工业锅炉吊耳设计与计算的探讨.pdf

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吊耳的 吊耳的计算 吊耳设计
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·探讨园地· 工业锅炉吊耳设计与计算的探讨 35 文章编号:1004-8774(2013)05-0035-05 工业锅炉吊耳设计与计算的探讨 邓 亮,邓龙强,叶元华,白鹤峰,刘红忠,叶毕彬 (浙江特富锅炉有限公司,浙江海宁314422) Design of Industrial Boiler Lug DENG Liang,DENG Long-qiang,YE Yuan-hua, BAI He—feng,LIU Hong—zhong,YE Bi-bin (Zhejiang Tuff Boiler Co.Ltd.,Haining 3 14422,China) 摘要:锅炉从制造、运输到安装都需要进行吊装,锅炉吊耳的设计对锅炉的安全性和起 吊的安全都十分重要。列举了工业锅炉吊耳的几种常见形式,并结合实例探讨了吊耳设计及计 算方法,供锅炉制造厂同行参考。 关键词:工业锅炉;吊耳;设计;计算 中图分类号:TK222 文献标识码:A 0前言 相对于电站锅炉而言,工业锅炉一般体积较小, 小容量工业锅炉多为整装出厂。工业锅炉的重量一 般在几吨到几十吨,体积也超出一般的机械设备,表 1~表3给出了常见工业锅炉的外形尺寸和最大件 重量。起吊是锅炉在生产、运输、安装过程中必不可 少的环节。起吊时大部分情况均会使用吊耳,吊耳 的安全性能就尤为重要。然而在工业锅炉相应的设 计规范或参考资料里没有专门针对吊耳的设计及计 算方法,我们在这里对吊耳的设计及计算方法进行 第一作者:邓亮,32 岁,工程师,2003年 毕业于西安理工大 学热能与动力工程 专业,现在特富锅炉 有限公司从事锅炉 研发工作。 了探讨,并结合实际推荐了一些吊耳常用形式。 表1 SZS系列水管燃油(气)蒸汽锅炉外形尺寸与本体重量 锅炉型号:SZS n—1.25一Y(Q) 表2 WNS系列卧式内燃燃油(气)蒸汽锅炉外形尺寸与本体重量 蒸发量 锅炉外形尺寸 锅炉本体重量 蒸发量 锅炉外形尺寸 锅炉本体重量 /(t·h。) (长×宽x高)/m /t /(t·h。) (长×宽×高)/m /t l 2.82×1.96×1.86 3.96 8 6.3×3.1×3.4 2l 2 4.1×2.21×2.38 7.3 lO 6.9×3.4×3.5 28 3 4.45×2.6×2.53 9.7 12 7.2×3.4×3.5 30 4 5.2×2.8×2.8 12.8 15 7.2×3.8×3.9 39 5 5.4×2.76×3.1 14.4 20 8.3×4.2×4.2 46.8 6 5.8×2.6×2.8 15.3 锅炉型号:WNS n—1.25一Y(Q) 收稿日期:2013-04-12 万方数据 36 工业锅炉 2013年第5期(总第141期) 锅炉型号:DZL n一1.25一AⅡ(Ⅲ) 1 吊耳形式 1.1起吊方式 工业锅炉炉体长度一般在几米到十几米之问, 因此一般情况下都是在长度方向上设置两个起吊 点。以卧式燃油、燃气锅炉为例,吊耳的布置如图l 所示。 图1锅炉起吊示意图 1.2几种常见吊耳形式 (起吊重量≤10 t)、中型吊耳(起吊重量5~20 t)、重 工业锅炉用吊耳多采用以下几种形式:轻型吊耳 型吊耳起吊重量(起吊重量10-50 t),如图2~图4。 L-堡.』 .J.垒1 醛可 当锅炉的蒸发量在1~2 t/h时,整机质量不 大,吊耳所承受的载荷也相对较小,因此在实际设计 过程中,一般没有对吊耳的强度进行计算,而基本上 采用了类比设计的方法设置锅炉的吊耳。但对于蒸 发量较大的锅炉,每一个吊耳上承受的载荷能达到 10t以上,如果不对其进行计算、校核,在起吊过程中 若因吊耳本身强度不够,可能会产生耳板撕裂或者 焊缝开裂等现象,将会造成严重的安全事故,因此在 吊耳设计时进行计算等工作是十分必要的。 f r _ 1 / \ 7/| 誓U 些0出,置型 万方数据 ·探讨园地· 工业锅炉吊耳设计与计算的探讨 37 乏 芴 ≮ 7 —— 萎 L J 萎 I 卜、、 心 测 臌 \弋 心、\ .M10 图4重型吊耳 1.3吊耳失效的一般形式 (1)吊耳的设计强度不够,在起吊过程中发生 吊耳孑L撕裂的现象。 (2)耳板或者加强板与锅炉简体的焊接强度不 够,造成焊缝被撕裂。这包括设计时取用的焊缝尺 寸不够和制造质量低劣等因素。 (3)设计时未充分考虑锅炉的起吊安全,起吊 位置不合理造成的失稳和吊耳失效。 1.4吊耳设计的原则 (1)充分考虑锅炉的重心位置和载荷方向,起 吊时尽量保证锅炉处于水平位置。这样一方面可以 保证锅炉起吊时吊耳和钢丝绳受力的方向,另一方 面可以减少锅炉在起吊过程中的损伤。 (2)锅炉上的每个吊耳应尽可能的承受相等的 载荷。 (3)锅炉起吊时,钢丝绳与锅炉水平方向的夹 角应不小于60。。 (4)两吊耳的间距应合理布置,应尽量靠近锅 炉的管板侧,以减少对锅炉本体结构强度的影响。 (5)吊耳布置的位置,尽量避开锅炉上的大开 孔。 (6)吊耳采用类比设计时应有足够的依据,否 则应采用设计计算确定。吊耳设计时应同时保证吊 耳和垫板的厚度尺寸及足够的焊缝尺寸。 (7)吊耳和垫板的材料应尽量选用与锅炉筒体 相同的材料,如果选用不同的材料,则它们应具有良 好的焊接性能。 (8)垫板上应设置信号开孑L。 (9)必要时对吊耳连接处的简体和吊耳的焊缝 进行表面探伤。 (10)如果锅炉需要进行整体热处理,吊耳也应 该在热处理前完成组装和焊接工作。 2吊耳的计算 工业锅炉吊耳的计算,在锅炉制造标准中没有 相关的专门标准。在JB/T 6734--1993《锅炉角焊 缝强度计算方法》的第6,3节“锅筒起吊耳板”中, 图6—5给出的是散装锅炉的汽包在钢架内起吊时 的状态,比较适合质量不大、起吊高度不高时的汽包 吊耳的设计。标准中给出了一些计算方法,但在实 际使用时不太方便。锅炉产品和压力容器产品都需 要采用吊耳进行起吊,在压力容器产品设计标准中 给出了HG/T 21574--2008《化工设备吊耳及工程技 术要求》。我们认为,虽然在吊耳的形式上各不相 同,但是不同产品的强度计算应该可以相互借鉴。 下面以图1所示的锅炉吊装方式、布置的吊耳形式 为例,参照其他标准,具体介绍锅炉产品吊耳的计算 公式及方法。 2.1 吊耳所承受的载荷 考虑到在起吊过程中动载冲击及不均匀性的因 素影响,在计算时参考HG/T 21574---2008的规定, 引入综合影响系数后;1.65是比较合理的。如图5 所示,在水平状态下锅炉的计算载荷F。。、F。:、F。.、 F№分别为: lc.Ire'.I。、 Fvl=1_了二三,Fv2=后·It/一Fvl, L1_广L2 P一!坠 F一!v2. 1“1一tan a’1 H2一tan 8 R R. j/ \、 图5耳板受力图 2.2 吊耳的受力分析及校核计算 在锅炉起吊过程中,如图5所示,吊耳在垂直方 向受到F。。的拉应力、在水平方向受到F。。的剪应 力,焊缝综合应力。因此对这三个应力分别作校核 计算: ①拉应力的计算 如图5所示,拉应力对吊耳最具有破坏性的位置 在A—A断面,对拉应力矿的计算可采用下述公式: F 矿=鼍坠,校核:盯[旷] L)A 其中5。为A—A断面处的截面积,[矿]为耳板材 料的允许拉应力。 ②剪应力的计算 如图5所示,剪应力对吊耳最具有破坏性的位置 在B—B断面,对剪应力盯的计算可采用下述公式: 万方数据 38 工业锅炉 2013年第5期(总第141期) 下=≠,校核:丁[丁] dB 其中S。为B—B断面处的截面积,[r]为耳板材 料的允许剪应力。 ③焊缝强度计算 吊耳一般会采用坡口全焊透形式的焊缝,并且 取焊缝减弱系数咖为0.9。如图5所示,焊缝会受 到垂直拉力凡,和水平剪力日,,数值上与耳板所受 的力是相同的。在起吊时拉力和剪力同时作用于焊 缝上,因此在这里引入一个综合应力/,其计算可采 用下述公式: ,2√㈢托2,校核删·昕 式中or,——焊缝拉应力,orf-若 凡。6 F丁,——焊缝剪应力,丁,=当 凡。‘ 式中h为焊缝计算高度,2为焊缝计算长度,屏 为正面角焊缝的强度设计值增大系数,对承受静力 载荷和问接承受动力载荷的结构,取1.22,在吊耳 起吊过程,焊缝直接受到动力载荷,可取1.0,.∥为 角焊缝强度,包括抗拉、抗压和抗剪应力,根据实际 焊接情况,可按照GB 50017--2003中表3.4.1—3 选取。对于角焊缝的计算高度选取,则可以按照图 6来确定,图中h,为焊脚尺寸。 