【YY医药标准】 圆形压力蒸汽灭菌器主要受压元件强度计算及其有关规定

ICS11.080.99
中华人民共和国医药行业标准
YY/T0084.1-2009
代替YY/T0084.1-1992
圆形压力蒸汽灭菌器
主要受压元件强度计算及其有关规定Strength calculation and relevant regulations of primary pressurecomponents of cylindrical pressure steam sterilizer2009-06-16发布
国家食品药品监督管理局
2010-12-01实施
YY/T 0084.1--2009
规范性引用文件
术语和定义
灭菌器圆简的强度计算
器盖·
法兰与联接件
灭菌器的安全附件及有关规定·目
YY/T0084分为两个部分：
圆形压力蒸汽灭菌器主要受压元件强度计算及其有关规定；矩形压力蒸汽灭菌器主要受压元件强度计算及其有关规定。本部分为YY/T0084的第1部分。
YY/T 0084.1--2009
本部分代替YY/T0084.1—1992《圆形压力蒸汽灭菌器主要受压元件强度计算及其有关规定》。本部分与YY/T0084.1-1992相比主要变化如下：本部分中所有的符号、术语、定义、计算公式、材料的选用均按GB150—1998的规定，除了特殊型式法兰的强度计算。
主要受压元件的计算：
1）主要受压元件：圆筒、加强圈、封头、器盖、法兰的计算，采用GB150--1998中相应的强度计算公式，仍保留灭菌器常用结构的计算；公式统一按计算厚度3,不用设计厚度。2）
对圆筒、封头、器盖的计算，特别是外压时的强度计算采用GB150一1998中规定的图表法确定，删去原标准中的“拉姆公式”等；保留原标准中松式法兰、整体法兰和任意式法兰的型式。对图中和计算公式的符号采用3）
GB150-—1998标准（特殊型式的法兰除外)；4)
保留YY/T0084.1一1992中灭菌器常用法兰的型式和计算公式，保留联接件的计算公式；
灭菌器的安全附件及其有关规定，按各安全附件新颁布的法定标准执行；按GB4793.4-2001和《压力容器安全技术监察规程》规定制定安全要求。删除YY/T0084.1—1992\5焊缝系数与焊接”“6资格与职责”。与强度计算的有关规6）
定，在第9章中叙述。
本部分由国家食品药品监督管理局提出。本部分由全国消毒技术与设备标准化技术委员会归口。本部分起草单位：上海华线医用核子仪器有限公司、国家食品药品监督管理局广州医疗器械质量监督检验中心、山东新华医疗器械股份有限公司。本部分主要起草人：钟柏牛、郑红琴、徐红蕾、王道军。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：-WS2/Z-19—1975.YY/T0084.1-—19921
1范围
圆形压力蒸汽灭菌器
主要受压元件强度计算及其有关规定YY/T 0084.1—2009
YY/T0084的本部分规定了单层、双层圆形压力蒸汽灭菌器（以下简称灭菌器）主要受压元件强度计算及其有关规定，对于本部分未予规定的则由相应的标准规定。本部分适用于设计压力不大于0.4MPa的圆形压力蒸汽灭菌器。本部分也适用于承载负压的圆形压力蒸汽灭菌器。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过YY/T0084的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB150-1998钢制压力容器
GB4793.4-2001测量、控制及实验室用电气设备的安全实验室用处理医用材料的蒸压器的特殊要求（IEC61010-2-041:1995，IDT）JB/T4755—2006铜制压力容器
JB/B4734—2002铝制焊接容器
YY0154压力蒸汽灭菌设备用弹簧式安全阀YY/T0159压力蒸汽灭菌设备用疏水阀压力容器安全技术监察规程19993术语和定义
下列术语和定义适用于YY/T0084的本部分。3.1
设计压力designpressure
设计压力指设定的灭菌器容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。
计算压力calculationpressure
计算压力指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时可忽略不计。3.3
设计温度designtemperature
设计温度指灭菌器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。1
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thickness
计算厚度
calculation thickness
计算厚度指按各章公式计算得到的厚度。需要时应计人GB150--1998中3.5.4适用载荷所需厚度。
