劉杰，張?jiān)录t

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046）

關(guān)于GB150應(yīng)用中幾個(gè)問(wèn)題的討論

劉杰，張?jiān)录t

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046）

淺析GB150標(biāo)準(zhǔn)中一些知識(shí)點(diǎn)的含義，有助于深入理解標(biāo)準(zhǔn)，供同行們參考。

持久強(qiáng)度；螺栓；許用應(yīng)力；平蓋

GB150標(biāo)準(zhǔn)是壓力容器的大型通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用以規(guī)范在中國(guó)境內(nèi)建造或使用的壓力容器設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的相關(guān)技術(shù)要求。作為通用標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容都是總結(jié)性結(jié)論，學(xué)習(xí)GB150標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，有很多地方僅僅從標(biāo)準(zhǔn)中并不能理解其中的含義，以及某些條款之間的聯(lián)系，甚至是背景或來(lái)龍去脈。通過(guò)查找參考書(shū)和參加行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)，可以逐步深入理解GB150標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到提高專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)的目的。正文是筆者的幾點(diǎn)體會(huì)，與同行們共同學(xué)習(xí)和分享。

1　材料篇

（1）GB150.2-2011附錄B（資料性附錄）“鋼材高溫性能參考值”中表B.9～B.12［1］表述的是高溫持久強(qiáng)度極限平均值.這些數(shù)據(jù)是以1萬(wàn)小時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外推10萬(wàn)小時(shí)得到的。因此，在使用GB150.2-2011表2、表5、表6、表8、表9、表11、表12和表16時(shí)，當(dāng)使用溫度超過(guò)粗線時(shí)，設(shè)備壽命為100 000 h，即100 000 h÷24÷365＝11.42（年）。

（2）GB150.1-2011中4.4.1中描述“按表1的規(guī)定確定鋼材（螺栓材料除外）許用應(yīng)力，按表2的規(guī)定確定鋼制螺栓材料許用應(yīng)力”［1］。表1與表2中“許用應(yīng)力/MPa取下列各值中的最小值”一列中的分母是鋼材使用的安全系數(shù)。從中可以看出：

1）對(duì)于板材、管材、鍛件和對(duì)于密封螺栓材料具有不同的安全系數(shù)，密封螺栓材料的安全系數(shù)大，也即具有較低的許用應(yīng)力［1］；

2）螺栓材料強(qiáng)度越高，安全系數(shù)越大，螺栓直徑越小，安全系數(shù)越大；

這是因?yàn)槁菟ǖ脑S用應(yīng)力值主要是為了控制材料的彈性行為，為了滿足靜密封的要求，結(jié)合螺栓承載的特點(diǎn)，必須控制螺栓在預(yù)緊或操作工況下不產(chǎn)生過(guò)分的變形而導(dǎo)致泄漏。由于存在下列的幾種情況，必須考慮較大的安全系數(shù)：

（1）在旋緊螺栓時(shí)，必須使螺栓預(yù)緊應(yīng)力大于設(shè)計(jì)值，以保證密封要求；

（2）操作過(guò)程中的載荷循環(huán)或波動(dòng)可能使螺栓伸長(zhǎng)，引起連接松動(dòng)，有再擰緊螺栓的需要；

（3）法蘭或平蓋溫度一般較螺栓的溫度高，以及法蘭或平蓋材料與螺栓材料的線脹系數(shù)不同引起的熱應(yīng)力；

（4）在擰緊螺栓時(shí)，扳手過(guò)力造成螺栓超載，這對(duì)小直徑螺栓來(lái)說(shuō)可能會(huì)引起進(jìn)一步的屈服或損傷；

（5）經(jīng)調(diào)質(zhì)處理而使強(qiáng)度提高的螺栓，由于屈強(qiáng)比高，抵抗塑性變形的能力下降，應(yīng)充分考慮防止脆斷的情況發(fā)生。

2　設(shè)計(jì)篇

（1）GB150.3-2011中5.9平蓋表5-9“平蓋系數(shù)K選擇表”中序號(hào)9和10項(xiàng)螺栓連接圓形平蓋：操作時(shí)；預(yù)緊時(shí)用螺栓墊片連接的圓平蓋的受力可分解為兩部分，見(jiàn)圖1.

圖1　圓平蓋受力分解

（2）周邊受均布彎矩作用的圓平板。平蓋周邊上作用螺栓墊片力矩后，板中處處有均布彎曲應(yīng)力。彎矩作用下，平蓋內(nèi)表面受壓縮，外表面受拉伸。作用于平蓋周邊單位圓周長(zhǎng)度上的徑向彎矩為M=WLG/πDc.

由此力矩在板邊緣產(chǎn)生的徑向彎曲應(yīng)力為：

假設(shè)的簡(jiǎn)支模型向?qū)嶋H受力支承調(diào)整后：

將Pc與M引起的應(yīng)力相疊加得到平蓋的最大應(yīng)力σmax，位于板中心的內(nèi)外表面，內(nèi)表面為壓應(yīng)力，外表面為拉應(yīng)力。則

將σmax控制在1倍的［σ］tφ，可推導(dǎo)出：

操作狀態(tài)下，平蓋受Pc和M的共同作用，K值如上，很容易理解。預(yù)緊時(shí)，不存在Pc，但是K=1.78式子中有Pc參數(shù)。

從宏觀上理解，在實(shí)際生產(chǎn)中壓力容器上用螺栓墊片聯(lián)接的平蓋應(yīng)事先安裝好，操作或運(yùn)行狀態(tài)下不會(huì)再去擰緊螺栓；在力和力矩平衡的條件下，相對(duì)于操作工況來(lái)說(shuō)，操作工況中的一部分Pc是被含在內(nèi)的。

3　結(jié)束語(yǔ)

GB150在對(duì)標(biāo)ASME VIII-1的基礎(chǔ)上也有國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定者自己研發(fā)的內(nèi)容，也包括糅合一小部分其他標(biāo)準(zhǔn)，諸如ASME VIII-2等的內(nèi)容。從業(yè)者在應(yīng)用GB150標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，難免會(huì)遇到一些應(yīng)用界限上的疑問(wèn)，以及計(jì)算依據(jù)來(lái)源的問(wèn)題。這些問(wèn)題都需要深入研究標(biāo)準(zhǔn)，包括閱讀其他作者的釋義來(lái)獲得解答。筆者只是分享了自己的一點(diǎn)心得，也是希望拋磚引玉，能有機(jī)會(huì)看到更多從業(yè)者貢獻(xiàn)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］GB 150.1～150.4-2011，壓力容器［S］.

［2］李世玉，壽比南，桑如苞，等.壓力容器設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)教程［M］.北京:新華出版社，2005.

［3］戴季煌，陳澤浦，朱秋爾，等.承壓設(shè)備設(shè)計(jì)典型問(wèn)題精解［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

Discussion Regarding Several Questions About GB150

LIU Jie，ZHANG Yue-hong
（Harbin Turbine Co.，Ltd.，Heilongjiang Harbin 150046，China）

This paper introduces the author's opinion on some points in standard GB 150，which may help to understand the standard，for reference.

endurance strength；bolt；allowable stress；flat cover

TQ051

A

1672-545X（2016）08-0136-02

2016-05-08

劉杰（1981-），男，湖北安陸人，本科，工程師，主要從事電站輔機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究工作。