图6焊缝不意图 2.3计算示例 许用剪应力[丁]:125 MPa 下面以一台WNS 4—1.57一Y(Q)燃油(气)蒸 角焊缝强度值嘏=160 MPa 汽锅炉为例:锅炉质量ire,=13.6 t;吊耳中心距L= 综合影响系数k=1.65 2 980 mm,前吊耳距重心线距离L,=1 220 mm,后吊 W=Fvl+Fv2=IV“X 1 000 X 9.81×k=13.6 X 耳距重心线距离L2=1 760 mm。前吊耳拉力与水 l 000 x9.81×1.65=220 137 N (1) 磊蠢角蒜8·2。’后鹏拉力与水平夹都“0。。 ‰=单=警=130 014 N1L 2 (2)如图、图7。 一 y苓u |。 |Rj 蠢 Fvl, 么 斥 ,,、 ,H1\ 静都 吊耳 I —L-=l 200 — L=2 980 一 图7起吊计算示意简图 选用表4中WNS系列锅壳锅炉吊耳序列号3 型吊耳,吊耳板材质为Q235一B。根据GB 50017— 2003钢结构设计规范》中规定,选取材料的各许用 应力如下: 许用拉应力[or]:205 MPa Fv2=W—Fvl=220 137—130 014=90 123 N (3) F:黑:黑黑:52 002 NHI (4)t1 一an n—tan 68.20—J厶uu- \叶, %:皂:墅黑:52 033 N (5)1 m—tan 8一tan 600“。”“’ 、。, 选取最大计算负荷: {Fvl,Fv2}一={130 014,90 123}一=Fvl= 130 014 N {F。.,Fm}。。。={52 002,52 033}。。=Fm= 52 033 N 实际应力计算: 杠,。1. Fvl 130 014拉应力:矿2东2西x丽F酉丽 =73.9 MPa (6)剪应加=石Fm=面‰=59.2 MPa (7) 万方数据 ·探讨园地· 工业锅炉吊耳设计与计算的探讨 39 旧№“^I. Fvl 130 014焊缝拉应力:盯r=捎=矿可夏万≯猫丽 =14.1 MPa (8) .m№*^1. FH2 59.2焊缝剪应力:rr 2尚2西可夏万i丽 =0.006 4 MPa (9)焊缝应力,=瓣 肥和=14.2 Mn㈣, oD 一淞 \lX 校核: 盯=73.9[o-]=205 MPa 丁=59.2125 MPa 厂=14.20.9∥=0.9 X 160=144 MPa 所选吊耳满足要求。 2.4吊耳参考尺寸 根据上述吊耳设计计算原则和方法,我们对常 规WNS系列锅壳式锅炉吊耳、SZS系列水管式锅炉 吊耳(如图8)进行设计计算并给出了相应的参考尺 寸,分别见表4、表5。 幽8吊耳小息幽 表4 WNS系列锅壳式锅炉吊耳参考尺寸表 表5 SZS系列水管式锅炉吊耳参考尺寸表 吊耳序列号 1 2 材料 吊耳板厚S/mm 吊耳孔直径D/mm 吊耳孔中心距垫板距离L/mm 吊耳板上圆弧R/mm 垫板长A/mm 垫板宽B/mm 简体最小壁厚△…/ram 垫板最小厚度5。。i/mm 锅炉吊耳布置型式和数量 Q245R Q345R Q245R Q245R 18~20 16~20 18—32 18~30 80 80 80 80 180 180 200 200 80 80 80 80 360 360 460 420 300 300 300 280 18~24 18~24 20~28 20~28 18~24 18~26 20~30 22~30 前、后双吊耳 前、后四吊耳 3结束语 本文仅对工业锅炉常用形式的吊耳的设计和计算 方法进行了一些探讨,对于采用其他形式的吊耳,本文 所列举的计算方法可供参考。在吊耳设计过程中,对 于质量较大的锅炉,还需要做更细致的计算、校核,这 样才能保证锅炉在制造、安装等过程起吊中不会出现 安全隐患,不会发生安全事故。瞄 参考文献 [1]HG/T 21574—2008《化工设备吊耳及工程技术要求》[s]. [2]GB 50017--2003((钢结构设计规范》[S]. [31JB/T 6734--1993((锅炉角焊缝强度计算方法》[S]. [4]范钦珊.材料力学第一版[M].北京:清华大学出版社, 2004. [5]杨凤春.锅炉设备安装工艺学第2版[M].北京:水利电力 出版社,1993. 人L= 万方数据
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