РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОТЛОВ, ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ И СОСУДОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Москва

2016

Ответственный за выпуск — С. В. Канурный Оригинал-макет — Е. Л. Багров

4 Основные расчетные параметры

4.3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

4.3.1    Для сталей в качестве расчетных характеристик должны приниматься:

.1 верхний предел текучести R_cU при 20 °С или условный предел текучести /?_|У)2 при расчетных температурах до 50 °С;

.2 нижний предел текучести R_cl t при расчетных температурах от 50 до 350 °С;

.3 меньшее из значений минимального предела текучести R_cL/l и среднего значения предела длительной прочности за 100 тыс. ч R _1(ЮОоо при рас-

ni/l

четной температуре выше 350 °С.

4.3.2    Для материалов без явно выраженной площадки текучести в качестве расчетной характеристики должно приниматься минимальное значение временного сопротивления R_{m l} при расчетной температуре.

4.3.3    Для nyiyua и цветных сплавов в качестве расчетной характеристики должно приниматься минимальное значение временного сопротивления R_nx при 20 °С.

4.3.4    При использовании цветных металлов и их сплавов необходимо учитывать, что нагрев при обработке и сварке уменьшает прочность металла, поэтому при расчете на прочность деталей и узлов из этих металлов следует принимать характеристики прочности, соответствующие их состоянию после те рм ичес кой обработки.

4.3.5    Рекомендуемые значения характеристик сталей приведены в табл. 4.3.5-1 — 4.3.5-3. Данные этих таблиц могут быть заменены следующими уравнениями:

для углеродистой стали 10    ,    =194,77228-0,00028653 г¹¹¹⁹³⁶;

для углеродистых сталей 12К и 15К

= 206,15318 - 0,0015018513 /¹*⁶³³⁴⁷³;

для углеродистой стали Ст. 3    /^    ,    =    203,54105 - 0,00018332 Г'^{11 3203};

для углеродистых сталей 16К, 20 и 20К

R_tUx = 238,43052 - 0,0075417499 г¹’^6141531;

для углеродистой стали 18К    /^    ,    =    258,0561-0,007320873/¹’^6189428;

для легированной стали 15ХМ    R_cl, = 226,41622 - 0,0000232686 Г'^{334    557};

R кюооо =(42,852949 -0,0027634 • /^к5 V ;

nvt    \    /

Р.010-2004 «Расчет на прочность котлов ...»

дня легированной стали 12Х1МФ /^_Vl =256,93792 - 0,0000738467 г²'^2033129;

R _1100000 = ^95160,958 - 0.00051186 • I³;

для легированных сталей 16ГС и 09Г2С

R_tlA = 264,2894 - 0,00088333563 г¹'^9598587;

Я^оомо =(-4,1987356 + 2739668,5/г²)²;

для легированной стали с повышенным содержанием марганца 22ГК

R_cl/l = 339,02223 - 0,056619199 Г¹’^2357579;

R ,00000 =- 179,36368 + 58362700 /Z²;

m/t

для углеродистых сталей 10, 12К и 15К

R_ai ,,«000 = (-5.1857177 + 2569198,5 / f² )²;

для углеродистых сталей 16К, 18К, 20 и 20К

R оси» =(-9,647793 +I72866.37//'⁵)² .

Для материалов, не упомянутых в табл. 4.3.5-1 - 4.3.5-3, характеристики прочности являются предметом специального рассмотрения Речным Регистром.

Характеристики прочности котельных сталей принимаются но стандартам.

4.3.6 Допускаемое напряжение а, применяемое при расчете прочных размеров, должно определяться по формуле, МПа:

° = *о/*о,    (43.6)

где Х₀ - характеристика прочности материала, МПа, принимаемая согласно 4.3.1 — 4.3.5;

k_G - коэффициент запаса прочности, выбираемый согласно 4.4 соответственно принятой характеристике прочности.

