Расчет на прочность жаротрубных котлов
Обновлено: 16.05.2024
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЖАРОТРУБНЫХ И ДЫМОГАРНЫХ КОТЛОВ
6.1.1. Настоящая методика распространяется на горизонтальные и вертикальные конструкции котлов с двумя фиксированными трубными решетками, в которых имеются жаровые трубы, жаровые и газовые трубы одновременно или газовые трубы, по которым проходят продукты сгорания топлива или отходящие газы химического, металлургического и других производств.
Нормы устанавливают методы расчета трубных решеток, жаровых труб, огневых поворотных камер, дымогарных труб, днищ, деталей укрепления при проектировании новых котлов; они могут быть использованы для проведения поверочных расчетов элементов котлов, находящихся в эксплуатации, а также для оценки их долговечности при переменных режимах работы.
В нормах учитывается действие двух основных нагружающих факторов: внутреннего давления среды в межтрубном пространстве и различных температурных расширений деталей котла. Для трубных решеток толщиной до 30 мм температурные напряжения могут не учитываться.
6.1.2. Основой расчета является оценка прочности по следующим предельным состояниям:
Разрушение (вязкое и хрупкое);
6.1.3. Все формулы для расчета основаны на гипотезе о линейно-упругом деформировании металла. Вследствие этого напряжения, превышающие по величине предел упругости и текучести материала, являются условно-упругими.
6.1.4. Расстояния между укрепляющими элементами трубной решетки (рис. 6.1) устанавливаются с учетом двух основных нагружающих факторов:
Действия внутреннего давления на неукрепленные участки плоской стенки трубной решетки;
Усилия изгиба от разности температурных удлинений соседних труб или других элементов.
6.1.5. Расчетные формулы, связывающие максимальные напряжения в зоне просветов а, Ь, еу Л, с, g (см. рис. 6.1) с толщиной трубной решетки, с размерами указанных просветов и с температурными смещениями, получены на основании следующей упро-
Щенной расчетной схемы: кольцевая пластина жест ко защемлена по наружному и внутреннему контурам и испытывает относительное смещение кромок от температурных расширений соответствующих про дольных связей на величину w.
Комментарии к записи РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЖАРОТРУБНЫХ И ДЫМОГАРНЫХ КОТЛОВ отключены
РТМ 108.031.111-80 Котлы стационарные газотрубные. Расчет на прочность
Руководящий технический материал (РТМ) устанавливает единые методы расчета на прочность деталей жаротрубных и газотрубных котлов.
РТМ распространяется на горизонтальные и вертикальные конструкции котлов с двумя фиксированными трубными решетками, в которых имеются жаровые трубы, жаровые и газовые трубы одновременно или газовые трубы, по которым проходят продукты сгорания топлива или отходящие газы химического, металлургического и других производств.
РТМ учитывает действие двух основных нагружающих факторов: внутреннего давления среды в межтрубном пространстве и различных температурных расширений деталей котла. Для трубных решеток толщиной до 30 мм температурные напряжения могут не учитываться.
Расчетная методика не учитывает влияния коррозионной среды.
РТМ обязателен для предприятий и организаций отрасли.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Условные обозначения.
1.1.2. Просветы - наименьшие расстояния между укрепляющими элементами трубной решетки ( черт. 1-3) - обозначаются буквами:
а - между жаровой трубой и обечайкой корпуса, мм;
b - между жаровой трубой и наружной поверхностью наиболее близко расположенной к ней дымогарной трубы, мм;
с - между обечайкой корпуса и наружной поверхностью наиболее близко расположенной к ней дымогарной трубы, мм;
е - между жаровой трубой и краем угловой связи, мм;
g - между дымогарными трубами и краем угловой связи, мм;
h - минимальное расстояние между наружной окружностью анкерной тяги в плане и ближайшей подкрепляющей деталью, мм.
1.1.3. Параметры расчетной кольцевой пластины:
r 0 - внутренний радиус расчетной кольцевой пластины, мм;
r 1 - наружный радиус расчетной кольцевой пластины, мм;
s - толщина расчетной кольцевой пластины, равная номинальной толщине стенки трубной решетки, мм;
A - безразмерный коэффициент заделки расчетной кольцевой пластины, применяемый при расчете на температурные расширения связей;
1 - угловая связь; 2 - анкерная тяга; 3 - жаровая труба; 4 - дымогарные трубы; 5 - обечайка корпуса
0, 1 - индексы, обозначающие соответственно внутреннюю и наружную кромки пластины.
