РД 10-249-98. Госгортехнадзор россии

• Название: Госгортехнадзор россии
• Дата: 18.12.2022
• Размер: 1.39 Mb.
• Имя файла: РД 10-249-98.docx
• Тип: Документы; #850282
• страница: 24 из 28

1. Обозначения

1.1. Условные обозначения, принятые в формулах данного приложения, приведены в таблице.

Символ	Название	Единица измерения
fat	Площадь поперечного сечения оребренной трубы	мм2
ft	Площадь поперечного сечения трубы	мм2
fr	Площадь поперечного сечения ребра	мм2
Tat	Средняя интегральная температура оребренной трубы	°С
TLср	Средняя температура по лобовой стороне трубы	°С
T1, T2, T5	Средняя температура ребра в сечении 5-6	°С
Г,, Т,, Т,	Температура в расчетных точках оребренной трубы	°С
	Скорость изменения температуры среды	°С/с
	Отношение толщины ребра в вершине к толщине ребра в корне
0	Коэффициент
1	Коэффициент
2	Коэффициент
3	Коэффициент
4	Коэффициент
5	Коэффициент
6	Коэффициент
7	Коэффициент

2. Расчет температурных напряжений в оребренной трубе экрана от действия теплового потока

2.1. Средние радиальные, окружные и осевые напряжения в расчетных сечениях оребренной трубы определяются по формулам:

сечение 1-2:







сечение 5-6:



2.2. Окружные и осевые напряжения в прямолинейной трубе от действия одностороннего теплового потока T (r, ) определяются по формулам:

точка 1     

точка 2:           

точка 5:     

2.3. Если по условиям закрепления экрана оребренные трубы имеют возможность деформироваться, то напряжения, определенные в п. 2.1, уменьшаются на величину, определяемую термоупругим моментом:



Напряжения от действия термоупругого момента M_zy в расчетных точках оребренной трубы определяются согласно приложению 1.

2.4. Термоупругий момент на вершинах ребер труб, сваренных в мембранный экран, определяется по формуле



где  - угол взаимного поворота вершин ребер от действия теплового потока; определяется по формуле



 - угол взаимного поворота вершин ребер от действия единичного момента; определяется по формуле



₁, ₂ - определяются по рисунку.



Номограмма для определения коэффициентов ₁ и ₂

Напряжения от действия термоупругого момента М_ху на вершинах ребер в расчетных точках оребренной трубы находятся согласно приложению 1.

2.5. Осевые напряжения в оребренной трубе, возникающие от разности среднеинтегральных температур трубы T^*_T и ребра T^*_p, определяются по формуле



где 

Знак минус принимается для ребра и знак плюс для трубы.

3. Расчет температурных напряжений от разности температур среды между сопрягаемыми панелями или трубами

3.1. Максимальные осевые напряжения в расчетных точках 1, 2, 3 и 5 оребренной трубы определяются по формуле



где Т_1m - температура среды в панели I , °С;

T_2m - температура среды в панели II, °С (T_2m> T_1m).

Знак минус принимается для "горячей" панели с температурой среды Т_2m и знак плюс для "холодной", где температура среды Т_1m.

Если площадь поперечного сечения "горячих" и "холодных" панелей неодинакова, то вместо коэффициента 0,5 в формуле следует подставить отношение площадей поперечного сечения панелей оребренных труб:

f₁/(f₁+f₂) - для "горячих" панелей, площадь поперечного сечения которых равна f₂;

f₂/(f₁+f₂) - для "холодных" панелей, площадь поперечного сечения которых равна f₁.

При одинаковых типоразмерах оребренных труб площади поперечного сечения f₁ и f₂ могут быть соответственно заменены шириной панелей.

Максимальное усилие P_x в зоне стыка панелей определяется по формуле



где 

T=T_2m-T_1m.

Знак плюс принимается для "горячей" панели и знак минус для "холодной" панели. Расчет напряжений от усилия P_x в расчетных точках оребренной трубы должен производиться согласно приложению 1.

4. Расчет температурных напряжений от неравномерного распределения теплового потока по ширине экрана

4.1. Максимальные напряжения в расчетных точках 1, 2, 3 и 5 оребренной трубы определяются по формуле



где T^*_at1; T^*_at2 - средняя интегральная температура металла оребренной трубы в середине экрана и в углу топки, вычисленная по q_max и q_minсоответственно.

