КОТЛЫ СТАЦИОНАРНЫЕ, ПАРОВЫЕ
И ВОДОГРЕЙНЫЕ.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОЛЛЕКТОРОВ
ОТ ДЕЙСТВИЯ НАГРУЗОК В ОПОРАХ
И ПОДВЕСКАХ

(РТМ 108.031.109-79)

Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на стационарные паровые и водогрейные котлы и устанавливает единую методику расчета на прочность цилиндрических горизонтальных коллекторов под действием местных весовых нагрузок в опорах и подвесках.

РТМ также может быть использован для расчета местных напряжений в окрестности опор котельных барабанов, корпусов котлов и других цилиндрических конструкций энергомашиностроения.

1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

D_н              - номинальный наружный диаметр коллектора, мм;

D_в              - номинальный внутренний диаметр коллектора, мм;

s                 - номинальная толщина стенки коллектора, мм;

а                - ширина поверхности подвески или опоры, мм;

b                - длина поверхности подвески или опоры, мм;

G               - усилие, приложенное к одной подвеске или опоре, Н (кгс);

θ                - половина угла охвата коллектора подвеской или опорой, град;

d                - номинальный наружный диаметр плавниковой трубы, мм;

q                - распределенная нагрузка, МПа (кгс/мм²);

2l               - длина участка, на котором действует распределенная нагрузка q, мм;

h                - ширина участка, на котором действует распределенная нагрузка q, мм;

р                - внутреннее давление в коллекторе, МПа (кгс/мм²);

d_ш              - номинальный внутренний диаметр штуцера, мм;

k₁               - коэффициент;

k₂                    - коэффициент;

σ_z               - осевое напряжение в коллекторе, МПа (кгс/мм²);

σ_φ              - окружное напряжение в коллекторе, МПа (кгс/мм²);

N_z, N_φ        - соответственно осевое и окружное усилия в коллекторе, отнесенные к единице длины, Н/мм (кгс/мм);

М_z, М_φ       - соответственно осевой и окружной изгибающие моменты в коллекторе, отнесенные к единице длины, Н (кгс);

σ_z^p              - осевое напряжение от внутреннего давления, МПа (кгс/мм²);

σ_φ^p             - окружное напряжение от внутреннего давления, МПа (кгс/мм²);

σ_γ^p              - радиальное напряжение от внутреннего давления, МПа (кгс/мм²);

σ₁, σ₂, σ₃    - главные нормальные напряжения, МПа (кгс/мм²);

σ_э               - эквивалентное напряжение, МПа (кгс/мм²);

[σ]             - номинальное допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа (кгс/мм²).

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Расчет на прочность коллекторов под действием весовых нагрузок является поверочным и выполняется после выбора основных размеров коллектора в соответствии с ОСТ 108.031.02-75.

2.2. Используемые материалы и полуфабрикаты, а также технология изготовления и контроль коллекторов, штуцеров и деталей опор и подвесок должны соответствовать указанным в отраслевой нормативно-технической документации.

2.3. Отношение наружного диаметра коллектора к толщине стенки должно удовлетворять условию D_н/s = 9 + 35.

Для коллекторов с отношением D_н/s < 9 расчет на прочность от действия весовой нагрузки должен проводиться в соответствии с ОСТ 108.031.02-75.

2.4. Настоящий РТМ рассматривает коллекторы с вертикальным подвесом экранов (черт. 1 и черт. 2).

2.5. Схемы расположения подвесок или опор и нагружения коллектора указаны на черт. 1 и черт. 2.

2.6. Для подвесных конструкций коллекторов направление действия усилия G, а также распределенной нагрузки q, приложенной к коллектору, совпадает с направлениями, указанными на черт. 1, черт. 2, черт. 3. Для опорных конструкций направление усилия G и распределенной нагрузки q противоположно направлениям, указанным на черт. 1, черт. 2, черт. 3.

3. МЕСТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

3.1. Усилие G, действующее на подвеску или опору (см. черт. 1, черт. 2, черт. 3), определяется как суммарный вес коллектора, его содержимого и присоединенного оборудования, приходящийся на одну подвеску или опору.

3.2. Для коллекторов цельносварных газоплотных экранов реактивная нагрузка q, действующая со стороны экрана на коллектор (см. черт. 3), определяется по номограммам, приведенным на черт. 3, в зависимости от диаметра коллектора. Реактивная нагрузка, действующая на газоплотный экран со стороны коллектора, по величине равна q и противоположна по направлению.

3.3. Ширина участка h, на котором действует распределенная реактивная нагрузка q, при расчете напряжений в коллекторе принимается равной h = 0,85d.