1.1.4. Расчетная нагрузка и деформация:
р - расчетное давление, равное давлению среды в межтрубном пространстве, МПа;
w - смещение внутренней кромки расчетной пластины относительно ее наружной кромки при температурных расширениях продольных связей, соответствующих этим кромкам, мм.
1.1.5. физические константы металла трубной решетки и связей:
Е t - модуль продольной упругости при расчетной температуре, МПа;
m - модуль поперечной упругости;
[ s ] - номинальное допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа.
1.2. Основные принципы расчета.
1.2.1. Основой расчета является оценка прочности по следующим предельным состояниям:
разрушение (вязкое и хрупкое);
появление микротрещин при циклическом нагружении.
1.2.2. Все формулы для расчета основаны на гипотезе о линейно-упругом деформировании металла. Вследствие этого напряжения, превышающие по величине предел упругости и текучести материала, являются условно-упругими.
1.2.3. Расстояния между укрепляющими элементами трубной решетки (см. черт. 1) устанавливаются с учетом двух основных нагружающих факторов:
действия внутреннего давления на неукрепленные участки плоской стенки трубной решетки;
усилия изгиба от разности температурных удлинений соседних труб или других элементов.
Указанные нагружающие факторы предъявляют противоречивые требования к размерам неукрепленных участков: первое требование обусловливает наибольшие допустимые размеры просветов, а второе - их наименьшую допустимую величину.
1.2.4. Расчетные формулы, связывающие максимальные напряжения в зоне просветов а, b, е, h (в случае гладкой жаровой трубы), с, g (см. черт. 1) с толщиной трубной решетки, размерами указанных просветов и температурными смещениями, получены на основании следующей упрощенной расчетной схемы: кольцевая пластина, построенная согласно черт. 1, жестко защемлена по наружному и внутреннему контурам и испытывает относительное смещение кромок от температурных расширений соответствующих продольных связей на величину w (см. черт. 2).
1.2.5. При определении величины просветов а и b (см. черт. 1) для волнистой жаровой трубы соответствующая расчетная кольцевая пластина считается свободной от закрепления по внутренней кромке, жестко защемленной по наружной кромке, и рассчитывается на действие давления среды. При определении просветов е и h для волнистой жаровой трубы расчетная пластина считается защемленной по внутренней кромке, свободной от закрепления по наружной кромке, и также рассчитывается на действие давления среды.
1.2.6. Коэффициент заделки A, введенный в расчетные формулы, учитывает реальные условия закрепления трубной решетки в зоне внутренней кромки расчетной пластины, где возникают максимальные напряжения при относительном смещении кромок пластины.
1.2.7. Напряжения в трубной решетке, возникающие от действия давления и температурных расширений продольных связей, относятся к категории местных изгибных напряжений. Приведенное напряжение равняется изгибному напряжению: s np = s в, так как s пр = s 1 - s 3 , где s 1 = s в , s 3 =0.
Допускаемое изгибное напряжение принимается равным [ s в ]=1,5[ s ], что соответствует допускаемому числу циклов его возникновения не менее 10 6 раз при максимальной температуре металла трубной решетки до 400 ° С для углеродистой стали и до 450 ° С - для легированной стали.
1.3. Назначение и последовательность расчетов на прочность.
1.3.1. При определении напряжения или при выборе основных размеров трубной решетки, влияющих на величину напряжения, должно выполняться условие s в £ 1,5[ s ].
1.3.2. Если выполняется условие, указанное в п. 1.3.1, то поверочный расчет на усталость не требуется, так как обеспечивается не менее 10 6 циклов нагружений.
Если это условие не выполняется и заданное число циклов нагружений за расчетный срок службы превышает 10 3 , то требуется поверочный расчет на усталость.
2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРУБНОЙ РЕШЕТКИ, ДНИЩ, ТРУБ И ОБЕЧАЕК
2.1. Условные обозначения.
2.1.1. В формулах для расчета трубных решеток приняты следующие обозначения:
t 0 max , t 1 max - максимальная для данного режима работы котла средняя по длине и толщине стенки температура металла продольных связей, соответствующих внутренней и наружной кромкам расчетной кольцевой пластины, ° С;
a 0 , a 1 - коэффициент линейного расширения металла этих же продольных связей в диапазоне температуры 20 ° С-tmax, 1/ ° C;
L - расчетная длина продольных связей, равная половине расстояния между трубными решетками, мм;
tpl - средняя температура металла трубной решетки, ° С;
s в - изгибное напряжение в трубной решетке, МПа.