design thickness
设计厚度
设计厚度指计算厚度与腐蚀裕量之和。3.4.3
名义厚度
nominalthickness
名义厚度指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。即标注在图样上的厚度。
有效厚度effectivethickness
有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢材厚度负偏差。3.4.5
最小厚度minimumthickness
灭菌器圆筒、封头加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度：a）对于碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm；b）对高合金钢制容器，不小于2mm。3.4.6
厚度附加量
extrathickness
考患灭菌器在制造和使用时，由于钢材的负偏差和介质的腐蚀性，需要增加材料的厚度。厚度附加量按式（1）确定：
C=C, + C
式中：
C厚度附加量，单位为毫米（mm）；C
钢材厚度负偏差（3.4.6.1)，单位为毫米（mm)；Cz——腐蚀裕量（3.4.6.2），单位为毫米（mm）。3.4.6.1
钢材厚度负偏差negativetoleranceofsteelthickness（1)
钢板或钢管的厚度负偏差按钢材标准的规定。当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可忽略不计。3.4.6.2
腐蚀裕量corrosionallowance
为防止灭菌器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑的附加量。对于碳索钢和低合金钢，腐蚀裕量Cz不小于1mm；对于高合金钢，腐蚀裕量Cz为0。3.5
许用应力allowablestress
材料的强度极限或屈服极限除以相应的安全系数所得出的应力值。本部分的许用应力依据按表1选取。2
碳素钢、低合金钢（板）
高合金钢（板）
铜、铝（板）
铜、铝（铸件）
灰铸铁
可锻铸铁、球墨铸铁
碳素钢
M24~M48
低合金钢，马氏体
高合金钢
奥氏体高合金钢
M24~M48
≤M22
M24~M48
表1确定许用应力的依据
使用状态
YY/T0084.1—2009
许用应力，取下列各值中的最小值MPa
%,(022(0.)
热轧，正火
热轧，正火
注1：o—-材料标准抗拉强度下限值，单位为兆帕(MPa)。注2：a,(00.2)—
%(n≥1.5)
0. 80:(n≥4)
一材料标准常届服点（或0.2%屈服强度），单位为兆帕（MPa)。注3：(.2)-材料在设计温度下属服点（或0.2%屈服强度），单位为兆帕(MPa)注4：当铜、铝板或铸件无法确定设计温度下屈服强度（条件屈服限）而以抗拉强度为依据确定许用应力时，取%(n≥4)，n应适当提高。
注5：
材料在设计温度下屈服点，单位为兆帕（MPa）。注6：不锈钢复合钢板的许用应力按式(2)确定：[a' olia +ala
式中：
设计温度下复合钢板的许用应力，单位为兆帕（MPa）；设计温度下基层钢板和复合材料的许用应力，单位为兆帕(MPa)；基层钢板的名义厚度，复合材料的厚度，单位为毫米（mm）。焊接接头系数
weldedjointcoefficient
设计时，考虑焊接接头对受压元件强度削弱的因素所取的系数。焊接接头系数按《压力容器安全技术监察规程》中第43条、第44条和表3-5选取。（2）
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压力试验pressuretest
灭菌器容器制成后，在规定的试验场地，容器在密封状态下进行的耐压试验。注：压力试验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。3.7.1压力试验一般采用液压试验，试验液体一般为水。碳素钢、16MnR和正火15MnVR制容器和受压元件在进行液压试验时，液体的温度不低于5℃；其他低合金钢制容器和受压元件，液体的温度不低于15℃。
3.7.2试验压力
内压容器
外压容器和真空容器
式中：
PT——试验压力，单位为兆帕(MPa)；p—设计压力，单位为兆帕（MPa)；[o]——受压元件材料在试验温度下的许用应力，单位为兆帕(MPa)；[a
受压元件材料在设计温度下的许用应力，单位为兆帕(MPa)。（3）
（4）
3.7.3试验方法应按《压力容器安全技术监察规程》的要求进行，试验后各部分不得有渗漏和可见变形。
4材料
4.1总则
4.1.1灭菌器受压元件所用的材料应符合本章规定。非受压元件，当与受压元件焊接时，也应是焊接性良好的材料。
4.1.2灭菌器受压元件用钢应由平炉、电炉或氧气转炉冶炼。钢材的技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术文件的规定。灭菌器主体部分用钢应附有钢材生产单位的钢材质量证明书（原件）。
