Расчет барабана на прочность
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ОТЧЕТ
по
ИДЗ №1
Расчет
барабана на прочность
по
дисциплине Надежность, диагностика элементов энергетического оборудования
Выполнил студент
гр.5В11 Лебедев А.А.
Отчет принят:
Доцент каф. ПГС Казаков
А.В.
Томск
- 2014
Введение
Детали конструкции котла воспринимают избыточное
внутреннее или наружное давление. К тому же на них приходится термические
напряжения от разности температур в сечении и от самокомпенсации, а также
напряжения от весовых нагрузок.
При выполнении проектных расчетов определяют
размеры элементов проектируемых деталей, которые обеспечат их прочность как в
рабочих условиях, так и при гидравлическом испытании.
В данном индивидуальном задании будет приведен
расчет барабана парового котла, определена толщина стенки барабана и проверка
возможности проведения гидроиспытаний.
Цель: Определение номинальной толщины стенки
барабана, способной выдержать давление и температуру среды.
Расчет ведется согласно нормам расчета на
прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды (РД
10-249-98) - распространяются на паровые котлы и паропроводы с избыточным
рабочим давлением более 0,07 МПа и на водогрейные котлы и трубопроводы горячей
воды с температурой свыше 115°С.
. Расчет на прочность барабана
Развёртка барабана
Развёртку барабана построим с использование
компьютерной программы Компас - 3D V13.
Размеры барабана:
Длинна l=14 м; Ширина барабана b=5.024 м;
диаметр барабана D=1,6 м.
На развертке барабана расположены следующие
отверстия: 1) 4 штуки - диаметром 84 мм; 2) 16 штук - диаметром 105 мм; 3) 16
штук - диаметром 44 мм; 4) 42 штуки - 105мм.
Коридорное поле отверстий с одинаковым шагом; 2)
Коридорное поле отверстий с одинаковым шагом; 3) Продольный ряд отверстий с
одинаковым шагом; 4) Шахматный ряд отверстий.
Рисунок 1- Развертка барабана.
Номинальная толщина стенки
где SR - расчетная толщина стенки,
мм; с - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки.
Расчетная температура стенки
Примем расчетную температуру стенки
равной температуре среды в барабане при заданном давление 
Материал стенки барабана
Примем 16ГНМА.
Номинальное допускаемое напряжение
для tr и 16ГНМА [1, стр. 156]
Расчетный коэффициент прочности
для первого ряда отверстий:
=0,084м;
t=12,25 (развертка); t1=4,02м.
для
второго ряда отверстий:
=0,105м;
t=1,56 (развертка); t1=0,67м.
для
третьего ряда отверстий:
=0,044м;
t=0,82 (развертка).
для
четвертого ряда отверстий:
d=0,105м;
t=0,64 (развертка);
t1=0,67м;
m=b/a=0,335/0,32=1,0469; a=t/2=0,32; b=t1/2=0,335.
Из
данных расчетом примем 
Расчетная
толщина стенки
Суммарная
прибавка к расчетной толщине стенки
,
где
с - суммарная прибавка к расчетной толщине стенка, мм, складывается из с1-
технологической прибавки с1=с11+с12; с11=1,6 мм, [1, стр. 157] - поправка на
возможную неточность прокатки; с12=0 мм, [2, стр. 17] - поправка на возможное
утонение в процессе гибки; с2 - эксплуатационная прибавка, c2=c21+c22; c21=1
мм, [2, стр.5] - поправка учитывающая наличие пароводяной смеси внутри; c22=0
мм, [2, стр.5].
Номинальная
толщина стенки
из
стандартного рядя размеров примем SR=75мм.
Проверка
требований к укреплению лазового отверстия
Предельный
диаметр неукрепленного отверстия
где
При
условии d0> dлазовое отверстие укреплять не требуется. Данное условие
выполняется с запасом 258,75мм>105мм; >84мм; >44мм.
Проверка
на возможность проведения гидроиспытаний
Гидроиспытания
проводятся с пробным давлением на 25 % превышающем расчетное давление и
температурой воды 20°С.
Допускаемое
давление для гидроиспытаний
где
=170 МПа-
допускаемое напряжение для гидроиспытаний.
При
условии Рh> Рпроб. гидроиспытания проводить можно. При толщине стенки 75 мм
данное условие не выполняется 12,3<14,375 следовательно необходимо
увеличивать толщину стенки, поэтому примем толщину стенки равную 90 мм.
Допускаемое
давление для гидроиспытаний
При
s=90 мм Рh> Рпроб. - 14,72 > 14,375 МПа следовательно условие проведения
гидроиспытаний выполняется.
Значения
предельного диаметра отверстия для s=90 мм d0=468,87 мм, лазовое отверстия
укреплять не требуется.
Расчет
эллиптического днища барабана
Примем
толщину днища s=90 мм.
Коэффициент
прочности, учитывающий наличие лазового отверстия:
где
d - диаметр
лазового отверстия.
Длина
цилиндрической части днища
Проверка
к требованию укрепления отверстия
где
- высота
выпуклой части днища.
Проверка
возможности проведения гидроиспытаний
Допускаемое
давление для гидроиспытаний
Пробное
давление для гидроиспытаний
При
s=90 мм Рh> Рпроб. - 15,112 > 14,375 МПа следовательно условие проведения
гидроиспытаний выполняется.
Заключение
В результате выполненных расчетов мы получили,
необходимая толщина стенки обечаек и днища барабана должна быть равна 90 мм,
для того чтобы выдержать необходимые нагрузки и пройти гидравлические
испытания.
Для обечаек барабана давления для
гидравлических испытаний 
а для днища
барабана 
в то время
как пробное давление равное 
Из этих значений видно что барабан
с толщиной стенки равной 90 мм пройдет гидравлические испытания.
Список литературы
барабан прочность гидроиспытание днище
1
Казаков А.В., Надежность, диагностика элементов энергетического оборудования:
учебное пособие. - Томск: издательство Томского политехнического университета,
2010. - 224с.
Нормы
расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды,
2001. - 197 с.