ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОТАЮЩИХ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ Цель

ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ ЭЛЕМЕНТОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ Цель занятия: Получение знаний в области методики расчета элементов, работающих под внутренним давлением (барабан, коллектор, трубы поверхностей нагрева).

Расчет барабана на прочность. Цель расчета: Определение номинальной толщины стенки барабана, способной выдержать давление и температуру среды. Расчет ведется согласно нормам расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды (РД 10 -249 -98) – распространяются на паровые котлы и паропроводы с избыточным рабочим давлением более 0, 07 МПа и на водогрейные котлы и трубопроводы горячей воды с температурой свыше 115 °С.

Номинальная толщина стенки обечаек барабана или цилиндрической части коллектора должна быть не менее определенной по формуле: (п. 3. 2. 1. 1) Примечание: полученное значение номинальной толщины стенки должно быть округлено в ближайшую большую сторону из значений стандартного ряда толщин листового проката (ГОСТ 19903 -74): 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 130; 140; 150; 160

Расчетная толщина стенки определяется: , мм (п. 3. 2. 1. 1) р – расчетное давление (равно максимальному давлению рабочей среды, возможному для данной детали в нормальных условиях эксплуатации), МПа. D – внутренний диаметр барабана, мм. – номинальное допускаемое напряжение, МПа. Зависит от марки стали и расчетной температуры стенки (t) (определяется по табл. 2. 1). За расчетную температуру стенки не обогреваемых деталей принимается температура содержащейся в ней рабочей среды.

с - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки (мм), складывается из: 1 – прибавки c 1 (производственная прибавка), компенсирующей возможное понижение прочности детали в условиях изготовления детали за счет минусового отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др. ; 2 – прибавки c 2 (эксплуатационная прибавка), компенсирующей возможное понижение прочности детали в условиях эксплуатации за счет всех видов воздействия: коррозии, механического износа (эрозии) и др. Производственная прибавка c 1 состоит из прибавки, компенсирующей минусовое отклонение c 11, и технологической прибавки c 12: с1 = с11 + с12. Эксплуатационная прибавка состоит из прибавок, компенсирующих понижение прочности по пароводяной стороне с21 и со стороны газов с22: с1 = с21 + с22. Определение прибавок следует проводить согласно разделу 1. 5 и 3. 2.

Прибавка, компенсирующая минусовое отклонение (c 11) определяется: Толщина листа, мм Минусовое отклонение, мм 50 -60 1, 3 60 -70 1, 6 70 -80 2. 2 80 -90 1, 6 90 -100 2, 7 100 -115 3. 1 115 -125 3. 5 125 -140 2, 1 140 -160 2, 2

– расчетный коэффициент прочности, учитывающий ослабление детали отверстиями и сварными соединениями (определяется согласно разделу 4). Расчетный коэффициент прочности зависит от взаимного расположения отверстий в цилиндрической части барабана, а также от их диаметра. Прежде чем проводить вычисление коэффициента прочности требуется выполнить развертку барабана.

I IV Продольный ряд отверстий с одинаковым шагом. Коридорное поле отверстий с одинаковым шагом. Продольный зубчатый ряд отверстий. Продольный ряд отверстий с разными шагами. II III t d 1 2 t 1 3 4 5 6

Далее требуется вычислить коэффициенты прочности ( ) для всех типов расположения отверстий. За расчетный коэффициент прочности () принимается минимальный из всех вычисленных значений.

Проверка требования к укреплению отверстия. Предельный диаметр неукрепленного отверстия: – коэффициент прочности неукрепленного отверстия. При условии d 0>d лазовое отверстие укреплять не требуется.

Проверка возможности проведения гидравлического испытания. Гидроиспытания проводятся с пробным давлением на 25 % превышающем расчетное давление и температурой воды 20 °С. Допускаемое давление для гидроиспытаний: – допускаемое напряжение для гидроиспытаний. Пробное давление для гидроиспытаний: Рпроб. =1, 25 Р. При условии Рh>Рпроб. гидроиспытания проводить можно.