Остальные обозначения принимаются согласно подразделу 1.1.
2.1.2. Условные обозначения для расчета жаровых и дымогарных труб и деталей укрепления:
DF - внутренний диаметр жаровой трубы (для конической трубы - средний внутренний диаметр, для волнистой трубы - наименьший внутренний диаметр), мм;
DFa - наружный диаметр жаровой трубы, мм;
D - внутренний диаметр корпуса или отбортовки днища, мм;
LF - длина жаровой трубы или расстояние между соседними кольцами жесткости, мм;
R - внутренний радиус сферической части днища, мм;
l 1 - расстояние между центрами соседних связей в одном ряду, мм ( черт. 4);
l 2 - расстояние между рядами связей, мм (см. черт. 4);
t l , t2 - расстояние между центрами связей при неравномерном их расположении, мм ( черт. 5);
d 0 - диаметр наибольшей окружности, которая может быть вписана касательно к расположенным на стенке креплениям, мм;
d - диаметр отверстия в трубной решетке для анкерной связи или анкерной трубы, мм;
2.2. Расчет плоских стенок и трубной решетки.
2.2.1. Номинальная толщина плоской стенки, укрепленной распорными болтами, связями, анкерными трубами или косынками, должна быть не менее определенной по одной из следующих формул:
при равномерном размещении анкерных болтов, связей или труб (см. черт. 4)
при неравномерном размещении анкерных болтов, связей или труб (см. черт. 5)
при укреплении плоской стенки угловыми или иного вида креплениями ( черт. 6)
Коэффициент К принимается равным:
0,54 - если стенка укрепляется только при помощи анкерных труб, ввернутых без гайки;
0,49 - если стенка укрепляется связями, имеющими нарезной конец, ввернутый в стенку, или расклепанный конец;
0,45 - если распорные болты или связи ввернуты в стенку на резьбе и укреплены снаружи гайкой, а также в случае односторонней приварки болтов, связей или труб к стенке;
0,42 - если распорные болты или связи, ввернутые на резьбе, имеют снаружи гайку и шайбу толщиной не менее 2/3 толщины плоской стенки и наружным диаметром не менее 0,4 расстояния между центрами соседних связей, а также в случае двухсторонней приварки болтов, связей или труб к стенке;
0,39 - если распорные болты или связи, ввернутые на резьбе, имеют снаружи гайку и шайбу толщиной не менее 0,8 толщины укрепляемой стенки и наружным диаметром не менее 0,6 расстояния между центрами соседних связей;
0,36 - если распорные болты или связи, ввернутые на резьбе, имеют снаружи гайку и шайбу толщиной не менее толщины укрепляемой стенки и наружным диаметром не менее 0,8 расстояния между центрами соседних укреплений.
Если плоская стенка имеет разные виды укреплений, то толщина ее должна приниматься наибольшей из вычисленных для разного вида укреплений.
2.2.3. При закреплении труб в трубной решетке с применением вальцовки толщина плоской стенки должна быть не менее определенной по формуле s= 0,125d+5 мм, но не менее 13 мм.
2.2.4. После выбора толщины стенки проверяются максимально и минимально допустимые размеры просветов согласно пп. 2.3 и 2.4.
Если значение просветов не соответствует установленным максимальным и минимальным значениям, то толщина стенки должна быть увеличена или уменьшена.
Черт. 6. А>5s; Б>s; В ³ 2s
1 - для просветов а, b; 2-для просветов е, h (см. черт. 1)
2.3. Наибольшие допустимые размеры неукрепленных участков трубной решетки.
2.3.1. Диаметр наибольшей окружности, которая может быть вписана касательно к расположенным на трубной решетке связям, корпусу или трубам ( черт. 7 ), должен удовлетворять условию
2.3.2. Размеры просветов (см. черт. 1 ) между волнистой жаровой трубой и корпусом о, дымогарными трубами b, угловой связью е или анкерной тягой h должны удовлетворять условию
а (или b, е, h) .
2.3.2.1. Коэффициент К1 при 0,1 £ r0/r1<0,8 определяется по черт. 8 в зависимости от вида просвета (см. черт. 1 ).
При 0,8 £ r 0 /r 1 < 1 коэффициент К1 для просветов а, b, е и h равен 0,58.
2.3.2.2. В случае укрепления трубной решетки анкерной тягой как при волнистой, так и при гладкой жаровой трубе для просвета h должно выполняться условие (см. черт. 1 )
2.3.3. Расчет по п. 2.3.2 производится в зависимости от назначения расчета.
