充气高压开关设备用铝合金外壳

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国家标准 GB/T28819一2012 充气高压开关设备用铝合金外壳 Aumimiumaoyenelosuresfrgas-filehigh-votageswitehgear 2012-11-05发布 2013-02-01实施 国家质量监督检监检疫总局 发布 国家标准花管理委员会国家标准
GB/T28819一2012 目 次 前言 引言 概述 1.1范围 1.2质量保证 规范性引用文件 术语和定义 材料 材料的选择 化学成分控制 设计 5.1概述 5.2 腐蚀裕量 . 设计事项 4 设计压力 5 5.5设计温度 . 6 设计应力基础 5.7锻铝合金及其他铝合金的计算 38 55 铸件的计算 8 制造和工艺 39 锻铝合金和其他铝合金 39 6 铸铝 5 .2 检验和试验 49 概述 49 7.2焊接工艺技术规范 49 7.3焊工技能测试 49 无损检测 46 7.5压力试验 53 密封试验 56 压力释放装置 56 8.1 56 概述 8.2爆破盘 57 自动关闭压力释放阀 8.3 5 57 非自动关闭压力释放阀 5 认证和标识
GB/T28819一2012 57 9.1设计规范、图纸和数据表 57 9.2证书 57 9.3标识 9.4最终检验 57 58 附录A规范性附录)内部压力引起的碟形端盖应力分布的弹性分析 附录B(规范性附录锻铝及铝合金外壳焊接工艺试验和焊工技能测试 B.1概述 B.2定义 B.3金属惰性气体电弧焊和惰性气体保护鸽极电狐焊焊接工艺试验中的项目 62 B.4焊接工艺认可的扩展 62 B.5试件 63 B.6检查和试验 63 B.7结果声明 65 附录c(规范性附录)铸铝外壳焊工技能测试 68 C.1试件 68 c.2焊工技能测试的评定 68 C.3煤工评定 69 70 附录D资料性附录记录表格样例 72 参考文献 13 图1圆筒形壳体和锥形壳体之间的典型连接 14 图2设计因数3和数字因数1/cos9 16 图3碟形端盖 图4不等壁厚的转角和冠部的碟形端盖 图5带支管的碟形端盖 图 焊接接头在0.6D以外分别为0.75;1. 0 18 图，焊较接头在0.aD,以内w一.0 18 图》从冠部和转角部件到样接的噗形端盖在几.6D.以内=1.0 18 图9从冠部和转角部件到炽接的碟形端盖在0.6D,以外;分别为0.75;l.o 15 图10Kp型碟形端盖用设计因数8 11Kb型碟形端盖用设计因数 图 20 图12弯曲压力的确定 21 图13增加圆筒壳体的厚度 21 图14增加锥形壳体的厚度 2 图15 ]固环的局部增加 加 2 图16密封圈加固 22 图17支管加固 22 图18翻边开孔 22 图19圆简壳体的计算方法 214 图20球形壳体的计算方法 214 25 图21圆筒体轴向相邻支管的计算方法 25 图22球体相邻支管或圆简体周向相邻支管的计算方法
GB/T28819一2012 26 图23支管和密封圈加固 28 图24与圆筒壳和锥形壳垂直的开孔和支管用弱化系数叭 29 图25与球形壳体垂直的开孔和支管用弱化系数 30 图26圆形法兰连接 图27不同法兰类型的样例 30 31 图法兰o形密封圈的力和科力臂 图29应力计算用的非锥形颈法兰的截面 31 图30 31 应力计算用的无颈法兰的截面 图31！作为K和K,函数的系数A 34 图32 3 作为m=D,/D函数的ln(D,/D)的图形表示 图33 带O形圈密封的法兰的力与力矩 35 图34 应力计算用的带大圆角半径的法兰截面 36 图35 37 应力计算用带锥形颈的法兰截面 图36带平圆封盖和o形圈密封的法兰 38 图37法兰连接 38 图38中心线大致重合的不等厚度板的对接炖 43 图39中心线有位移的不等厚板的对接焊 43 Kp型碟形末端的应力分布 图A.1 59 图A.2Kb型碟形末端的设计因数 59 图A.3Kp型碟形端盖的系数 60 图B.1板中对接焊缝用试件和试验样本位置 64 图B.2在固定水平位置或固定45"倾斜位置中焊接的管道中的对接焊缝用试件和试样位置 66 图B.3板中角焊缝用试件 67 表1铝板 表2拉乳制无缝铝管 表3挤压圆铝管 表4挤压铝棒 表 钳合金银件 表 错合金铸件 表，谁形亮体的设计四数已和数字系数e炉和1/eo4 15 表 作为K了相K所数的系数 33 表！作为"”的丽数"a"的数的 35 表 10周长公差 表 外壳的圆度公差 1 42 表 4" 12氧化夹杂物缺陷修补准则 表 47 13夹杂物缺陷修补准则 表14缺陷的可接受水平 5 65 表B.1要求的试样数目 1 70 表D. 表格样例1 7！ 表D.2表格样例2 川