4.4 КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ

4.4.1 Для определения допускаемых напряжений должны бьггь использованы коэффициенты запаса прочности, приведенные в табл. 4.4.1-1 для элементов котлов, экономайзеров, пароперегревателей и в табл. 4.4.1-2 — для элементов теплообменных аппаратов и сосудов под давлением.

Коэффициенты запаса прочности для жаровых труб, огневых камер и подобных элементов указаны в 4.4.3.

4 Основные расчетные параметры

4 Основные расчетные параметры

4.4.2    Коэффициенты запаса прочности, приведенные в табл. 4.4.1-1 и 4.4.1-2, действительны для сталей, у которых отношение предела текучести к временному сопротивлению не более:

0,65 - для углеродистых сталей;

0,70 - для легированных сталей;

0,75 - для высокопрочных сталей.

Для деталей с отношением предела текучести к временному сопротивлению, превышающим указанные значения, коэффициент запаса прочности в каждом случае является предметом специального рассмотрения Речным Регистром.

4.4.3    Если в качестве расчетной характеристики принимается минимальное значение временною сопротивления R_m/l (см. 4.3.2), коэффициент запаса прочности должен быть не менее 3,7.

4.5 КОЭФФИЦИЕНТЫ ПРОЧНОСТИ

4.5.1 Коэффициенты прочности сварных соединений должны приниматься по табл. 4.5.1-1 в зависимости от конструкции соединения и способа сварки; при этом значение коэффициента прочности сварною соединения (р в зависимости от класса котлов, теплообменных аппаратов и сосудов под давлением (см. табл. 4.5.1-2) следует принимать не менее указанного в табл. 4.5.1-3.

4.5.2 Значение коэффициента прочности цилиндрических стенок, ослабленных отверстиями один а кош го диаметра, должно приниматься равным наименьшему из трех значений:

.1 коэффициента прочности цилиндрических стенок, ослабленных продольным рядом или коридорным нолем отверстий с одинаковым шагом (рис. 4.5.2.1), определенною по формуле

Ф = (a-d)/a;    (4.5.2.1)

.2 прицеленного к продольному направлению коэффициента прочности цилиндрических стенок, ослабленных поперечным рядом или полем отверстий с одинаковым шагом (рис. 4.5.2.1), определенного по формуле

<Р = 2 (<?! -d)/a_l;    (4.5.2.2)

.3 приведенного к продольному направлению коэффициента прочности цилиндрических стенок, ослабленных полем отверстий, расположенных в шахматном порядке и с равномерным расположением отверстий (рис. 4.5.2.3-1 и 4.5.2.3-2), определенного по формуле

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

1    Область применения.................................................................................. 5

2    Используемые термины и обозначения................................................... 6

3    Исходные данные для расчета прочности............................................... 8

4    Основные расчетные параметры.............................................................. 9

4.1    Расчетное давление.................................................................................... 9

4.2    Расчетная температура............................................................................... 9

4.3    Характеристика прочности материалов и допускаемые напряжения....... 11

4.4    Коэффициенты запаса прочности............................................................ 12

4.5    Коэффициенты прочности........................................................................ 15

4.6    Прибавки к расчетным толщинам........................................................... 18

5    Цилиндрические и сферические элементы и трубы............................... 20

5.1    Элементы, подвергающиеся внутреннему давлению.............................. 20

5.2    Элементы, подвергающиеся наружному давлению................................ 21

6    Конические элементы............................................................................... 24

7    Плоские стенки, днища и крышки.......................................................... 27

7.1    Плоские днища и крышки........................................................................ 27

7.2    Стенки, подкрепленные связями............................................................. 29

7.3    Отбортовка плоских днищ........................................................................ 30

7.4    Укрепление вырезов.................................................................................. 31

8    Трубные решетки....................................................................................... 32

9    Выпуклые днища........................................................................................ 34

10    Тарельчатые днища.................................................................................... 37

11    Прямоугольные камеры............................................................................. 38

12    Укрепление вырезов в цилиндрических, сферических и конических

стенках и выпуклых днищах..................................................................... 40