4.1.3灭菌器受压元件用铸造件、有色金属时，应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术条件的规定；应符合《压力容器安全技术监察规程》第二章的相关规定。材料生产单位应按相关标准的规定，向用户提供质量证明书（原件）。
4.2材料要求
4.2.1灭菌器受压元件材料的选用、标准、使用状态和许用应力按表2的规定。有色金属材料的选用、标准、使用状态和许用应力按JB/T4755—2006《铜制压力容器》和JB/T4734—2002《铝制焊接容器》的规定。
4.2.2灭菌器受压元件应符合《压力容器安全技术监察规程》第二章材料规定：a）板材：钢板应符合第11条～第13条，有色金属板应符合第17条～第19条。铸件：铸铁应符合第15条。铸钢应符合第16条。b）
c）采用国外材料时：应符合第22条。采用新研制材料时：应符合第23条。4
Q235-B
0Cr18Ni9
00Cr19Ni10
00Cr17Ni14Ma2
oCr18Ni9
0Cr17Ni14Mo2
GB3274
GB6654
GB4237
GB4237
GB4237
GB4237
GB3077
GB1220
GB1220
GB1220
表2钢板和螺柱的许用应力
常温强度指标
使用状态
热轧，正火
厚度/规格
>16~40
≤M22
M24~M27
≤M22
M24M36
≤M22
M24~M27
≤M22
M24～M48
≤M22
M24M48
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在下列温度下的许用应力
≤20℃
100℃
150℃
a该行许用应力仅适用于允许产生微盘永久变形之元件，对于法兰或其他有微量永久变形就引起泄漏或故障的场合不能采用。
本表数据摘自GB150—1998。
灭菌器圆筒的强度计算
5.1内压圆筒
5.1.1符号
C-二厚度附加量（按第3章），单位为毫米（mm）；D,-一圆筒的内直径，单位为毫米（mm)；D.圆筒的外直径，单位为毫米(mm)；p。--计算压力（按第3章），单位为兆帕（MPa)；5
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［pa]
圆筒的最大允许工作压力，单位为兆帕（MPa）；圆简的计算厚度，单位为毫米（mm）；圆筒的有效厚度，单位为毫米（mm）；圆筒的名义厚度，单位为毫米（mm）；设计温度下圆筒的计算应力，单位为兆帕（MPa）；设计温度下圆简材料的许用应力（按第4章），单位为兆帕(MPa)；焊接接头系数（按第3章）。
5.1.2圆筒计算
5.1.2.1设计温度下圆筒的计算厚度8按式(5)计算，公式的适用范围为力≤0.4[。p.D
2[#-pe
5.1.2.2设计温度下圆筒的计算应力。按式(6)计算，α值应小于或等于[。。=p:(D,+8)
5.2外压圆筒
5.2.1符号
系数，按GB150—1998中6.1定义；加强圈的横截面积，单位为平方毫米（mm）；系数，按GB150--1998中6.1定义，厚度附加量（按第3章），单位为毫米（mm）；圆简内直径，单位为毫米（mm）；圆筒外直径（D=D，十28)，单位为毫米（mm）：加强圈中性轴直径，单位为毫米（mm）；设计温度下材料的弹性模量，单位为兆帕（MPa）；加强圈与壳体组合段所需惯性矩，单位为四次方毫米（mm*)；（5）
（6）
加强圈与壳体有效段的组合截面，对该截面形心轴的惯性矩，单位为四次方毫米（mm）：圆筒计算长度，按GB150—1998中6.1定义；按GB150—1998中6.1定义；
计算外压力（按第3章），单位为兆帕（MPa）；许用外压力，单位为兆帕(MPa)；圆筒名义厚度，单位为毫米（mm）；圆简有效厚度，单位为毫米（mm）；设计温度下圆筒材料的许用应力（按第4章），单位为兆帕(MPa)。5.2.2
外压圆筒计算
外压圆简所需的有效厚度用GB150—1998中图6-2～图6-10进行计算。步骤如下：a）假设，令,=,—C,确定/D。和D。/8,；b）在GB150—1998中图6-2的左侧纵轴上找出L/D。值，过此点沿水平方向右移与D:/8,线相交（遇中间值用内插法）；
此点沿垂直方向下移，在图6-2下方的横轴上得到系数A（也可用GB150—1998-中表6-1查取)；
d）材料选用图6-3～图6-10，在图的下方横轴上找到系数A，过此点垂直上移，与设计温度下的6
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材料线相交（遇中间温度用内插法），再过此交点水平方向右移，在图的右侧纵轴上得到系数B,并按式(7)计算许用外压力[力：[p]
注：灭菌器圆简的A值，一般落在设计温度材料线的右侧。[力]值应大于或等于。，否则再假设，重复上述a～d)的步骤，直至[p]≥p。为止。5.3外压圆筒加强圈
