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 />--PAGE_BREAK--
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 нарис.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) продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
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.