12.1    Общие положения...................................................................................... 40

12.2    Размеры укреплений.................................................................................. 41

Содержание

12.3 Взаимное влияние вырезов........................................................................ 45

13    Связи............................................................................................................ 48

13.1    Размеры прочных связей........................................................................... 48

13.2    Соединения связей..................................................................................... 49

14    Потолочные балки...................................................................................... 51

15    Сварные соединения.................................................................................. 52

1 Область применения

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1    Настоящее Руководство яатяется основным документом, регламентирующим выполнение расчетов на прочность котлов, теплообменных аппаратов и сосудов под давлением для судов внутреннего и смешанного (рекаморе) плавания, находящихся иод техническим наблюдением Российского Речного Регистра в соответствии с 8.1.1 ч. IV I1K1IC.

1.2    Расчет на прочность изделий, входящих в номенклатуру объектов технического наблюдения, осуществляемого Речным Регистром, допускается выполнять с применением других методик, стандартов предприятия и т. п. В этом случае Речному Регистру для специального рассмотрения должны быть представлены исходные данные, используемая методик! расчета и его результаты, которые будут проверены Речным Регистром расчетом по методике, изложенной в настоящем Руководстве.

1.3    Получаемые в результате расчета толщины стенок являются минимально допустимыми для нормальных условий эксплуатации.

Нормы и методы расчета на прочность не учитывают технологических припусков, которые должны вводиться в виде прибавок к расчетной толщине.

Должны учитываться дополнительные напряжения от внешних нагрузок (осевых усилий, изгибающих и крутящих моментов), действующих на рассчитываемый элемент (в частности, нагрузок от собственной массы, массы присоединенных деталей и т. п.).

Р.010-2004 «Расчет на прочность котлов ...»

2 ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ТЕРМИНЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

2.1 В настоящем разделе описаны специальные термины, используемые в расчетах на прочность элементов котлов, теплообменных аппаратов и сосудов под давлением, которые следует понимать следующим образом.

.1 Рабочее давление — максимальное допускаемое давление при нормальном протекании рабочею процесса в продолжительном режиме, за исключением допускаемого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

.2 Расчетная температура стенки — средняя по толщине стенки температура, принимаемая в зависимости от температуры среды в условиях обогрева для определения допускаемых напряжений.

.3 Расчетное давление — давление, по которому производится расчет на прочность.

.4 Расчетная п а ро про изводите л ьн ость котла — наибольшее количество пара расчетных параметров, производимого котлом в час при продолжительном режиме работы.

.5 Стенки котлов, теплообменных аппаратов и сосудов под давлением — стенки, ограничивающие объем паровых и водяных, газовых и жидкостных пространств, в том числе стенки соединительных патрубков и корпусов запорных устройств.

.6 Сг е и к и необогреваемые — стенки, которые:

отделены от топочного пространства или от дымохода огнеупорной изоляцией, причем расстояние между ними и этой изоляцией составляет не менее 300 мм;

защищены огнеупорной изоляцией, не подверженной воздействию теплового потока излучения.

ЛСтенки, защищенные от воздействия теплового потока излучения — стенки, которые покрыты огнеупорной изоляцией или закрыты плотным рядом труб (с максимальным зазором между трубами в ряду до 3 мм) или двумя рядами труб, расположенных в шахмат-

2 Используемые термины и обозначения

ном порядке, с продольным шагом, не превышающим двух наружных диаметров грубы, или тремя и более рядами труб, расположенных в шахматном порядке, с продольным шагом, не превышающим двух с половиной наружных диаметров трубы.

.8 Глухое днище — днище, нс имеющее вырезов, или днище с вырезами, расположенными на расстоянии не менее 0,2 наружного диаметра от наружной) контура цилиндрической части, диаметр которых не превышает учетверенной толщины стенки, но не более 100 мм.