Черт. 1. Общий вид коллектора газоплотного экрана

Черт. 2. Расчетная схема коллектора

Черт. 3. Распределенная нагрузка, действующая на коллектор со стороны экрана

Длина участка 2l воздействия нагрузки q для коллектора и газоплотного экрана определяется по кривым, приведенным на черт. 3.

3.4. По размерам подвесок или опор а и b вычисляются коэффициенты

3.5. Для подвесных конструкций расчет максимальных усилий N_z, N_φ и моментов М_z, М_φ в коллекторе, вызванных действием весовых нагрузок, ведется по кривым, приведенным на черт. 4-11.

Для опорных конструкций значения усилий N_z, N_φ и моментов М_z, М_φ в коллекторе, найденные по кривым черт. 4-11, берутся со знаком минус.

3.6. Для подвесок или опор, удовлетворяющих условию а > b, значения N_z, N_φ, М_z, М_φ в коллекторе определяются по кривым, приведенным на черт. 4-7, с использованием параметров k₁ и θ.

Черт. 4. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_φ в коллекторе при D_н/s = 9...13 и а > b

Черт. 5. Номограммы для вычисления моментов М_z, М_φ в коллекторе при D_н/s = 9...13 и а > b

Черт. 6. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_φ в коллекторе при D_н/s = 14...35 и а > b

3.7. Для подвесок или опор, удовлетворяющих условию b > а, значения усилий и моментов N_z, N_φ, М_z, М_φ, действующих в стенках коллектора, определяются по кривым, приведенным на черт. 8 - 11, с использованием коэффициентов k₁ и k₂.

3.8. В случае подвеса коллектора за штуцер при определении максимальных усилий и моментов в коллекторе по пп. 3.4 - 3.7 принимается

а = b = 0,85d_ш.

3.9. Наибольшие местные напряжения возникают в коллекторе (у краев подвесок или опор) в точках А или А^’ при а > b и в точках В или В^’ при b > а (см. черт. 1, черт. 2).

3.10. Значения максимальных местных окружных σ_φ и осевых σ_z напряжений в стенках коллектора определяются по формулам:

.

Черт. 7. Номограммы для вычисления моментов М_z, М_φ в коллекторе при D_н/s = 14...35 и а > b

Черт. 8. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_φ в коллекторе при D_н/s = 9...13 и а < b

Знак минус относится к внутренней поверхности (точки A^’ или В^’), знак плюс - к наружной (точки А или В).

3.11. Напряжения от внутреннего давления вычисляются по формулам:

Черт. 9. Номограммы для вычисления моментов М_z, М_φ в коллекторе при D_н/s = 9...13 и а < b

Черт. 10. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_φ в коллекторе при D_н/s = 14...35 и а < b

4. УСЛОВИЯ ПРОЧНОСТИ

4.1. Для рассматриваемой точки коллектора (точки А или А^’, В или В^’) вычисляются три главных нормальных напряжения, которые представляют собой алгебраическую сумму действующих в одном направлении напряжений, вызванных весовыми нагрузками и внутренним давлением. Главные напряжения определяются по формулам:

σ₁ = σ_φ + σ_φ^p; σ₂ = σ_z + σ_z^p; σ₃ = σ_r^p;

если σ_φ + σ_φ^p > σ_z + σ_z^p > σ_r^p;

σ₁ = σ_z + σ_z^p; σ₂ = σ_φ + σ_φ^p; σ₃ = σ_r^p;

если σ_z + σ_z^p > σ_φ + σ_φ^p > σ_r^p;

4.2. Эквивалентное напряжение для рассматриваемой точки коллектора принимается равным

σ_э = σ₁ + σ₃.

4.3. Величина эквивалентного напряжения в коллекторе от действия весовых нагрузок и внутреннего давления должна удовлетворять условию

σ_э < 1,5 [σ].

Величина номинального допускаемого напряжения принимается в соответствии с ОСТ 108.031.02-75.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

ПРИМЕР РАСЧЕТА

1.1. Вычислить напряжения от весовых нагрузок в коллекторе наружным диаметром D_н = 273 мм и толщиной стенки s = 26 мм, D_н/s ~ 10.

Ширина подвески а = 25 мм, длина b = 120 мм, весовая нагрузка на одну подвеску G = 5 m.

Внутреннее давление в коллекторе р = 164 кгс/см².

Допускаемое напряжение [σ] = 9,7 кгс/мм².

1.2. Порядок расчета приведен в таблице.

Черт. 11. Номограммы для вычисления моментов М_z, М_φ в коллекторе при D_н/s = 14...35 и а < b

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

ПЕРЕЧЕНЬ ДОКУМЕНТОВ,
НА КОТОРЫЕ ДАНЫ ССЫЛКИ В ДАННОМ РТМ

ОСТ 108.031.02-75. Котлы стационарные паровые и водогрейные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность.

СОДЕРЖАНИЕ