應(yīng)用asme規(guī)范進(jìn)行集箱筒體設(shè)計(jì)的實(shí)踐探討

1、<p>　　應(yīng)用ASME規(guī)范進(jìn)行集箱筒體設(shè)計(jì)的實(shí)踐探討</p><p>　　摘 要：文章介紹了ASME設(shè)計(jì)規(guī)范在集箱設(shè)計(jì)上應(yīng)用，通過實(shí)例解析在利用ASME規(guī)范設(shè)計(jì)集箱時(shí)與GB/TT9222>的不同. </p><p>　　關(guān)鍵詞：ASME；集箱；GB/T9222 </p><p><b>　　ASME簡(jiǎn)介 </b></p&

2、gt;<p>　　ASME是American Society of Mechanical Engineers（美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）的英文縮寫。美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)成立于1880年，在世界各地建有分部，是一個(gè)有很大權(quán)威和影響的國際性學(xué)術(shù)組織。ASME設(shè)計(jì)規(guī)范作為一項(xiàng)國際性標(biāo)準(zhǔn)正被世界各國廣泛認(rèn)可和采用。 </p><p>　　而且隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界各國之間的貿(mào)易往來日益頻繁，我國的鍋爐的出口項(xiàng)目也

3、逐年增多。這些項(xiàng)目多要求按ASME標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。但是ASME設(shè)計(jì)規(guī)范與GB/T9222標(biāo)準(zhǔn)無論是在排版上還是在內(nèi)容上都有很大的區(qū)別，這給國內(nèi)的設(shè)計(jì)人員在理解和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)上造成一定的困難。本文利用ASME規(guī)范對(duì)集箱筒體的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算的進(jìn)行實(shí)踐，給出了采用ASME設(shè)計(jì)集箱的具體操作。體現(xiàn)了ASME規(guī)范與GB/TT9222 >的不同.以供設(shè)計(jì)者參考。 </p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)工況參數(shù) <

4、/b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓力（包括靜壓頭）： 4.355Mpa </p><p>　　工作溫度： 255.0℃ </p><p>　　設(shè)計(jì)溫度： 257.0℃ </p><p><b>　　介質(zhì)： 飽和蒸汽 </b></p><p>　　除了靜壓頭和集箱自身重量不包括其他壓力 <

5、;/p><p>　　因?yàn)榧鋬芍吸c(diǎn)的距離為2550mm.所以由于集箱本身自重產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力可以不必計(jì)算。如下圖： </p><p>　　二、集箱筒體壁厚計(jì)算（根據(jù)規(guī)范條款PG-27.2.2）[1] </p><p>　　在ASME規(guī)范中進(jìn)行集箱筒體設(shè)計(jì)時(shí)采用的公式與GB/T9222中7.2.1公式（34）所采用的參數(shù)相似，都是從集箱的外徑、計(jì)算壓力、減弱系數(shù)、許用應(yīng)力

6、等參數(shù)的影響進(jìn)行計(jì)算集箱筒體的設(shè)計(jì)壁厚，然后以筒體取用壁厚大于設(shè)計(jì)壁厚為原則選取筒體的實(shí)際壁厚。在ASME規(guī)范條款PG-27.2.2中考慮了不同材料在不同溫度下的影響系數(shù)y見PG-27.4注釋6.而在GB/T9222中7.2.1公式（34）中僅對(duì)于額定壓力大于2.5MPa，和不大于2.5MPa的鍋爐，在不絕熱集箱和防焦箱筒體的最大允許厚度做了限制。具體如下： </p><p>　　材料l SA-106M Gr.

7、B </p><p>　　計(jì)算壓力 =4.355MPa </p><p>　　外徑，D =426mm </p><p>　　取用厚度，t =28mm </p><p>　　最大允許應(yīng)力，S =118MPa at 257℃（規(guī)范第II卷D篇表1A） </p><p>　　溫度系數(shù)，y =0.4（PG-27.4注釋6） &

8、lt;/p><p>　　附加厚度，C =0mm </p><p>　　孔橋系數(shù)，E =1mm（根據(jù)PG-27.4注釋1） </p><p>　　筒體允許最大開孔之徑 </p><p>　　dmax=8.08*[D*t*（1-K）]^1/3 </p><p>　　=8.08*[426*28*（1-0.31）]^1/3 <

9、;/p><p><b>　　=163.14 </b></p><p>　　筒體上開孔直徑為32，72<dmax=163.14 </p><p>　　因?yàn)橥搀w上的開孔直徑?jīng)]有超過最大允許開孔直徑163.14mm，開孔不需要補(bǔ)強(qiáng) </p><p>　　參數(shù)Ls1=2X1 （PG-32.1.3） </p>&l

