18 Указания к расчету элементов котла на прочность

Целью расчетов на прочность основных элементов котлов, работающих под давлением, является определение толщины стенки барабана, коллектора или труб поверхностей нагрева. Выполняя расчет на прочность, студенты знакомятся с методикой расчета, материалами, применяемыми к котлостроении, и величинами допускаемых напряжений в сталях.

18.1 Расчетное давление и расчетная температура

Величина расчетного давления Рпринимается равной сумме номинального давления на выходе из котла и гидравлического сопротивления участка между рассчитываемым элементом и выходом из него. Для элементов, заполненных водой, следует учитывать гидростатическое давление столба жидкости над рассчитываемым участком. Если сумма потери и гидростатического давления меньше 3% от номинального давления, то их можно не учитывать.

При определении расчетной температуры стенки необходимо учитывать вид и температуру рабочей среды, условия обогрева горячими продуктами сгорания и охлаждения рабочей среды элемента.

В табл. 18.1 приведены данные для определения расчетной температуры стенки для отдельных элементов парогенератора.

Таблица 18.1 – Расчетная температура стенки

Наименование и условия работы элемента	Расчетная температура стенки, ^0С
Необогреваемые барабаны	tн
Барабан, обогреваемый газами с температурой не выше 600^0С и установленный в конвективном газоходе	tн + 1,2S + 10
То же при температуре газов от 600 до 900 ^0С	tн + 2,5S + 20
Неизолированный барабан, подверженный лучеиспусканию факела	tн + 4S + 30
Кипятильные трубы в котлах с естественной циркуляцией при рабочем давлении 160 кгс/см^2	tн + 60
Трубы конвективного перегревателя при рабочем давлении не более 25 кгс/см^2и температуре пара не выше 425 ^0С	tпп + 70
Экономайзеры некипящие котлов с естественной циркуляцией	tн + 30
Экономайзеры кипящие котлов с естественной циркуляцией	tн + 60
Необогреваемые камеры экономайзеров и экранов и камеры насыщенного пара котлов с естественной циркуляцией	tср
Трубы перегревателей при рабочем давлении более 25 кгс/см^2и температуре пара выше 425 ^0С	По теплово-му расчету

Во всех случаях расчетная температура стенки элементов котлов не должна приниматься ниже 250⁰ С.

2. Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса

прочности

При расчете на прочность необходимо знать номинальное допускаемое напряжение G_доп^Н для выбранной марки стали при расчетной температуре стенки. Для получения расчетного допускаемого напряженияG_доп номинальное допускаемое напряжение умножают на поправочный коэффициентη, который определяется из табл. 18.2 и учитывает конструктивные и эксплуатационные особенности рассчитываемого элемента.

Таблица 18.2 – Значения поправочного коэффициента

Элемент	η
Барабаны или камеры бесшовные и сварные: необогреваемые обогреваемые	1 0,9
Трубы поверхностей нагрева, находящиеся под внутренним давлением	1,0
Выпуклые днища, находящиеся под внутренним давлением	1,05

2. Коэффициенты прочности цилиндрических элементов

Коэффициенты прочности сварных швов зависят от марки применяемой стали, конструктивных особенностей шва и объема проверки качества сварных соединений. Для углеродистой и низколегированной стали коэффициент прочности шва принимается равным единице.

Коэффициент прочности барабана или камеры при ослаблении их продольным рядом отверстий одинакового диаметра dс одинаковым продольным шагомtпринимают равным

(18.1)

Для поперечного (окружного) ряда отверстий одинакового диаметра при одинаковом шаге t₁

(18.2)

Так как среднее напряжение в поперечном направлении в два раза меньше, чем в продольном, в формулу введен коэффициент 2. Если величина φ, полученная по этой формуле, будет больше 1, следует принять φ=1.

Для диагонального расположения отверстий (косой ряд) одинакового диаметра при одинаковом шаге

. (18.3)

Величина коэффициента Z, учитывающего ослабление днища неукрепленным отверстием, равна единице, если

. (18.4)

При ;,

а при ;.

Таблица 18.3 - Расчетные формулы

Элементы	Расчетная формула	Область применения формулы	Основа-ние
Трубы
Выпуклое днище
Барабаны И камеры		Для барабанов и камер, Содержащих воду и Насыщенный пар, при или Для барабанов и камер, Содержащих перегретый пар, при
Плоское днище

Величину прибавки C и C₁ к расчетной толщине можно определить по табл. 18.3.

Таблица 18.4 - Величина прибавки C и C₁

Элементы	Формула или обоснование
Трубы прямые	C=A(S-C); A по табл. , C не менее 0.5 мм
Трубы гнутые	C1=A1(S-C); A1 по табл. , C1 не менее 0,5мм
Барабаны	При S-C<20мм С=1мм, при S-C>20мм С=0
Камеры, изготовленные из труб	так же, как для прямых труб, С не менее 0,5мм
Выпуклые днище	С = 0,05(S-C), но не менее 1 мм

При выборе материала для элемента парового котла следует руководствоваться справочными данными. В таблицах указаны предельные температуры стенки и давления среды для различных материалов, применяемых в котлостроении.