Конструирование и расчет на прочность элементов парового котла

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В этом курсовом проекте приведен расчет на прочность сварного барабана парового котла, расчет толщины стенки и проверка прочности изогнутого паропровода в условиях температурной самокомпенсации. Расчет на прочность плоских приварных днищ цилиндрической камеры пароперегревателя, расчет толщины стенки прямоугольной камеры экономайзера, расчет укрепления отверстия цилиндрической камеры пароперегревателя при помощи штуцера, накладки и при непосредственном увеличении толщины стенки камеры.

При расчете на прочность сварного барабана котла, вначале находим коэффициенты прочности для всех групп ослаблений и за расчетную принимаем меньшую величину. Затем рассчитываем толщину стенки барабана, и, зная ее, проверяем прочность барабана с учетом изгибных напряжений от внешней нагрузки и приведенных напряжений от внутреннего давления. Затем строим развертку барабана парового котла и его сечение. Развертка барабана нам необходима для нахождения расстояния, на котором находится опасное сечение.

При расчете толщины стенки и при проверке прочности изогнутого паропровода в условиях температурной самокомпенсации в первую очередь надо построить эквивалентную схему, определить изгибную жесткость труб и составить каноническое уравнение. Затем найти неизвестные канонического уравнения и построить суммарные эпюры изгибающих моментов и продольных сил. После этого проверяем прочность паропровода.

При расчете толщины стенки прямоугольной камеры экономайзера необходимо помнить, что если на рассчитываемой стороне имеются лючки или развальцованные трубы то расчет ведется и по прочности в углах камеры и по прочности между углами камер, на этой стороне. На стороне, на которой нет ослаблений, расчет прочности не производится. Если на рассчитываемой стороне нет лючков, а трубы - ввариваются, то расчет производится только между углами камер.

1. Расчет коэффициента ослаблений (прочности) цилиндрических оболочек барабанов и элементов котлов отверстиями под трубы

Рассчитать коэффициент ослаблений под патрубки для арматуры

1. Расчет проводится для каждой пары смежных отверстий.

.

.

Определение коэффициента ослабления отверстиями под экранные трубы.

.

.

..

.

Определение коэффициента прочности под конвективные трубы.

Определение коэффициента ослаблений отверстий под защитные трубы и камеру заднего экрана.

.

.

для отверстий 1 и 3:

.

.

.

.

для отверстий 2 и 3:

.

.

.

.

.

Определение коэффициента ослаблений отверстий под конвективные трубы в зоне газохода.

Окончательно принимаем для барабана котла

2. Расчет толщины стенки цилиндрической части барабана котла и проверка прочности барабана с учетом внешней нагрузки

Рассчитать толщину стенки цилиндрической части барабана котла.

материал -- сталь 20ГС.

.

.

.

C = 1.

.

Пользуясь заданной прямоугольной разверткой цилиндрической части барабана котла и схемы закрепления на опорах, определить опасное сечение и показать его на развертке барабана котла.

объемный вес, .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Расчет расстояний от арматурного ряда до - го отверстия на прямоугольной развертке.

.

.

.

.

.

Далее следует свернуть развертку и показать опасное сечение на ней, при этом арматурный ряд располагается в верхней части окружности.

.

.

.

.

.

сталь 16 ГС

.

Опасное сечение ослаблено 7 отверстиями:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Расчет смещения центра тяжести сечения из точки О в точку С по формуле:

.

.

.

.

Определяем осевой момент инерции относительно оси СХс по формуле.

(*).

.

Рассчитываем момент сопротивления опасного сечения относительно оси



Рассчитываем max изгибающие напряжение.

Проверяем прочность барабана котла:

Правая часть будет:

59,85<71,79

Прочность обеспечивается.

3. Конструирование расчет выпуклых эллиптических днищ барабанов котлов

Исходные данные:

1) размер лазового отверстия в расчет принимается

2) внутренний диаметр барабана Р=1,9

3) высота отбортованного воротника

4) высота выпуклой части днища

5) материал -- сталь 16ГС, для которой при 250єС

Эскиз выпуклого эллиптического днища с лазовым отверстием представлен на рис. 1.

Рис. 1. Выпуклое эллиптическое днище с лазовым отверстием

Определяем теоретическую толщину стенки днища:

Определяем теоретическую толщину стенки воротника:

В первом приближении принимаем

Определяем укрепляющую площадь воротника:

где:

тогда:

Условный диаметр отверстия:

Определяем коэффициент прочности , для чего находим:

Так как ; то:

Определяем фактическую толщину стенки в первом приближении:

.

Принимаем

Далее приводятся только конечные результаты необходимых вычислений:

.

Принимаем

Окончательно:

Эскиз выпуклого глухого днища представлен на рис. 2.

