книги из ГПНТБ / Рябов П.И. Передвижные паровые котлы
.pdfТаблица 12-3
Основные элементы передвижных паровых котлов и марки углеродистой стали, применяемой для их изготовления
Элементы котла
Предельное давление, ати |
Предельная температура стенки, °C |
Мэрка стали |
ГОСТ или ТУ |
Барабаны, камеры, кол
лекторы и другие эле |
|
|
|
|
|
|
|
||||
менты, не обогревае- |
5 |
|
Ст. 2, Ст. 3 |
380-50 |
|
||||||
мые газами.................... |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
кипящая |
|
|
|
|
То же |
|
|
|
|
8 |
120 |
Ст. 2, |
Ст. 3 |
5520-50 |
|
|
Элементы котла (обогре |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ваемые и |
необогревае- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
мые газами) |
с |
толщи- |
8 |
|
Ст. 3 спокойная |
380-50 |
|
||||
ной стенки |
менее 8 мм |
|
|
||||||||
То же с толщиной стен |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ки 8 мм |
и |
более, за |
|
|
|
|
|
|
|
||
исключением топочных |
60 |
450 |
15К, 20К. 25К |
5520-50 |
|
||||||
ЛИСТОВ ............. |
|
||||||||||
Топочные листы, |
жаро- |
60 |
450 |
15К, |
20К |
5520-50 |
|
||||
вые трубы .................... |
|
||||||||||
Кипятильные трубы для |
13 |
|
10, |
20 |
1753-53 |
и |
до |
||||
поверхностей нагрева |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
спокойная |
полнительные |
|||
Дымогарные трубы . . . |
|
|
10, |
20 |
ТУ |
|
|
||||
|
|
1753-53 и до |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
спокойная |
полнительные |
|||
Пароперегревательные |
|
|
|
|
ТУ |
|
|
||||
|
|
10, |
20, |
1753-53 |
и |
до |
|||||
трубы .......................... |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
спокойная |
полнительные |
|||
Трубы |
для |
|
поверхно |
|
|
|
|
ТУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
стей нагрева, работаю |
|
|
|
|
|
|
|
||||
щих под большим дав- |
60 |
500 |
10, |
20 |
3732-58, |
|
|||||
лением ........................... |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
спокойная |
3734-58 |
|
||
Болты, |
шпильки, |
гайки |
|
|
|
|
|
|
|
||
и другие |
|
крепежные |
|
|
|
|
|
|
|
||
материалы |
|
для |
флан- |
21 |
350 |
Ст. 3, |
Ст. 4, |
380-50 |
|
||
цевых соединений . . |
|
||||||||||
Ст. 5
262
не находятся под давлением. Стальные бесшовные грубы применяют для изготовления поверхностей нагрева котель ного агрегата (экранов, конвективных пучков, водяных эко номайзеров, пароперегревателей и т. д.), коллекторов, цир куляционных труб и других деталей.
Материалы, применяемые для изготовления деталей передвижного котла, работающих под давлением, по своему химическому составу и механическим свой ствам должны удовлетворять требованиям «Правил устрой ства и безопасной эксплуатации паровых котлов». Мате риалы для изготовления деталей котла, не работающих под давлением, Правилами Котлонадзора не регламенти
руются. Стандартный материал для изготовления пере движного парового котла должен также обеспечивать низ кую стоимость изготовления.
Элементы передвижных паровых котлов, предназначен ные для работы с относительно небольшим давлением, обычно изготовляются из качественной углеродистой -ста ли. Легированная сталь ввиду дороговизны в передвижных котлах применяется сравнительно редко. В табл. 12-3 при
веден перечень основных элементов передвижных паровых котлов и марок углеродистой стали, применяемой для их изготовления, в зависимости от давления и температуры
стенки в рабочем состоянии.
Стальные бесшовные трубы (катаные и тянутые) регла ментируются ГОСТ 5732-58, 5734-58. Эти трубы изготов ляются из спокойной углеродистой стали марки 10 или 20. В передвижных паровых котлах используются трубы нор мальной точности изготовления с толщиной стенки до Злой.
Механические свойства листовой и трубной углероди стой стали, применяемой для изготовления передвижных паровых котлов, приведены в табл. 12-4.
Качественные характеристики котельных материалов подтверждаются заводом-поставщиком в прилагаемых сертификатах. Если последние отсутствуют, то необходи мые испытания этих материалов проводятся заводом-изго товителем котлов. Результаты данных испытаний должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к котельной
стали.