Знак плюс принимается для напряжений в углу топки и знак минус - в середине экрана. Максимальное сжимающее усилие P_x в середине экрана определяется по формуле



4.2. Напряжения в расчетных точках оребренной трубы от усилия Р_x определяются по формулам приложения 1.

5. Расчет температурных напряжений при шлаковании экранов

5.1. В пылеугольных котлах с течением времени происходит шлакование экранов с последующим срывом шлака. В этом случае температура металла экранных труб колеблется во времени от температуры в расчетных точках Т₁, Т₃, Т₅ до температуры среды Т_m, при этом возникают тепловые удары.

Осевые и окружные (поперечные) напряжения в оребренной трубе определяются по формуле



где 

6. Расчет температурных напряжений при повышении или снижении нагрузки котла

6.1. При включении и выключении горелок и поясов горелок, а также при повышении и снижении нагрузки котла в районе горелок возникают температурные напряжения. Осевые и окружные (поперечные) напряжения в расчетных точках оребренной трубы определяются по формуле



где 

Здесь T₁, T₃, T₅ - разницы температур в расчетных точках; определяются по разности тепловых потоков q_L, т.е. до и после изменения нагрузки.

7. Расчет температурных напряжений при водяной очистке мембранных экранов

7.1. Осевые и окружные (поперечные) напряжения в расчетных точках 1, 3, 5 оребренной трубы определяются по формуле



где T_max - максимальная разность температур по толщине стенки; при скорости горизонтальной развертки _g=0,42 рад/с принимается равной: 350°С - для диаметра сопла 10 - 20 мм; 100°С - для диаметра сопла 8 мм. При скорости горизонтальной развертки _g=0,84 рад/с максимальная разность температур уменьшается вдвое.

10. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДВЕСНОЙ СИСТЕМЫ КОТЛОВ

10.1. Условные обозначения

В разделе приняты следующие обозначения, представленные в таблице 10.1.

Таблица 10.1

Символ	Название	Единица измерения
А	Ширина котла вдоль главных хребтовых балок	мм
2а, 2b	Расчетные размеры опорной плиты в плане (стороны с размерами 2Ь всегда опираются на жесткие балки каркаса)	мм
2r	Диаметр отверстия в опорной плите или шайбе	мм
2R	Наружный диаметр шайбы	мм
Qq	Усилие, действующее на подвеску	Н
	Коэффициент прочности сварных соединений
2t	Шаг между отверстиями двух соседних отверстий в опорной плите	мм
2lb	Длина тяги	мм
npl	Количество пластин	шт.
nтп	Количество тарельчатых пружин в комплекте	шт.
fсд	Прогиб балки от сдвига	мм
2b	Смещение концов тяги	мм
da, d	Наружный и внутренний диаметры тяги	мм
das, ds	Наружный и внутренний диаметры резьбы тяги	мм
Dвт	Внутренний диаметр втулки пружинного блока	мм
la	Длина втулки пружинного блока	мм
Мbq	Изгибающий момент, действующий на тягу	Нмм
Мsq	Изгибающий момент в резьбе	Нмм
Fb	Площадь сечения тяги	мм2
Ib	Момент инерции сечения тяги	мм4
Is	Момент инерции сечения резьбовой части	мм4
Wb, Wk	Момент сопротивления изгиба и кручения тяги	мм3
L	Расстояние между колоннами каркаса вдоль главных хребтовых балок	мм
sh(kl), ch(kl)	Гиперболический синус и косинус
h	Номинальная высота шайбы	мм
spl	Толщина пластины	мм
sap	Толщина опорной плиты	мм
shp	Наименьшая толщина проушин, сминаемых в одном направлении	мм
lpl	Длина пластины	мм
epl	Ширина пластины	мм
Dh	Диаметр отверстия в щеках (проушинах)	мм
Da	Диаметр валика шарнирного соединения	мм
eh	Ширина щеки (проушины)	мм
Е0h	Длина отверстия	мм
[]	Допускаемое напряжение при расчетной температуре	МПа
1, 2, 3	Главные номинальные напряжения в расчетном сечении детали	МПа
eq	Эквивалентное напряжение	МПа
k	Напряжение от кручения	МПа
ch	Напряжение от смятия	МПа
sh	Напряжение от среза	МПа
D	Наружный диаметр тарельчатой пружины	мм-
D	Внутренний диаметр тарельчатой пружины	мм
s	Толщина стенки тарельчатой пружины	мм
f3	Максимальный прогиб тарельчатой пружины	мм
Р3	Максимальное усилие тарельчатой пружины	Н
E	Модуль упругости при расчетной температуре	МПа
Pм, Рэ, Рs	Монтажная, эксплуатационная, сейсмическая нагрузки	Н

10.2. Общие положения

10.2.1. Подвески стационарного котла (рисунок 10.1) - это несущие элементы, воспринимающие нагрузку от массы котла, временные и особые нагрузки и работающие при высоких температурах.