5.3.1加强圈的计算
加强圈所需惯性矩I，按下述步骤确定：（7）
a）根据圆筒的外压计算，D。，L，和，为已知，选定加强圈材料与截面尺寸，并计算它的横截面积，A，和加强圈与圆筒有效段组合截面的惯性矩I.。b）用式(8)计算B值：
B= 3,+(A,/L)
（8）
按GB150—1998中图6-3～图6-10，在图的右侧纵轴上找到按式（8)计算出的B值，过此点沿水平方向左移与设计温度下材料线相交，并从该交点垂直移至图下方的横轴上，读出A值（若图中无交点，则按A=1.5B/E，计算出A值）。d）用式（9)计算加强圈与圆筒组合段所需的惯性矩I：I=D'L.(8,+A/L)A
（9）
e）当用选定加强圈材料与截面尺寸计算出的惯性矩I,>I时，应另选较大惯性矩的加强圈，重复上述a)～d)步骤，直至I,≥I为止。5.3.2加强圈的设置
应符合GB150—1998中6.3.2的相应规定。6封头
6.1凸形封头
凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头和半球形封头。椭圆形封头推荐采用长短轴比值为2的标准型。碟形封头球面部分的内半径应不大于封头的内直径，通常取0.9倍的封头内直径，封头转角内半径应不小于封头内直径的10%，且不得小于3倍的名义厚度。D
图1椭圆形封头
6.1.1符号
图2碟形封头
封头内直径，单位为毫米（mm）；封头外直径（D。=D，十2），单位为毫米（mm）；封头曲面深度，单位为毫米（mm）；图3球冠形封头
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计算压力（按第3章），单位为兆帕（MPa)；最大允许工作压力，单位为兆帕（MPa）；碟形封头或球冠形封头球面部分内半径，单位为毫米（mm）；碟形封头过渡段转角内半径，单位为毫米(mm）；封头计算厚度，单位为毫米（mm）；封头有效厚度，单位为毫米（mm）；8—封头名义厚度，单位为毫米（mm）；一设计温度下封头材料的许用应力（按第4章），单位为兆帕（MPa)；[a
焊接接头系数（按第3章）。
6.1.2椭圆形封头的计算（见图1)6.1.2.1受内压（凹面受压）椭圆形封头标准椭圆形封头的计算厚度按式(10)计算：8
非标准椭圆形封头的计算厚度按式（11)计算：8
式中：
椭圆形封头形状系数，K=
（10）
（11）
标准椭圆形封头的有效厚度.≥0.15%D，其他椭圆形封头的有效厚度8,≥0.30%D。如果在确定封头厚度时已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。椭圆形封头的最大允许工作压力按式(12)计算：2[a8
LpuJ=KD.+0.58.
6.1.2.2受外压（凸面受压）椭圆形封头凸面受压椭圆形封头的厚度计算，采用图表法，按下述步骤确定：假设，令8,8一C,定出R。/8,R。为椭圆形封头的当量球壳外半径。R。= K,D。
式中：
由椭圆形长短轴比值决定的系数，见表3。表3系数K，值
注1：中间值用内插法求得。
注2：K,=0.9为标准椭圆形封头。注3：h。=h+8.。
用式(13)计算系数A：
(R/8,)
（12）
：（13）
根据所用材料，选用GB150—1998中图6-2～图6-10，在图的下方横轴上找到系数A，若A值落在设计温度下材料线的右侧，则过此点垂直上移与设计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点水平方向右移，在图的右侧纵轴上得到系数B。8
按式（14)计算许用外压力力值：p
若所得A值落在设计温度下材料线的左侧，则用式(15)计算许用外压力[p]：[] =
6.1.3碟形封头的计算（见图2)
6.1.3.1受内压（凹面受压）碟形封头封头计算厚度按式(16)计算：
(R/8,)2
2Lo-0.5pe
式中：
M-—碟形封头形状系数，M=
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（14）
（15）
（16）
，系数M按GB150—1998表7-3。
对于R：=0.9Dr=0.17D.碟形封头的有效厚度8≥0.15%D.，其他碟形封头的有效厚度8.≥0.30%D。如果在确定封头厚度时已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。6.1.3.2受外压（凸面受压)碟形封头凸面受压碟形封头的厚度计算，采用图表法。按GB1501998中7.1.3.2的规定，步骤按GB150—1998中6.2.2,其中R。为碟形封头球面部分外半径。6.1.3.3受内压铸造倒碟形封头（见图4）封头计算厚度按式(17)计算：
式中：
R。-r
倒碟形封头系数，按图5取；图中?一arcsinR+r
倒碟形封头
倒碟形封头系数K
（17）
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