Расчет эллиптического днища барабана h – высота выпуклой части днища, l – длина цилиндрической части днища.

Номинальная толщина стенки: (п. 3. 5). Расчетная толщина стенки: Должно соблюдаться условие: 0, 5 h/D 0, 2 Коэффициент прочности, учитывающий наличие лазового отверстия определяется: . Длина цилиндрической части днища:

Проверка требования к укреплению отверстия. Предельный диаметр неукрепленного отверстия: – коэффициент прочности неукрепленного отверстия. При условии d 0>d лазовое отверстие укреплять не требуется.

Проверка возможности проведения гидравлического испытания. Допускаемое давление для гидроиспытаний: . Пробное давление для гидроиспытаний: Рпроб. =1, 25 Р. При условии Рh>Рпроб. гидроиспытания проводить можно.

Расчет труб поверхностей нагрева на прочность. Цель расчета: Определение номинальной толщины стенки трубы, способной выдержать давление и температуру среды.

1. Расчет прямой трубы. Номинальная толщина стенки должна быть не менее определенной по формуле: , мм. (п. 3. 3. 1. 1) Примечание: полученное значение номинальной толщины стенки должно быть округлено в ближайшую большую сторону из значений стандартного ряда толщин труб (ГОСТ 10704 -91). 1, 0 1, 2 2, 5 2, 8 4, 5 5, 0 1, 4 3, 0 5, 5 1, 6 3, 2 6, 0 1, 8 3, 5 7, 0 2, 0 3, 8 8, 0 2, 2 4, 0

Расчетная толщина стенки определяется: , мм (п. 3. 3. 1. 1) – коэффициент прочности, учитывающий наличие сварного шва (определяется по разделу 4 Прибавка, компенсирующая минусовое отклонение (c 11) определяется: Наружный диаметр труб, мм Предельные отклонения по наружному диаметру 10 -0, 2 мм 10 -30 -0, 3 мм 30 -51 -0, 4 мм

Для определения допускаемого напряжения требуется вычислить расчетную температуру стенки (тепловой расчет котлов, глава 8):

Проверка возможности проведения гидравлического испытания. Допускаемое давление для гидроиспытаний: Пробное давление для гидроиспытаний: Рпроб. =1, 25 Р. При условии Рh>Рпроб. гидроиспытания проводить можно.

2. Расчет змеевика Расчетная толщина стенки на внешней (1), внутренней (2) и нейтральной (3) сторонах гиба определяется по формуле (раздел 3. 3. 2): – номинальная толщина стенки прямой трубы

Торовые коэффициенты для внешней, внутренней и нейтральной сторон: K 3 = 1. Коэффициенты формы сечения: Относительная расчетная толщина: Коэффициент: – овальность трубы в месте гиба.

Суммарная прибавка (с) определяется по пункту 3. 3. 2. 8. Номинальная толщина стенки гиба: Далее s округляется до ближайшего большего значения из стандартного ряда

Проверка возможности проведения гидравлического испытания. Допускаемое давление для гидроиспытаний: Пробное давление для гидроиспытаний: Рпроб. =1, 25 Р. При условии min{Рhi}>Рпроб. гидроиспытания проводить можно.

Расчет плоского днища коллектора. l - расстояние от оси сварного шва до плоского днища. l S 1 D S 1 – номинальная толщина днища. S – номинальная толщина стенки цилиндрической части. S

Номинальная толщина круглого днища должна быть не менее определенной по формуле (раздел 3. 6. 1): s 1 = s 1 R + c Расчетная толщина стенки днища: Коэффициент где d – диаметр отверстия в днище. Коэффициент прочности сварного соединения ( w) определяется согласно разделу 4. Прибавка (c) принимается согласно разделу 1.