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.

2