GB/T28819一2012 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准是根据EN50064:1989+Al:1993《充气高压开关设备和控制设备用锻铝和铝合金外壳》、 EN50069:1991十Al:1993《充气高压开关设备和控制设备用铸铝合金和锻铝合金焊接的混合材料外壳 的技术规范》,EN50052;1986十A2;1993《充气高压开关设备和控制设备用铸铝合金外壳》进行制定的 本标准非等效采用EN50064:1989十Al:1993、EN50069:l991十Al:1993、EN50052:1986十A2 1993 本标准与EN50064:1989十Al1993、EN500691991十Al:1993、EN50052:1986十A2:1993的主 要差别体现在 -规范性引用文件按我国实际情况做了调整 部分术语做了相应修改; 增加了材料的选用规范及表1表6的选用范围 增加了对“施煤环境”的要求; 增加了对“焊丝”的要求; 增加了“实时成像”无损检测方法; 对压力试验做了补充; 增加了密封试验; 相关章,条进行了调整; -将3个EN标准的附录调整为3个规范性附录和1个资料性附录 本标准中各章,条的编排顺序与EN50064;1989十Al:;1993基本一致,大部分条文的内容与 EN50064;1989十Al:1993、EN50069;1991十A1:1993、EN50052:1986十A2:1993相同,不同之处在 前述的主要差别中已给予说明 本标准由电器工业协会提出 本标准由全国高压开关设备标准化技术委员会(SAc/Tc65)归口 本标准负责起草单位;河南平高电气股份有限公司、西安高压电器研究院有限责任公司 本标准参加起草单位;新东北电气(沈阳)高压开关有限公司、西安西电高压开关有限责任公司西 安西电开关电气有限公司、泰兴长江电力设备有限责任公司、陕西国德电气制造有限公司、苏州阿海玷 高压电气开关有限公司、厦门ABB高压开关有限公司、上海西门子高压开关有限公司沈阳华利电器集 团,北京北开电气股份有限公司、宁波天安集团、金华电力开关有限公司、益和电气集团股份有限公司、 上海思源高压开关有限公司川开电气有限公司、广州白云电器设备股份有限公司、浙江开关厂有限公 司,四川电器集团有限公司,华仪电气股份有限公司、河南飞宇实业有限公司、平顶山中泰伟业机电有限 公司,江苏金鑫电器有限公司、阜新万达铸业(集团)有限公司、南通爱尔思轻合金精密成型有限公司,山 东富通电气有限公司 本标准主要起草人;赵文强,阎关星、吴鸿雁,张亚辉,杨国秀、石治中,任向荣 本标准参加起草人;张实、田恩文、张蓟、常越、陆建挺、马占峰、李建中,李世岗、王文文、李建华、 王金民、金亚玲、许礼仁、李六零、盛敬华、陈天送、张交锁、刘春元、杨思民、卢德银、叶树新、李政军、 杨坤,杨志轶、陈荣、邱安宁屈钧、陈伯荣、王旭、马力、杨成燃、马俊、高二平、陈晓俊、陈林峰,雷政、 巴勇刚,李永全,花光全,翟春江,周素洪、高玉良、袁会云,黄乐精
GB/T28819一2012 引 言 本标准包括使用在高压开关设备或相关的充气设备上的充气外壳的设计,制造、试验,检查及认证 的要求 由于下列原因要对这些外壳进行特殊的考虑: 该外壳通常是作为电气设备的容器,因此其形状主要是由电气因素决定的,而不是由机械因素 a 决定的; 该外壳安装在受限的可接近区域,并且这些设备只能由专业人员或被授权的人员操作; b 由于惰性、无腐蚀充气介质的彻底干燥是电气设备良好运行的基础,且对其进行定期检查,因 此,这些外壳的壁厚不要求内部腐蚀裕量; 因为充气密度应保持在保证良好绝缘和灭狐性能的较窄范围,所以外壳仅承受小的压力波动 D 因此,外壳不易因压力循环而疲劳; 运行压力相对较低 基于以上因素,为防止影响高压开关设备正常运行的湿气和灰尘进人外壳内部,在安装后和运行前 不应进行压力试验,并且在设备运行后不应进行压力试验或对外壳内部进行定期检查
GB/T28819一2012 充气高压开关设备用铝合金外壳 概述 范围 本标准规定了充有压缩的干燥空气、惰性气体如六氟化硫或氮气或这些气体的混合气体的户外、户 内安装的高压开关设备的铝合金外壳的设计,制造和工艺、检验和试验、认证和标识等内容 本标准适用于充有压缩的干燥空气、惰性气体如六氟化硫或氮气或这些气体的混合气体的户外、户" 内安装的高压开关设备的铝合金外壳,气体主要用于绝缘和/或灭弧,高压开关设备的额定电压: 3.6kV40.5kV且充气隔室的设计压力大于0.3MPa(20C时表压); -72.5kV及以上 电器设备外壳包含的部件不仅仅局限于下列部件 -断路器; 负荷开关 隔离开关 接地开关 电流互感器; 电压互感器; -避雷器 母线及连接件; 刚性气体绝缘输电线路 还包括承压部件,如外壳带电的开关设备的灭弧室等 质量保证 本标准明确了获得和保持产品质量的一致性和完整性是开关设备制造厂的责任 外壳制造商应进行充分的检查以保证材料、生产和试验等各个方面都完全符合本标准和GBy/T12167 的要求 为了保证满足本标准的要求,用户的检查员进行的检查不能免除开关设备制造商进行该质量 保证程序的责任 注，质量保证体系见GB/T19000系列标准 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB7674一2008额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备(IEC62271-203:2003， MOD GB/T11022一1999高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求(eqIEC60694:1996 GB/T12467(所有部分金属材料熔焊质量要求[IsO3834(所有部分门 GB/T190002008质量管理体系基础和术语(ISO9000:2005,IDT) GB/T10858一2008铝及铝合金焊丝(IsO18273:2004,MOD)
