Том 2. Технология (1041447), страница 50
Текст из файла (страница 50)
12.12,в. Максимальное значение напряжений определяется условием йо~/д0=0, откуда следует 0= — тт/2, т. е. в точке С. Осевые на- пряжения в точках А, В, С одинаковы: ор — — [(а+0,5Ь) / (а — Ь)~1рЬ//. (21.21) ф 6. Барабаны котлов В состав котельных агрегатов входят барабан, экономайзеры„ пароперегреватели и камеры. Барабаны котлов высокой производительности имеют диаметры 1600 — 1800 мм, толщина их стенок достигает 100 мм. Барабан по длине состоит из отдельных обеча- 273 ! 8 — 20! ек; днища барабанов, как правило, штампованные.
Все соединения выполняются электрошлаковой и дуговой сваркой. Для котельных сосудов типа барабанов (рис. 21.11) характерно большое число штуцеров различного назначения. Поэтому при проектировании котельного оборудования большое внимание удеА-А Рис. 21.11. Общий вид свар" ного барабана котла ляют определению допустимого размера неукрепленного отверстия и расчету укрепления отверстий. Учет ослабления стенки отверстием осуществляют введением коэффициента гр. При продольном расположении отверстий <РцРод — (~ ~) 1 ~ (21.22) где ~ — расстояние между центрами отверстий в продольном направлении; д — диаметр отверстия.
Если диаметр отверстия превышает допускаемый (4,р), то должна быть увеличена толщина стенки сосуда или отверстие должно быть укреплено приваркой утолщенного штуцера или накладки (рис. 21.12). Размеры укрепляющих элементов выбирают по следующему условию: гуш+ / н+ ) си~~ (Г~ — ~1ир) З, (21.23) где 1'ш 1н~ 1'св — площади укрепляющих сечений соответственно штуцеров, накладок и сварных швов; з — номинальная расчетная толщина стенки без ослабления. Для штуцеров, испытывающих внутреннее давление (рис.
21. 12,а), 1ш — 2гг (ош оо.ш) ° (21.24) 274 Рис. 21.12. Типы укрепления отверстий сосудов: о — утолщенным штуцером; б — штуцером, не испытывающим давления; в — накладкой; г — вваркой утолщенного листа 18" Рис. 21.13. Размеры сварных и1вов укрепляющих элементов, принимае мые в расчете: а — штуцер без ра"делкн кромок; б — штуцер с разде лкой к мок; и — накладка э ро 27 о для штуцеров, вваренных внУтРь с Уд (Р ос ов ( ис. 21.12,6) и Разгруженных от давления, 1ш=211шош (21.25) для накладок (рис. 21.13,В) 1„= 2Ьисн. (21.26 у В сосудах, работающих при температуре выше ' р ш 300'С и и тол- б 40 мм применение накладок не рекомендущине обечайки олее м е ат ных нается из-за опасности ости появления значительных температур пряжений. Для них более рационально укрепление от- уааг верстия штуцером (рис.
й з 21.12,б) или вваркой стыко- Ф вым швом элемента боль. шей толщины (рис. 21.12,г). у,.; Площадь сечения сварных швов 1„, присоединяю- 1К щих штуцера или накладки к укрепляемому элементу, принимают без учета уси- г! ления. и Минимальные размеры швов должны удовлетворять следующим условиям: для штуцеров (рис.
21.13,а, б) Лш1и = 2,1йшвш/дн', (21.27) для накладок (рис. 21.13,в) Л1ш1и+ Л2ш1П ( ОН1 — 26н) ~0н1~) 2,1бнЗн/йн1. (21.28) Разделка под приварку штуцеров должна обеспечивать соединение их с барабаном или камерой по всей толщине штуцера. Разрешается приваривать штуцера без разделки, если при ручной дуговой сварке толщина их стенки не более 10 мм и при автоматической дуговой сварке под флюсом — не более 15 мм. Рассмотренный метод расчета не учитывает влияния местнсй концентрации напряжений у отверстий.
