Проверка требования к укреплению отверстия

Г) Расчетный коэффициент прочности

В) Расчетная температура стенки

Б) Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки

А) Расчетная толщина стенки

Расчетная толщина стенки определяется:

, мм. (4.2)

где 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 таблице 4.1).

Таблица 4.1. Номинальные допускаемые напряжения для некоторых видов сталей

	Марка стали
t,°С	Ст2кп	Ст3кп	Ст2сп, Ст2пс	Ст3сп, Ст3пс	Ст4пс, Ст4сп	С3Гпс	22К	14ГНМА	16ГНМ, 16ГНМА
От 20 до 50
Продолжение таблицы 4.1

За расчетную температуру стенки не обогреваемых горячими газами деталей или надежно изолированных от обогрева извне, следует принимать равной температуре содержащейся в ней рабочей среды.

с - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки (мм), складывается из:

1 – прибавки c₁ (производственная прибавка), компенсирующей возможное понижение прочности детали в условиях изготовления детали за счет минусового отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др.;

2 – прибавки c₂ (эксплуатационная прибавка), компенсирующей возможное понижение прочности детали в условиях эксплуатации за счет всех видов воздействия: коррозии, механического износа (эрозии) и др.

Производственная прибавка c₁ состоит из прибавки, компенсирующей минусовое отклонение c₁₁, и технологической прибавки c₁₂:

с₁ = с₁₁ + с₁₂. (4.3)

Эксплуатационная прибавка состоит из прибавок, компенсирующих понижение прочности по пароводяной стороне с₂₁ и со стороны газов с₂₂:

с₂ = с₂₁ + с₂₂. (4.4)

Прибавка, компенсирующая минусовое отклонение (c₁₁) определяется соответственно таблице 4.2.

Таблица 4.2. Зависимость прибавки, компенсирующей минусовое отклонение, от толщины листа.

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

Расчетная температура стенки – температура металла, по которой выбирают допускаемые напряжения для рассчитываемой детали. Если стенка рассчитываемой на прочность детали не обогревается или надежно изолирована от обогрева, то за расчетную температуру принимается температура содержащейся в ней среды. Надежно изолированной деталью считается деталь, у которой средняя температура стенки не превышает температуру содержащейся в ней среды более чем на 5°С.

Распределение температуры по толщине стенки обогреваемой трубы при стационарном режиме подчиняется логарифмическому закону. В Нормах расчета на прочность условно принимается, что расчетная температура обогреваемых элементов равна среднеарифметическому значению температур наружной и внутренней поверхностей. Это допущение обеспечивает некоторый дополнительный запас, который тем больше, чем выше тепловой поток и чем толще стенка трубы.

Расчетная температура стенки трубы принимается согласно тепловому расчету котла.

Расчет на прочность необходимо проводить в местах наиболее высокой температуры среды, транспортируемой по трубам и в местах наиболее высоких тепловых потоков.

В то же время Нормы расчета на прочность допускают определять расчетную температуру стенки по приближенным формулам без теплового расчета.

Так, для неизолированных барабанов, расположенных в конвективных газоходах с температурой газов не выше 600ºС, расчетную температуру стенки допускается принимать как:

(4.5)

а при температуре выше 600ºС, но не более 900ºС:

(4.6)

Если же неизолированный барабан или охлаждающая панель обогреваются горящем слоем топлива или факелом, то:

(4.7)

где – температура среды при давлении в барабане, ºС;

- толщина стенки барбана, мм.

Расчетную температуру стенки коллекторов экранов, экономайзеров и пароперегревателей можно принимать – для необогреваемых, если в них поступает насыщенный пар. Так же определяется температура стенки необогреваемых входных коллекторов экономайзеров прямоточных котлов.

Для необогреваемых коллекторов экономайзеров других котлов и пароперегревателей (кроме насыщенного пара) . Здесь – коэффициент, учитывающий перемешивание среды и выравнивание температуры. Берется равным 0,5; при подводе к торцу коллектора . Температурная развертка по виткам, входящим в коллектор, принимается по тепловому расчету или эксперименту, но не менее 10ºС.

Для обогреаемых коллекторов при температуре в газоходе до 600ºС:

(4.8)

при температуре от 600ºС до 900ºС:

(4.9)

при температуре свыше 900ºС:

(4.10)

Расчетную температуру стенок деталей котлов и трубопроводов принимают не ниже 250ºС. В то же время в отдельных технически обоснованных случаях допускается принимать расчетную температуру стенок необогреваемых деталей и ниже 250ºС при условии согласования со специализированной организацией.

– расчетный коэффициент прочности, учитывающий ослабле-

ние детали отверстиями и сварными соединениями.

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.

Далее требуется вычислить коэффициенты прочности () для всех типов расположения отверстий.

, (4.11.1)

, (4.11.2)

, (4.11.3)

где t – шаг отверстий в продольном направлении, мм;

t₁ – шаг отверстий в поперечном направлении, мм;

m = b/a – отношение полушага в поперечном направлении (t₁=2∙b) к полушагу в продольном (t=2∙a).

При коридорном расположении отверстий для нахождения расчетного коэффициента прочности используют формулы 4.11.1 и 4.11.2, при шахматном расположении – необходимо использовать все три формулы 4.11.1–4.11.3.

За расчетный коэффициент прочности () принимается минимальный из всех вычисленных значений.

Предельный диаметр неукрепленного отверстия:

, (4.12)

где – коэффициент прочности неукрепленного отверстия:

, (4.12.1)

где D – диаметр барабана или коллектора, мм;

s – толщина стенки барабана или коллектора, мм;

с – суммарная прибавка к толщине.

При условии d₀>d лазовое отверстие укреплять не требуется.

Рис. 4.1. Развертка барабана:

1 – Продольный ряд отверстий с одинаковым шагом; 2,3 – Коридорное поле отверстий с одинаковым шагом; 4,5 – Шахматный ряд отверстий; 6 – Продольный ряд отверстий с разными шагами.