【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

中华人民共和国医药行业标准
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
1主题内容与适用范围
YY/T0084.1--92
代替WS2/Z-19-75
本标准规定了单层、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，对于本标推未予规定的则由相应的标准规定。本标准适用于设计压力不大于0.4MPa（4kgf/cm2）的圆形压力蒸汽灭菌器。2引用标准
GB150钢制压力容器
GB985气焊，手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸GB986埋孤焊焊缝坡口的基本型式与尺寸3铸造铝合金技术条件
GB1173
GB1176铸造铜合金技术条件
GB3323钢熔化焊对接接头射线照相和质基分级WS2--149压力燕汽消毒设备用弹筑式安全阀JB1152锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声探伤3定义
3.1设计压力和设计温度
3.1.1设计压力系指压力蒸汽灭菌器设计时用于确定壳壁计算厚度及其零部件尺寸时的压力。一般设计压力为额定工作压力的1.05～1.1倍。著容器上装有安全泄放装置时，容器的设计压力应不小于安全阀的开启压力。外压容器的设计压力，应取不小于在正常操作情况下可能出现的最大内外压力差。具有真空容器按承受外压设计，当装有安全控制装置时，设计压力取1.25倍的最大内外压力差，或0.1MPa两者中的较小值，当没有安全控制装置时，设计压力取0.1MPa。对于带有夹套的真空容器，设计压力为上述真空容器的设计压力再加上夹套内的设计压力。3.1.2设计温度系指压力蒸汽灭菌器在正常操作情况时相应的设计压力下受压元件的金属温度（本专业的金属预计可达到的最高温度为140℃左右）。3.2原度
3.2.1厚度附加量
厚度附加盐系制造厂在使用一定厚度的板料进行加工时，应预先考虑到板料的负公差、工艺要求及腐蚀裕基的因素。
设计图样上标注的容器的厚度，应为制成品的厚度，即灭菌容器的设计壁厚。原度附加量按式（1)计算：
c=G,+c(mm)免费标准bzxz.net
国家医药管理局1992-01-21批准（1
1992-10-01实施
式中..-
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一钢板或钢管的厚度负偏差，按相应钢板或钢管标准选取；当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm时，可取c,=0
c腐蚀裕量，mm。
对于碳素钢和低合金钢，取c不小于1mm，对于不锈钢板当介质的腐蚀性极微时，取c2=0，对于各有关腐蚀裕量见表1。
3.2.2最小厚度
为满足制造工艺要求，以及运输和安装过程中的刚度要求，根据工程实践经验，对壳体元件规定了包括腐蚀裕量的最小厚度。圆简的最小厚度按下列方法确定：a对于碳素钢和低合金钢容器：
当内径D≤3800mm时，0mim=2D/1000mm，且不小于3mm。b.对于不锈钢容器：
omm=2mm。
3.2.3计算厚度6。
计算厚度系指按各有关公式计筛得到的厚度(不包括厚度附加量)。3.2.4设计厚度8
设计厚度系指计算厚度与厚度附加量之和。3.2.5名义厚度。
名义厚度是将设计图纸上的尺寸究整至材料标准规格的厚度，即是图样上标注的厚度。3.2.6有效厚度8。
有效厚度系指名义厚度减去厚度附加量。表1
加工方式及选用材料
内压容器
不加工面
单加工面
双加工面
3.3安全系数和许用应力
3.3.1安全系数
强度计算项目
外压容器
接触水
安全系数的选取是合理设计灭菌容器的重要方面，在选取安全系数时，应综合考虑各种材料情况：2
HTIKAONIKAca
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使用温度范围等。正常情况下灭荫器工作温度在150℃以下，因此，圆形灭菌荫器的安全系数，采用转化后按强度限选取安全系数。
安全系数nb
不锈钢板
3.3.2许用应力：材料的许用应力取下列最小值：Co
式中：（o)。—材料的许用应力，MPa;【o),一在设计温度下材料的许用应力、MPa；o一一材料在常温下的最低强度限，MPa哆一一在设计温度下材料的强度限，MPa；n
一安全系数。
3.4压力试验
灭菌容器与受压元件制成后，必须进行压力试验，压力试验的项目和要求应在图样上注明。3.4.1试验压力应为设计工作压力的1.25P和P+0.1MPa二者中较大值。铸铝
·（2)
·（3）
3.4.2压力试验一般应采用液压试验，试验液体一般采用水试验时液体的温度和环境温度均不低于5℃.