В зависимости от мощности и типа котла (газомазутный или пылеугольный) применяются два варианта крепления подвесок к поверхностям нагрева: за коллектор и за экран. Вариант крепления выбирается конструктором в каждом конкретном случае индивидуально исходя из сложившейся практики и с учетом конструкторских особенностей. Напряжения в зонах крепления подвесок, возникающие в трубах экранов и коллекторах, следует определять согласно разделу 7 Норм.

10.2.2. Подвеска стационарного котла состоит из следующих основных элементов: тяги и шарнирного соединения (одного или двух - в зависимости от общей длины подвески), состоящего из проушин. Подвески разделяются на "холодные" и "горячие". Тяги "холодных" подвесок представляют собой сплошные прутки, а тяги "горячих" подвесок изготавливаются из труб и относятся к обогреваемым элементам.

10.2.3. Для изготовления элементов подвесок следует применять материалы, перечисленные в "Правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов". Для изготовления элементов подвесок, не работающих под давлением и не примыкающих непосредственно к этим элементам котла, допускается использовать любые материалы.

10.2.4. Основной нагрузкой, действующей на подвеску, является вес. Кроме того, при тепловых перемещениях в процессе эксплуатации в тяге возникает изгибающий момент, достигающий своих максимальных значений на концах тяги.

10.2.5. Количество подвесок по периметру котла определяется максимально допустимыми уровнями напряжений в узлах сопряжения подвески с поверхностями нагрева. Расстояние между подвесками (500 - 800 мм) должно обеспечивать равномерное распределение весовой нагрузки по периметру котла (при этом следует учитывать работу потолочного перекрытия и возможность перераспределения усилий на подвески в процессе эксплуатации).

В отдельных случаях, когда определяемые поверочным расчетом напряжения в подвесках существенно ниже допускаемых, а уменьшение диаметров тяг нецелесообразно, расстояние между подвесками может быть принято больше 800 мм.



Рисунок 10.1. Подвески стационарного котла

10.2.6. В зависимости от весовой нагрузки, приходящейся на подвеску, следует использовать тарельчатые пружины по ГОСТ 3057 (максимальное восприятие до 7110⁴ Н) и винтовые пружины по ГОСТ 13773 (максимальное восприятие до 10⁵ Н). Установка тарельчатых пружин может быть последовательной и параллельной.

10.2.7. Для группы подвесок, не связанных с основными поверхностями нагрева (мембранными стенами котла), допускается установка жестких подвесок (без пружинных блоков), если отсутствует перераспределение нагрузок на подвески от прогибов несущих балок.

В группу объединяются связанные с одной поверхностью нагрева (элементом котла) подвески, нагрузки на которые отличаются друг от друга не более чем на 20%.

10.2.8. Расчет на прочность подвесок производится в два этапа:

выбор основных размеров;

расчет на статическую прочность.

Выбор основных размеров элементов подвесок проводится отдельно для каждой группы подвесок на основании полученных расчетных нагрузок. Марка стали элементов должна соответствовать температуре, при которой работает подвеска.

После выбора основных размеров элементов подвесок должен быть произведен расчет на статическую прочность с целью уточнения принятых размеров с учетом всех действующих нагрузок и действительного прогиба балок потолочного перекрытия.

10.2.9. Наружный диаметр тяги выбирается наибольшим из двух расчетных: в сечении с максимальным уровнем напряжений и в сечении с максимальными расчетными температурами. Выбор размеров элементов шарнирного соединения производится с учетом максимальных температур (в "теплом ящике").

Под расчетной температурой металла детали подвески следует понимать температуру, по которой принимается значение допускаемого напряжения.

10.2.10. Проверка прочности газоплотных экранов при неодинаковой просадке мембранных стен котла производится по программе расчета на прочность цельносварных газоплотных конструкций на основании результатов расчета потолочного перекрытия.