2.3.3.1. Если размеры а (или b, е, h), r0 и r1 заданы, то производится проверка выполнения условия п. 2.3.2.
2.3.3.2. В том случае, когда при проектировании новых котлов требуется определить наибольшие допустимые размеры указанных просветов, расчет по п. 2.3.2 ведется методом последовательных приближений.
При определении размеров а или b задается (или задано) значение r0.
В первом приближении размер просвета а или b принимается равным
a (1) ( или b (1) ) .
Определяется наружный радиус в первом приближении
а (1) (или b (1) ).
По отношению и графику на черт. 8 находят значения и определяют размер просвета и радиус во втором приближении:
a (2) ( или b (2) ) ;
а (2) (или b (2) ).
По отношению определяют новые значения , a (3) , и т. д.
Для просветов е и h в первом приближении принимают
e (1) (или h (1) ) ;
и расчет производят последовательными приближениями аналогично предыдущему случаю, при этом задано значение r1.
Радиусы и , изображенные на черт. 1, определяются на основании величин просветов, найденных в каждом приближении:
e (1) (или h (1) ).
e (2) (или h (2) ) и т. д.
Процесс приближения быстро сходится.
2.3.3.3. Вместо последовательных приближений можно задаваться меньшими размерами просветов по сравнению с их первоначальными значениями и производить проверку согласно п. 2.3.2 .
2.4. Наименьшее допустимое расстояние между укрепляющими деталями трубной решетки.
2.4.1. Для просветов а, b, е, h (гладкая жаровая труба), с, g (см. черт. 1 ) должно выполняться условие
где K2 - коэффициент, зависящий от отношения r0/r1; при 0,1 £ r 0 /r 1 < 0,8 определяется по черт. 9; при 0,8 £ r 0 /r 1 < 1К2 вычисляется по формуле
w - относительное смещение кромок расчетной кольцевой пластины, определяемое по формуле
где - знак абсолютной величины.
2.4.1.1. Температуры t0 m ax, t1 m ax, tpl определяются согласно разделу 6 настоящего РТМ.
Величины Е t , a 0 , a 1 определяют по графикам, приведенным в рекомендуемом приложении 1; Е t берется для металла решетки при температуре tpl; a 0 и a 1 определяются для металла продольных связей в интервале температур 20-t0 max и 20-t0 max соответственно.
2.4.1.3. При определении размеров просветов а, b, с, е, g, h следует выбрать положение условной кольцевой пластины для каждого случая. Указания по выбору радиуса внутренней кромки пластины r0 приведены на черт. 1 . Например, для просвета а внутренней кромке пластины соответствует гладкая жаровая труба, а наружной кромке пластины - обечайка корпуса, для просвета g - кромка косынки и дымогарные трубы соответственно и т. д.
2.4.1.4. Значения коэффициента A в зависимости от вида просвета принимаются: 0,80 для просветов а, b; 0,75 для просвета с; 1,50 для просветов е, g; 1,00 для просвета h.
2.4.2. При проектировании новых котлов минимально допустимые размеры просветов в первом приближении определяют по номограмме на черт. 10 в зависимости от аргумента и толщины трубной решетки s (левая часть номограммы).
В правой части номограммы приведена зависимость между размерами просветов а, b, с, е, g, h и радиусами r0, r1.
Полученные размеры просветов уточняются по формуле
a min ( или b, c, e, g, h )min= .
2.4.2.1. Коэффициент К, зависящий от отношения r0/r1 при 0,1 £ r 0 /r 1 < 0,9 определяется по черт. 11 .
При 0,9 £ r 0 /r 1 < 1 коэффициент K3=1,82.
2.4.2.2. Остальные величины в формуле п. 2.4.2 определяются согласно п. 2.4.1.
2.4.2.3. После того как определены размеры просветов, определяют радиусы расчетной кольцевой пластины:
r 0 =r1-а (или b, с, е, g, h),
если задан наружный радиус;
r 0 =r1+a (или b, с, е, g, h),
если задан внутренний радиус.
2.4.2.4. Для полученных размеров расчетных пластин проверяется выполнение условия п. 2.4.1 . Если это условие не выполняется, то размер просвета несколько увеличивают, определяют радиус расчетной кольцевой пластины согласно п. 2.4.2.3 и повторяют проверку.
2.4.3. Если условие п. 2.4.1 не выполняется, то производится расчет на малоцикловую усталость согласно разделу 4 .
2.5. Толщина стенки выпуклых днищ.