3.4.3试验时承受试验压力5～20min，各部分不得有渗溺现象和无可见的异常变形。4材料
4.1灭菌器受压元件材料的选用应符合本标准的要求。4.1.1使用安全，有足够的强度、刚度、稳定性、塑性和抗脆断能力。4.1.2加工性能良好、经济和实用。4.1.3材料必须符合有关标准的规定。4.2受压容器用钢板
受压容器用钢板包括碳素钢板、低合金钢板、高合金钢板、不锈钢板等。所用钢板的化学成分应符合下列要求。
4.2.1碳≤0.25%。
4.2.2钢板的延伸率。≥14%。
4.2.3材料进库时应有产品质量证明书（必须是材料生产厂原件或复印件）。质量证明书的内容必须按相应的标准或技术条件的要求，正确填写齐全，并经质量检验部门盖章确认。4.2.4制造灭菌器采用本规程未列出的材料时，其化学成分、机械性能，以及有关技术条件，必须与本规定的要求具有同等的水平。
4.3灭菌器用有色金属板
所采用的金属板应有精良的表面，晶粒分布均匀，一般应是退火状态的。4.4灭菌器用铬铁
4.4.1铸件材料必须在相应的国标或部标范围内选用，并应在质量证明书中注明化学成分、力学性能、所采用的铸造方法和要求。
4.4.2铸铁件的标号不得低于HT150。4.5灭菌器用有色金属铸件
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不得采用杂铜、杂铝浇铸受压元件。常用铸造铝合金为GB1173中的ZI.101、ZL102等。铸造铜合金为GB1176中的ZQSn6-6-3,ZQSn3-12-5等。4.6圆形灭菌器常用材料按表3。表3
常温强度指标
A3F,AY3F
OCr18Ni9
1Cr18Ni9Ti
A3,AY3
A3,AY3
GB6653
GB5681
CB4237
GB4237
GB3280
GB3077
GB3077
GB1220
GB1220
GB2040
GB2041
GB2041
GB3193
GB1173
使用状态
规格，mm
碳素钢板、低合金钢板、高合金钢板热
碳素螺栓、低合金钢螺栓、高合金钢螺栓热
M24~M36
M24~M48
M24~M48
M24~M48
冷拉方钢
纯铜板、黄铜板、铝板
铸铝、铸铜、铸铁、铸钢
TIIKANIKAca
常温下的
许用应力
ZQSn6-6-3
ZQSn3-12-5
KT35-10
QT42-10
QT50-5
5焊缝系数与焊接
5.1焊缝系数
GB1173
GB1176
GB1176
GB9439
GB9439
GB1348
GB1348
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续表3
带温强度指标
使用状态
规格，mm
常温下的
许用应力
焊缝系数应根据容器受压部分的焊缝位置和无损探仿检验要求选取。按其位置不同，焊缝分为A、B、C、D四类、具体详见图1所示。?