По согласованию с ведомственными органами Котло надзора допускается в отдельных случаях изготовление эле ментов передвижного котла, работающих под давлением, цз стали марок, не предусмотренных действующими Прави лами Котлонадзора. При этом расчет на прочность таких
263
Таблица 12-4
Механические свойства листовой и трубной углеродистой стали, применяемой для изготовления передвижных паровых котлов
|
|
Предел прочности |
Относительное |
Ударная вязкость |
Марка стали |
при растяжении |
удлинение при |
||
(при /=20° С) аа, |
растяжении |
аК» КГ* 'М[СМ |
||
|
|
кГ* 1мм |
не менее 5, % |
|
|
|
|
|
|
Ст. |
2 |
34—42 |
26 |
__ |
Ст. |
3 |
38—47 |
23—21 |
— |
15 |
К |
36—44 |
24—21 |
8—7 |
20 |
К |
41—50 |
22—19 |
7—6 |
25 |
К |
45—55 |
20—18 |
6 |
10 |
|
32—34 |
20 |
— |
20 |
|
40—41 |
17 |
— |
элементов |
производится по |
нижнему пределу |
прочности |
|
стали. |
|
|
|
|
Для изготовления деталей ограждения передвижного парового котла, а также деталей гарнитуры, дымовой тру
бы и других неответственных поделок применяют кровель ную и декапированную листовую сталь толщиной 0,7 мм
и больше. Оба эти вида стали представляют собой мягкую мартеновскую, бессемеровскую или томасовскую сталь в отожженном состоянии. Декапированная сталь в отличие от кровельной протравлена для удаления окалины.
Под воздействием атмосферных осадков стальные листы
ограждения передвижного котла с наружной стороны под вергаются коррозии. Для защиты от коррозии стальные ли сты покрывают различными красящими веществами, кото рые наряду с устойчивостью к атмосферным воздействиям должны обладать и жароустойчивостью. Но так как боль шинство красящих веществ имеет ограниченную жароустой чивость, то при конструировании передвижного парового котла целесообразно идти по линии уменьшения температу ры окрашиваемой поверхности ограждения путем экрани рования ее с внутренней стороны, охлаждения движущим ся воздухом и т. п.
12-3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРЕДВИЖНОГО ПАРОВОГО КОТЛА
.Размеры основных элементов передвижного парового котла определяют тепловым расчетом, а толщину стенки этих элементов—расчетом на прочность. Расчетом на проч-
ность проверяют также, сварные, заклепочные и болтовые соединения деталей.
При расчете элементов передвижного 'парового котла на прочность учитывают их конструктивные особенности, температурные условия работы, качество металла и способ изготовления.
Расчет элементов передвижного парового котла на
прочность производится по нормам, разработанным ЦКТИ1.
В основу этих норм положен метод предельных нагрузок, используемый в теории пластичности. Расчет элементов котла на прочность может быть конструктивным и повероч ным.
Цилиндрические барабаны и камеры. Толщина стенки цилиндрического барабана (камеры), под верженного внутреннему избыточному давлению, при кон структивном расчете, когда задан внутренний диаметр, определяется по формуле
pD„ |
И24) |
S = 230,.J-p+C М- |
|
Толщина стенки цилиндрического барабана |
(камеры) по |
заданному наружному диаметру определяется по формуле
s— |
P-D"—l-c [мм\. |
|
(12-2) |
||
В этих формулах: |
|
|
|
|
|
s — толщина стенки, мм-, |
|
|
|
равным |
|
р — расчетное избыточное давление, принимаемое |
|||||
рабочему давлению пара в котле, /сЛ/см2; |
|
||||
Рв — внутренний диаметр барабана,.мм; |
|
|
|
||
DH —наружный диаметр |
барабана, мм; |
|
|
|
|
<р — коэффициент прочности |
сварного шва в |
продольном |
|||
направлении, принимаемый в зависимости |
от конструк |
||||
ции шва и способа сварки; |
|
|
|
||
°доп — допускаемое напряжение, |
кГ)мм2', |
|
|
|
|
С — прибавка к расчетной толщине стенки. |
|
|
|||
В передвижных паровых котлах сварные швы выполня |
|||||
ются газоили электросваркой. Для этих |
способов |
сварки |
|||
и стыковых швов коэффициент прочности |
шва |
принимают: |
|||
<р = 0,70 — при ручной |
односторонней |
сварке; |
|
||
1 Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность, Государ ственное научно-техническое издательство машиностроительной литера туры, М. — Л., 1956.
