Расчет прочности укрепления отверстия в барабанах паровых котлов

Федеральное агентство по образованию

Белгородский Государственный Технологический Университет

им. В.Г. Шухова

Кафедра «Энергетики теплотехнологии»

Курсовая работа

по техническому диагностированию

«Расчет прочности укрепления отверстия в барабанах паровых котлов»

Выполнил: студент группы ЭТ-42

Осьмаков А.Ф.

Принял: Васильев Б.П.

Белгород 2006

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.

Рис. 2 Укрепление наружным штуцером

2) для пропущенных штуцеров, конструкция которых показана на рис.3

.

Рис.3. Укрепление проходным штуцером

3) для накладок, конструкция которых показана на рис. 4.

Рис, 4. Укрепление накладкой

2.2.10, Используемое при расчете значение высоты штуцера И*, должно приниматься равным размеру по чертежу на конкретный штуцер, но не более определенного, по формуле

2.2.11. Используемое при расчете значение высоты штуцера Н₃ со стороны внутренней поверхности детали должно приниматься равным размеру по чертежу на конкретный штуцер, но не более определенного, по формуле

3. Расчет

3.1. При задании на курсовой проект - произвести расчет прочности укрепления неукрепленного одиночного отверстия в барабане диаметром 440 мм по следующим данным:

- внутренний диаметр барабана - 1200 мм;

- толщина стенки барабана -13м;

- материал - ст. 20К;

- расчетное давление - 14 кгс/см²;

- расчетная температура - 250 *С;

- допускаемое напряжение - 13,2кгс/мм².

Рассчитать укрепление отверстия тремя способами:

а) установкой штуцера на барабан;

б) установкой штуцера на проход;

в) установкой накладки.

Определить максимальный диаметр неукрепленного отверстия, дать краткое описание барабана котла и его назначение.

Выполнить чертежи на формате А2 узлов каждого вида укрепления с простановкой всех необходимых размеров по результатам расчетов.

3.2. Коэффициент прочности барабана определяет толщину его стенки S = 13 мм. Прибавка условно принимается равной с = 1 мм.

Коэффициент получен из формулы

3.3. Наибольший допускаемый диаметр неукрепленного одиночного отверстия

, мм

Заданный диаметр одиночного отверстия 440 мм больше допустимого наибольшего (440 > 239), поэтому требуется его укрепление,

3.4. Коэффициент прочности цилиндрической детали, ослабленный одиночным неукрепленным отверстием

,

где

3.5. Укрепление отверстия штуцером, установленным впритык к поверхности барабана. Необходимо, чтобы

3.6. Компенсирующая площадь от укрепления штуцером

, мм

Минимальная толщина стенки штуцера с учетом прибавки мм и (материал ст. 20)

Фактическая толщина штуцера принята 13 мм, т.е. наружным диаметром 466 мм (рис. 5).

Вывод: поскольку больше допустимого , отверстие считается укрепленным.

3.7. Укрепление отверстия штуцером, установленным на проход в отверстие. Необходимо, чтобы

3.8. Компенсирующаяся площадь от укрепления штуцером

,

Принимаем штуцер с толщиною стенки 10 мм (материал ст. 20), прибавка с₂ = 0,5 мм, т, е. 0455 х 10 мм (рис. 6),

;

;

Вывод: поскольку больше допускаемого , отверстие считается укрепленным.

3.9. Укрепление отверстия накладкой необходимо, чтобы

3.10. Компенсирующая площадь от укрепления накладкой

,

где - ширина накладки, мм;

-толщина накладки.

Примем - 130 мм; = 8 мм;

Вывод: поскольку больше допускаемого отверстие считается укрепленным.

Список использованной литературы

1. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Постановление Госгортехнадзора России от 11.06.2003 г. № 88.

2. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды РД 10 - 249-98гМ.:Госгортехнадзор. -1999.- 228 с.

3. Котлы стационарные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность. ОСТ 108.031.08 - 86 - Ост 108.031.10 - 86.- М.: Минэнергомаш. ~ 1987.-118 с.

4. Котлы - утилизаторы и котлы энерготехнологические» Отраслевой каталог. М/. Минэнергомаш.—1998. - 56 с.

5. Изготовление и ремонт объектов котлонадзора / Под ред. А.А. Тихомирова: Справочник.- М. Металлургия. -1988,-624с.