2.5.1. Номинальная толщина стенки выпуклого днища жаротрубного котла должна быть не менее определенной по формуле
где s=pR /[ s ].
Формула пригодна при соблюдении условия R=1,2D.
Утонение стенки при штамповке днища не должно учитываться в том случае, если оно не превышает 5% расчетной толщины. В случае превышения расчетная толщина днища должна быть увеличена на разницу между фактической толщиной и пятипроцентным допускаемым утонением.
2.5.3. Толщина стенки, вычисленная по п. 2.5.1, должна округляться до ближайшего большего размера листа, имеющегося в стандарте на сортамент.
Во всех случаях номинальная толщина стенки днища должна приниматься не менее 6,0 мм.
2.6. Расчет жаровых труб.
2.6.1. Номинальная толщина стенки гладкой жаровой трубы должна быть не менее определенной по формуле
Значение коэффициента КF следует принимать:
3,10 - для горизонтальных жаровых труб;
1,85 - для вертикальных жаровых труб.
При наличии жестких креплений в поперечном направлении (см. черт. 6) за расчетную длину LF следует принимать наибольшее расстояние между соседними креплениями.
Вычисленная согласно п. 2.6.1 номинальная толщина стенки должна округляться до ближайшего большего размера листа, имеющегося в стандарте на сортамент.
Номинальная толщина стенки волнистой жаровой трубы должна быть не менее определенной по формуле
2.6.2. Номинальная толщина стенки жаровых труб должна приниматься не менее 7 мм и не более 22 мм.
2.7. Расчет труб.
2.7.1. Номинальная толщина стенки прямой трубы с наружным диаметром не более 200 мм, находящейся под наружным давлением, должна быть не менее определенной по формуле
2.7.2. Номинальная толщина стенки труб, находящихся под внутренним давлением, должна быть не менее определенной по формуле
2.7.3. Коэффициент прочности продольного сварного соединения j w следует принимать согласно ОСТ 108.031.10-85; для бесшовных труб j =1,0.
2.7.4. Номинальная толщина стенки труб должна быть не менее значений, приведенных в таблице.
Котлы стационарные газотрубные. Расчет на прочность
Руководящий технический материал (РТМ) распространяется на горизонтальные и вертикальные конструкции котлов с двумя фиксированными трубными решетками, в которых имеются жаровые трубы, жаровые и газовые трубы одновременно или газовые трубы, по которым проходят продукты сгорания топлива или отходящие газы химического, металлургического и других производств. РТМ устанавливает методы расчета трубных решеток, жаровых и дымогарных труб, днищ, деталей укрепления при проектировании новых котлов, а также может быть использован для проведения поверочных расчетов элементов котлов, находящихся в эксплуатации.
| Обозначение: | РТМ 108.031.111-80 |
| Название рус.: | Котлы стационарные газотрубные. Расчет на прочность |
| Статус: | не действует |
| Дата актуализации текста: | 05.05.2017 |
| Дата добавления в базу: | 01.09.2013 |
| Утвержден: | Минэнерго СССР (USSR Minenergo ) |
| Опубликован: | Издательство Машиностроение (1993 г. ) |
КОТЛЫ СТАЦИОНАРНЫЕ ГАЗОТРУБНЫЕ.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
(РТМ 108.031.111-80)
Руководящий технический материал (РТМ) устанавливает единые методы расчета на прочность деталей жаротрубных и газотрубных котлов.
РТМ распространяется на горизонтальные и вертикальные конструкции котлов с двумя фиксированными трубными решетками, в которых имеются жаровые трубы, жаровые и газовые трубы одновременно или газовые трубы, по которым проходят продукты сгорания топлива или отходящие газы химического, металлургического и других производств.
РТМ учитывает действие двух основных нагружающих факторов: внутреннего давления среды в межтрубном пространстве и различных температурных расширений деталей котла. Для трубных решеток толщиной до 30 мм температурные напряжения могут не учитываться.
Расчетная методика не учитывает влияния коррозионной среды.
РТМ обязателен для предприятий и организаций отрасли.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1.2. Просветы - наименьшие расстояния между укрепляющими элементами трубной решетки (черт. 1-3) - обозначаются буквами:
а - между жаровой трубой и обечайкой корпуса, мм;
b - между жаровой трубой и наружной поверхностью наиболее близко расположенной к ней дымогарной трубы, мм;
с - между обечайкой корпуса и наружной поверхностью наиболее близко расположенной к ней дымогарной трубы, мм;
е - между жаровой трубой и краем угловой связи, мм;
g - между дымогарными трубами и краем угловой связи, мм;
h - минимальное расстояние между наружной окружностью анкерной тяги в плане и ближайшей подкрепляющей деталью, мм.
