Расчет прочности укрепления отверстия в барабанах паровых котлов

1. Цель и задачи расчета прочности неукрепленного одиночного отверстия

Каждый изготовленный энерготехнологический (ЭТК) или теплоиспользующий паровой котел с естественной циркуляцией (ПК) сопровождается паспортом [1], [5], включающим основные сведения о материалах, арматуре, гарантиях завода-изготовителя, а также расчет прочности элементов парового котла, работающих под давлением.

При этом, в частности, расчет прочности, выполненный заводом-изготовителем перед изготовлением парового котла подвергается согласованию с Управлением местного органа Госгортехнадзора РФ, которое подтверждает правильность выполнения расчета путем выдачи разрешения на изготовление парового котла.

В связи с изложенным, является необходимым умение выполнять один из наиболее сложных и ответственных разделов расчета прочности котла - расчет прочности укрепления одиночного отверстия в барабанах [2], [3], Более того, проблема в большей степени актуальна по причине употребления конструкций котлов с выполнением больших отверстий в барабанах.

Существует методика расчета коэффициента прочности одиночного отверстия большего диаметра в барабане, однако чаще всего величина этого коэффициента прочности оказывается минимальной из всех других коэффициентов прочности в барабане, что в конечном итоге определяет неоправданно большую толщину стенки барабана, работающего под избыточным давлением.

Крепеж не укрепленного одиночного отверстия в барабане одним из существующих трех способов укрепления коэффициента прочности уже не является минимальным, и толщина стенки барабана определяется другими факторами.

Примером конструкции котлов с отверстиями большого диаметра в барабанах, укрепленных трубами необходимой толщины, являются двухбарабанные теплоиспользующие и энерготехнологические котлы АО «Белэнергомаш» г. Белгорода, предприятии, преимущественно специализирующимся на проектировании и изготовлении таких котлов (рис.1) [4].

Типоразмеров таких котлов в номенклатуре АО «Белэнергомаш» рассчитывается несколько десятков, а сотни их находятся в эксплуатации, как в России, так и в странах ближнего и дальнего зарубежья.

Рис. 1. Конструкция ЭТК

2. Расчетные зависимости при расчете прочности

В настоящей работе приняты следующие условные обозначения:

- внутренний диаметр расчетной детали, мм;

- наружный диаметр расчетной детали, мм;

- средний диаметр расчетной детали, мм;

— расчетный коэффициент прочности;

- коэффициент прочности при ослаблении отверстиями;

— коэффициент прочности при ослаблении отверстиями с учетом укрепления.

— минимальная расчетная толщина степени без прибавок при Ф= 1, мм;

р — расчетное давление, кгс/см2;

t — расчетная температура степени, С;

-допускаемое напряжение при расчетной температуре стенки, кгс/мм2:

S - номинальная толщина стенки детали, мм;

- расчетная толщина стенки детали, мм;

С - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки, мм;

Z - коэффициент, определяющий отношение диаметра отверстия к зоне его влияния;

- сумма компенсирующих площадей укрепляющих деталей, мм2;

- фактическая толщина стенки, мм;

- компенсирующая площадь штуцера, мм;

- компенсирующая площадь накладки, мм

t - расстояние между центрами соседних отверстий в продольном направлении, мм;

- расстояние между центрами соседних отверстий в поперечном направлении, мм.

2.2 Расчет толщины стенки цилиндрических барабанов

2.2. 1. Номинальная толщина стенки обечаек барабана должна быть не менее определенной по формуле

где ,

если расчет выполняется по наружному диаметру, и

если расчет выполняется по внутреннему диаметру, Формулы пригодны при соблюдении следующих условий: для барабанов, содержащих воду, пароводяную смесь или насыщенный пар,

или

2.2.2. Коэффициент прочности деталей, ослабленных продольным рядом или коридорным полем отверстий с одинаковым шагом

2.23. Коэффициент прочности цилиндрической детали, ослабленный поперечным рядом или полем отверстий с одинаковым шагом.

2.2.4. При шахматном равномерном расположении отверстий коэффициент прочности в косом направлении

где ; ; .

2.2.5. Коэффициент прочности цилиндрической детали, ослабленной одиночным неукрепленным отверстием,

,

где

2.2.6, Коэффициент прочности цилиндрической детали, ослабленной одиночным укрепленным отверстием,

.

2.2,7 Наибольший допустимый диаметр неукрепленного отверстия в цилиндрических деталях

.

2.2.8 Сумма компенсирующих площадей укрепляющих деталей

,

где - компенсирующая площадь направленного металла сварных швов, .

2.2.9. Величину компенсирующих площадей укрепляющих деталей следует определять по формулам:

1) для наружных штуцеров, конструкция которых показана на рис. 2.

 Скачать реферат