265
|
ср = 0,80—при |
автоматической |
односторонней |
сварке, |
|||||||||||
|
выполняемой под слоем флюса; |
|
|
|
|
|
наличии |
||||||||
|
<р = 0,90— при |
ручной |
односторонней сварке и |
|
|||||||||||
|
со стороны вершины |
шва |
|
подкладки |
или |
кольца, |
|||||||||
|
прилегающих к основному |
|
металлу |
по |
всему |
пери |
|||||||||
|
метру; |
|
ручной |
сварке |
|
с подваркой со |
|
стороны |
|||||||
|
= 0,95 — при |
|
|
||||||||||||
|
вершины |
шва; |
|
|
сварке |
барабана, |
выпол |
||||||||
|
< = 1,0 — при |
|
автоматической |
||||||||||||
|
няемой под слоем флюса с |
|
двусторонним |
проваром, |
|||||||||||
|
а также для бесшовных труб. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Коэффициент прочности барабана (камеры), ослабленного |
||||||||||||||
отверстиями для |
|
приварки |
|
труб, |
|
расположенными в |
про |
||||||||
дольном направлении, определяется по формуле |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
? = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(12-3) |
|
где |
t — шаг отверстий (расстояние |
|
между |
|
центрами), |
мм', |
|||||||||
|
при определении шага необходимо |
соблюдать сле |
|||||||||||||
|
дующее |
|
условие: |
расстояние |
от |
центра |
отверстия |
||||||||
|
до кромки |
сварного |
шва должно |
быть |
не |
менее |
|||||||||
|
0,9 диаметра отверстия; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
d — диаметр отверстия, |
мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Допускаемое |
напряжение определяется по формуле |
|
||||||||||||
|
|
|
Здоп = г‘оп [кг1мм2], |
|
|
|
|
|
(12-4) |
||||||
где т] — поправочный |
коэффициент, |
|
принимаемый в |
зависи |
|||||||||||
|
мости от конструктивных и эксплуатационных |
осо |
|||||||||||||
|
бенностей элементов котла по табл. |
12-5; |
|
|
|
||||||||||
Здоп — номинальное допускаемое |
напряжение, |
кГ)мм2, при |
|||||||||||||
|
нимаемое |
в |
зависимости от |
выбранной |
марки |
стали |
|||||||||
|
и расчетной температуры стенки по табл. |
12-6. |
|||||||||||||
|
При расчетной |
температуре стенки |
до 26СР С для котель |
||||||||||||
ных сталей, не |
указанных |
в |
табл. |
12-5, номинальное до |
|||||||||||
пускаемое напряжение определяется по формуле |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(12-5> |
где |
<?а — расчетный предел |
прочности |
стали при |
растяже |
|||||||||||
|
нии, определяемый испытаниями образцов. |
|
|
|
|||||||||||
266
Таблица 12-5
Значения поправочного коэффициента т)
Конструктивные и эксплуатационные особенности элементов котла
Барабаны и камеры бесшовные или |
сварные без отверстий |
||
или с отверстиями для приварки |
к ним труб |
при помощи |
|
ниппелей: |
|
|
|
а) |
необогреваемые (вынесенные из газохода или надеж |
||
б) |
но изолированные) ......................................................... |
|
1,0 |
обогреваемые ..................................................................... |
сварные с |
0,9 |
|
Барабаны и камер а бесшовные или |
неукреплен |
||
ными отверстиями или отверстиями с развальцованными
вних тр;, бами:
а) необогреваемые (вынесенные из газохода или надежно
б) |
изолированные) ......................... |
............................... |
0,95 |
обогреваемые......................................................................... |
|
0,85 |
|
Трубы поверхностей нагрева ........................................................... |
|
1,0 |
|
Днища выпуклые: |
. . . |
1,0 |
|
а) |
глухие ................................................................. |
||
б) |
с лазами или другими |
неукрепленными отверстиями |
0,95 |
Донышки плоские приварные ....................................................... |
|
0,8 |
|
Таблица 12-6
Значения номинальных допускаемых напряжений для