受压部分的纵向焊缝，各种凸形封头的所有拼接焊缝，球形封头与圆筒连接的环向焊缝以及嵌入式按管与圆筒或封头对接连接的焊缝，均属于A类焊缝。b。受压部分的环向焊缝，锥形封头小端与接管连接的焊缝，均属于B类焊缝，但已规定为A、C、D类的焊缝除外。
焊接。
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法兰、平封头、管板等与壳体、接管连接的焊缝，内封头与简的搭接填角焊缝等均属于C类d。接管、入孔、凸缘等壳体连接的焊缝，均属于D类焊缝，但已规定为A、B类的焊缝除外。5.1.1双面焊接或相当于双面焊接的全焊透对接焊缝：100%无损探伤
局部无损探伤
p=1,00;
9-0.85。
5.1.2单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长侵有紧贴基本金属的垫板：100%无损探伤
局部无损探伤
5.1.3对于要求局部无损探伤的B类焊缝，当按纵向应力进行设计计算时，5.1.2条中的焊缝系数应乘以0.85，以满足降低环焊缝许用应力的基本要求。5.2焊接
5.2.1灭菌容器的焊接工作必须由持有劳动部门颁发的相应类别的焊工合格证的焊工担任。5.2.2灭菌容器的无损探伤必须由持有劳动部门领发的相应方法无损探伤人员资格证书的人员担任。5.2.3每批灭菌容器必须做焊接试板。如果以批代台，需经当地劳动部门同意。接头的机械性能，应符合强度计算的要求。
5.2.4A、B型式的对接焊缝的接头其基本型式与尺寸均需符合GB985及GB986的规定。5.2.5容器的组焊不应采用十字焊缝，相邻的简节纵缝和封头相邻筒节的纵缝应错开，焊缝中心间距应大于简体厚度的三倍，且不小于100mm，对直径小于400mm的容器，由于结构的原因，开孔边缘与焊缝间距不能满足大于100mm时，允许为实际壁厚的五倍，且不小于30mm。5.2.6焊接所需的焊条，其化学成分和机械性能应与机体材料相同或高于基体材料。5.2.7容器及其受压元件焊缝的表面质量应符合下列要求。5.2.7.1焊缝外形尺寸应符合技术标准的规定和图样的要求。5.2.7.2焊缝热影响区表面不允许有裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见夹渣等缺陷。5.2.7.3焊缝与母材应圆滑过渡。5.2.8灭菌容器焊缝的无损探伤检验应在外观检查合格后进行。射线探伤应按GB3323中规定的类要求。或超声波探伤应按JB1152的有关规定。6资格与职责
6.1灭菌容器的设计，制造单位必须具备健全的全面质量管理体系，设计单位应持有压力容器设计单位批准书，制造单位应持有压力容器制造诈可证。6.2灭菌容器的制造和使用必须置于安全监察机构或受权确认的检验机构监督之下。6.3设计单位的职责
6.3.1设计单位对设计文件的完整性和准确性负责。6.3.2容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。6.3.3容器设计总图应盖有灭菌容器设计单位批准书标志。6.4制造单位的职责
6.4.1制造单位必须按照设计图样要求进行制造，如需要对原设计进行修改时，应取得原设计单位认可。
6.4.2制造单位的检查部门在容器制造过程中和完工后应按本标准和图样规定对容器进行各项具体检查和试验，提出检验报告，并对报告的完整性和准确性负责。6.4.3制造单位对每台灭菌器至少应具有下列文件备查，技术文件应至少保留五年：a制造工艺图或制造工艺卡；
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材料证明文件及材料表；
容器的焊接工艺记录；
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制造厂对标准中允许的选择项目的记录；容器制造过程中及完工后的检查记录；容器的竣工图。
6.4.4制造单位在取得受权的检查机构确认容器质量符合本标准和图样的要求后，须填写产品质量证明文件并交付用户，且按规定提交安全监察机构。6.4.5法定或受权的检验机构应按国家有关法规或条例以及本标准的规定，对容器进行监督检验。7圆形灭菌容器的强度计算
7.1承受内压容器的强度计32
式中，—设计原度，mm；
P—设计压力，MPa
D,圆简内直径，mm;
一设计温度下圆简的许用应力，MPa—纵缝焊缝系数（见5.1条）；
一厚度附加（见表1）。
7.2外压圆简计等
（4）
外压临界压力的理论分析比较复杂，故一般在设计中采用近似公式和图表法计算，图表法按GB150，灭荫器受外压仍按拉姆公式进行计算。D
式中：设计厚度，mm；
8。一计算厚度，mm；
D。一一圆简外直径，（D。=D,+28），mmp
设计外压力，MPa；
【P-许用外压力，MPa；
-圆简的稳定安全系数，m=3；
平均温度下材料的弹性模量，MPa；（钢：2×105MPa；紫铜1×105MPa：铝：0.6×10°MPa)L+——圆简体计算长度。
（5）
（6）
7.3加强圈计算
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加强图中心线
图2圆简让算长度
假设加强圈的尺寸，求出加强阅的横截面积A，及其惯性矩1。a.
