РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ МОЩНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ

РТМ 24.030.33-75

Издание официальное

РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским н проектно-конструкторским котлотурбннным институтом им. И. И. Ползунова

Директор

Заведующий базовым отраслевым отделом стандартизации Заведующий отделом прочности и руководитель темы Исполнитель

ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Главным управлением атомного машиностроения и котлостроення Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Главный инженер    В.    Д.    ЗОРИЧЕВ

СОГЛАСОВАНО с Госгортехнадзором СССР письмом № 13-80/1120 от 07.10.74

УТВЕРЖДЕН Министерством тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Заместитель министра    А.    Г.    ЭИСМОНТ

Группа Е25

руководящий технический материал

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ МОЩНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ

Указанием Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения от 14 января 1976 г. № АЭ-002/460 введен как рекомендуемый.

Настоящий руководящий технический материал устанавливает методику приближенного расчета на прочность оребренных трубных досок, днищ и фланцевых соединений подогревателей для ТЭС.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Трубная доска (черт. 1) является основным несущим элементом подогревателя. В расчетной модели в общем случае она представляется как оребренная пластина, нагруженная равномерным давлением пара. При определении максимальных напряжений учитываются ослабление плиты отверстиями и отпор со стороны трубной системы (упругое основание).

1.2.    В расчете на прочность днища подогревателя высокого давления, кроме воздействия поверхностного давления пара, учитывается воздействие подводящих трубопроводов, а также определяется необходимая дополнительная толщина укрепляющей накладки к толщине, определяемой по известным нормам расчета котлоагрегатов.

1.3.    В расчете фланцевых соединений определяется необходимое усилие предварительного затяга (шпилек) болтов для предельного состояния и напряжения в элементах фланцевого соединения.

1.4. Номинальные допускаемые напряжения о* (в кгс/см²) в зависимости от расчетной температуры стенки выбираются соответственно по табл. 1 и 2. Приведенные напряжения, определяемые но суммам составляющих общих и местных изгибных напряжений в зонах концентрации, должны сравниваться с расчетными напряжениями, заданными кривыми усталости для данной марки стали (см. «Нормы расчета на прочность элементов реакторов, па-

регенераторов, сосудов и трубопроводов атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок». М., «Металлургия», 1973).

1.5. Для случая, когда применяется сталь, не указанная в табл. 1 и 2, или при отсутствии в этих таблицах значений для нужной расчетной температуры, номинальное допускаемое напряжение принимается равным наименьшей из трех следующих величин:

по временному сопротивлению    где    я.    = 2,6;

по пределу текучести з*^ —, где я_т=1,5:

а¹

по пределу длительной прочности з*^ —, где я_д=1,5.

Здесь л_в, Пу, Яд — соответствующие коэффициенты запасов прочности.

Таблица I

Расчетная температура Номинальные допускаемые напряжения з* дли углеродистых котельных марок сталей, кгс см* стенки, °С Ст2 10. I0K СтЗ 15. I5K Ст4 SO, 20К 25. 25К 22К 16ГС(ЗН) 09Г2С (М) 16Н.М 20 1340 1380 1490 1520 1640 1670 1830 1720 1840 1840 2130 200 1200 1250 1340 1390 1470 1520 1600 1610 1610 1720 1900 240 1120 1150 1230 1270 1340 1400 1530 1530 1530 1630 1850 260 1070 1100 1180 1210 1270 1330 1450 1480 1470 1590 1830 280 1020 1050 1120 1160 — 1270 1380 1440 1410 1540 1810 300 980 1000 1080 1110 — 1210 1320 1400 1360 1490 1790 320 — 950 — 1060 — 1150 1260 1360 1280 1430 1770 340 — 900 — 1000 — 1090 1190 1340 1220 1370 1750 360 — 8Ь0 — 940 — 1030 ИЗО — 1150 1300 1710 380 — 810 — 890 970 1060 — 1080 1230 1650 400 — 770 — 840 — 920 1000 — 1010 1150 — 410 — 750 — 820 — 890 960 — — — — 420 — 720 — 790 — 860 930 — — — — 430 — 680 — 730 — 830 860 — — — — 440 — 600 — 650 — 730 770 — — — — 450 — 530 — 590 — 640 680 — — — — 460 — 470 — 530 — 560 590 — — -- — 470 — 420 — 460 — 490 520 — — — — 480 — 370 — 400 — 430 450 — — — — 490 — 320 — 350 — 380 390 — — — — 500 — 270 — 300 — 340 340 — — — —