1.1.3. Параметры расчетной кольцевой пластины:
r 0 - внутренний радиус расчетной кольцевой пластины, мм;
r 1 - наружный радиус расчетной кольцевой пластины, мм;
s - толщина расчетной кольцевой пластины, равная номинальной толщине стенки трубной решетки, мм;
A - безразмерный коэффициент заделки расчетной кольцевой пластины, применяемый при расчете на температурные расширения связей;
1 - угловая связь; 2 - анкерная тяга; 3 - жаровая труба; 4 - дымогарные трубы; 5 - обечайка корпуса
0, 1 - индексы, обозначающие соответственно внутреннюю и наружную кромки пластины.
1.1.4. Расчетная нагрузка и деформация:
р - расчетное давление, равное давлению среды в межтрубном пространстве, МПа;
w - смещение внутренней кромки расчетной пластины относительно ее наружной кромки при температурных расширениях продольных связей, соответствующих этим кромкам, мм.
1.1.5. физические константы металла трубной решетки и связей:
Е t - модуль продольной упругости при расчетной температуре, МПа;
m - модуль поперечной упругости;
[ s ] - номинальное допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа.
1.2. Основные принципы расчета.
1.2.1. Основой расчета является оценка прочности по следующим предельным состояниям:
разрушение (вязкое и хрупкое);
появление микротрещин при циклическом нагружении.
1.2.2. Все формулы для расчета основаны на гипотезе о линейно-упругом деформировании металла. Вследствие этого напряжения, превышающие по величине предел упругости и текучести материала, являются условно-упругими.
1.2.3. Расстояния между укрепляющими элементами трубной решетки (см. черт. 1) устанавливаются с учетом двух основных нагружающих факторов:
действия внутреннего давления на неукрепленные участки плоской стенки трубной решетки;
усилия изгиба от разности температурных удлинений соседних труб или других элементов.
Указанные нагружающие факторы предъявляют противоречивые требования к размерам неукрепленных участков: первое требование обусловливает наибольшие допустимые размеры просветов, а второе - их наименьшую допустимую величину.
1.2.4. Расчетные формулы, связывающие максимальные напряжения в зоне просветов а, b, е, h (в случае гладкой жаровой трубы), с, g (см. черт. 1) с толщиной трубной решетки, размерами указанных просветов и температурными смещениями, получены на основании следующей упрощенной расчетной схемы: кольцевая пластина, построенная согласно черт. 1, жестко защемлена по наружному и внутреннему контурам и испытывает относительное смещение кромок от температурных расширений соответствующих продольных связей на величину w (см. черт. 2).
1.2.5. При определении величины просветов а и b (см. черт. 1) для волнистой жаровой трубы соответствующая расчетная кольцевая пластина считается свободной от закрепления по внутренней кромке, жестко защемленной по наружной кромке, и рассчитывается на действие давления среды. При определении просветов е и h для волнистой жаровой трубы расчетная пластина считается защемленной по внутренней кромке, свободной от закрепления по наружной кромке, и также рассчитывается на действие давления среды.
1.2.6. Коэффициент заделки A, введенный в расчетные формулы, учитывает реальные условия закрепления трубной решетки в зоне внутренней кромки расчетной пластины, где возникают максимальные напряжения при относительном смещении кромок пластины.
1.2.7. Напряжения в трубной решетке, возникающие от действия давления и температурных расширений продольных связей, относятся к категории местных изгибных напряжений. Приведенное напряжение равняется изгибному напряжению: s np = s в, так как s пр = s 1 - s 3 , где s 1 = s в , s 3 =0.
Допускаемое изгибное напряжение принимается равным [ s в ]=1,5[ s ], что соответствует допускаемому числу циклов его возникновения не менее 10 6 раз при максимальной температуре металла трубной решетки до 400 ° С для углеродистой стали и до 450 ° С - для легированной стали.
1.3. Назначение и последовательность расчетов на прочность.
1.3.2. Если выполняется условие, указанное в п. 1.3.1, то поверочный расчет на усталость не требуется, так как обеспечивается не менее 10 6 циклов нагружений.
Если это условие не выполняется и заданное число циклов нагружений за расчетный срок службы превышает 10 3 , то требуется поверочный расчет на усталость.
