国家标准 GB/16507.4一2013 部分代替GB/T16507-1996.G;9222-20o8 水管锅炉第4部分;受压元件强度计算 Water-tubeboilers一 Part4:Strengthcaleulationofpressureparts 2013-12-31发布 2014-07-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/r16507.4一2013 目次前言范围规范性引用文件术语和定义通用要求许用应力计算壁温计算压力减弱系数元件厚度 10计算厚度 11开孔补强确定元件最高允许工作压力的验证法 12 13厚度附加量 14最高允许工作压力附加应力校核 15 16结构限制和要求 28 附录A(规范性附录锅简低周疲劳寿命计算 36 附录B资料性附录设计附加压力A灰的选取方法 43 附录c资料性附录 -般情况工艺附加厚度的选取 4！附录D(资料性附录)开孔减弱截面的抗弯截面模量w.的近似算法 46
GB/T16507.4一2013 前言 GB/T16507《水管锅炉》分为以下8个部分第1部分;总则第2部分材料第3部分:结构设计; 第4部分;受压元件强度计算; 第5部分;制造第6部分;检验、试验和验收第7部分;安全附件和仪表第8部分:安装与运行本部分为GB/T16507的第4部分本部分按照GB/T1.12009给出的规则起草本部分部分代替GBT 16507一1996和GB/T92222008,与GB/T16507一1996和GB/T92222008 相比,主要技术内容变化如下本部分以GB/T9222一2008标准为基础,将GB/T9222一2008中材料及许用应力表等有关要求归人本标准第2部分(GB/T16507.2),将与工艺相关的结构要求归人本标准第3部分 GB/T16507.3),其余内容均在本部分,同时整合了GB/T16507一1996中的有关内容本部分按计算过程分节,包括16章和4个附录; 对原标准的部分符号,角码等符号进行了修改修改了许用应力修正系数表,仅保留元件工作条件对材料许用应力的修正系数,其他与结构有关的许用应力修正系数废除,等量修正在元件厚度计算中考虑,修改了相应元件的结构系数取消对额定压力大于或等于16.7MPa锅炉锅筒和封头的0.95许用应力修正系数; 修改了计算压力的确定方法,明确要求计算压力应大于或等于工作压力与安全阀整定设计附加压力之和取消了对安全阀整定设计附加压力值的强制规定,安全阀整定设计附加压力值选取可参照资料性附录B 修改了媒缝减弱系数表,明确根据焊缝坡口形式和无损检测范围确定焊缝减弱系数修改了工艺附加厚度的确定方式,取消了对工艺附加厚度值的强制规定,工艺附加厚度选取可参照资料性附录C; 给出了弯管或弯头的外弧、中弧、内弧的计算厚度公式,并规定外径大于100 nmm的弯管或弯头,需校核内弧计算厚度; 修改了受外压小口径管厚度计算规定,增加了引用GB150标准计算的条款; 调整和新增了部分平端盖结构形式 -修改了应力分析验证法的有关条款,给出了应力分析验证法一般步骤本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口本部分负责起草单位:上海发电设备成套设计研究院本部分参与起草单位;哈尔滨锅炉厂有限责任公司,东方电气集团东方锅炉股份有限公司、上海锅炉厂有限公司,、武汉锅炉股份有限公司,无锡华光锅炉股份有限公司、北京巴布科克威尔科克斯有限公司、杭州锅炉集团股份有限公司、发电设备国家工程研究中心四川川锅锅炉有限责任公司、济南锅炉
GB/r16507.4一2013 集团有限公司本部分主要起草人;李立人、梁剑平、肖忠华,董师宏、肖慧芳、姚梅初,骆声,郑水云,赵伟民,李林、张强军,吴祥鹏、盛建国、陈玮、毛荷芳本部分所代替标准的历次版本发布情况为 -GB/T9222一2008 GB/T16507一1996
GB/T16507.4一2013 水管锅炉第4部分受压元件强度计算范围 GB/T16507的本部分规定了水管锅炉受压元件的强度计算方法、材料的设计许用应力和确定元件最高允许工作压力的验证方法本部分适用于GB/T16507.1范围界定的水管锅炉的受压元件包括锅简筒体,集箱简体、,管子,锅炉范围内的管道、凸形封头,平端盖及盖板和三通等异形元件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 GB150压力容器 GB/T16507.1水管锅炉第1部分:总则 GB/T16507.2水管锅炉第2部分:材料 Gs/T16507.5制造 DL./T5366火力发电厂汽水管道应力计算技术规程 JB/T6734锅炉角悍缝强度计算方法术语和定义 GB/T16507.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 腐蚀裕量corosionallowaneethickness 受压元件设计使用期内考虑腐蚀减薄需要附加的厚度 minustoleranceofthickness 厚度负偏差材料标准规定允许厚度负偏差的下限值的绝对值 3.3 制造减薄量processingthinningofthickness 制造过程中产生的厚度减薄值最小需要厚度nminimumrequiredthicknes 考虑了计算压力等载荷及腐蚀减薄因素所需的厚度 3.5 元件尺寸 componentsize 除特别指定外,均表示图样标注尺寸