10.3. Критерии прочности и допускаемое напряжение

10.3.1. Последовательность оценки статической прочности деталей подвесок представлена в таблице 10.2.

Таблица 10.2.

Обозначение этапа	Нагружающий фактор	Обозначение усилий	Условие прочности	Категория определяемых напряжений
1	Весовая нагрузка	Qq	eq1,2[]	Общие мембранные
	Весовая нагрузка + внутреннее давление	Qq+p	eq1,1[]
2	Весовая нагрузка + изгиб + кручение	Qq+Mbq+Mk	eq1,65[]	Общие мембранные и изгибные, кручение
	Весовая нагрузка + изгиб + кручение + внутреннее давление	Qq+Mbq+Mk+p	eq1,5[]

10.3.2. Средние напряжения растяжения по сечению резьбовой части в тягах подвесок от весовых нагрузок должны удовлетворять условию _eq1,1[].

Приведенные напряжения, определяемые по суммам составляющих средних напряжений растяжения, изгиба и кручения в резьбовой части подвесок, должны удовлетворять условию _eq1,5[]. Средние касательные напряжения, вызванные действием срезывающих весовых нагрузок в резьбе тяг и шарниров, а также в сварных швах, должны удовлетворять условию _sh0,7[].

10.3.3. Средние напряжения смятия не должны превышать следующих значений:

для подвижных шарниров _ch1,5[].

для неподвижных шарниров _ch2,5[].

10.3.4. Основным допускаемым напряжением, которое используется для оценки прочности при статическом нагружении, является номинальное допускаемое напряжение [] значения которого приведены в разделе 2 Норм.

В таблице 10.3 указаны номинальные допускаемые напряжения при расчетном ресурсе 10⁵ ч для различных марок стали.

Если в техническом задании на разработку не оговорены другие условия, номинальное допускаемое напряжение согласно разделу 2 Норм принимается исходя из расчетного ресурса 10⁵ ч.

Таблица 10.3

t, °С	ВСт5сп	25	30	35	40	35Х	40Х	30ХМА, 35ХМ	25ХМФ (ЭИ10)
20	154	161	172	185	198	275	288	356	402
100	143	150	161	174	187	255	272	335	389
200	134	141	147	161	174	234	248	308	368
250	127	134	141	147	161	221	234	295	362
300	117	124	134	134	147	208	221	281	348
350	-	114	117	121	134	194	201	268	328
375	-	107	111	114	121	188	194	248	308
400	-	-	101	104	107	174	181	221	275
425	-	-	-	-	-	-	-	194	241
450	-	-	-	-	-	-	-	-	201
475	-	-	-	-	-	-	-	-	174

10.4. Коэффициент прочности сварных соединений

10.4.1. Значения коэффициента прочности сварных соединений в зависимости от типа сварного соединения, вида нагрузки, метода и объема контроля сварного соединения приведены в таблице 10.4.

Таблица 10.4

Тип соединения	Вид нагрузки	Схема нагрузки	Метод контроля	Объем контроля	w
Стыковое	Растяжение, изгиб		Визуальный осмотр, УЗД	100%	1,0
				10%	0,8
				<10%	0,7
	Срез			100%	1,0
				10%	0,9
				<10%	0,8
Угловое и тавровое (с полным проваром)	Растяжение, изгиб, срез			100%	0,9
				10%	0,8
				10%	0,7
Угловое и тавровое (без полного провара)			Визуальный осмотр	100%	0,8
				10%	0,7
				<10%	0,6
Нахлестанное				100%	0,8
				10%	0,7
				<10%	0,6

10.4.2. К стыковым сварным соединениям (рисунок 10.2) относятся швы, у которых в поперечном сечении отношение диаметра к толщине пластины (или отношение большего диаметра к меньшему) не превышает 3/1. При отношениях, превышающих 3/1, швы считаются угловыми.



Рисунок 10.2. Варианты сварных соединений

а, б - стыковые; в, г - угловые

10.4.3. Допускаемое напряжение сварного соединения следует принимать по металлу свариваемых деталей. Если деталь изготавливается из разных марок сталей, то расчет должен производиться по детали с наименьшей расчетной характеристикой прочности.

10.4.4. Для деталей из углеродистой, марганцевой (кремнемарганцевой) и хромомолибденовой стали значения коэффициента прочности, приведенные в таблице 10.4, применимы для всего диапазона расчетных температур стенки и для всех допустимых способов сварки.