GB/T28819一2012 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 外壳 encl0Sure 充气开关设备的一部分,能使绝缘气体在规定的条件下安全地保持在额定绝缘水平,保护设备不受 外来影响并对人体提供一个高的防护等级 [改写GB7674一2008,定义3.103] 3.2 制造商 anufacturer 负责设计和提供外壳的个人或团体 在本标准中指开关设备制造商 3.3 设计者designer 决定外壳的形状、尺寸、壁厚及材料选择、制造及试验方法的个人或团体 3 外壳的)设计压力designpressureofanenclosure 用于确定外壳设计的相对压力 注1;它至少应等于在规定的最严酷使用条件下绝缘气体所能达到的最高温度时外壳内部的最高压力 注2:确定设计压力时不考虑开断操作例如,断路器)过程中或随后出现的瞬态压力 [GB76742008,定义3.113] 3.5 外壳的)设计温度designtemmperatureofanenclosure 在规定的最严酷使用条件下外壳所能达到的最高温度 注;当太阳辐射对气体温度及一些材料的机械性能有明显的影响时,应予以考虑 同样地,由于低温对某些材料性 能造成的影响也应该考虑 [改写GB7674一2008,定义3.112] 3.6 铸件casting 将熔融金属注人铸型,凝固后得到的具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或零件毛坯 [GB/T5611一1998,定义2.4门] 合金alloy 由基本金属元素(质量分数最大的元素)、合金元素及杂质所组成的一种金属物质 GB/T8005.12008,定义2.2] 3.8 铝合金aluminiumaloy 铝的质量分数大于50%以上的合金 [CGB/T8005.12008,定义2.5] 3.9 炉amelt -次熔化获得的金属液总量或一次热处理铸件装炉量 [改写GB/T5611一1998,定义2.21]
GB/T28819一2012 3.10 焊接缺陷weddefeet 焊接过程中在焊接接头中产生的金属不连续,不致密或连接不良的现象 [GB/T3375一1994,定义9.1] 3.10.1 未焊透ineompletejonpeeration 焊接时接头根部未完全熔透的现象,对于对接焊缝,也指焊缝深度未达到设计要求的现象 [GB/T3375一1994,定义9.2] 3.10.2 焊瘤overlap 媒接过程中,熔化金属流淌到焊缝之外在未熔化的母材上所形成的金属瘤 [GB/T3375一1994,定义9.9叮 3.10.3 咬边 undereut 由于焊接参数选择不当,或操作方法不正确,沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷 [GB/T3375一1994,定义9.8] 3.11 铸件缺陷eastingderect 铸造生产过程中,由于种种原因,在铸件表面和内部产生的各种缺陷的总称 通常分为以下八类 多肉类缺陷,孔洞类缺陷,裂纹冷隔类缺陷,表面缺陷,残缺类缺陷,夹杂类缺陷,尺寸,形状和重量差错 类缺陷及成分、组织和性能不合格类缺陷 GB/T5611一1998,定义9.1.24门 3.11.1 裂纹erack 铸件表面或内部由于各种原因发生断裂而形成的条纹状裂缝,包括热裂、冷裂、热处理裂纹等 [GB/T5611一1998,定义9.4.1] 3.11.2 冷隔codshut 在铸件上穿透或不穿透的,边缘呈圆角状的缝隙 多出现在远离浇口的宽大上表面或薄壁处、金属 流汇合处,以及冷铁、芯撑等激冷部位 [GB/T5611一1998,定义9.4.8] 3.11.3 eoderaueking 冷裂 铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹 裂口通常穿过晶体延伸到整个断面 [GB/T5611一1998,定义9.4.2] 3.11.4 热裂hotcrack 热撕裂hottear 铸件凝固后期或凝固后在较高温度下形成的裂纹,其断面严重氧化,无金属光泽,裂口沿晶粒边界 产生和发展,外形曲折而不规则 [GB/T5611一1998,定义9.4.3
GB/T28819一2012 3.11.5 夹杂物ineclusion 铸件内或表面上存在的和基本金属成分不同的质点 包括渣、砂涂料层、氧化物、硫化物、硅酸盐等 [GB/T5611一1998,定义9.8.2] 3.11.6 气孔blowholes 针孔pmholes 铸件内由气体形成的孔洞类缺陷 其表面一般比较光滑,主要呈梨形,圆形和椭圆形 一般不在铸 件表面露出,大孔常孤立存在,小孔则成群出现 [GB/T5611一1998,定义9.3.2] 3.11.7 缩孔shrinkuge 铸件在凝固过程中,由于补缩不良而产生的孔洞 形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶,常出现 在铸件最后凝固的部位 广义的缩孔包括缩松 [GB/T5611一1998,定义9.3.9] 3. 