Полагают, что при высокой пластичности сталей появление местных небольших упругопластических деформаций не снижает работоспособности конструкций. При действии переменных нагрузок прочность сосудов может сни.жаться, особенно при использовании высокопрочных сталей (ав.= =800 —:900 МПа). Разрушения образуются в зонах концентрации напряжений: в местах приварки фланцев, труб, патрубков, штуцеров. Вероятность малоциклового разрушения заметно возрастает, когда в зоне концентрации оказываются дефекты.
Для надежной работы котлов и сосудов большое значение имеют пластические свойства металла и низкий уровень остаточных напряжений. Поэтому сварные конструкции котлов подвергают термической обработке. Для устранения остаточных напряжений в конструкциях из низкоуглеродистой стали достаточно высокого отпуска при Т=600 —:о50'С. в кольцевых стыках создается напряжение, определяемое по фор- муле а;=рЖ(2з) (21.30) где 7т и з — соответственно радиус и толщина стенки трубы.
При понижении внешней температуры в кольцевых стыках образуются напряжения (21.31) ав — — аКТЕ, где а — коэффициент температурного расширения металла; КТ— изменение температуры; Š— модуль упругости. а= рЯ/з; (21.29) 5 7. Трубы и трубопроводы Сварные трубы большого диаметра широко используют при сооружении магистральных газонефтепроводов.
Для изготовления таких труб применяют низколегированные стали 14ХГС, 17ГС, 17Г1С и др. Толщина стенок труб 8 — 20 мм, диаметр 529 — 1420 мм. Из сварных труб сооружают также трубопроводы металлургических и других заводов, гидротехнических сооружений, а также трубопроводы атомных и тепловых электростанций. При этом трубы, работающие при температуре от — 10 до +350'С и давлении р<9 МПа, изготовляются из стали СтЗсп и низколегированных сталей 10Г2СД, 14ХГС, трубы, работающие при температуре от — 50 до +350'С и р ?О МПа,— из сталей 20 и ЗОХМА, трубы, работающие при высоких температурах (до 500'С),— из молибденовых сталей, например 15ХМ и др.
Для работы в агрессивных средах трубы изготовляют из аустенитных нержавеющих сталей, алюминиевых, титановых и других сплавов. Кроме того, сварл ые трубы широко применяют в санитарно-техническом строительстве и в ряде специальных областей техники. Сварные трубы имеют продольные или спиральные швы; пги монтаже трубопроводов отдельные трубы сваривают между собой поперечными кольцевыми швами. Прочность трубопроводов оценива1от с учетом различного рода усилий, действующих в процессе эксплуатации. Расчет продольных стыков при внутреннем давлении р производят по формуле Р с 21 14 Схема загружения трубопровода (а) от вакуу ма (б), от собственного веса (в), от обледенения (г), от внутреннего давления (д) Если труба будет испытывать изгибающий момент М от собст- венного веса и веса жидкости, то при расчете следует учитывать образование в кольцевых швах напряжений аз =М/К, (21.32) где Яà — момент сопротивления сечения трубы.
Момент М опреде- ляется по специальным техническим условиям. Суммарное напряжение в кольцевых швах а1+аа+аа г1а 7р. (21.33) Допускаемое напряжение в трубопроводах зависит от расчет- ного сопротивления Яр (обычно Яр — — 0,9а,), коэффициента условий работы и и коэффициента перегрузки п; т=0,8 —:0,9, а в местах перехода через препятствия т=0,75; п=1,2 для газопроводов и п=1,15 для нефтепроводов, Трубопроводы иногда устанавливают на опорах: анкерных, устанавливаемых в конечных точках и в местах изменения направ- ления оси, промежуточных, не препятствующих продольным пере- 277 ао=М /К (21,35) жный а в„'~ !) — момент сопРотивления кольца; г, —, Ру р диус коль~а; г, — внутренний радиус.