10.4.5. Для деталей из хромомолибденовой и высокохромистой стали значения коэффициента прочности, приведенные в таблице 10.4, применимы до температур 510°С. При расчетной температуре выше 510°С коэффициент прочности определяется как произведение коэффициентов прочности согласно подразделу 10.4 и разделу 4 Норм.

10.5. Выбор основных размеров элементов и рекомендации по проектированию подвесок

10.5.1. Для каждой группы подвесок по величине средней расчетной эксплуатационной нагрузки Q_q по рисунку 10.3 в зависимости от величины Q_q/(10³[]) и максимального относительного смещения тяги подвески _b/l_b определяется наружный диаметр тяги. Расчетная длина тяги 2 l_b, включает в себя также длину изгибаемой части пластины соединения подвески с экраном.

По наружному диаметру тяги принимается диаметр резьбы. С целью уменьшения изгибающего момента в резьбе при проектировании пружинного блока следует стремиться к тому, чтобы разница между внутренним диаметром втулки и диаметром тяги не превышала 5% от диаметра тяги.

Если подвески в группе имеют разную длину, выбор диаметров тяг для таких подвесок производится с учетом их длин и реальных нагрузок, воспринимаемых этими подвесками.

10.5.2. Размеры элементов шарнирного соединения принимаются по номограмме (рисунок 10.4). В зависимости от величины Q_q/(10³[]) определяются: диаметр D_a - из условия прочности на срез; толщина средней пластины s_hp - из условия прочности на разрыв и смятие; размеры т₁ и m₂ - из условия прочности на разрыв и срез.

В целях унификации размеров пластин, входящих в шарнирные соединения разных групп подвесок, допускается увеличение или уменьшение размеров т₁ и m₂ по сравнению с определенными по номограмме (см. рисунок 10.4) с последующей проверкой расчетом.

10.5.3. Размеры пластин в узле соединения подвески с экраном принимаются в зависимости от конструктивного исполнения (рисунок 10.5, а, б) по величине Q_q/(10²n_pl[]). Максимальное количество пластин не должно превышать n=6, а толщина пластины не должна превышать 6 - 8мм.

Увеличение длины изгибаемой части пластины l_pl (см. рисунок 10.5) способствует уменьшению напряжений в экранах при температурных расширениях. Длина сварного шва должна находиться в пределах 250 - 300 мм.

10.5.4. По ГОСТ 3057 при деформации 0,8f₃ в зависимости от максимальной эксплуатационной нагрузки P_э, умноженной на коэффициент перегрузки 1,2 (при нормальных условиях эксплуатации), выбирается тарельчатая пружина II класса, типа 2, 3-й группы (II-2-3).

Если в i-й группе расчетные нагрузки на отдельные подвески различны (за счет крепления к ним элементов котла на разных высотных отметках), пружины для этой группы выбираются по средней расчетной эксплуатационной нагрузке; при этом разность между максимальной и минимальной нагрузками не должна превышать 20% от средней.

10.5.5. Количество тарельчатых пружин в комплекте определяется исходя из относительного прогиба балок потолочного перекрытия, равного 1/500, и допускаемой перегрузки подвески на 20% по сравнению со средней расчетной по формуле n_тн=4f^*_b/f₃ , где f^*_b - максимальная разность просадок пружин для групп подвесок, определяемая по рисунку 10.6:



Рисунок 10.3. Номограмма для определения наружного диаметра тяги

а - тяги малого диаметра: б - тяги большого диаметра

для газомазутных котлов (монтажные прогибы) f^*_b=f^м_b;

для пылеугольных котлов (эксплуатационные прогибы) f^*_b=f^э_b;

для пылеугольных котлов в случае выравнивания весовых нагрузок после монтажа f^*_b=max (f^м_b, f^э_b-f^м_b).

На рисунке 10.6 размер А - ширина цельносварного блока при монтаже (при определении f^м_b) или ширина экрана (при определении f^э_b). Если L>A (L - расстояние между опорами балки потолочного перекрытия), то при расчете следует принимать L=А.

Минимально необходимое количество пружин уточняется на основании фактических прогибов балок потолочного перекрытия при проведении поверочного расчета.

10.5.6. Выбор витых пружин производится по ГОСТ 13769 и ГОСТ 13773, расчет затяжки - по НТД.

10.6. Расчет на статическую прочность