РТМ 24.030.33—75 Стр. 3

Таблица 2

Расчетная температура стенки, °С Номинальные допускаемые напряжения и высоколегированных марок 3* для низколегированных сталей, кгс/см2 I6M 12МХ 15ХМ 12Х1МФ 12Х2МФБ X18HI0T, Х18Н12Т 1Х18Н13М2Б, (ЭИ405) 20 1530 1610 1720 1900 1600 1470 1470 250 1420 1470 1580 1670 1490 1400 1400 300 1370 1450 1520 1600 — 1380 1380 350 1260 1410 1450 1530 — 1360 1360 400 1210 1330 1380 1450 — 1330 1330 420 1170 1290 1340 1410 — 1300 1300 440 1120 1260 1320 1390 — 1260 1260 460 980 1230 1300 1360 — 1230 1230 480 760 1210 1260 1330 — 1180 1180 500 — 960 1030 1300 840 1150 1150 510 — 830 890 1200 760 ИЗО ИЗО 520 — 690 780 1080 690 1120 1120 530 — 570 690 950 630 1100 1100 540 — 470 600 850 570 1080 1080 550 — — 500 750 520 1060 1060 560 — — 420 670 480 1030 1030 570 — — — 590 450 980 990 580 — — — 520 410 890 950 590 — _ — _ 380 810 910 600 — _ — _ — 740 870 610 _ _ — _ — 690 830 620 — — — — — 630 750 630 — _ — _ — 540 680 640 — — — — — 520 610 650 — — — — — 480 540 660 — — — — — 480 670 _ _ — — — — 430 680 — — — — — — 390 690 — — — — — — 350 700 - — — — — — 310

PTM 24.030.33—75    Стр. 5

1.6.    При расчете узлов и деталей необходимо применять поправочный коэффициент tj, учитывающий классы и группы эксплуатации сосудов и аппаратов, работающих под давлением:

I    класс — сосуды и аппараты, в которых обрабатываются или

хранятся взрыво- и пожароопасные продукты, а также продукты с высокой токсичностью;

II    класс — сосуды и аппараты, предназначенные для всех прочих

продуктов;

1- я группа — обогреваемые сосуды и аппараты, подвергаемые обо

греву открытым пламенем, топочными газами или открытыми электронагревателями;

2- я группа •“ необогреваемые сосуды и аппараты, а также изоли

рованные от прямого контакта с источниками обогрева 1-й группы или обогреваемые паром, подогретым газом и пр.

1.7.    Поправочный коэффициент ц при расчете с учетом классов и групп выбирается по табл. 3:

Таблица 3

Группы эксплуа тации Классы эксплуатации 1 II 1 0,75 0,9 2 0,9 1.0

2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ТРУБНЫХ ДОСОК ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ, УСИЛЕННЫХ РАДИАЛЬНЫМИ РЕБРАМИ

2.1. Условные обозначения:

г—текущий радиус пластины;

R— наружный радиус пластины;

— безразмерный радиус;

радиус перехода пластины постоянной толщины в оребренную;

Н — высота ребра; b — толщина ребра; п — количество ребер; h — толщина пластины;

Р— коэффициент Пуассона материала;

г»    ^Eh3    К

и = |2 (1_:а2) “ цилиндрическая жесткость на изгиб;

q — интенсивность внешней нагрузки;

Q — перерезывающее усилие, отнесенное к единице длины цилиндрического сечения;

Af_r— изгибающий момент, отнесенный к единице длины цилиндрического сечения;

о, — нормальное напряжение в цилиндрическом се-

_ чении;

о_г — нормальное напряжение в ребре;

W — прогиб пластины;

? — угол между касательной к деформированной срединной поверхности и осью г;

Е — модуль упругости материала;

пЕ1_{г    л}

— относительная жесткость оребрения;