GB/r16507.4一2013 3.6 热挤压三通hotextrusiontee 用无缝钢管经多套模具热挤压成型的直型三通和鼓型三通直型三通straightee 支管直径小于或等于主管直径,主流通道呈直线形的三通 3.8 鼓型三通drumtee 支管直径大于主管直径,由等径直型三通圆滑过渡锻缩而成主流通道呈鼓型的三通 3.9 纵截面vertiealseetonm 过接管回转轴线且与主管回转轴线平行的平面 erosssection 横截面与圆筒体或主管等回转体轴线垂直的平面通用要求 4.1按本部分设计计算的锅炉受压元件,其材料,设计,制造、安装,使用、修理及改造,应符合国家有关法规及本系列标准的规定 4.2用于调峰负荷等参数波动较大机组的锅炉,受压元件应进行疲劳强度校核锅简疲劳强度校核按附录A计算许用应力 5.1材料的许用应力[a]应按GB/T16507.2选取 5.2锅筒、集箱筒体、三通和等径叉形管的许用应力[a],取GB/T16507.2中相应材料的选取值与表1 修正系数?的乘积表1修正系数n 元件名称温和工作条件不受热锅筒和集箱筒体烟温<600C,透过管束的低辐射热流且壁面无烟气的强烈冲刷 0,95 三通、等径又形管 >6o0 烟温 0.90 计算壁温 6.1符号热流均流系数，锅炉额定压力,MPa; p
GB/T16507.4一2013 最大热流密度,kw/m=; 9max 金属壁温,C; 金属内壁温度,C; 金属外壁温度,C; 计算壁温,C; d 平均工质温度,C; 计算压力对应的工质饱和温度(热水锅炉为出口出水温度),C; 温度偏差,C; 工质混合系数内壁对工质的换热系数,kw/nm'C); Qh 按名义厚度确定的外径与内径的比值; 圆筒体,焊制和锻造三通主管、等径叉形管或凸形封头的名义厚度,mm; 钢材导热系数,kw/mC) 6.2金属壁温受压元件的各点金属壁温可按式(1)计算十t 6.3元件计算壁温 6.3.1受压元件的计算壁温由传热计算确定,一般可按式(2)计算且 +X" -十一十xg rd 6.3.2锅简取X=0;管子取X=1;集箱一般可取X=0.5,当工质从端部进人时,取X=0. 6.3.3集箱和管子取>10C;不受热过热蒸汽集箱取XA>10C 6.3.4锅简和集箱取J=1 锅筒的平均工质温度,取计算压力下工质的饱和温度(热水锅炉为出口水温》 6.3.5 6.3.6确定计算壁温时,可不予考虑设计允许范围内锅炉出口过热蒸汽温度的波动值 6.3.7计算壁温取受压元件上内外壁温算术平均值中的最大值 6.3.8锅筒集箱和防焦集箱、管子和管道的计算壁温也可分别按表2、表3和表4选取表2锅筒计算壁温单位为摄氏度工作条件计算公式不受热在烟道外在炯道内 =t.十10 绝热在炉膛内十40 透过管束的辐射热流不大,而且筒体壁面不受烟气的强烈冲刷 a=t十20 对流烟道内,烟温600C =t十30 不绝热对流烟道内,600C之烟温< 900C 十50 对流烟道或炉膛内,烟温>900c t=t十90 注;对于受热的锅筒，系指水空间温度
GB/r16507.4一2013 表3集箱和防焦集箱计算壁温ta 单位为摄氏度工作条件计算公式内部工质烟道外不受热烟道内绝热 t=t十l0 % 水或汽水混合物对流烟道内,烟温<600 十30 不绝热对流烟道内,600C<烟温<900C 十50 对流烟道或炉膛内,烟温>900 =十1l0 不受热烟道外绝热烟道内 l=/,十25 饱和蒸汽对流烟道内,烟温<600” =t 十40 不绝热 ,十60 对流烟道内,600C<烟温<900c L 不受热烟道外 =(.十X公绝热烟道内 a=m十25+XA/ 过热燕汽对流烟道内,烟温s600的 t4=tm十40十X/ 不绝热对流烟道内,600C<烟温900C a=tm十60十XAt 注;对于受热的汽水混合物集箱和防焦箱筒体,系指不出现自由水面时的温度表4管子和管道的计算壁温t4 单位为摄氏度元件条件计算公式沸腾管 p,<13.7MPa及gm<407kw/m i=1,十60 对流式省煤器 a=tm十30 省煤器管牺射式省煤器十60 - t=十50o 对流式过热器过热器管辐射式或半辐射式(屏式)过热器 =tm十100 管道在烟道外计算压力 7.1符号 -计算压力,MPa; 工作压力.MPa -锅炉额定压力,MPa; " 工质流动阻力,MPa; Apr 液柱静压力,MPa; An -设计附加压力(考虑安全阀整定压力),MPa p
GB/T16507.4一2013 7.2工作压力 7.2.1工作压力按式(3)计算 p，=p,十/十 ..( 7.2.2工质流动阻力Ap取锅炉最大出口流量时,计算元件至锅炉出口之间的压力降当元件底部袱柱静压值小于或等于3%(A十AA十公)时,则液柱静压值可不考虑 7.2.3 7.3元件计算压力 7.3.1锅炉再热燕汽系统,计算压力应取锅炉额定压力时元件工作压力的1.15倍 7.3.2再热蒸汽系统外的锅炉元件计算压力按式(4)确定十 4) 7.3.3蒸汽或热水锅炉设计附加压力力取安全阀或动力驱动泄压阀实际整定压力(较低)与工作压力的差值 7.3.4蒸汽或热水锅炉设计附加压力Ap也可参照附录B选取确定减弱系数 8.1符号斜向孔桥两孔间在圆筒体内外壁平均直径圆周方向上的孤长 ,mm; 斜向孔桥两孔间在圆筒体轴线方向上的距离， mm; 三通结构系数; C、C 开孔直径mm; 