Расчет на прочность элементов котлоагрегата, работающих
Под давлением
Расчет на прочность элементов парогенератора, работающих под давлением рабочей среды, имеет целью определить необходимую толщину стенки элемента или допускаемое в нем давление. Элементы парогенератора, работающие под давлением рабочего тела — барабаны, коллекторы, поверхности нагрева — выполняются в виде цилиндрических конструкций и из труб. В этих элементах имеют место внутренние напряжения (остаточные и температурные) и внешние, возникающие под действием давления рабочего тела, его массы и собственной массы элемента. Остаточные напряжения, возникающие в процессе изготовления элемента, ликвидируются перед его монтажом термической обработкой.
Температурные напряжения в стенках обогреваемых деталей вызываются перепадом температур по толщине стенки детали или по ее периметру. Предотвращение значительных перепадов температур по толщине стенки и соответственно высоких температурных напряжений достигается ограничением толщины стенки и конструктивными и режимными мероприятиями, обеспечивающими минимальные перепады температур в стенке.
Исходя из указанных положений, основной нагрузкой, по которой должна определяться толщина стенки элемента парогенератора, принято давление рабочей среды. Дополнительные внешние нагрузки, осевые усилия, изгибающие и крутящие моменты, действующие на элемент, в частности нагрузки от собственной массы, регламентируются предельными значениями и учитываются снижением общего запаса прочности. Например, для постоянных внешних нагрузок принято снижение запаса прочности на 10 %.
В основу методов расчета элементов парогенератора на прочность положен принцип оценки прочности по предельной нагрузке. Расчетная формула для определения толщины стенки сосуда, учитывающая его ослабления отверстиями для труб и лючков, если расчет ведется по внутреннему диаметру, имеет вид:
, м,
где Р — избыточное давление на внутреннюю поверхность, Па; Dвн – внутренний диаметр, мм; σдоп – допускаемое напряжение, Па; φ – коэффициент прочности сосудов; С – поправка для учета допусков на толщину стенки при прокате, а также на износ и коррозию.
Допустимое давление при данной толщине стенки, если номинальным является внутренний диаметр, определяется по формуле:
, Па ,
где Sф — фактическая толщина стенки, мм.
Величина расчетного давления принимается равной номинальному давлению пара на выходе из парогенератора, увеличенному на потерю давления от гидравлического сопротивления в тракте, расположенном между рассчитываемым элементом и выходом пара из парогенератора. Для элементов, содержащих жидкую среду, надо учитывать давление столба жидкости над рассчитываемым элементом. Если сумма потерь и гидростатического давления не превышает 3 % номинального давления, их можно не учитывать.
Коэффициенты прочности сосудов, ослабленных отверстиями для труб, определяются для всех направлении по формулам (рис. 103):
для продольного направления
;
для поперечного направления
;
для косого направления, приведенного к продольному
,
где n = tк/ t .
В расчет вводится наименьшая из величин φ, φпр , 2φ1.
а) б)
Рис. 103. Схема ослабления элемента при наличии отверстий:
а — расположение отверстий в поперечном направлении в
коридорном порядке; б — расположение отверстий в шахматном
порядке
Коэффициент прочности стыковых сварных соединений φ для углеродистой, низколегированной марганцовистой, хромомолибденовой и аустенитной сталей принимается φ = 1, а для хромомолибденованадиевой и высокохромистой сталей φ = 0,85.
Величина С – поправка для учета допусков на толщину стенки при прокате, а также на износ и коррозию. При небольших толщинах (до 30 мм) С составляет 0,1–0,3, а для большей толщины (>50 мм) С принимается от 0,7 до 1 мм.
Определенная толщина стенки округляется до ближайшего размера по сортаменту труб.
Допускаемое напряжение определяется по формуле
σдоп = ησ*доп ,
где σ*доп — номинальное допускаемое напряжение, Па; η — коэффициент, учитывающий конструктивные и эксплуатационные особенности рассчитываемого элемента.
Номинальные допускаемые напряжения σ*доп зависят от температуры стенки. Расчетная температура стенки, по которой определяется величина номинального допускаемого напряжения, принимается в зависимости от рода и температуры среды, условий обогрева элемента газами и охлаждения рабочей среды ( для котельных пучков, фестонов: tст = tкип + 60 оС; для необогреваемого барабана tст = tнас ; для труб экономайзера tст = tср.пит + 30 оС; для пароперегревателя tст = tср.пе + (100÷120 оС).
Во всех случаях расчетная температура стенки не должна приниматься ниже 250 °С. При расчете барабана и коллекторов парогенератора, когда расстояние между опорами барабана более 8 м и коллекторов более 6 м, следует проверить напряжения, возникающие при их изгибе.
Формулу можно пользоваться и в поверхностных расчетах, при уточнении S, а, зная S, определяют Ррасч, называемое Рдоп - допустимое.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные направления развития парогенераторной техники:
· Увеличение агрегатной мощности и параметров пара, что снижает капитальные затраты и уменьшает удельный расход топлива на выработку электроэнергии в паротурбинных установках, а при использовании пара как теплоносителя – интенсифицирует технологические процессы.
· Специализация парогенераторов по назначению и по топливу, что дает возможность обеспечить оптимальные технико-экономические показатели их работы в данных конкретных условиях.
· Применение более качественных материалов при изготовлении парогенераторов, совершенствование и модульная унификация элементов парогенераторов и вспомогательного оборудования, что повышает надежность работы парогенераторов и уменьшает капитальные затраты на оборудование.
· Применение рациональных конструкций топочных устройств, систем пылеприготовления и тягодутьевых установок, что снижает тепловые потери парогенераторов и расходы электроэнергии на собственные нужды.
· Использование более совершенных систем золоуловителей и установок для очистки продуктов сгорания от оксидов серы и
азота, что дает возможность уменьшить вредные выбросы в атмосферу.
· Применение комплексной автоматизации работы парогенераторов, что способствует повышению надежности и экономичности их работы.
Библиографический список
Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. – М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004.
Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1978.
Ковалев А.П., Лелеев Н.С., Виленский Т.В. Парогенераторы.-М.: Энергоатомиздат, 1985.
Смородин С.Н., Иванов А.Н. Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок: учеб. пособие/ СПбГТУРП. СПб., 2008.
Белоусов В.Н., Смирнова О.С., Смородин С.Н. Основы сжигания газа: учеб. пособие/ СПбГТУРП. СПб., 2009.
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 480;