2.2 В Руководстве приняты следующие обозначения параметров: р —расчетное давление, МПа;

/ — расчетная температура, °С;

5 — толщина стенки, мм;

г_к —температура насыщения при данном давлении, °С;

Д/ — разность температур, температурный напор, °С;

/?_си —верхний предел текучести, МПа;

/?_с, —нижний предел текучести, МПа;

/?_С1 _л —то же при расчетной температуре, МПа;

R_m —временное сопротивление материала на растяжение, МПа;

R_ml —то же при расчетной температуре, МПа;

а —допускаемое напряжение, МПа; ср — коэффициент прочности; к_а — коэффициент запаса прочности; а — шаг отверстий, мм; d —диаметр отверстий, мм;

/ — площадь поперечного сечения, мм²;

1)_а —наружный диаметр, мм;

D — внутренний диаметр, мм; с — прибавка к размеру, мм;

Е —модуль упругости, МПа;

F —сила, Н.

Р.010-2004 «Расчет на прочность котлов ...»

3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ

3.1    База исходных данных для расчета формируется на основании анализа чертежей основных элементов котлов, теплообменных аппаратов и сосудов иод давлением, на которых должны быть указаны все конструктивные размеры, в том числе радиусы закруглений, сведения о материале, сварке, расчетных давлениях и температурах.

3.2    Расчетные давления и температуры сред, коэффициенты теплоотдачи в различных сечениях трубных пучков, полостях, зазорах и т. д. следует принимать по результатам подробного теплового расчета или экспериментального исследования котла, теплообменного аппарата, сосуда под давлением или их физических или математических моделей.

4 Основные расчетные параметры

4 ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

4.1 РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЕ

4.1.1    Расчетное давление, с использованием которого производятся расчеты на прочность элементов котлов, теплообменных аппаратов и сосудов иод давлением, следует принимать равным рабочему давлению среды.

Гидростатическое давление должно учитываться при определении расчетного давления, когда оно превышает 0,05 МПа.

4.1.2    Для прямоточных котлов и котлов с принудительной циркуляцией расчетное давление должно приниматься с учетом гидродинамических сопротивлений в элементах котла при расчетной паропроизводительности.

4.1.3    Для плоских стенок, подвергающихся давлению с обеих сторон, за расчетное давление следует принимать наибольшее из действующих давлений. Стенки в виде изогнутых поверхностей, подвергающиеся давлению с обеих сторон, следует рассчитывать на наибольшее внутреннее и наружное давление. Если с одной стороны стенки давление ниже атмосферного, то за расчетное следует принимать давление с другой стороны стенки, увеличенное на 0,1 МПа.

4.1.4    Для экономайзеров за расчетное давление должна приниматься сумма рабочею давления в паровом коллекторе котла и гидродинамических сопротивлений в экономайзере, трубопроводах и арматуре при расчетной паропроизводительности котла.

4.1.5    Для тенлообменных аппаратов и сосудов под давлением холодильных установок расчетное давление должно приниматься согласно требованиям 9 ч. IV ПКНС.

4.2 РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

4.2.1 При определении допускаемых напряжений в зависимости от температуры среды и условий обогрева расчетная температура стенки должна приниматься не менее указанной в табл. 4.2.1.

Р.010-2004 «Расчет на прочность к отлов ...»

4.2.2    Расчетная температура обогреваемых стенок котла и омываемых паром необогреваемых стенок котла должна быть не менее 250 °С.

4.2.3    Применение неизолированных обогреваемых дымовыми газами стенок котлов толщиной более 20 мм допускается лишь для температур газов до 800 °С. Пели при толщине стенок менее 20 мм и температуре дымовых газов выше 800 °С имеются участки протяженностью более восьми диаметров труб, нс защищенные изоляцией или рядом груб, то расчетная температура стенки должна определяться с помощью отдельною расчета.

4.2.4    Расчетная температура стенок теплообменных аппаратов и сосудов под давлением холодильного агента должна приниматься равной 20 °С, если не могут возникнуть более высокие температуры.