1z 热处理 heattreatment 固态金属或合金经过一个或多个温度循环得到某些预期特性的过程 3.13 延性duetilit 材料在断裂前塑性变形的能力 [GB/T10623一2008,定义2.4] 3.14 疲劳fatige 因反复施加尤其是导致裂缝或破裂的应力或应变,引起的材料性能的变化 3.15 抗拉强度tensilestrength 与最大力相对应的应力 注;通过拉伸试验到断裂过程中的最大试验力和试样原始横截面积之间的比值来计算 [GB/T10623一2008,定义3.17刀 3.16 试件testpiee 按照规定媒接程序把相同或不同的材料煤接到一起的两个或多个部件,或用随炉的铸造试棒或铸 件的一部分按照规定的焊接或铸造程序来制做的一个或多个试样 3.17 试样testspeeimen 按规定的尺寸从试件中分离的和/或最终按试验要求准备好的部分 材料 材料的选择 任何合适的铝或铝合金都是允许的 推荐的材料见表1一表6 注1:应注意铝镁合金在其他情况下非常有用,但有限制性 高强度、镁含量相对高的合金在高于66C下长期使用 后容易应力腐蚀开裂
GB/I28819g一2012 注2:和其他金属接触,特别是铜及铜合金,会导致严重的电偶腐蚀 奥氏体不锈钢是个例外,因为它有保护氧化 膜,因此经常被用于和铝连接 在某些情况下铝外壳应该被特别的保护,如和低碳钢支撑联接的时候,沥青 薄锌片(牺牲阳极保护)或者混合保护在这方面是有用的 作为选择,低碳钢支撑可以电镀锌、热镀锌或喷铝 应注意接触某些垫圈材料会引起铝腐蚀,应咨询垫圈制造商 4.2化学成分控制 铸锭的使用应符合相应的材料技术规范要求和订单中的其他特殊要求;它们应清洁且无有害的 缺陷 如果熔化物的化学分析符合相应技术规范的要求,铸造者可以使用自己认为合格的金属锭生产中 产生的小块废料,它们应予以隔离和识别 小块废料可以包括大的铸件清理或修补时废料,但应不包括 所有的渣和小颗粒,如锯屑和碎屑 表1铝板" 室温下力学性能下限保证值 GB/T3880.2一2006 板厚 R R. 中的牌号 状态 MPa MPa mm 1A85 Hl12 >4.5一20.0 60 20 15 0.2一80.0 60 75 >4.5一6.0 >6.012.5 77 1060 Hl12 >12.540.0 70 >40.080.0 60 >0.250.0 65 0 1050A >4.5~12.5 75 30 H112 >12,5一75.0 70 25 75 0.250.0 25 1200 >6.012.5 85 35 Hl12 >12.5一80.0 80 30 0.250.0 95 35 3003 >6.0~12.5 115 70 Hl12 >12.580.0 100 40 3004 0.2一50.0 155 60 170 0.250.0 65 5052 -12.5 190 6.0 80 Hl12 >12.580.0 170 70 0.54.5 195 100 80 >4.510.0 185 5A03 >10.025.0 Hl12 175 70 60 >25.050.0 165
GB/T28819一2012 表1(续 室温下力学性能下限保证值 GB/T3880.2一2006 板厚 Rm Rn 中的牌号 状态 MPa MPa mm 275 145 0.54.5 >4.510.0 275 125 5A05 Hl12 >10.025.0 265 115 >25.050.0 255 105 0.250.0 275 125 5083 >6.0~40.0 275 125 H112 270 >40,0一50,0 l15 0.280 240 100 >6.012.5 250 105 5086 >12.540.0 105 Hl12 240 >40.050.0 240 100 0,5~4.5 195 100 6A02 T4 >4.510.0 175 90 T4媒 0.5~10.0 165 T6 95 6A02 0.510.0 230 T6煤 165 0.5一10.0 注1，加括号的值在GB/T3880中未规定,系JB/T473标准推荐值 注2;对于6A02而言,T4或T6状态的板材媒接后,媒接接头的许用应力值取T！媒或Ti媒的值;表中其他牌 号的铝板,母材不论是O或H112状态,焊接接头的许用应力值均取退火状态(O)的许用应力值 注3，螺能炽管也可以采用其他牌号的材料,如板57 铝板拉伸试验取样按G GB/T16865一1997规定,不可热处理强化的铝板为纵向取样 表2拉轧制无缝铝管 室温下力学性能下限保证他 GB/T6893一2000 壁厚 Rn R 中的牌号 状态 MPa MPa mmm 1060 0.5~5.o 60 15) 1050A 6o 20 0.55.0 1200 75 25 0,5一5. 3003 0.755.0 95 35 70 5052 170 5,0 5A03 175 80 5A05 215 90 0.5一5. 5083 270 110 0.5一5.0
GB/T28819一2012 表2(续 室温下力学性能下限保证值 GB/T68932000 壁厚 Rm R 中的牌号 状态 MPa MPa mm T4 205 100) 6A02 T4媒 0.55.0 165 0.751.20 205 100 T4 205 >l.205.0 ll10 6061 T4煤 165 240 o T6 75一5.0 290 0.755.0 T6州 165 T6 0.755.0 230 195 6063 T6州 0.755.0 118 注加括号的Ra,值在GB/T6893一2000中 未规定,系JB/T4734标准推荐值 表3挤压圆铝管 GB/T4437.12000和 室温下力学性能下限保证值 GB/T4437.2一2003 壁厚 R R. 状态 中的牌号 MPa MPa mm 1060 O,Hl12 5.050.0 60 15 1050A 5.050.0 60 20) 1200 O,H112 5.050.0 75 25) (35 3003 O,Hl12 5.050.0 95 5052 170 70 5.050.0 5A02 Hl12 5.050.0 225 5A03 Hl12 5.050.0 175 70 5A05 Hl12 225 1l0 50.0 5083 O,HH112 5.050.0 270 110 5086 O,Hl12 5.050.0 240 95 5454 O,H112 215 85 5.0一50.0 6005A Hl12 5.0~50.0 130 T4 5.050.0 205 105 T4媒 165 5.050.0 6A02 T6 5.050.0 295 (230) T6煤 5.050.0 165 T4 5.050.0 180 1l0 6061 T4煤 5.0~50.0 165
GB/T28819一2012 表3(续 GBT4437.1200o 室温下力学性能下限保证值 和 GB/T4437.2一2003 壁厚 R Rn." 状态 中的牌号 MPa MPa mm T6 5.050.0 260 240 6061 T6煤 165 50.0 T6 5.050.0 205 l70 6063 T6煤 5.0一50.0 118 注:加括号的R值在GBT4437.1-2000中未规定,系BT4734标准推荐值 表4挤压铝棒 室温力学性能下限保证值 GB/T31911998 尺寸 R " R 中的牌号 状态 MPa MP mm 1060 O,Hl12 150 60 15 1050A Hl12 150 65 20 1200 Hl12 <150 75 20 2Al T4 150 370 215 22 390 255 T！: 2A12 >22~150 420 275 s150 95 35 3003 Hl12 150 90 30 150 5052 O,Hl12 175 70 <150 5A03 O,Hl12 175 80 150 5A05 O,Hl12 265 120 T6 s150 295 230 6A02 <150 TG焊 165 150 T4 180 l10 T焊 150 165 6061 T6 150 260 240 T媒 s150 165 S12.5 50 l10 T5 >l2.5一25.0 105 145 焊 6063 25 118 T6 25 208 170 T媒 二25 18 注1:加括号的R值在GBT3191一19981 中未规定,系BT4734标准推荐值 注2:对于不可热处理强化的铝棒,母材不论是O或H112状态,焊接接头的许用应力值均取退火状态(O)的许 用应力值;对于可热处理强化的铝棒,如6.A02.606l,6063,母材在T4,T5,T6状态媒接后,媒接接头的许用 应力值分别取T4焊、T5焊,T6焊栏的值 注3:棒尺寸的含义为圆棒的直径,以及方棒、六角棒的内切圆直径
GB/T28819一2012 表5铝合金锻件 室温力学性能下限保证值 牌号 尺寸 R R 状态 MPa MPa mm T4 l00 380 205 2014 二50 440 380 T6 >50100 435 370 Hl12 s100 95 35 3003 Hl12媒 100 95 5052 Hl12 S80 175 Hl12 100 270 110 5083 s100 H12焊 260 T6模锻 <100 26o0 240 23 二100 255 T6手工锻 6061 >100~200 240 220 T6燥 200 165 注1;未注明锻造方法的锻件,包括模锻与手工锻 注2:牌号系JB/T4734标准推荐值 表6铝合金铸件 室温力学性能下限保证值 GB/T1173一1995 R Rp 中的牌号 代号 状态 铸造方法 MPa MPa J,JB T5 205 T5 ZAISi7Mg ZL101 S.SB 195 SB T6 225 J,JB T5 265 S,SB T5 235 ZAIsi7MgA L.101A SB T6 275 J,JB T6 295 J,JB T6 235 ZAISi9Mg ZL104 sB T6 225 SB T5 290 190 ZAISi7MglA ZL1l4A J,JB T5 310 205) ZAIMg5Si ZL303 S.J 145 50 注:括号内的R.值在GB/T1173一1995中未列,系JB/T4734标准推荐值
GB/T28819一2012 设计 5. 概述 1 本章中指定的充气高压开关设备外壳的设计规则只是为了确定尺寸和最小厚度,以确保外壳在选 用第4章中给出的材料时耐受严重的塑性变形,逐渐增长的破坏和因为弯曲引起的破坏的安全性 本标准考虑了这些外壳要经受特定运行条件(见引言),使其有别于常规压缩空气储存器和类似储 存容器 由各种公式决定的厚度是最小的,因此具体标称厚度应由材料技术规范所允许的任何负公差的数 量来增加 注，还存在不同于5.7和5.8中给出的公式计算的几何形状的外壳设计 只要调整计算或按照7.5的规定进行了 验证试验,这些设计就是允许的 5.2腐蚀裕量 外壳在运行中充人彻底干燥的无腐蚀性气体,因此不必要求内部腐蚀裕量 5.3设计事项 外壳的几何形状由电气特性而不是机械特性决定 这一限制会导致一个复杂程度不可接受的计算 或根本无法计算 在这种外壳或不能进行计算的外壳情况下,在装配内部部件前应进行单个外壳的验证试验 设计外壳时,如果适用,要考虑以下内容 a)作为充气过程的一部分,外壳可能要抽真空 这一类型的外壳,通常在输人气压前需要抽真空以保证气体的纯度 因此,真空条件不是运行 对于这- 条件且大多数情况下为内部压力设计的外壳适用于抽真空条件而不变形 然而,对于某些长度长和直径大的母线段,外部压力有可能会导致外壳变形 在这种情况下,应检 查设计的外部压力,必要时外壳应加固 由于这不是运行条件,因此无关安全问题 b外壳壁两侧可能出现的全部压力差; 外部影响形成的叠加负荷和振动; c d)温差(包括瞬时条件)和热膨胀系数的不同引起的应力; 太阳辐射的影响 焊接预应力的影响 铝合金外壳焊接后的热处理通常是不必要和不要求的 注:因内部电气故障引起的压力不在外壳设计的考虑之内,因为在这一现象后会仔细检查,且如果有必要,外壳应 予以更换 内部故障引起的电弧情况参见GB7674一2008 5 设计压力 基于3.4中定义的设计压力(p)进行设计 5.5设计温度 材料的选取和设计压力的确定取决于以设计压力(p)运行时能够达到的最高壁温度 10
GB/T28819一2012 5.6设计应力基础 5.6.1锻铝合金及其他铝合金 标称设计强度(K)从材料标准中选取 K -在设计温度下的屈服强度(Rr)或0.2%屈服点(R似.2); S -对应屈服强度或0.2%的屈服点的安全系数为1.5 因此,遵循的允许设计应力;d=K/1.5 1一表5中所列具有退火状态的材料,在退火状态下的标称设计强度(K)用于煤接结构的设 对于表1 计中 5.6.2铸铝合金、铸铝合金和锻铝合金焊接的混合材料 设计应力既可以由计算也可以由验证试验确定,见7.5. 设计压力下的允许设计应力(.)包括安全系数的适当方程由式(1)给出 .=" -品 ×CF 式中: R -在所选合金的材料标准的设计温度下材料的最小拉伸强度 3.5 安全系数; CF -铸造中得到的考虑性能下降的铸造系数 铸造系数的值为0.7 如果这个值有材料认证的保证(见6.2.5),计算可能基于更高的拉伸强度和铸造系数的值 当外壳或其部分的强度没有通过计算确定,应该进行验证试验,以证明允许设计应力不超过设计压 力(见7.5). 5.7锻铝合金及其他铝合金的计算 5.7.1壳体、碟形端盖、开孔、螺钉和螺栓 用于壳体,碟形端盖、螺栓、螺钉和开孔计算的特定符号如下 符 含 单 D 壳体外部直径 mnmm 壳体内部直径 D mm D 设计直径 mm p 密封圈平均直径 mm 开孔和支管的内部直径 入 mm 要求的壁厚 mm ！” 支管的凸出长度 mm 开孔处要求的壁厚 mmm 支管壁厚 mm 假定控制应力作用的距离 mm R 碟形端盖的球冠半径 nmmn
GB/T28819一2012 表(续 符 单 位 转角半径 mnmm 碟形端盖直法兰的高度 mm 碟形端盖的深度 h mm 焊接接头系数 躺化系数 ?A MP 设计压力 弯曲压力 MPa N 总的螺栓(或螺柱或螺杆)紧固力 考虑内部压力的区域(A)的负荷 N 实际使用的螺栓或螺柱或螺杆)总截面积,以螺纹小径计算或以无螺纹 A mm 部分的最小直径计算,取小者 支管的中心距离 mmm 设计因素 每 -法兰连接的螺栓(或螺柱或螺杆)数量 P,/P=尸:/P? 每一螺栓(或螺柱或螺杆)的负荷=户/" P 每一螺栓(或螺柱或螺杆)的紧固力= p,/n 5.7.1.1圆筒壳体 要求壁厚见式(2). 力 2 K1.5.w干 圆筒壳体最小允许壁厚为3 mm 5.7.1.2球形壳体 要求壁厚见式(3): 4K1.5 U十p 球形壳体最小允许壁厚为3mm. 5.7.1.3锥形壳体 锥形壳体壁厚的确定是基于圆锥体的宽端口在转角处或圆周接缝的切线方向(弯曲应力)的应力和 远离转角的切线方向(膜应力)的应力见图1) 应考虑根据5.7.1.3.1或5.7.1.3.2计算的较大壁 厚 尽管根据5.7.1.3.1和5.7.1.3.2得出的厚度较小,但对于带斜角到圆锥体轴9>70°的浅圆锥 体,壳体壁厚应根据5.7.1.3.3来确定 12
GB/T28819一2012 图1圆筒形壳体和锥形壳体之间的典型连接 在式(4)和式(8)中焊接接头系数()按圆周接缝,在公式(7)中按纵向接缝 如果圆周接缝和转角 之间的距离最少是x/2,则式(4)和式(8)焊接接头系数v=1.0. 锥形壳体的最小允许壁厚为3mm 5.7.1.3.1基于径向应力的计算 要求的壁厚见式(4): D.p8 1=K5.D 根据两个相邻壳体斜角的差异[见式(5)],以及转角半径和壳体外部直径的比率r/D,设计因数 9要从表7或图2中取出 小= = P 13
GB/T28819一2012 r/D 0.01 13 0.02 a.03 10 0.04 a.06 cosp 0.08 0.10 0.15 1.20 0.30 a.40 0.50 5 20 30 40 50 60 70 ?角 图2设计因数》和数字因数1/eosp 带转角的壳体,见图1a)和图1b) 如果雉形壳体的宽末端与转角相连,则转角的壁厚要根据式(4)确定且应在远离圆锥体截面的 1