凹座开孔的沉孔直径,或密封人孔用密封面凹槽直径,mm, d 三通支管的平均直径,mm; d. d 相邻两孔平均当量直径,mm d 孔的当量直径,mm d. -孔的当量直径,mms 第第二孔的当量直径，，mm 三通主管的平均直径，，mm; 三通主管、等径叉形管的内径,， -圆简体、封头、 mm; 圆筒体、封头、三通主管、等径叉形管的外径,mm: 具有凹座开孔的沉孔深度、,或平端盖加工钝边高度,mm 斜向孔桥的换算系数; 孔桥减弱系数线算图中的参数; 斜向孔桥两孔间在圆筒体轴线方向上的距离与两孔间在圆简体内外壁平均直径圆周方向上的弧长a的比值; 锅炉额定压力,MPa; 纵向(轴向)相邻两孔的节距,mm; 、横向(环向)相邻两孔的节距,mm: 斜向相邻两孔的节距,mm 相邻两孔的临界节距,mm; 孔的轴线与圆简体径向在横截面内的夹角,('); -按名义厚度确定的外径与内径的比值;
GB/r16507.4一2013 -按计算厚度确定的外径与内径的比值; -圆筒体、焊制和锻造三通主管、等径叉形管或凸形封头的名义厚度,mm; 接管或三通支管名义厚度，mm; 接管或三通支管的有效厚度,mm:; o 圆筒体,焊制和锻造三通主管、热挤压三通过渡区、等径叉形管或凸形封头的有效厚度,mm; 许用应力,MPa [a [a小 -补强接管的许用应力,MPa; 孔桥减弱系数 " -封头开孔减弱系数; 焊制和锻造三通、等径叉形管的减弱系数; 焊缝减弱系数 g 8.2最小减弱系数 8.2.1圆筒体最小减弱系数取纵向焊缝减弱系数、孔桥减弱系数中的最小值 8.2.2孔桥与焊缝重叠,减弱系数取孔桥减弱系数和焊缝减弱系数的乘积 8.2.3凸形封头,媒制或锻造三通,等径叉形管等元件,应考虑相应的结构减弱系数凸形封头顶部开孔中心与焊缝边缘距离小于或等于(0.5d十12)mm时,最小减弱系数取开孔 8.2. 减弱系数和焊缝减弱系数的乘积 8.3焊缝减弱系数无件粼缝质量应符合GBT1607.5的有关规定对接焊缝减弱系数应根据焊缝形式及无损检测比例,按表5选取 8.3.2 表5对接焊缝减弱系数p 无损检测(超声波或射线)范围媒缝形式 l00% 1.00 双面坡口焊缝局部 0.90 100% 0,90 单面坡口媒缝局部 0.8o 8.3.3当元件计算壁温超出持久强度确定许用应力的起始温度时,焊缝减弱系数p,取值不应大于0.80. 8 凸形封头开孔减弱系数 8.4.1凸形封头顶部中心开孔,封头开孔减弱系数按式(5)计算: 5) 炭 9;=1一 8.4.2封头顶部中心开孔为椭圆时,d取椭圆长轴 8.5孔桥减弱系数 8.5.1相邻两孔直径均小于或等于未补强孔最大允许直径,且两孔的节距(纵向、横向或斜向)小于孔桥相邻两孔的临界节距时,按本章计算孔桥减弱系数
GB/T16507.4一2013 8.5.2孔桥相邻两孔的临界节距按式(6)计算: s =d.十2(D)6 8.5.3相邻两孔的孔桥减弱系数按表6计算计算的孔桥减弱系数大于1时,取9=1 表6孔桥减弱系数p 孔桥型式孔桥示意图纵向简休轴级横向 '取圆筒体平均直径圆周上的弧长斜向 0.75 /1-平《"取圆筒体平均直径圆周上的弧长筒体轴线 8.5.4相邻两孔平均当量孔径d按式(7)计算 d 十de d= 8.5.5当量孔径d.,d按表7计算表7当量孔径形式示意图当量孔径等直径 d一dl =d 筒体饷线纵向孔桥斜向孔桥横向孔桥 dl =dl 横截面 cosa 十cos”a 非径向孔面体轴线 d=d+(d 一d) 具有凹未熔合阶梯形管孔的d等于阶梯形管座的孔孔的纵向截面积除以圆筒体名义厚度
GB/r16507.4一2013 8.5.6斜向孔桥减弱系数亦可由图1直接查取图中N=(d十da)/(2a),虚线为各条曲线极小值的连线我主克主 0.9 雾 0.8 薯 0.7 C 0.6 H 0.5 远句. 雨 0.3= -0.90 0.2 0.1 外 2爱 0.0" 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 l.2 2.0 =b/a 图1斜向孔桥减弱系数线算图 8.5.7开孔直径确定 a)椭圆孔在孔桥两孔中心连线上的尺寸; b 插人式整体焊或双面角媒(仅户,<2.5MPa的不受热锅简)接管的接管内径 8.5.8插人式整体焊或双面角焊(仅户,<2.5MPa的不受热锅筒)接管(或孔圈)的钢材许用应力[] 小于圆简体钢材的许用应力[a]时,减弱系数计算中的d应取接管(或孔圈)内径与2,[1-[],/[a]] 之和 8.5.9单独孔桥可利用有效补强范围内接管厚度的裕量进行补强,提高孔桥减弱系数,补强计算条件和方法见第11章 8.6焊制和锻造正交三通的减弱系数 8.6.1无缝钢管焊制三通的减弱系数按表8确定 8.6.2锻造三通减弱系数9,按式(8)和式(9)计算 9 20 1十C 2C d十 C，=4.05 9 D.d D.o
GB/T16507.4一2013 表8焊制三通减弱系数p 计算壁温结构参数补强型式蝶式 1.05<8<1.10 0.90 厚度取式(8)值的2/3 ，<2.5MPa,l.05<<1.10,D<273mm 低于由持久强度确定许用应力的起始蝶式 0,90 温度 1.10<3且3<1.50 0,80 单筋厚度按式(8)计算蝶式按式(8)计算 1.05<1.10 厚度取式(8)值的2/3 2.5 MPa.I,05<<1.10.D二273mm 不低于由持久强度 1.10<91.25且273mm nGB/r16507.4一2013 .(10 oh=心十C 9.3设计厚度设计厚度按式(11)计算 o=十c 11 9.4名义厚度名义厚度应满足 o ods 心>o. 12) o o 9.5有效厚度有效厚度按式(13)计算 o =一C (13 =心一C 10 计算厚度 10.1符号 D 盖板的计算直径,mms 圆筒体、封头、三通主管、等径叉形管的内径,mm; D D 圆简体,封头、三通主管,等径叉形管的外径,mm 开孔直径mm; d d 密封人孔用密封面凹槽直径,mm; 接管、三通支管的外径,mm; d. [门热挤压三通满足过渡区强度要求的支管最大允许内径， mm; Jimax -封头内高度,mm; hmd -锻造三通支管最小高度， mm 盖板结构特性系数 K 平端盖结构特性系数州 K 弯管内弧形状系数 K 弯管外弧形状系数 K 凸形封头结构形状系数; 平端盖直段部分的长度,mm L 热挤压和锻造三通主管半长,mm; 计算压力,MPa; p -锅炉额定压力,MPa; -平端盖和三通的内转角过渡圆弧半径、或锻造三通主管和支管外壁过渡圆弧半径，，mm; 弯管中心线的曲率半径,或热挤压三通外壁肩部最大过渡半径、 R mm; R -不等厚圆筒体薄壁处内半径， mm; 10o
GB/T16507.4一2013 R 不等厚圆筒体厚壁处内半径,mm; yy 盖板形状系数; 等径叉形管主管与接管中心轴线夹角,(); 按计算厚度确定的外径与内径的比值 -圆简体,焊制和锻造三通主管、等径叉形管或凸形封头的名义厚度，，mm -强度未减弱圆简体的计算厚度,mm; 平端盖或盖板的名义厚度,mm; 平端盖环形凹槽处的最小厚度，，mm; 盖板螺栓连接部位或密封面处环状部位的厚度,n ，mm; 三通支管名义厚度，mm; a 有效厚度,mm; 最小需要厚度,mm; own -计算厚度,mm; [ -许用应力,MPa; 最小减弱系数， 9mimn 焊制和锻造三通、等径叉形管的减弱系数， 9 焊缝减弱系数 10.2直圆筒体直圆简体的计算厚度按式(14)或式(15)计算 10.2.1 pD o (14) 2P[a]十 D 15 0 2pn[d一" 10.2.2承受外压的管子计算厚度可参照GB150确定当管子计算温度或材料牌号超出GB150规定范围时,外径D.<200mm的承受外压的管子计算厚度可取式(14)计算值的1.45倍中径相等的不等厚度锅筒筒体,薄壁与厚壁部分的强度分别按本节计算,薄壁D=2R',厚壁 10.2.3 D=2R" 直圆筒体厚度计算公式应在表10的范围内使用 10.2.4 表10直圆筒体厚度计算公式适用的从范围元件名称范围锅简 A=1十2a/D Al.30 A<1.0 集箱 A<2.00(过热猴汽 A=D./(D,一2 8<2.00 管子和管道 10.3凸形封头 10.3.1典型的椭球和球形封头结构见图2 11
GB/r16507.4一2013 b 图2典型的椭球和球形封头结构示意图 10.3.2封头顶部中心开孔为椭圆时,d取椭圆长轴椭球和球形封头的计算厚度按式(16)和式(17)计算 10.3.3 D 16 ,=K ”2Ld R-[+[门 17 10.3.4椭球和球形封头的计算厚度公式的适用范围 >03;<0.1员<0“ 10.3.5热旋压管制缩口封头顶端工艺开孔d>80mm时.计算厚度可按本节计算 10.3.6热旋压管制缩口封头的o;/6,<0.5,且<2.5MPa,计算厚度公式适用范围中的d/D可按式(18)控制 0.8 18 D 10.3.7凸形封头直段的计算厚度按式(19)计算 D (19) 2[一 10.4平端盖 10.4.1平端盖的计算厚度按式(20)计算 -kn. (20 10.4.2平端盖直段的计算厚度按式(21)计算 D 21) d，=！干" 10.4.3平端盖的结构特性系数K按表11选取 12
GB/T16507.4一2013 表11平端盖的结构特性系数K 结构型式一 2 A. 无孔 0.42 0. 0,4 0,42 K 0.45 0,47 0.45 0.47 有孔推荐范围优先结构型式 0.65 0.58 无孔 0.65 0.5 K 0." 0.76 0.65 0,56 有孔 0,76 推荐范围 2.5MPa且D<4126mm水压试验 10.5盖板 10.5.1盖板计算厚度按式(22)计算 22 ,=K.Y.D. 10.5.2盖板形状系数Y按表12选取表12盖板形状系数Y b/a l.00 0.75 0.50 Y 1.00 1.15 l.30 注;b/a为孔的长短轴比,相邻b/a之间Y.值可用算术内插法确定,小数点后第三位四舍五人 10.5.3盖板结构特性系数K 和计算直径D按表13规定选取 13
GB/r16507.4一2013 表13盖板结构特性系数K 和计算直径D 型式和D确定 0.50 0.55 0.45 0.55 盖板的连接处的厚度,应满足 10.5.4 d0.8d 23 10.6弯管或弯头和内、外弧无开孔的圆弧形集箱筒体 10.6.1弯管或弯头和圆弧形集箱筒体外狐计算厚度按式(24)和式(25)计算 pD =K 24) 29[十 K -I丛 25 -R羊觉 10.6.2弯管或弯头和圆弧形集箱简体内弧计算厚度按式(26)和式(27)计算 pD o =K (26 2[十 -米品 27 10.6.3弯管或弯头直段和中弧的计算厚度按式(28)计算 D a 28 2La十！ 10.6.4圆弧形集箱筒体中弧的计算厚度按式(29)计算 D 29) 0 2pmL]干" 10.6.5外径D二10mn的弯管或弯头,可不校核内孤计算原度 10.7焊制、锻造三通和等径叉形管 10.7.1焊制、锻造三通和等径叉形管的结构示意见图3 14
GB/T16507.4一2013 >40" L.0 1.0n b)锻造三通等径叉形管爆制三通 a 图3焊制锻造三通和等径叉形管结构示意图 10.7.2焊制、锻造三通主管和等径叉形管的计算厚度按式30)计算 D o. 30) 29La十 10.7.3焊制和锻造三通支管的计算厚度按式(31)计算 0 (31) 29[a]十 10.7.4焊制和锻造三通上若有允许开孔的孔桥,则在采用式(30)、式(31)确定三通理论计算壁厚时好取8.6确定的妈与8.5规定求得的最小孔桥减弱系数？中的小者 10.7.5焊制和锻造三通的计算厚度计算公式适用范围: d/D>0.8且d <813mm 10.7.6等径叉形管的计算厚度计算公式适用范围 D <108mm且1.05<风<2.0o 10.8热挤压三通 10.8.1热挤压三通主管圆筒体的计算厚度按式(32)计算 bD 32 2pmm[干p 10.8.2热挤压三通支管圆筒体的计算厚度按式(33)计算 33 0 2pn[十" 10.8.3热挤压三通过渡区计算厚度及支管最大允许内径按表14计算表14热挤压三通过渡区计算厚度及支管最大允许内径单位为毫米 660nmm >660mm 主管外径 3bD 1.3D 过渡区计算直型三通直型三通 . 十2 十10 2十 1.9[o]十厚度及支管最大允许 1.3pd .3a 鼓型三逆歧型三通十10 十2 O，内径 1.9a十 2o十 15
GB/r16507.4一2013 表14(续) 单位为毫米主管外径 S660mm >660mm 过渡区计算厚度及支管 [门=d.十2R-2,R干C-厕 [d]m=d一2(+C 许最大允当R>2.42(@,+CG)时,取[=d.一2(+C) 内径 d+2R d十2R (R+/一u 过渡区.A、 B.c,D)范围及相关尺寸示意图不允许不允许图图切M域切削区域 1 开孔补强 11.1符号 An,A、A" 纵截面上补强需要的面积,mm'; -纵截面内起补强作用的焊缝面积,mm' A,A、A" A、A'、A" 纵截面内起补强作用的接管面积,mm 纵截面内起补强作用的垫板面积,mm A -纵截面内(除接管外)起补强作用的圆筒体的面积,mm' A 圆筒体上开孔有效补强宽度,mm 圆简体内径,mm; 圆简体外径，，mm d 开孔直径或插人式整体焊接接管内径 mm; d 孔桥相邻小孔当量直径, ,mm 接管内径， mm; 接管外径,mm d C" 未补强孔的最大允许直径,mm; 孔桥补强计算时的最大允许当量直径,mm 焊缝高度,mm 接管补强有效高度,mm 补强接管伸出圆简体内壁的尺寸,mm 圆筒体开孔结构特性系数; 斜向孔桥的换算系数; K 计算压力,MPa; p 纵向(轴向)相邻两孔的节距，，mm 16
GB/T16507.4一2013 -横向(环向)相邻两孔的节距(参见表6), mm; -斜向相邻两孔的节距(参见表6), ，mm; 圆筒体名义厚度,mm; -强度未减弱圆筒体的计算厚度，，mm; 0, 接管名义厚度,mm; a 接管有效厚度， .mm; o 接管计算厚度,mm; 圆筒体有效厚度,mm:; 补强垫板的厚度,mm; 许用应力,MPa; 补强接管的许用应力,MPa a 垫板的许用应力,MPa; 孔桥未补强前的孔桥减弱系数允许最小减弱系数 11.2范围 11.2.1本章规定仅适用于a l D <0.8,且d<600mm的径向开孔若为椭圆孔,则仅适用于长轴与短轴之比小于或等于2的开孔,此时d为椭圆孔长轴尺寸 11.2.2相邻两孔的节距等于或大于孔桥相邻两孔的临界节距,可视作单孔相邻两孔的节距小于孔桥相邻两孔的临界节距,应按孔桥处理 11.2.3开孔当量孔径大于未补强孔最大允许直径的单孔,圆筒体开孔结构特性系数人>0.40,按本章单孔补强规定计算补强;圆筒体开孔结构特性系数k<0.40时,不必补强 1.2.4对于未形成孔排的单独孔桥,当两孔当量孔径均小于或等于未补强孔的最大允许直径时,可按本章孔桥补强规定计算补强,提高孔桥减弱系数 11.2.5对于未形成孔排的单独孔桥,当仅一孔的当量孔径大于未补强孔的最大允许直径,且>d.十 0.5d,十e时,在满足本章孔桥补强条件基础上,按本章单孔补强规定对大孔计算补强,补强条件满足后,该孔可按无孔处理 1.2.6两孔当量孔径均大于未补强孔的最大允许直径的孔桥,不能按本章规定计算补强 11.3未补强孔及其最大允许直径 11.3.1胀接孔、螺丝孔和其他不施焊的孔均为未补强孔 1.3.2接管与圆筒体焊接结构型式为非补强结构,或不满足开孔补强条件的孔均视为未补强孔 1.3.3插人式整体焊接接管,双面角焊接管(或孔圈),接管(或孔圈)钢材的许用应力[a]小于筒体钢材的许用应力[]补强计算时.d应取接管(或孔圈)内径与2a.[I-([]M/[])]之和 11.3.4圆简体上的未补强孔,其直径不应超过按未补强孔的最大允许直径曲线图(图4)或式(34)所确定的[]值,且当[d]>200mm时,取[们]=200mm []=8.1D. 34 11.3.5锅简简体结构特性系数人按式(35)计算 D 35 一 11.3.6集箱筒体结构特性系数按式(36)计算 D.-20 36 2[]一)6 17
GB/r16507.4一2013 当D>130X10mm m”时,按D=130×10mm 查取 ]/mm Lum ,200 170r 五二 190- 克 n" 4命拉 180o叫 1 .5 140 卫Oe 170 老 iC而 I60 i" 15D 句 To 140 110 a 13l 1or 120 叫 80 艺电e 10o 主 90 贾，手 9 so 5o 0.98十 40l 70 E0.99 30 6O 20 5O 40 10 30 111213 102030405060708090100110120130 -3mm2 a/7I0- D区/10mm 图4未补强孔的最大允许直径 11.4孔的补强结构 11.4.1孔的补强结构型式见图5 11.4.2结构型式如图5a),b),c)仅适用于锅炉额定压力小于或等于2.5MPa的锅炉 11.4.3 结树型式如图5o)仅适用于阴简体不受热锅筒,其补强计算方法税同如图5db敢图5孔的补强结构型式 18
GB/T16507.4一2013 11.4.4仅如图5d),e),f)、g)接管焊接结构适用于孔桥补强 11.4.5补强元件与圆筒体的角焊缝强度可按JB/T6734进行验算 11.5单孔补强 1.5.1开孔补强应满足以下条件: 37 Ai十A 十A 十A>A 11.5.2补强所需面积的三分之二应分布在孔边四分之一孔径的范围内 11.5.3当补强元件钢材的许用应力大于被补强元件钢材的许用应力时,则按被补强元件钢材的许用应力计算 1.5.4开孔补强有效范围(ABCD)内的补强面积按表15确定 11.5.5强度未减弱圆筒体的计算厚度，按式(38)或式(39)计算 D 38 可 (D. 2.) o (39 2d p 11.5.6补强接管的计算厚度o按式(40)计算: p(D 一2b o 40) 2] 表15孔的补强面积范围及计算补强尺寸和范围，h A,A.A" 十幼(-份)儿 do [4十盆-(-牙] A,A'A" 2e(或" 2e e Lo AAA" [2h(o一十2ho [2h(o一o十2h 2h(o一 o L 0.88.(b一d一2a [ol ，吕]e一动) d一2 (.一 Ib-d一21一- (b-d(o.一, [a] 11.5.7 有效补强范围和尺寸按以下规定选取 h=min{2.5,,2.5a};当/d>0.19时,h=d干,); a b)b=msx(2ad,十2@;当，-dGB/r16507.4一2013 11.6孔桥补强计算 11.6.1圆简体纵向、横向或斜向孔桥可用接管多余厚度(见图6),进行孔桥补强提高孔桥减弱系数用于补强的接管面积 22筒体补强面积图6孔桥补强的接管 11.6.2孔桥补强应满足以下要求: 采用本章所规定的接管焊接结构 a b允许最小减弱系数应满足条件曰<言 11.6.3孔桥补强的最大允许当量孔径[d].按下列公式计算纵向孔桥 a (41 [d] =(1一[])s 横向孔桥 b (42 [a.-(-) 斜向孔桥 [an.-(- 43 1.6.4按外径计算圆筒体允许最小减弱系数按式(44)计算 [时-O 一. (44 2[ 11.6.5按内径计算圆筒体允许最小减弱系数按式(45)计算: [g-1 (45 11.6.6孔桥补强的有效范围和面积计算,参照表15单孔补强的规定孔桥补强条件 11.6.7 接管结构和尺寸相同的孔桥 a -[d 1O. *- 46 A，十A 习 b)接管结构或尺寸不同的孔桥 A' 十A" (47 A'十A'会十A"+A"习 2[] lo. o 心
GB/T16507.4一2013 1 确定元件最高允许工作压力的验证法 12.1符号制造成型工艺系数; 试验爆破压力,MPa; " 试验温度时的验证压力(i=1,2.3,4),MPa; p 试验温度下最小验证压力,MPa; pmmn 试验温度时最薄弱部位达到屈服时的压力,MPa; " 最高允许工作压力,MPa; 圆筒体等回转壳体结构不连续部位的内外壁平均半径,mm; 圆筒体等回转壳体两相邻高应力区之间内外壁平均曲率半径的平均值， mm; 试验元件钢材在试验温度时的实际屈服强度或规定非比例延伸强度(Rp?),MPat 总钢材在20C时的抗拉强度,MPa R 试验元件钢材在20C时的实际抗拉强度,MPa 相邻两高应力区的最小厚度的平均值,mms 结构不连续处的最小厚度,mm, d 实用元件对应于试验元件.处的实际厚度,mm 心验证试验的元件最弱处的厚度,mm; a. -试验测量相对误差,%; 第一主应力,MPa O 第三主应力,MPa; G -筒体的当量应力,MPa o. y [a] 许用应力,MPa; [a] 试验温度下许用应力,.MPa; 焊缝减弱系数 pw 12.2通用要求 12.2.1本章提供了用于决定元件最高允许工作压力的验证试验和有限元计算方法,这些方法包括;应力验证法;屈服验证法;爆破验证法;应力分析验证法 12.2.2本章提供的方法可用于不能按本部分前述各章规定进行计算的受压元件 12.2.3元件内壁转角处应有圆角过渡圆角半径应大于10mm或较厚部分厚度的四分之一 12.3 应力及应力分类本章的当量应力强度采用最大剪应力强度理论,当量应力按式(48)计算 12.3.1 (48 a =a一a 12.3.2 次应力,由机械载荷产生,满足元件内力与外力平衡的应力,不具自限性 12.3.3 次薄膜应力,沿截面厚度的平均一次应力 12.3.4 次弯曲应力,沿截面径向变化,平均合力为零的一次应力 12.3.5二次应力,满足整体变形协调条件,在结构不连续或相邻元件连接部位及其邻近区域产生的附加应力,具自限性 12.3.6在回转壳体经线方向上,内、外壁平均或截面平均当量应力值大于或等于1.1[]的应力区域 21
GB/r16507.4一2013 小于或等于/R心,并且相邻两个这样区域的边缘间距大于或等于2.5、R,则此应力属于一次局部薄膜应力 12.4 应力验证法 12.4.1应力验证法步骤如下 a)区分一次应力(一次薄膜应力、一次局部薄膜应力)和二次应力区域 b分别在各区域的内、外壁对应点布置粘贴应变片确定最高试验压力,控制元件各点应力低于验证试验温度时材料的屈服限 c d)按最高试验压力,将压力分成若干升压和降压级反复分级升压和降压,记录各级压力值及其各应变测点的应变值,直至重复性满意要求为止 f们建立一次应力区最大内,外壁平均当量应力与试验压力的线性关系,在该线性关系下,1倍许用应力对应的压力定义为试验验证压力建立一次应力区最大当量应力与试验压力的线性关系,在该线性关系下,1.5倍许用应力对应的压力定义为试验验证压力 h)建立二次应力区最大内外壁平均当量应力与试验压力的线性关系,在该线性关系下,1.5倍许用应力对应的压力定义为试验验证压力p 建立二次应力区最大当量应力与试验压力的线性关系,在该线性关系下,3倍许用应力对应的压力定义为试验验证压力p 取A卢、/、卢中的最小值久 j k)分析确定验证试验的相对误差A 12.4.2 应力验证法的元件最高允许工作压力按式(49)确定 [月- 49) 12.4.3本节确定的元件最高允许工作压力,用于未经试验验证的相同元件时,应按实际情况考虑温度和厚度差异,对最高允许工作压力进行修正 12.5屈服验证法本节只适用于工作温度低于该钢材持久强度对许用应力起控制作用的温度的元件 12.5.1 12.5.2 元件钢材验证试验温度的屈服强度与抗拉强度之比小于或等于0.6. 12.5. 试验元件应未受过液压试验,没有形变硬化和内应力 3 12.5.4屈服验证法的最高允许工作压力按式(50)确定 [月=0.7石色生 50 12.5.5投人运行后,可对元件内外壁作定期检查的,其最高允许工作压力可放大至1.25[] 12.5.6确定的最高允许工作压力用于未经试验验证的相同元件时,应按实际情况考虑厚度差异进行修正 12.5.7元件的屈服压力b,可用应变测量法确定,确定步骤如下: a)确定二次应力区部位,在该应力区的外壁布置应变片 b)缓慢分级升压,记录每级压力值及相应的每个测点的应变值,建立最大应变点的应变与试验压力的关系曲线(见图7),取相应残余应变量为0.2%的压力为p 心
GB/T16507.4一2013 0.2% 图7试验确定p,的应变与压力的关系曲线 12.6爆破验证法 12.6.1试件不应少于3个,且取试验的最小值 12.6.2爆破验证法最高允许工作压力按式(51)确定 [月-Ip (51 般取为1 12.6.3除浇铸成型元件的制造成型工艺系数取0.7外,制造成型工艺系数 12.7应力分析验证法 12.7.1应力分析验证法应用应符合下列条件和规定对分析设计条件的准确性和完整性予以确认 a b)采用通过认证或公认可靠的有限元计算分析软件,有限元计算分析软件具有完整的说明文件用户使用手册和标准考题; 分析设计条件和结果文件有元件应力分析验证和设计单位的批准标识 c) 结果文件至少包括,应力分析报告书,元件结构设计图,计算简化模型图 d 应力分析报告书至少包含模型简化,边界条件,单元类型等输人条件及应力,位移等计算结果; f们应力分析结果与已有的解析解、数值解或实验结果相比较,以证明应力计算结果的准确性 12.7.2 应力分析验证法一般步骤包括分析计算对象的几何结构和载荷,确定可利用的对称特性; a b 利用对称特性建立简化计算模型; 按GB/T16507.2确定材料物理参数; 根据计算模型、载荷和分析结果要求,选择确定分析单元类型 D 检查计算结果,分析计算误差,确定是否有必要修改输人重新计算; 区分一次应力(一次薄膜应力、一次局部薄膜应力)和二次应力区域,按应力分量控制原则进行应力强度评定,确定最高允许工作压力 12.7.3 确定最高允许工作压力的应力分量控制原则: -次应力区,最大内,外壁平均或截面平均当量应力1倍的许用应力 a -次应力区,最大当量应力或截面平均应力与弯曲应力之和的当量应力小于1.5倍许用应力 b 二次应力区,最大内外壁平均应力或截面平均当量应力小于1.5倍许用应力 c d)二次应力区,最大当量应力或截面平均应力与弯曲应力之和的当量应力小于3倍许用应力 23
GB/r16507.4一2013 1 厚度附加量 13.1符号厚度附加量,mm; 腐蚀裕量,mm: C c 制造减薄量,mm; 钢材厚度负偏差,mm; 弯管或弯头的外径,mm; D 钢管厚度负偏差的百分比值,%; 1 弯管工艺厚度变化率,%; 名义厚度,mm 计算厚度， o mm 13.2厚度附加量计算厚度附加量C按式(52)计算 C=C+C十C 52) 13.3腐蚀裕量 13.3.1腐蚀裕量C应根据实际腐蚀情况确定一般情况,取C=0.5mm. 13.3.2锅简简体的厚度>20mm时,可取C=0 13.3.3凸形封头的C取值与相连圆筒体相同 13.4制造减薄量C 13.4.1制造减薄量C应根据元件的实际制造工艺情况确定，一般情况按附录C选取 13.4.2外径D<100mm的弯管或弯头，不校核内弧计算厚度时,弯管工艺附加厚度应按附录c 选取,弯管外弧工艺厚度变化率a应按式(C.5)计算 13.5钢材厚度负偏差C 13.5.1钢板厚度负偏差C,取钢板标准规定厚度负偏差 13.5.2钢管厚度负偏差C按式(53)或式(54)计算 n -(o十CC (53 100一nn (54 1O 14 最高允许工作压力 14.1符号盖板的计算直径,mm D -圆筒体、封头、三通主管、等径叉形管的内径.mm D. 24
GB/T16507.4一2013 -圆筒体、封头、三通主管等径叉形管的外径， mm D K 盖板结构特性系数平端盖结构特性系数 K R -弯管内弧形状系数; R 弯管外弧形状系数 -凸形封头结构形状系数 " -最高允许工作压力,MPa [n A 水压试验最高允许压力,MPa; 弯管或弯头和圆弧形集箱内弧最高允许工作压力,MPa; [. -弯管或弯头和圆弧形集箱中弧最高允许工作压力,MPa; 门. 弯管或弯头和圆弧形集箱外弧最高允许工作压力,MPa; 钢材在20C时的屈服强度或规定非比例延伸强度(R),MPa; R 盖板形状系数; 按有效厚度确定的外径与内径的比值 -圆简体,焊制和锻造三通主管、热挤压三通过渡区、凸形封头的有效厚度,mm 平端盖或盖板的名义厚度， ,mm; a 许用应力,MPa -最小减弱系数 gm 焊制和锻造三通、等径叉形管的减弱系数 9 -焊缝减弱系数 9 14.2直圆筒体直圆简体最高允许工作压力按式(55)或式(56)计算 14.2.1 2e[ol []]= 55 .. D十或 2e[al. []一 56) 14.2.2直圆筒体最高允许工作压力还应满足孔的补强章节的条款要求 14.3凸形封头凸形封头最高允许工作压力按式(57)计算 14.3.1 [月- 57 凸形封头最高允许工作压力还应考虑封头直段最高允许工作压力凸形封头直段最高允许工 14.3.2 作压力按14.2直圆筒体计算 14.4弯管或弯头和圆弧形集箱筒体 14.4.1弯管或弯头和圆弧形集箱筒体最高允许工作压力取式(58),式(59),式(6o)三式中的较小值外弧 2e[al. [] = 58 K.D. 一o 25
GB/r16507.4一2013 内弧: 2e.[a]l6 []，一 59) KD 一o. 中弧 3ea [ =" (60 D 一o 式(58),式(59),式(60)中的八取计算处的有效厚度 14.4.2 14.4.3圆弧形集箱简体,式(60)中的p.用fm替代 14.5平端盖 14.5.1平端盖的最高允许工作压力按式(61)计算风=品 (61 14.5.2平端盖的最高允许工作压力同时还应考虑平端盖直段最高允许工作压力,平端盖直段最高允许工作压力按14.2直圆筒体计算 14.6盖板盖板的最高允许工作压力按式(62)计算 [一a(轰a 14.7焊制、锻造三通和等径叉形管 14.7.1焊制、锻造三通和等径叉形管的最高允许工作压力按式63)计算 63 [月-瓷 14.7.2焊制和锻造三通上若有允许开孔的孔桥,则在采用式63)确定三通最高允许工作压力时,9取由8.6确定的及参照8.5规定求得的最小孔桥减弱系数p中的小者 14.8热挤压三通 14.8.1D,<660mm的热挤压三通最高允许工作压力按式(64)计算 .9aG (64 二号 L]= .D 14.8.2D.>660mm的热挤压三通最高允许工作压力按式(65)计算 2[]o 一10 65 [-DI 14.9水压试验压力 14.9.1水压试验压力按有关锅炉制造技术条件取用,但不应大于该设备各元件水压试验最高允许压力直圆筒体,焊制或锻造三通、等径叉形管水压试验最高允许压力按式(66)计算 14.9.2 色 66 [] =0.45 个 Pmim 凸形封头水压试验最高允许压力按式(G7)计算 14.9.3 26

水管锅炉受压元件强度计算GB/T16507.4-2013

水管锅炉是一种重要的热能设备，其受压元件的强度计算对于锅炉的安全运行有着至关重要的作用。GB/T16507.4-2013《水管锅炉第4部分：受压元件强度计算》是国家级标准，规定了水管锅炉受压元件的强度计算方法和技术要求。下面我们将从以下几个方面对该标准进行详细介绍：

一、强度计算的基本原理

GB/T16507.4-2013首先阐述了水管锅炉受压元件强度计算的基本原理，包括应力、应变和变形等概念，以及它们之间的关系。此外，标准还介绍了材料力学中的一些基本概念，如杨氏模量、泊松比等。

二、强度计算的技术要求

GB/T16507.4-2013对水管锅炉受压元件强度计算的技术要求做出了详细规定，包括以下内容：

应力计算公式及其适用范围
应变计算公式及其适用范围
计算时需考虑的各种荷载、温度和介质等因素
计算所需的各项参数、数据和材料证明文件等

三、强度计算的具体步骤

标准还详细介绍了水管锅炉受压元件强度计算的具体步骤，包括以下几个方面：

确定计算对象和计算方法
收集和整理相关数据和资料
进行应力分析和强度评估
编制计算报告和相应的验算文件

四、强度计算的质量保证

标准最后还强调了水管锅炉受压元件强度计算的质量保证要求，包括计算人员的资质要求、计算过程的监督和验收要求、计算报告和文件的归档保存要求等。

总结

水管锅炉受压元件的强度计算是保证锅炉安全运行的重要环节，GB/T16507.4-2013为此提供了权威的指导和规范。在实际工作中，设计人员应严格遵循标准规定，采用现代工程设计的方法和技术手段，确保计算结果的准确性和可靠性。