Рис. 2. Выпуклое эллиптическое глухое днище



тогда

4. Расчет толщины стенки трубопровода тепловых сетей и их проверка на прочность

Произвести расчет толщины стенки бесшовного трубопровода.

1) внутренний диаметр паропровода

2) модуль упругости

3) коэффициент линейного расширения

4) наибольший минусовый допуск по толщине стенки

5) относительный радиус гиба колен паропровода

6) материал -- сталь 16ГС;

7) расчетное давление

8) температура стенки

Рассчитываем толщину стенки.

.

Для труб, имеющих гнутые колена:

 ;

Величина во всех случаях должна приниматься не менее 0,5, поэтому принимаем .

Тогда

Номинальная толщина стенки должна быть не менее 3, поэтому окончательно принимаем

Определяем степень СН трубопровода с ломаной конфигурацией и выбираем варианты статически эквивалентной схемы.

.

.

.

.

.

.

: .

:.

.

: .

.

Строим эпюру от продольных сил при Х1 = 1:

.

Строим эпюру изгибающих моментов от единицы силы Х1 =1:

.

.

.

.

.

.

Участок АВ:

.

Участок СВ:

.

Участок СЕ:

.

Участок СD:

.

Участок DF:

.

.

.

Участок АВ:

.

Участок СВ:

.

Участок СЕ:

.

Участок СD:

.

Участок DF:

.

.

Проверка:

.

.

.

Проверяем прочность паропровода.

Опасным сечением является узел D:

.

.

Напряжение в опасном сечении будет:

.

.

Условие прочности имеет вид:

.

.

Тогда имеем

Условие прочности соблюдается.

5. Конструирование и расчет на прочность плоских приварных днищ цилиндрических камер

Рис. 3. Плоское днище с цилиндрической частью и центральным отверстием

.

Определить толщину цилиндрической части днища.

.

Принимаем

Определить внутренний диаметр цилиндрической части днища.

.

Определить толщину стенки днища.

.

.

.

.

Пусть S1 = 12 мм:

.

.

Пусть .

.

Пусть S3 = 31,855 мм.

.

Пусть S4 = 35,26 мм.

.

Пусть S5 = 36,972 мм.

.

Пусть S6 = 37,831 мм.

.

Пусть S7 = 38,261 мм.

.

Пусть S8 = 38,479 мм.

.

Принимаем .



Рис. 4. Глухое плоское приварное днище

.

.

.

.

=>28мм.

.

6. Конструирование и расчет укреплений отверстий в цилиндрических оболочек

Исходные данные:

1) внутренний диаметр камеры

2) расчетное давление в камере

3) расчетная температура стенки

4) диаметр отверстий под трубы

5) коэффициент прочности

6) материал -- сталь 15Х1М1Ф.

Укрепление штуцером.

Рис. 5. Укрепление отверстия штуцером

.

6.2. .

.

.

Определяем теоретическую толщину стенки камеры.

.

Определяем теоретическую толщину стенки штуцера.

.

Определяем теоретическую толщину стенки камеры.

.

Так как , то отверстие необходимо укрепить.

.

.

.

.

.

.

Определение укрепляющей площади штуцера.

.

461,44 > 420,86 отверстие закроется.

Укрепление отверстий при помощи накладки.

Рис. 6. Укрепление отверстия накладкой

Условие прочности: .

.

Задаемся , тогда:

.

.

Укрепление отверстия непосредственным увеличением толщины стенки камеры.

Принимаем .

Задаемся .

Определяем коэффициент прочности при заданной толщине стенки:

. .

Предположим, что тогда:

.

Рассчитываем фактическую толщину стенки камеры:

.

Переходим ко второму приближению. Принимаем . Тогда:

..

Переходим к третьему приближению. Принимаем . Тогда:

..

Окончательно принимаем .

7. Конструирование и расчет резьбового болтового соединения плоского днища паропровода

Рис. 7. Болтовое соединение



Рис. 8. Вид сверху

.

.

12 болтов нормальной точности расположены по окружности с равным шагом D0.

.

.

.

.

.

.

сталь 15ГС.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Переходим ко II приближенному

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Принимаем окончательный размер болта М24х97.

тепловой котел конвективный эллиптический

Список литературы

1. В.С. Гавриш, Е.Н. Крючков. Расчет на прочность паровых и водогрейных котлов промышленных предприятий. Учебное пособие. -- Запорожье, изд-во ЗГИА, 2004. -- 80с.

2. Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность. - М.: Недра, 1966.

3. Писаренко Г.С., Агарев В.А., Квитка А.Л. Сопротивление материалов: Учебн. для вузов. - К.: Вища школа, 1986.

Размещено на Allbest.ru