различных марок стали в |
зависимости |
от расчетной |
||||
|
температуры стенки |
|
|
|||
Расчетная темпера |
Ст. 2 |
10, ЮК |
Ст. 3 |
15, 15К |
20, 20К |
25, 25К |
тура стенки, °C |
|
|
|
|
|
|
ав *кПмм |
34 |
34 |
38 |
37 |
41 |
44 |
20—260 |
9,1 |
9,1 |
Ю,1 |
9,9 |
11,0 |
11,8 |
280 |
8,8 |
8,8 |
9,7 |
9,7 |
10,8 |
П,4 |
300 |
8,5 |
8,5 |
9,4 |
9,4 |
10,3 |
10,9 |
320 |
.— |
8,1 |
,— |
8,9 |
9,8 |
10,4 |
340 |
— |
7,8 |
— |
8,5 |
9,3 |
10,0 |
360 |
— |
7,4 |
— |
8,1 |
8,8 |
9,5 |
380 |
— ■ |
7,1 |
— |
7,6 |
8,3 |
9,0 |
400 |
— |
6,7 |
— |
7,3 |
7,9 |
8,5 |
410 |
— |
6,5 |
— |
7,1 |
7,7 |
8,3 |
420 |
— |
6,3 |
— |
6,9 |
7,5 |
8,1 |
430 |
— |
5,9 |
— |
6,5 |
7,3 |
7,5 |
440 |
— |
5 2 |
— |
5,8 |
6,3 |
6,7 |
450 |
— |
4-, 6 |
— |
5,2 |
5,6 |
5,9 |
460 |
— |
4 1 |
— |
4,6 |
4,9 |
5,1 |
470 |
— |
3,6 |
— |
4,1 |
4,3 |
4,5 |
480 |
— |
3,2 |
— |
3,7 |
3,8 |
3,9 |
490 |
— |
2,8 |
— |
з,з |
з,з |
3,4 |
500 |
— |
2,5 |
— |
з,о |
з.о |
з,о |
267
Расчетная температура стенки |
цилиндрических |
элемен |
||
тов котла, |
работающих |
под давлением, принимается по |
||
табл. 12-7 в |
зависимости от температуры насыщенного пара |
|||
(/нас) и условий обогрева этих элементов. |
|
|||
Расчетная |
температура |
среды |
определяется по |
форму |
лам: |
экранов кртла и камер насыщенного пара |
|||
для камер |
||||
пароперегревателя |
|
|
(12-6) |
|
|
Сч=/нас[°с]; |
|||
для входных камер перегретого |
пара |
|
||
|
CC,=CM+1O’C; |
<12’7) |
||
для выходных камер перегретого пара |
|
|||
|
Сч=С+0>5Ча3т- |
(12-8) |
||
В этих формулах:
/ном — номинальная температура рабочей среды (перегретого
пара), °C;
Af— превышение температуры пара, поступающего в ка
меру из отдельных змеевиков пароперегревателя, над номинальной температурой перегретого пара, связан ное с режимными и гидродинамическими условиями работы котла (принимается не менее 10’С).
Прибавка С к расчетной толщине стенки барабана
(трубы) в 'передвижных паровых котлах принимается рав ной 1 мм.
В случае поверочного расчета цилиндрического бараба на (камеры) передвижного парового котла величина наи
большего допускаемого рабочего давления в |
барабане |
определяется следующей формулой: |
|
', = 2”(+^С-сГ |
(,2-9) |
По формуле (12-2) определяют толщину стенки бесшов ной трубы, находящейся под внутренним давлением рабо чей среды (воды, пара); -при этом коэффициент прочности трубы принимают <р=1. Рассчитанная толщина стенки трубы округляется до ближайшего по сортаменту размера котельных труб.
268
Таблица 12-7
Расчетная температура стенки элементов котла, работающих под давлением
Элементы котла и условия обогрева |
Расчетная |
температура |
|
|
стенки |
Необогреваемые барабаны и камеры, вынесенные за пределы газоходов ..........................................................
Барабаны, находящиеся в пределах газоходов, но за щищенные от непосредственного воздействия лу чистого тепла й продуктов сгорания достаточным слоем изоляции ..............................................................
Неизолированные барабаны, расположенные в конвек тивных газоходах (при температуре газов не выше
600° С)................................... . ............................................
Неизолированные барабаны, расположенные в пределах топочной камеры и подверженные лучеиспусканию факела или слоя горящего топлива.......................
Камеры, находящиеся в пределах газоходов, но защи щенные от непосредственного воздействия лучисто го тепла и продуктов сгорания слоем огнеупорной изоляции:
а) при протекании внутри камеры воды или паро водяной смеси ......................................................
б) при протекании внутри камеры насыщенного или перегретого пара ..........................................