1_Г — момент инерции ребра относительно нейтральной поверхности;

..4    г>«    _к

у; = к —Tf~D--относительная жесткость трубной системы;

т — количество перегородок в трубной системе;

£_т, F_r — модуль упругости материала и площадь поперечного сечения трубки;

/_т — длина трубки;

F,, — площадь трубной доски;

х— коэффициет ослабления жесткости трубной доски на изгиб отверстиями;

/V — количество трубок;

/* = b у - расстояние между ребрами;

г₀— расстояние между нейтральными поверхностями оребренной пластины и пластины без ребер;

/— момент инерции произвольного сечения пластины с ребрами относительно нейтральной поверхности.

2.2. Расчетная модель

2.2.1. Трубная доска, изображенная на черт. 1, является круглой пластиной, ослабленной большим количеством отверстий. Задача расчета на прочность такой пластины представляет значительную трудность, поэтому влияние отверстий на напряженное состояние пластины учитывается приближенно. В расчете принимается уменьшенная жесткость пластины на изгиб

D = *D₀,    (1)

где Dо—цилиндрическая жесткость на изгиб сплошной плиты.

В работе (5] предложены приближенные формулы для определения коэффициента ослабления жесткости: при разбивке отверстий по прямоугольнику

^{х= 1} —T^arcsin (-^ у):

PTM 24.030.33—75    Стр. 7

при разбивке отверстий по треугольнику

*“¹-T^ar<s,n (-*?£)•    (3)

где d — диаметр отверстий, б — расстояние между центрами двух соседних отверстий.

2.2.2.    Оребренная пластина считается конструктивно ортотроп-ной. Характеристики упругости ребер осредняются и распределяются равномерно по поверхности пластины, причем предполагается, что ребра, увеличивая жесткость пластины в радиальном направлении, не меняют ее в окружном направлении.

2.2.3.    В расчете учитывается влияние трубной системы подогревателя на напряженное состояние трубных досок. Упругие характеристики трубной системы осредняются и распределяются равномерно по всей поверхности пластины. Со стороны трубной системы на трубную доску действуют:

распределенная сила, пропорциональная прогибу трубной доски;

распределенный момент.

Принимается, что трубки шарнирно соединяются с трубной доской, так как распределенный момент мал [5].

2.3.    Постановка задачи

2.3.1.    Описанная расчетная модель приводит к решению системы двух интегро-дифференциальных уравнений, допускающей только численное решение. Численный метод решения трудоемок и неудобен при проектировании и расчете подогревателей. Предлагаемый метод заключается в замене решения исходной задачи решениями нескольких более простых задач.

2.3.2.    По методике [4] пластина с несимметричным оребрением заменяется симметрично оребренной плитой (черт. 2).

2.3.3.    На основе метода [6] вычисляется максимальный прогиб пластины с симметричными ребрами.

2.3.4.    Из условия равенства максимальных прогибов пластины постоянной толщины [8] и пластины с ребрами определяется приведенная высота пластины.

Условия закрепления и нагружения для оребренной и эквивалентной пластин принимаются одинаковыми.

2.3.5.    По методу расчета на прочность пластин постоянной толщины [5] на упругом основании вычисляются прогиб и изгибающий момент эквивалентной пластины.

2.3.6.    Изгибающий момент, действующий на оребренную пластину, задается предварительным расчетом, и вычисляются максимальные напряжения в пластине и ребре. Решения перечисленных задач дают решение исходной задачи в усилиях и перемещениях.

2.4. Приведенная высота ребра

2.4.1. Расчетные формулы, приведенные в работе [6] для пластин с симметричными ребрами, значительно проще формул, по-

лученных в работе (I] для расчета на прочность несимметрично оребренных пластин. Жесткости несимметричного и симметричного оребрений при одинаковых высотах ребер будут различны. Поэтому заранее предполагается, что при определении усилий и напряжений в пластине с несимметричным оребрением может быть использовано полученное решение для пластины с симметричными ребрами, высота которых должна быть найдена из условия равно-жесткости двух схем оребрения (черт. 2):

К определению приведенной высоты ребра

1+ *bt fti

ь * нейтральная ось _ л?

а

Черт. 2

За t 1