简体应变系数按式（7)计算：
求出加强因的横截面积所必需的惯性矩1，：DL(+A./L)A
式中：A一系数；
一加强圈的横截面积，mm；
一加强图与壳体组合段所需惯性矩，mm；(8)
I，一一加强圆与壳体起加强作用的有效的组合截面矩1，值的计节可计人在加强图中心线两例有效长度各为0.55√D,。的壳体。若加强图中心线两侧壳体有效宽度与相1邻加强图的壳体有效宽度相重叠，则该壳体的有效宽度中相重叠部分每侧以一半计衍，mm；L
一在与壳体轴线相平行的方向，从加强图中心线到相邻两侧加强图中心线距离之和的一半。若与凸形封头相邻，在长度中还应计入封头曲面深度的1/3，mm。必须满足1、≤1且使I接近1。
加强图与简体焊接的焊缝长度应不小于周长的一半。d.
加强圈被断开或削弱葡不进行加强的最大壳体弧长必须符合图3的要求。g/'a
8封头
8.1凸形封头
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设计长度/外直径，L/D.
图3加强圈充许弧长间渐值
凸形封头包括椭圆形封头、蝶形封头、无折边球形封头和半球形封头、平板封头等。24
椭形封头推荐采用长短轴比值为2的标准型，蝶形封头球面部分的内半径应不人于封头的内值径，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%，月不小于三倍名义厚度a
糖圆形封头
符号说明：
D,--封头内直径.mm；
D,一一封头外直径，mm；
存-封头曲面深度，mm；
P设计压力，MPa：
群形封头
无折边球形封头
(P)一一许用压力,MPa
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R蝶形封头或无折边球面封头部分内半径，mm；r-蝶形封头过渡区转角内半径，mm；—封头设计厚度，mm；
0。—一封头有效厚度，mm
o一一封头名义厚度，mm；
设计温度下材料的许用应力，MPa—焊缝系数（见5.1条）：
C——厚度附加量（查表1)
8.2椭圆形封头的计
8.2.1受内压（凹面受压）椭圆形封头标准圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%，其他圆形封头的有效厚度应不小0.30%，但当确定封头厚度时已考虑予内压下的弹性失稳问题，或是按分析法进行设计者，它可不受此限制。
封头厚度按式（9)确定：
式中：k
椭圆形封头形状系数，
02，其值列于表4。
系数后值
对于标准椭圆形封头1.其壁厚按式（10）计第：8
圆形封头的许用压力按式（11)确定：PD
8.2.2受外压（凸面受压）椭形封头2.2
8.2.3蝶形封头的计算
8.2.3.1受内压(凹面受压)蝶形封头D
（10）
（11）
（12）
对于R，=0.9D，r=0.17D，的蝶形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%，其他蝶形封头的有效厚度应不小于0.30%，但当确定封头厚度时已考虑了内压下的弹性失稳问题，或是按分析法进行设计者，可不受此限制。
式中：M
，其值列于表5。
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（13）
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系数M值
蝶形封头的许用压力按式（14）确定：8.2.3.2受外压（凸面受压）蝶形封头式中：M查表5。
8±1.67PDM
8.2.3.3承受内压铸造倒蝶形封头（如图5）3.5
k,Pro+
式中：k一倒碟形封头的系数，根据Q角从图6中取；一圆简内半径，mm。
..............(l4)
图6倒蝶形封头的系数，
Q = aresin e
如果公式计算太薄时，应取与简体厚度相同。9灭菌器的器盖
9.1带法兰无折边的球形器盖计算（图7)30
（16）
·(17)
符号说明：
6-球形封头厚度，mm，
P设计压力，MPa：
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Co—设计温度下材料的许用应力，MPaR封头的球面半径.mm：
c厚度附加量（查表1)，mm；
一法兰厚度，mm；
器盖内径mm；
器盖垫片中径mm；
器盖螺孔中径.mm：
器盖外径.mm；
总弯矩.N·mm；
法兰凸出部门宽度，mm：
一凸出个数.mm：
均布载荷，N；
Q螺栓载荷.N。
9.1.1当受内压时（图7)：
系数及
D, - D,
总弯矩M=M+M,+M
而 M = P,h, = 0. 785Dp D= D
TTTKAONIKACa
.（19)
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