GB/T28819一2012 转角至少按式(6)计算的距离范围内保持这个壁厚 6 工=、D. 且超过至少x/2的距离沿圆筒形段应保持这个壁厚 表7锥形壳体的设计因数月和数字系数csp和1/csp !/D对应的" 9对应 cosg 1/cosp 的少0.01 0.020.030.040.060.080.100.15 0.2 0.3 0.4 0.5 10 1.2 1.1 0.985 1.015 l.4 1.3 1.l 20 2.0 1.8 1.7 1,6 1,4 1,3 1.2 1.1 1.1 1.1 1.l 1.l 0.940 1.064 2.0 1. 1.155 30 2.7 2.4 2.2 1.8 1.7 1.6 1.3 0.866 3.o 2.4 0.707 3.7 2.6 2.21.9 1.8 45 3.3 1.4 1.1 1.1 1.414 4.l 60 6.4 5.7 5.1 4.0 3.5 3.2 2.8 2.5 2.0 1.4 1.l 0.500 2.000 3 70 7.2 5， 4.2 3.7 2.7 0.342 2.920 10.0 9.0 8.0 6.0 4.9 b不带转角的壳体,见图1d 锥形壳体可相互连接,或只要满足以下条件,可用对接焊的方式将锥形壳体与圆筒壳体连接 130°; 2)接头从两侧焊接; 3)根据式(6)两个壳体的长度应至少为2r 如果与项2)不符,对接接头只能从一侧焊接,则与两侧焊接的接头的等价性应通过焊接工艺试验 来验证 根据式(4)在对接接头处的两个壳体的壁厚应依据在环缝的弯曲应力来确定 5.7.1.3.2基于切向应力的计算 要求的壁厚见式(7): D KI.5.-万`cOs 式中: 焊接接头系数,其为纵向接头的效率,且数字因数1/eos9取自表7或图2 D 设计直径,要根据图1中图a)图d)确定，且距离r根据公式(6)确定 在锥形壳体彼此连接的情况下,应根据每个壳体与壳体轴线的倾斜角(仰或9.)计算壁厚 5.7.1.3.3浅锥形壳p>70' 要求的壁厚见式(8): P！ ！=0.3(D.一r 8) 苑R.5 如果转角和环向接头的间距至少是按式(9): .r=0.5 cosp 则焊接接头系数u=1.0 假如可以满足对无转角壳的要求(见5.7.1.3.l),则不同斜角的锥形壳体可通过对接焊来连接 这就要求式(8)中的转角半径r=0. 15
GB/T28819一2012 5.7.1.4承受内部压力的碟形端盖 5.7.1.4.1 概述 这些规则适用于在下列限值内承受内部压力的Kp型,Kb型和半球形碟形端盖(见图3) Kp型见式(10)式(14): a 10 R=D r=0.1D. h，>3.5t 12 h，=0,1935D.一0.455! 13 14 0.001t/D 0.1 b)Kb型见式(15)一式(19). 15 R=0.8D r=0.154D. 16 h3.0r h2=0.255D 一0.635t 19 0.001st/D0.1 半球型见式(20) D./Ds1.2 20 通过适当的计算或验证试验,可以采用其他结构的碟形端盖 如果壁厚不到50nmm,直法兰的高度(,)无需超过150mm， 半球形的碟形端盖不要求直法兰 在设计应力水平和允许设计应力水平相等的情况下,假如进行非破坏性试验时碟形端盖和圆简壳 之间的圆周接缝与完全加固的对接接缝程度相同时,较短的直法兰是可接受的 如果从冠部和转角的部件一起焊接一个碟形端盖,接头应与转角有充足的距离 如果在下列情况 下,距离应被视作充足的 冠部和转角是不同厚度的(见图4).见式(21): 1 r=0.5、/R (21) 2) 冠部和转角是相同厚度的见图3) 对于Kp型碟形端盖:r为！的3.5倍; 对于Kb型碟形端盖;r为的3.0倍 然而最小值为100nmm 注:确定碟形端盖从转角向冠部过渡时起点应为内直径 对薄壁的Kp型碟形端盖,过渡大约为0.89D 对淋壁 的Kb型碟形端盖,过渡大约为0.86D 这些系数随着壁厚增加而减少 图3碟形端盖 16
GB/T28819一2012 0.6D 图4不等壁厚的转角和冠部的碟形端盖 5.7.1.4.2接头内允许的设计应力水平的百分比 如果试验程度相应于允许设计应力水平等于设计应力水平规定的试验程度,或者如果碟形端盖是 由一块板做成的,那么可以采用焊接接头系数口=1.0. 对于焊接的碟形端盖(半球形碟形端盖除外),假如焊接接头与0.6D,的冠部区域相交(见图7和 图8),不管试验程度的情况下,也可以采用焊接接头系数v=1.0 如果焊接接头与0.6D的冠部区域 不相交,根据试验程度(见图6和图9),焊接接头系数为u=0.75或u=1.0. 5.7.1.4.3开孔和支管引起弱化(见图5 根据5.7.1.5不考虑设计因数3,要对Kb型和Kp型碟形端盖的0.6D,冠部区域里和半球形的碟 形端盖里的开孔进行充分加固检查 在密封圈加固的情况下,Kp型碟形端盖密封圈不应超过0.8D Kb型碟形端盖密封圈不应超过0.7D. 对于0.6D的冠部区域以外的开孔,根据图10和图1l,采用提高的设计因数8. 在相邻开孔之间的管间隙没有全部在0.6D,以内,则管间隙的最小宽度应至少等于在开孔中心间 距测量的开孔半径的总和 0.6D 图5带支管的碟形端盖 5.7.1.4.4计算规则 冠部要求的壁厚见式(22): 22 R1.5.D干 转角要求的壁厚见式(23): 17
