.285.2.1 销栓强度校核的要求.28 5.2.2 销栓强度校核的计算.29 5.3 各销栓计算汇总.30结论.32致谢.33参考文献.34第一章 绪论 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭产量占世界的25%，目前每年煤炭消费量已超过30亿吨，目前一次能源消耗中煤炭占76%，其中84%通过直接燃烧而被消耗。其燃烧效率还不够高，燃烧所产生的大气污染物还没有

8、得到有效的控制，发展高效低污染的清洁燃烧技术是急需解决的问题。因此，寻求一种高效、低污染燃烧技术，开发新的燃烧设备成为当务之急。循环流化床锅炉技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术，其主要特点在于燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫、降低氮氧化物的排放以及容易实现灰渣的综合利用等优点，因此在国内外得到了快速的发展。1.1 循环流化床锅炉的燃烧方式循环流化床锅炉的燃烧技术是在鼓泡床锅炉的燃烧技术基础上发展起来的,在鼓泡床中进一步增大气流速度，则床层进一步膨胀。当气流速度超过平均粒径终端速度(终端速度也称带出速度，是指颗粒在气体对其作用的拽力和浮力及自身重力的合力作用下，最终达

9、到的颗粒的稳定速度)时，大量颗会被气流带出床层，在整个炉膛空间内燃烧并随气流逸出炉膛。在颗粒分布方面炉膛上部为浓度教均匀的稀相区，下部为密相区。炉膛中心区的颗粒与气流垂直向上流动，四周环形区域则存在颗粒反流。这种燃烧方式称为快速流化床燃烧。1.2 循环流化床锅炉的特点 1)燃料适应性广。循环流化床锅炉既可然用优质煤，也可燃用各种劣质煤。不同设计的循环流化床锅炉，可以燃烧高灰煤、高硫煤、高水分煤、低挥发分煤、煤矸石、煤泥、石油焦、油页岩甚至炉渣、树皮和垃圾等。 2)燃烧效率高。循环流化床锅炉的燃烧效率通常为95% 99%。燃烧效率高的主要原因是气固混合好、燃烧速率高、大量的燃料进行内循环和外循环

10、重复燃烧,从而使煤粒燃尽率高。 3)高效脱硫。循环流化床锅炉的低温燃烧特点与石灰石最佳脱硫温度一致，添加合适品种和粒度的石灰石，ca/s摩尔比在1.52.5时，可以达到90%的脱硫效率。 4)氮氧化物(nox)排放低。循环流化床锅炉氮氧化物排放低的原因主要有两个，一是低温燃烧抑制空气中的氮转化为氮氧化物；二是分段燃烧抑制燃料中的氮转化为氮氧化物。5)燃烧强度高，炉膛截面积小，炉膛截面积热负荷为35mw/m2，接近或高于煤粉炉。6)负荷调节范围大，负荷调节快。循环流化床锅炉的负荷调节比可达（34）:1，由于截面风速高和吸热控制容易，循环流化床锅炉的负荷调节速率快，每分钟可达4%b -mcr。7)

11、燃料预处理和给煤系统简单。给煤粒度一般小于12mm，燃料的制备破碎系统大为简单。炉膛的截面积较小，良好的混合使所需的给煤点数量大大减少。8)易于实现灰渣的综合利用。炉内优良的燃尽条件使得锅炉的含碳量低，灰渣量较煤粉炉要多，灰渣作为水泥掺和料或建筑材料，容易实现灰渣的综合利用。从上特点可以看出循环流化床锅炉是优于链条炉，抛煤机炉，煤粉炉和鼓泡床锅炉的炉型。1.3 锅炉吊杆的材料选用和尺寸计算1.3.1 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。如表1-1所示。表1-1 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/

12、碳钢 20430 低合金钢 12crlmov5651.3.2 吊杆尺寸的计算标准（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、12cr 1mov的性能特性，将其许用应力r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msssp-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as则按ce公司吊杆设计标准中的公式： de=d-1.299q，as=/4（d-1.299p

13、）2（式中：d 螺纹公称直径； p螺距）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、12cr 1mov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、1 2cr1mov的许用应力值实际已无效。因此，国内钢号的许用应

14、力已没有必要再按原转化的许用应力值选取。（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/t6735-93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/t6735-93中的计算公式: de=d-0.9382p，as=(d-0.9382p)2/4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=(d-1.299p)2/4相对jb/t 6735-93而言

15、也显得比较保守。按jb/t6735-93对吊杆进行计算将达到优化吊杆尺寸的结果。1.4 吊杆设计原则（1） 吊杆装置应有足够的强度，以保证锅炉本体和锅炉范围内管道在各种规定工况下长期安全可靠运行。（2） 吊杆装置的设置应满足锅炉总体布置和所支吊受压件的布置要求。（3） 吊杆装置应力求结构简单合理、制造安装方便，宜选用成熟可靠并且经济的结构型式。（4） 吊杆装置及其零件应尽量标准化、通用化和系列化。第二章 吊杆强度计算本标准规定了锅炉受压件上吊杆装置的强度计算方法。本标准适用于固定式水管锅炉受压件和锅炉范围内管道上吊杆装置的强度计算。对非受压件和其它支承结构上吊杆装置的强度计算可参照使用。2.1

16、锅炉规范设计参数锅炉的规范是采用锅炉设计手册所选用的规范和数据，表2-1就是一些锅炉规范设计参数。 表21锅炉规范设计参数 序号名 称符号单位计算公式或来源结 果1额定工作压力pempa设计参数,表压 5.292最大流量时锅筒至锅炉出口压力降pzmpa取过热器阻力为0.1pe0.5293液柱静压力pszmpa无04锅筒工作压力pgmpapg=pe+pz+psz5.8195安全阀始启压力与额定压力差pampa取为0.04pe0.21166锅筒计算压力pmpap=pg+pa6.03067锅筒筒体材料取用20g8锅筒介质饱和温度tb按p+0.1查汽水性质表276.9949集箱工作压力pgmpa取同锅

17、筒筒体5.81910安全阀始启压力与额定压力差pampape3.82mpa, 取为0.05pe0.264511集箱计算压力pmpap=pg+pa6.083512集箱材料取用20g13集箱工作温度tj介质为饱和蒸汽, 按p+0.1查汽水性质表277.5582.2 锅炉u形吊杆2.2.1 吊杆设计相关资料 （1）吊杆装置在锅炉中所处部位的介质温度和环境（或烟气）温度确定吊杆装置强度计算时的计算温度。在确定弹性模量时，材料温度取吊杆下端与上端计算温度的算术平均值。 （2）环境温度a.无密封罩壳或密封罩壳外的炉顶环境温度取100。b.密封罩壳内的炉顶环境温度取顶棚 管最高介质温度加55。c.对布置在烟

18、道内的受力构件，以烟气温度代替环境温度确定计算温度。烟气温度的数值按额定工况的锅炉热力计算书。 （3）介质温度a. 锅筒中的介质温度取额定工况下相应于锅筒工作压力的饱和温度。b. 除锅筒外其他受压件中的介质温度按额定工况锅炉热力计算书或参考该受压件的强度计算书。 （4）受力构件计算温度a. 锅筒吊杆装置的计算温度，螺纹端或固定端取20，锅筒端取锅筒工作压力下的饱和温度。b. 当普通吊杆装置所支吊的集箱、管子或管道中介温度小于环境温度时，以环境温度作为吊杆的计算温度。c. 当普通吊杆装置所支吊的集箱、管子或管道中介质温度不小于环境温度时，吊杆的计算温度按表22选用。表22 吊杆的计算温度（t1t

19、2时）序号吊杆的工作条件计算温度1通过绝热管束无套管的吊杆或者与集箱或管束直接接触的吊杆t1+t2通过绝热管束无套管的吊杆或者靠近集箱或管束连接管的吊杆t1-100+t3通过不绝热的管束但并不与管束或连接管相接触的吊杆t1-28+t表22中的计算温度附加值与顶棚穿墙管密封严密性有关，当穿墙管有可靠密封时，=0，当无可靠密封时，的数值与吊杆在炉顶上部的部位有关，可参考表23选用。 表23 计算温度附加值吊杆在炉顶的部位炉膛上部炉顶转弯烟道炉顶后烟道炉顶计算温度时附加值405020300202.2.2 吊杆设计参数 根据吊杆强度计算书，吊杆设计参数详细可见表24。 表24 吊杆设计参数 序号名 称

20、符号单位计算公式或来源结果1吊杆圆钢公称直径dbmm结构参数702吊杆数量n设计选用23材 料设计选用20(gb699)4炉顶环境温度ta锅筒无密封罩壳1005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20207吊杆计算温度tt=(tf+tl)/2149.4258吊杆设计温度ts取值大于吊杆计算温度3009吊杆许用拉应力n/mm2按设计温度300, 查锅炉吊杆强度计算方法附表a2962.2.3 吊杆载荷相关资料（1） 载荷的分类载荷分为偶然载荷和永久载荷两类，在锅炉使用期间数值不随时间变化或虽有变化但变化值与平均值相比可忽略不计的称

21、为固定载荷，数值随时间变化并且变化值与平均值相比不可忽略的称为可变载荷。为便于计算，将固定载荷与可变载荷合并，称为永久载荷。在锅炉使用期间不一定出现，但一旦出现虽然持续时间很短而数值又不可忽略的载荷成为偶然载荷。 （2）计算原则 对板材以公称尺寸所求得理论重作为重金属，对管材以公称尺寸所求得理论重的1.1倍作为金属重。介质重的计算原则规定如下：a. 重度：按额定工况下介质状态将受压件内介质分为水，汽水混合物和汽三类，水和汽水混合物的重度取大气压力下水的重度，汽的重度可忽略不计。b. 容积：除锅筒按总容积的一半计算外，其他受压件均按总容积计算。 保温重按设计计算重的1.2倍。用载荷统计修正系数考

22、虑各种载荷在统计中可能出现的误差，对普通吊杆装置，对锅筒吊杆装置，。用载荷分配不均匀系数考虑各个吊杆上载荷的分配不均匀性，的数值规定如下：a. 膜式壁管屏集箱上的多个吊杆按均匀承载时，=1.20；b. 管道和其它集箱，=1.20；c. 锅筒的单u形吊杆，双u形吊杆，。d. 当受力构件的载荷分配是经应力分析得出，。用计算载荷修正系数考虑计算值与实际值的偏差，应取下列公式中的较大值作为某一受压件上所有吊杆装置的总计算载荷。2.2.4 吊杆载荷 根据吊杆强度计算书，吊杆载荷的已知参数以及计算结果见表25。 表25 吊杆载荷 序号名 称符号单位计算公式或来源结果10锅筒、锅内及下降管重量t27.011

23、锅筒内部管路重t1.012锅筒保温及护板重t3.013锅筒及下降管介质重t16.014吊杆自重t0.6515永久载荷f1nf1=10009.8(27.0+1.0+3.0+16.0+0.65)46697016荷载统计修正系数1对锅筒吊杆装置1.1017荷载分配不均匀系数2对锅筒单u形吊杆1.0018计算荷载修正系数=121.1019吊杆总载荷fn 51366720每根吊杆计算载荷fcnfc=f/(2n)128416.752.2.5 吊杆强度校核的相关计算 （1）圆钢式锅筒吊杆装置的强度计算包括u形吊杆和垫板等主要受力构件的强度计算，吊杆单肢的计算载荷fc，对单吊杆装置取锅筒总计算载荷的四分之一，

24、对双吊杆装置取八分之一。 （2）圆钢式锅筒吊杆装置的支承结构见下图，支取梁应具有最小挠度或近似相等的挠度。图21 圆钢式锅筒吊杆装置的支承结构 1支承梁，2垫板，3柱面垫块，4加强肋板（1） 锅筒吊杆装置应布置在离锅筒对称中心线0.3处，为包括封头在内的锅筒总工。（4）当采用双吊杆装置时，每以u形吊杆应尽量靠近。（5）对于位移的计算，如果锅炉设计时先确定了膨胀中心，锅筒的位移按以下计算方法计算：图22 锅筒位移a. 线膨胀系数按额定工况介质温度278.85时查锅炉吊杆强度计算方法附表a8取12.610-6mm/(mm)b. 温升 t=278.8520=258.85 （21）c. 由于l1取29

25、00，吊点在x方向的位移 x=l1t=9.46 （22）（l1是吊点至锅筒对称中心线的距离）d. 由于l2取4470，吊点在y方向的位移 y=l2t=14.58 （23）（l2是锅筒轴线至锅炉膨胀中线的水平距离）e. 合位移 =(x2+y2)=17.38 （24）f. 螺纹有效直径 de=d-0.9382p=64.25 （25）g. 吊杆螺纹端计算截面积 as=de2/4=3241.89 （26） h. 吊杆螺纹端的拉应力 t,s,u=fc/as=39.61 （27） i. 吊杆螺纹端的弯矩 ms,u=fc/2=1115941.56 （28） j. 吊杆螺纹端截面系数 ws=de3/32=26

26、035.30 （29） k. 吊杆螺纹端弯曲应力 m,s,u=ms,u/ws=42.86 （210） l. 吊杆锅筒端拉应力 t,d,u=4fc/(db2)=33.38 （211）m. 吊杆圆钢端弯矩 md,u=fc/2=1115941.56 （212）n. 吊杆圆钢端截面系数 wb=db3/32=33656.88 （213）o. 吊杆圆钢端弯曲应力 m,d,u=md,u/wb=33.16 （214）结论：圆钢式锅筒u形吊杆螺纹端的应力满足t,s,u, 1.67t,s,u+m,s,u1.25=120，以及吊杆圆钢端应力满足t,d,u, 1.67t,d,u+m,d,u1.67=160.32，所以

27、u形吊杆强度合格。2.3 集箱水冷壁吊杆2.3.1 吊杆设计参数 集箱水冷壁吊杆采用普通吊杆装置的设计参数，见表26所示数据。表26 吊杆设计参数序号名 称符号单位计算公式或来源结果1吊杆圆钢公称直径dbmm结构参数582吊杆数量n设计选用53材 料设计选用20（gb699）4吊杆计算长度lhamm结构参数62075炉顶环境温度ta集箱密封罩壳外, 取1001006集箱介质温度tf取强度计算数值, 该集箱工作温度278.85278.857计算温度附加值t查表23, 炉膛上部炉顶时, t取4050508吊杆计算温度ttfta, 故查表22, 通过绝热管束靠近集箱管束或连接管时, t=tf-100

28、+t228.859弹性模量en/mm2查锅炉吊杆强度计算方法附表a516600010吊杆许用拉应力n/mm2查锅炉吊杆强度计算方法附表a21102.3.2吊杆载荷参数及计算 水冷壁吊杆载荷和普通吊杆载荷相同，都分为偶然载荷与永久载荷，表27是参照锅炉设计手册有关吊杆载荷计算的一些参数。表27 吊杆载荷参数 序号名 称符号单位计算公式或来源结果11吊杆承重的炉膛水冷壁t21.112炉内绝热层和门类重量t16.4013集箱水冷壁内部管路重t1.014炉膛保温及护板重t17.015炉膛异型砖重量t016集箱水冷壁介质重t已包含于上述数据中017钢性梁重量以及吊杆自重t1.718燃烧装置以及绝热层重量

29、t2.519二次风管路重量t布置在炉膛左右两侧墙上020点火燃烧器t布置在炉膛后墙上0 永久载荷f1包括吊杆装置所支吊受压件上的很多载荷。水冷壁吊杆计算载荷如表28所示。 表28吊杆计算载荷 序号名 称符号单位计算公式或来源结果21永久载荷f1n58506022荷载统计修正系数1对普通吊杆装置, 1=1.051.0523荷载分配不均匀系数2对膜式壁管屏集箱, 2=1.201.2024计算荷载修正系数=121.2625吊杆总载荷fnf=f1737175.626每根吊杆计算载荷fcnfc=f/n147435.12.3.3 吊杆强度校核的相关计算 对前墙水冷壁吊杆进行校核，线膨胀系数同样取12.610，温升t=258.85。a. 吊点在x方向的位移： x=l1t=4 （215）b. 吊点在y方向的位移： y=l2t=4 （216）c. 合位移： =(x2+y2)=5.66 （217）d. 螺纹的有效直径 de=d-0.9382p=52.25 （218）e. 吊杆螺纹端计算截面积 as=de2/4=2143.10 （219）f. 吊杆螺纹端的拉应力 t,s=fc/as=68.80 （220）g. 吊杆圆钢端的拉应力 t,b=4fc/(db2)=55.83 （221）h. 吊杆圆钢端弯曲应力 m,b=3dbe/lha2=4.24