Если Аналогично оп еделяют р , усилия и напряжения при обледенении. сли принять толщину слоя льда в нижней точке 26 точке — равной н лю то неи точке , а в верхней Р аженное в к у, то отношение веса обледенения к дли1 кН/м, определяется по приближенной формуле то к длине, выдо = 7ггру, (21.36) где у — удельный вес льда. Примем 6=0,1 м, Тогда получим до=0 7г . нения — о=, гу; момент от обледе- М =о,1'/8; (21.37) напряжение от момента (21.38) Т1 топ Если замыкание т бо в ру про ода производилось при температу е ь то при понижении температуры до значения Та в нем возникает продольное растягивающее усилие Ит — — 2нг$(т, — т,) Ея, (21.39) где а — коэффициент темпе а а=12 1 -о; пературного расширения; для стали а= 0-', з — толщина стенки тр бы.
На я с номе ном охл р ду с продольной силой в стенке трубопров провода при неравр охлаждении возникают напряжения изгиба От —— аЕ (Тн — Т,) /2, (21.40) где ҄— температура наружной поверхности трубы; Т, — темпе а- тура внутренней поверхности. , — темпера- 278 мещениям, Конструкции опор зависят от диаметров т б. П и относительно малых диаметрах (о/~0 6 ) тров тру . Ри опор про м) допускается применение простейшего типа — скользя их —,О м — седловых, при больших (д~1,5 м) — катковых„ Если трубопровод большого диаметра (о/>1,5 м) ( ис. 21.14 выполняет ф нкции газо провода низкого давления, он подве жен 1рис 21.14 г) вн т ,г), внутреннего давления газа (рис.
21.14 д) в ного разрежения (рис 21 14 б1 а также .1, ), а также ветра и изменения темпе- Нагрузка д от собственного веса трубопровода — авноме но распределенная, Приближенно трубо многоопо н ю не аз ' опровод можно принять за на опоре порную неразр'зную балку. При этом изгибающи щии момент М г//г/8 (21.34) Напряжение от момента Усилие от внутреннего давления р в зоне изменения направления трубопровода вызывает в его поперечном сечении напряжение онов= рг/ (2з). (21.41) Таким образом, полное напряжение в поперечном сечении, а также в кольцевом шве трубопровода орасч по+ о +о.Е(Т, — Т,) +аЕ(7 н Тв)' 2+ Рг/Ю [о 1о. (21.42 В продольном сечении трубопровода образуются напряжения, определяемые формулой (21.46) При вычислении Р„по формулам (21.44) и (21.45) должно вы- ПОЛНЯтЬСЯ НЕРаВЕНСтВО Рнр)ГГ1(Ракеш Рвнутр). В ЭТОМ СЛУЧаЕ И= = 1,7.
Чтобы уменьшить продольные усилия, возникающие в трубопроводе вследствие изменения температуры, применяют различные способы. В некоторых случаях трубопроводы укладывают на кат- 279 анрод — — РГ/З . [О'1р. (21.43) В одних случаях большим по значению оказывается напряже- НИЕ Орасч, В ДРУГИХ вЂ” Онрод.
Если возможно образование разрежения (рис. 21,14,б), внешнее давление воздуха вызывает в продольных сечениях оболочки трубопровода напряжения сжатия, которые могут достигать критического значения и вызывать по- ° . . .. г ., терю устойчивости. Если принять ! !~! '! ! ! 7 Т Г! Г ;! !! ! ! ! ! с. трубопровод за длинную цилиндрическую трубу без закреплений. -!-+ + — +! 1. !Т ! то критическое давление Рнр опре ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! деляется по формуле р„~ = ЗЕ/,/га, (21.44) Рис. 21.15. Кольца жесткости уголгде /~ момент инерции гпоси кового и таврового профилей прива- тельно собственной оси продоль- "' реииме к трубопроводу ного сечения стенки трубопровода длиной 1 м; г — средний радиус оболочки. Для повышения устойчивости оболочки иногда предусматривают постановку кольцевых ребер жесткости.
Их типы уголкового и таврового профилей изображены на рис. 21.15. Критическое давление Рк, в этом слУчае находЯт из соотношениЯ Рн,=ЗЕ//(/га), (21.45) где 1 — расстояние между смежными ребрами жесткости; / — момент инерции кольца и оболочки на длине а = 1,6 ~г гз. (21.47) где д — давление грунта. Под нагрузкой Я трубопровод приобретает эллиптическое очертание (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