GB/T28819一2012 D.B 23) .5 “ 6D o 焊接接头在Q.6n.以外分别为0.75iL.0 图6 、,D 图7焊接接头在0.6D.,以内;y=1.0 .6D 图8从冠部和转角部件到焊接的碟形端盖在0.6D,以内;y=1.0 18
GB/T28819一2012 0.6D 图9从冠部和转角部件到焊接的碟形端盖在0.6D,以外;分别为0.75;1.0 0.001 0.05 0.005 0.01 互 图10Kp型碟形端盖用设计因数B 碟形端盖带或不带开孔与支管)用设计因数9作为/D和d/D的函数取自: a)对于Kp型碟形端盖,见图10; b)对于Kb型碟形端盖,见图1 山/D.>0的曲线适用于在全部冠部和转角区域加固过的开孔 不考虑壁厚,半球形碌形端盖与 个相邻的媒接接头的距离见式(24): r=0.5、R ( 24 设计因数=1.1适用 对于承受内部压力的Kp型和Kb型碟形端盖,要求进行一次附加检查,以保证转角的尺寸是否足 以防止弹性弯曲在转角的弯曲变形 如果根据图12确定的弯曲压力(.)等于或高于1.5倍设计压 19
GB/T28819一2012 力(p)则是这种情况 碟形端盖的最小允许壁厚为3mm. 因Kb型和Kp型碟形端盖中的内部压力引起的应力分布由弹性分析方法(见附录A)确定 0.0o1 0.005 0.05 0.01 D 图11Kh型碟形端盖用设计因数p" 5.7.1.5承受内部压力的圆筒壳体、锥形壳体和球形壳体中的开孔 5.7.1.5.1概述 这些规则适用于承受内部压力的圆简壳体,锥形壳体和球形壳体中的圆形开孔及其补偿 这些规则涵盖d/D<1.0的比率 注:经验表明,在大直径比率的情况下,应力出现在与壳体轴线相垂直的横截面(角撑板区域) 根据这一领域中的 研究工作获得的结果不足以制定通用设计规则 总之,只要不出现蠕变且没有循环负载引起的损坏,这些应力 就不会导致破坏 这些规则未涵盖附加的外力和力矩,因此,应予以单独考虑 对于锥形壳体,仅当壁厚是由圆周应力确定时,这些规则才适用 这些规则允许压力试验中在高应力局部区域内1%以下的弹性变形,因此,开孔要仔细设计以避免 几何形状的突然变化 5.7.1.5.2补偿方法 增加壳体的壁厚 通过增加壳体的壁厚使开孔得到加固(见图13和图14). 壁厚的局部增加 通过内置环或叠加环或密封圈的方式使开孔得到加固(见图15和图16. 增加支管的壁厚 通过增加支管的壁厚使开孔得到加固(见图17和图18). 20
GB/T28819一2012 o D 0.0o05 0.b01 0.0o15 0.002 0.0025 0.(o03 0.0035 图12弯曲压力的确定 图13增加圆筒壳体的厚度 图14增加锥形壳体的厚度 嵌入式加固环 叠加式加固环 b 图15加固环的局部增加 21
GB/T28819一2012 图16密封圈加固 a 图17 支管加固 翻边开孔 5.7.1.5.3开孔的设计和加工 开孔应尽可能设置在距离焊接接头至少r=3处 在开孔位于或接近焊接接头的情况下,在开孔 区域内有可能要进行焊接接头的非破坏性试验,从而可以在有疑问的情况下核实接头的完好性 应避免带尖锐末端的开孔 密封圈加固的角焊缝的喉部厚度(a)应至少为密封圈厚度的一半(根据图16为0.5h) 在支管加 固的情况下,承受焊接接头负荷的厚度应至少等于连接中较薄者的壁厚 要加固的壳体材料和加固物的材料本身要尽可能具有相同的延展性 根据5.7.1.5.4在计算中要 考虑加固物的设计强度低于壳体的设计强度 反之则不适用于计算 5.7.1.5.4弱化 开孔的弱化效果一般由弱化系数(u)来补偿 对于垂直于壳体的支管,在图24和图25中足够精 确地给出了系数u 在这些图中的壁厚t与所要求的壁厚相同 注:弱化系数意味着在弹性范围内结构具有减小塑性变形的能力 因为相对于弯曲应力,它们的膜应力高,因此， 大开孔的薄壁壳与这种假定不相符 心
GB/T28819一2012 如果加固物的标称设计强度(K)小于要加固的壳体强度,那么对于密封圈加固来说,加固物的横截 面和对于支管加固物来说支管壁厚应在图24和图25中确定的弱化系数u之前作出相应的减小 5.7.1.5.5计算方法 根据式(25),开孔也可以得到补偿 25 p(A,/A +0.5)hh的原则,如果密封圈的厚度增加 至(h;)),密封圈加固的宽度(b)(见图16)可以减少至 然而应遵守公式(27)的极限值 e)增加支管的壁厚 对于图17和图18的加固物,弱化系数应从图24和图25中,按壁厚t,/的比率和相关的开孔 直径d/.D干N得出 假如伸出长度'>4.(见图23),根据图17e)型伸出支管的壁厚可以减小20% 壁厚的比率应按 式(28): t./t<2.0 28 支管的要求长度按式(29) .=1.25、 29 根据式(30),假如支管的壁厚去增加至t,,支管的长度可以减小至 30 L t 但是还应考虑式(28)的比值 d) 增加壳体和支管的壁厚 密封圈和支管加固的组合可应用于开孔补偿(见图23) 对于这种加固的计算,同时采用b)和c 中规定的要求 23
GB/T28819一2012 图19圆筒壳体的计算方法 图20球形壳体的计算方法 24