Неизолированные камеры, расположенные в газоходах и омываемые газами с температурой не более
600° |
С: |
|
|
|
а) |
при протекании внутри камеры воды или паро |
|||
|
водяной смеси |
..................................................... внутри |
|
|
б) |
при |
протекании |
камеры насыщенного |
|
|
или |
перегретого ..................... |
пара |
•.................. |
'нас+’О’С
'нас+30° С
^с+юо-с
/сррас''+10° с
/Расч+30° С
Сч+30°С
грсарсч+50* с
Расчетную температуру стенки трубы определяют по формулам:
|
|
|
t |
= /ном-4-60°С |
х |
(12-10) |
||
|
|
|
СТ |
ср |
|
I |
' |
|
— для кипятильных труб |
и |
радиационных экономайзеров; |
||||||
|
|
t |
ст |
ср |
|
‘ |
|
(12-Н) |
|
|
|
=("°м4-30эС |
|
|
|||
— для труб конвективного |
водяного |
экономайзера; |
|
|||||
t |
ст |
=/расч4-40> 400°С |
(12-12) |
|||||
|
|
|
ср |
I |
|
|
|
|
269
— для конвективных пароперегревателей;
/ст = /срарсч4-70>400эС |
(12-13) |
— для радиационных пароперегревателей. |
|
Выпуклые и плоские днища и |
крышки. |
Днища пароводяных барабанов, корпусов котла, жаровых труб и т. п. изготовляют выпуклыми и плоскими в соответ ствии с ГОСТ 6533-53. Выпуклые днища следует предпо честь плоским, так как первые находятся в наиболее бла гоприятных условиях с точки зрения напряжений, возни кающих в материале под действием внутреннего давления. Толщина стенки в этих днищах получается наименьшей. Следовательно, по весу они наиболее 'полно отвечают тре бованиям передвижных паровых котлов. Однако изготов ление выпуклых эллиптических днищ требует специального
оборудования (штампов). Выбивание таких днищ вручную, трудоемко, и при этом почти невозможно выдержать точ но расчетную толщину стенки, радиус кривизны и радиус
перехода выпуклой части к цилиндрической. Несоблюдение данных размеров приводит к неравномерному распределе нию напряжений. Последние, даже при плавном сопряже нии центральной сферической части с бортами, значительно разнятся в местах перехода сферы днища в цилиндриче скую часть и в самой сфере. Поэтому при изготовлении вы пуклых днищ необходимо стремиться к наибольшему ради усу закругления бортов.
Толщина стенки глухого (без отверстий) днища эллип
тического профиля (рис. 12-3) рассчитывается по формуле
s=m,P°-p -^+С IM. |
(12-14) |
|||||
|
ДО II |
*■ |
о |
|
|
|
где s — толщина стенки |
днища, |
мм; |
|
|||
р — расчетное |
(избыточное) давление, |
кГ/см2; |
||||
DB — внутренний диаметр днища, |
мм; |
днища, кГ]мм2; |
||||
Здоп — допускаемое напряжение |
в |
стенке |
||||
hR — высота выпуклой части |
днища, мм, которая долж |
|||||
на быть не менее 0,2Пв; |
|
|
принимаемая рав |
|||
С — прибавка |
к расчетной |
толщине, |
||||
ной 1 — 3 |
мм |
|
|
|
|
|
270
Если известны |
размеры |
днища и толщина его |
стенки, |
||
то наибольшее допустимое давление определяется |
по фор |
||||
муле |
800(5-С)адоп |
|
|
|
|
___ |
ЛВ г |
. |
(12-15) |
||
Р~ |
Лв |
|
\ати\. |
||
|
+ 2 db (s — |
|
|
|
|
Толщина стенки выпуклого днища с |
одним неукреплен |
||||
ным отверстием находится по формуле |
|
|
|||
_ |
PD* |
DB |
, п г |
1 |
(12-16) |
5~40^доп-/’,^в + С |
|
||||
где z— коэффициент, определяемый по |
формуле |
|
|||
|
|
|
^В |
|
(12-17) |
|
|
|
|
|
|
d— диаметр Отверстия в днище, мм.
Выпуклые днища жаровых труб подвержены наружно
му давлению. Толщина стенки такого днища определяется по формулам (12-15) и (12-16), но допускаемое напряже ние в этих формулах уменьшается в 1,4 раза.
1---------- |
De------ - |
I |
|
Рис. 12-3. Глухое днище эллипти |
Рис. 12-4. Плоское отбортованное |
||
ческого профиля. |
|
днище. |
|
Расчетная толщина цилиндрической части (борта) дни ща должна быть не менее толщины стенки барабана (жа
ровой трубы), с которым оно сваривается.
Плоские отбортованные днища (рис. 12-4) в изготовле нии проще выпуклых, но они при том же давлении полу чаются значительно толще и, следовательно, тяжелее. Тол щину стенки плоского отбортованного днища, приваривае
мого в стык или прикрепляемого болтами к |
фланцу со |
сплошной прокладкой, определяют по формуле |
|
s = 0,ldi/-^4-С [мм], |
(12-18) |
V адоп |
|
271