2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРУБНОЙ РЕШЕТКИ, ДНИЩ, ТРУБ И ОБЕЧАЕК
2.1.1. В формулах для расчета трубных решеток приняты следующие обозначения:
t 0 max , t 1 max - максимальная для данного режима работы котла средняя по длине и толщине стенки температура металла продольных связей, соответствующих внутренней и наружной кромкам расчетной кольцевой пластины, ° С;
a 0 , a 1 - коэффициент линейного расширения металла этих же продольных связей в диапазоне температуры 20 ° С-tmax, 1/ ° C;
L - расчетная длина продольных связей, равная половине расстояния между трубными решетками, мм;
tpl - средняя температура металла трубной решетки, ° С;
s в - изгибное напряжение в трубной решетке, МПа.
Остальные обозначения принимаются согласно подразделу 1.1.
2.1.2. Условные обозначения для расчета жаровых и дымогарных труб и деталей укрепления:
DF - внутренний диаметр жаровой трубы (для конической трубы - средний внутренний диаметр, для волнистой трубы - наименьший внутренний диаметр), мм;
DFa - наружный диаметр жаровой трубы, мм;
D - внутренний диаметр корпуса или отбортовки днища, мм;
LF - длина жаровой трубы или расстояние между соседними кольцами жесткости, мм;
R - внутренний радиус сферической части днища, мм;
l 1 - расстояние между центрами соседних связей в одном ряду, мм (черт. 4);
l 2 - расстояние между рядами связей, мм (см. черт. 4);
t l , t2 - расстояние между центрами связей при неравномерном их расположении, мм (черт. 5);
d 0 - диаметр наибольшей окружности, которая может быть вписана касательно к расположенным на стенке креплениям, мм;
d - диаметр отверстия в трубной решетке для анкерной связи или анкерной трубы, мм;
2.2. Расчет плоских стенок и трубной решетки.
2.2.1. Номинальная толщина плоской стенки, укрепленной распорными болтами, связями, анкерными трубами или косынками, должна быть не менее определенной по одной из следующих формул:
при равномерном размещении анкерных болтов, связей или труб (см. черт. 4)
при неравномерном размещении анкерных болтов, связей или труб (см. черт. 5)
при укреплении плоской стенки угловыми или иного вида креплениями (черт. 6)
Коэффициент К принимается равным:
0,54 - если стенка укрепляется только при помощи анкерных труб, ввернутых без гайки;
0,49 - если стенка укрепляется связями, имеющими нарезной конец, ввернутый в стенку, или расклепанный конец;
0,45 - если распорные болты или связи ввернуты в стенку на резьбе и укреплены снаружи гайкой, а также в случае односторонней приварки болтов, связей или труб к стенке;
0,42 - если распорные болты или связи, ввернутые на резьбе, имеют снаружи гайку и шайбу толщиной не менее 2/3 толщины плоской стенки и наружным диаметром не менее 0,4 расстояния между центрами соседних связей, а также в случае двухсторонней приварки болтов, связей или труб к стенке;
0,39 - если распорные болты или связи, ввернутые на резьбе, имеют снаружи гайку и шайбу толщиной не менее 0,8 толщины укрепляемой стенки и наружным диаметром не менее 0,6 расстояния между центрами соседних связей;
0,36 - если распорные болты или связи, ввернутые на резьбе, имеют снаружи гайку и шайбу толщиной не менее толщины укрепляемой стенки и наружным диаметром не менее 0,8 расстояния между центрами соседних укреплений.
Если плоская стенка имеет разные виды укреплений, то толщина ее должна приниматься наибольшей из вычисленных для разного вида укреплений.
2.2.3. При закреплении труб в трубной решетке с применением вальцовки толщина плоской стенки должна быть не менее определенной по формуле s= 0,125d+5 мм, но не менее 13 мм.
2.2.4. После выбора толщины стенки проверяются максимально и минимально допустимые размеры просветов согласно пп. 2.3 и 2.4.
Если значение просветов не соответствует установленным максимальным и минимальным значениям, то толщина стенки должна быть увеличена или уменьшена.
1 - для просветов а, b; 2-для просветов е, h (см. черт. 1)
2.3.2. Размеры просветов (см. черт. 1 ) между волнистой жаровой трубой и корпусом о, дымогарными трубами b, угловой связью е или анкерной тягой h должны удовлетворять условию
а (или b, е, h) .
2.3.3. Расчет по п. 2.3.2 производится в зависимости от назначения расчета.
2.3.3.1. Если размеры а (или b, е, h), r0 и r1 заданы, то производится проверка выполнения условия п. 2.3.2.
При определении размеров а или b задается (или задано) значение r0.