10、t;p>　　X1=MAX（d，r+t+t1） （PG-36.2） </p><p>　　d1：開孔直徑 32mm </p><p>　　r1：開孔的半徑 16mm </p><p>　　t：筒體取用壁厚 28mm </p><p>　　t接管1：接管I取用壁厚 7.14mm </p><p>　　L1：兩個(gè)開孔之

11、間的距離400mm </p><p>　　X1=MAX（32， 16+28+7.14）=51.14 </p><p>　　2X1=2*51.14=102.28 </p><p>　　LS1=400>L1=102.28 </p><p>　　因此φ32的開孔是單孔 </p><p>　　參數(shù)，Ls2=2X2 （PG

12、-32.1.3） </p><p>　　X2=MAX（d，r+t+tj2） （PG-36.2） </p><p>　　d2：開孔直徑 72mm </p><p>　　r2：開孔半徑 36mm </p><p>　　t：取用壁厚 28mm </p><p>　　t接管2：接管2取用壁厚 7.14mm </p>

13、<p>　　L2：兩孔之間的間距600mm </p><p>　　X2=MAX（72，36+28+7.14）=72 </p><p>　　Ls2=2X2=2*72=144 </p><p>　　L2=600>Ls2=144 </p><p>　　所以φ72的開孔是單孔 </p><p>　　因此孔橋

14、減弱系數(shù)為E=1 </p><p>　　t=4.355*426/（2*118*1+2*0.4*4.355）+0=7.7mm </p><p>　　筒體最小需要壁厚為=7.7mm </p><p>　　集箱筒體取用壁厚28mm. </p><p>　　集箱筒體材料最小需要壁厚tmin=t×0.875=28×0.875 =24

15、.5mm>t=7.7mm， </p><p>　　參照PG-16.3，集箱筒體最小厚度必須大于6mm. </p><p>　　所以集箱筒體取用厚度滿足要求. </p><p>　　三、開孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 </p><p>　　確定φ48.3和φ88.9管座開孔補(bǔ)強(qiáng)的有效性. </p><p>　　參照PG-32.1.

16、3和PG-32.1.4此兩個(gè)管座的開孔不需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 </p><p>　　四、管座壁厚計(jì)算（根據(jù)規(guī)范條款PG-27，PG-43） </p><p>　　在ASME規(guī)范中根據(jù)公稱管徑的大小給出了公式PG-27.1.2和PG-27.2.2。其中公式： t=PD/（2SW+P）+0.005D+e（PG-27.1.2）適用于公稱直徑小于等于DN125的情況；公式：t=PD/（2SE+2yP）+

17、C（PG-27.2.2）適用于公稱直徑大于DN125的情況。而且根據(jù)上述公式計(jì)算結(jié)果確定最小需要壁厚時(shí)PG-43中做了進(jìn)一步的規(guī)定： 　　1.管接頭（包括出入孔和檢驗(yàn)孔）的最小厚度不應(yīng)小于所施加荷載的所需的厚度。 </p><p>　　2.管接頭（不包括出入孔和檢驗(yàn)孔）的最小厚度不應(yīng)小于以下兩值中的較小值： </p><p>　　a）裝設(shè)此管接頭的無縫筒體或封頭的最小所需壁厚. <

18、/p><p>　　b）ASME B36.10M的表2中所列的標(biāo)準(zhǔn)壁厚公稱管的最小厚度. </p><p>　　在GB/T9222中6.10.4條款中，對(duì)管接頭取用厚度δ給出了公式：0.015dw+3.2。對(duì)管徑的大小沒做具體的限制。[2] </p><p>　　一）管座I壁厚計(jì)算 </p><p>　　采用公式t=PD/（2SW+P）+0.005

19、D+e（PG-27.2.1） </p><p>　　管子材料SA-106MGr.B </p><p>　　計(jì)算壓力=4.355MPa </p><p>　　管子外徑，D=48.3mm </p><p>　　取用壁厚，t=7.14mm </p><p>　　最大允許應(yīng)力，S=118MPa at 257℃ （規(guī)范第II卷D

20、篇 表1A） </p><p>　　壁厚減弱系數(shù)e=0（PG-27.4 .4Note 4） </p><p>　　焊縫減弱系數(shù)W=1.0 </p><p>　　t=4.355*48.3/（2*118*1+ 4.355）+0.005*48.3+0 =1.1 mm </p><p>　　即管座（1）的最小需要壁厚t min =1.1 mm <

21、;/p><p>　　根據(jù)PG-43管子的最小需要壁厚不應(yīng)小于以下兩條的最小值： </p><p>　　1）裝設(shè)此管接頭集箱筒體最小需要厚度tr=7.7mm </p><p>　　2）ASME B36.10M 的表2中所列的標(biāo)準(zhǔn)壁厚公稱管的最小厚度tstmin=1.65 mm </p><p>　　管子的取用壁厚為7.14mm>min（1.6

22、5，7.7） </p><p>　　而且管材最小厚度=7.14x0.875=6.25mm，大于管子的最小需要壁厚1.1mm和管材的最小標(biāo)準(zhǔn)厚度1.65mm，所以管子取用壁厚為7.14是正確的。 </p><p>　　二）φ88.9的管座壁厚計(jì)算 </p><p>　　采用公式t=PD/（2SW+P）+0.005D+e （PG-27.2.1） </p>

23、<p>　　材料SA-106M Gr. B </p><p>　　計(jì)算壓力=4.355MPa </p><p>　　外徑，D=88.9mm </p><p>　　取用壁厚，t=7.14mm </p><p>　　最大允許應(yīng)力，S=118 MPa at 257℃ （參照規(guī)范第II卷D篇 表1A） </p><p&g

24、t;　　焊縫接頭減弱系數(shù)W=1.0 </p><p>　　脹接管端部位處的厚度因子e=0（PG-27.4. 4Note 4） </p><p>　　t=4.355*88.9/（2*118*1+4.355）+0.005*88.9+0=2.05 mm </p><p><b>　　即 </b></p><p>　　管座II最

25、小需要壁厚為2.05mm </p><p>　　根據(jù)PG-43管子的最小需要壁厚不應(yīng)小于以下兩條的最小值： </p><p>　　1）裝設(shè)此管接頭集箱筒體最小需要厚度tr=7.7mm </p><p>　　2）ASME B36.10M的表2中所列的標(biāo)準(zhǔn)壁厚公稱管的最小厚度tstmin=2.11mm </p><p>　　管子的取用壁厚為7.1

26、4mm>min（2.11，7.7） </p><p>　　而且管材最小厚度=7.14x0.875=6.25mm，大于管子的最小需要壁厚2.05mm和管材的最小標(biāo)準(zhǔn)厚度2.11mm，所以管子取用壁厚為7.14是正確的。 </p><p>　　五、管子與集箱焊角計(jì)算（PW-16） </p><p>　　在GB/T9222中除了需要補(bǔ)強(qiáng)的焊縫需要進(jìn)行焊縫強(qiáng)度計(jì)算外，

27、對(duì)于不需要補(bǔ)強(qiáng)的焊縫的焊角尺寸沒有進(jìn)行焊縫尺寸強(qiáng)度計(jì)算，其大小由設(shè)計(jì)人員根據(jù)JB/T1625 表3和實(shí)際情況選取。但在ASME規(guī)范中在進(jìn)行集箱設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)管接頭與集箱筒體的焊角需要進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算如下： </p><p>　　1）管座I與集箱筒體的焊接采用參照PW-16.1（a），根據(jù)PW-16.2： </p><p>　　焊角的最小尺寸取19mm和相連兩部件的壁厚的較小值的最小值即tmin=

28、mim{19，7.14}=7.14mm </p><p>　　0.7tmin=0.7×7.14=5mm </p><p>　　實(shí)際焊角 tc=8/1.414=5.66mm >5 mm， </p><p>　　所以管座（1）與集箱筒體的焊角合理. </p><p>　　2）管座II與集箱筒體的焊接采用參照PW-16.1（a），根

29、據(jù)PW-16.2： </p><p>　　焊角的最小尺寸取19mm和相連兩部件的壁厚的較小值的最小值即tmin=mim{19，7.14}=7.14mm </p><p>　　0.7tmin=0.7×7.14=5mm </p><p>　　實(shí)際焊角tc=8/1.414=5.66mm >5 mm， </p><p>　　所以管座（

30、2）與集箱筒體的焊角合理. </p><p><b>　　六、水壓試驗(yàn) </b></p><p>　　水壓試驗(yàn)依據(jù)PW-54進(jìn)行. </p><p>　　試驗(yàn)壓力為PT=1.5×4.35 </p><p><b>　　=6.53MPa </b></p><p>&l

31、t;b>　　結(jié)論： </b></p><p>　　通過以上計(jì)算得知ASME規(guī)范是集設(shè)計(jì)、焊接等標(biāo)準(zhǔn)于一體的綜合性規(guī)范，適用的范圍更廣，考慮的影響因素較多。在應(yīng)用ASME規(guī)范進(jìn)行部件或鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)規(guī)范的各條款深刻理解，前后章節(jié)應(yīng)用時(shí)能夠融會(huì)貫通。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]