В первом приближении размер просвета а или b принимается равным
a (1) (или b (1) ) .
Определяется наружный радиус в первом приближении
а (1) (или b (1) ).
По отношению и графику на черт. 8 находят значения и определяют размер просвета и радиус во втором приближении:
a (2) (или b (2) ) ;
а (2) (или b (2) ).
По отношению определяют новые значения , a (3) , и т. д.
Для просветов е и h в первом приближении принимают
e (1) (или h (1) ) ;
и расчет производят последовательными приближениями аналогично предыдущему случаю, при этом задано значение r1.
Радиусы и , изображенные на черт. 1, определяются на основании величин просветов, найденных в каждом приближении:
e (1) (или h (1) ).
e (2) (или h (2) ) и т. д.
Процесс приближения быстро сходится.
w - относительное смещение кромок расчетной кольцевой пластины, определяемое по формуле
где - знак абсолютной величины.
2.4.1.1. Температуры t0max, t1max, tpl определяются согласно разделу 6 настоящего РТМ.
Величины Е t , a 0 , a 1 определяют по графикам, приведенным в рекомендуемом приложении 1; Е t берется для металла решетки при температуре tpl; a 0 и a 1 определяются для металла продольных связей в интервале температур 20-t0max и 20-t0 max соответственно.
2.4.1.3. При определении размеров просветов а, b, с, е, g, h следует выбрать положение условной кольцевой пластины для каждого случая. Указания по выбору радиуса внутренней кромки пластины r0 приведены на черт. 1 . Например, для просвета а внутренней кромке пластины соответствует гладкая жаровая труба, а наружной кромке пластины - обечайка корпуса, для просвета g - кромка косынки и дымогарные трубы соответственно и т. д.
В правой части номограммы приведена зависимость между размерами просветов а, b, с, е, g, h и радиусами r0, r1.
Полученные размеры просветов уточняются по формуле
2.4.2.2. Остальные величины в формуле п. 2.4.2 определяются согласно п. 2.4.1.
r 0 =r1-а (или b, с, е, g, h),
если задан наружный радиус;
r 0 =r1+a (или b, с, е, g, h),
если задан внутренний радиус.
2.4.2.4. Для полученных размеров расчетных пластин проверяется выполнение условия п. 2.4.1 . Если это условие не выполняется, то размер просвета несколько увеличивают, определяют радиус расчетной кольцевой пластины согласно п. 2.4.2.3 и повторяют проверку.
2.4.3. Если условие п. 2.4.1 не выполняется, то производится расчет на малоцикловую усталость согласно разделу 4 .
2.5. Толщина стенки выпуклых днищ.
где s=pR /[ s ].
Формула пригодна при соблюдении условия R=1,2D.
Утонение стенки при штамповке днища не должно учитываться в том случае, если оно не превышает 5% расчетной толщины. В случае превышения расчетная толщина днища должна быть увеличена на разницу между фактической толщиной и пятипроцентным допускаемым утонением.
2.5.3. Толщина стенки, вычисленная по п. 2.5.1, должна округляться до ближайшего большего размера листа, имеющегося в стандарте на сортамент.
Во всех случаях номинальная толщина стенки днища должна приниматься не менее 6,0 мм.
2.6. Расчет жаровых труб.
Значение коэффициента КF следует принимать:
3,10 - для горизонтальных жаровых труб;
1,85 - для вертикальных жаровых труб.
При наличии жестких креплений в поперечном направлении (см. черт. 6) за расчетную длину LF следует принимать наибольшее расстояние между соседними креплениями.
Вычисленная согласно п. 2.6.1 номинальная толщина стенки должна округляться до ближайшего большего размера листа, имеющегося в стандарте на сортамент.
Номинальная толщина стенки волнистой жаровой трубы должна быть не менее определенной по формуле
2.6.2. Номинальная толщина стенки жаровых труб должна приниматься не менее 7 мм и не более 22 мм.
2.7. Расчет труб.
2.7.1. Номинальная толщина стенки прямой трубы с наружным диаметром не более 200 мм, находящейся под наружным давлением, должна быть не менее определенной по формуле
2.7.2. Номинальная толщина стенки труб, находящихся под внутренним давлением, должна быть не менее определенной по формуле
2.7.3. Коэффициент прочности продольного сварного соединения j w следует принимать согласно ОСТ 108.031.10-85; для бесшовных труб j =1,0.
2.7.4. Номинальная толщина стенки труб должна быть не менее значений, приведенных в таблице.
Читайте также: