Присоединяйтесь!
Зарегистрированных пользователей портала: 505 969. Присоединяйтесь к нам, зарегистрироваться очень просто →
Законодательство
Законодательство

"НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ И ТРУБОПРОВОДОВ ПАРА И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ. РД 10-249-98" (утв. Постановлением Госгортехнадзора РФ от 25.08.1998 N 50) (раздел 9) (ред. от 13.07.2001)

Дата документа25.08.1998
Статус документаДействует
МеткиНормы · Постановление

    

РУКОВОДЯЩИЕ ДОКУМЕНТЫ ГОСГОРТЕХНАДЗОРА РОССИИ

 

НОРМЫ
РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ И ТРУБОПРОВОДОВ ПАРА И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ

 

РД 10-249-98

 

(в ред. Изменения N 1, утв. Постановлением Госгортехнадзора России от 13.07.2001 N 31)

 

Дата введения 2001-09-01

 
    РЕФЕРЕНТ: Разделы 1 - 3, 4, 5, 6 - 7, 8, 10 - 12 Норм расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды, включены в систему отдельными документами
 
    УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Госгортехнадзора России от 25.08.1998 N 50
    Редакционная коллегия: В.С.Котельников, Н.А.Хапонен, А.А.Шельпяков (Госгортехнадзор России)
    Ю.К.Петреня, Е.Э.Гильде, А.В.Судаков, А.А.Чижик, И.А.Данюшевский, П.В.Белов, А.М.Рейнов (АООТ НПО ЦКТИ им. И.И.Ползунова)
 

9. МЕТОДИКА РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ЦЕЛЬНОСВАРНЫХ ГАЗОПЛОТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

9.1. Основные понятия и определения

 
    9.1.1. Цельносварная газоплотная конструкция (рис. 9.1) образована мембранными экранами, представляющими собой сваренные друг с другом плавниковые трубы или гладкие трубы с проставками (рис. 9.2). Конструкция может быть как опертой, так и подвесной и в соответствии с компоновкой котла иметь П-, Т-, Г-образную или башенную конфигурацию.
 

 

Рис. 9.1: 1 - жесткий диск каркаса; 2 - тарельчатые пружины; 3 - хребтовая балка; 4 - подвески; 5 - потолок котла; 6 - фестон; 7 - пояса жесткости; 8 - площадка обслуживания; 9 - переходный газоход; 10 - конвективная шахта; 11 - трубы вертикальные; 12 - горелки; 13 - колонна каркаса; 14 - холодная воронка

 

 

Рис. 9.2: а - мембранный экран из плавниковых труб; б - мембранный экран из гладких труб; в - схема приложения усилий и моментов к оребренной трубе

 
    Под термином ''оребренная труба'' в дальнейшем понимается либо плавниковая труба, т.е. труба, изготовленная металлургическим способом вместе с плавниками как единое целое, либо гладкая труба с приваренными к ней ребрами.
    Условные обозначения представлены в табл. 9.1.
 

Таблица 9.1

 

СимволНаименованиеЕдиница измерения
1 2 3
d_aНаружный диаметр трубымм
dВнутренний диаметр трубымм
sНоминальная толщина стенки оребренной трубымм
t_atШаг оребренной трубымм
hВысота ребрамм
s1Толщина ребра в корнемм
s2Толщина ребра в вершинемм
Уголрад
Отношение наружного диаметра трубы к внутреннему 
2AШирина фронтового (заднего) экранамм
2BШирина фронтового экранамм
2LРасстояние между поясами жесткостимм
x = (A; B)Расчетная ширина экранамм
Воспринятый тепловой поток при одностороннем и двухстороннем обогревах экранаВт/м2
a_tКоэффициент линейного расширения при расчетной температуре1/°С
_tКоэффициент теплопроводности при расчетной температуреВт/(м·К)
a2Коэффициент теплоотдачиВт/(м·К)
a_tКоэффициент температуропроводности при расчетной температуремм2/с
T1(i = 1 - 6)Температура в расчетной точке°С
t_mТемпература среды°С
uКоэффициент Пуассона 
EtМодуль упругости при расчетной температуреМПа
pВнутреннее давление в трубахМПа
p_aВеличина аварийного разрежения в топке (газоходе)МПа
p_tРасчетное давление в топке (газоходе) при хлопкеМПа
X, Y, ZПрямоугольные координаты 
r,Полярные координаты 
Px, Py, PzУсилия на оребренную трубу, действующие по осям X,Y,ZН
Px, PyПогонные усилия на ребра оребренной трубы по осям X, YН·мм
Mzy, MxyПогонные изгибающие моменты в мембранной стенке, отнесенные к единице длиныН
QПоперечная сила, сила сдвигаН
o_mОбщие мембранные напряженияМПа
o_mLЛокальные мембранные напряженияМПа
o_bОбщие изгибные напряженияМПа
o_bОбщие изгибные напряженияМПа
o_bLЛокальные изгибные напряженияМПа
[o]Допускаемые напряженияМПа
o1, o2, o3Главные напряженияМПа
Окружные напряженияМПа
o_zОсевые напряженияМПа
o_rРадиальные напряженияМПа
o_XПоперечные напряженияМПа
Касательные напряженияМПа
o_eЭквивалентные напряженияМПа
o_smНапряжения смятияМПа
т_srНапряжения срезаМПа
[N]Допускаемое число циклов 
[o_a]Допускаемая амплитуда напряженийМПа
Коэффициенты прочности сварных соединений 
Критерий Био 

 

9.2. Общие положения

 
    9.2.1. В основу расчета положен принцип оценки прочности конструкции по несущей способности, которая определяется предельным состоянием перехода наиболее нагруженного сечения из упругого состояния в пластическое. При этом напряженное состояние определяется по гипотезе Треска-Сен-Венана наибольшими касательными напряжениями. Характеристики пластичности сталей, применяемых при изготовлении оребренных труб, позволяют проводить оценку прочности по упругопластическим напряжениям, т.е. выполнять расчет по упругой схеме.
    Обычно под расчетом на прочность понимается поверочный расчет, служащий для проверки выполнения условий прочности при заданных основных размерах конструкции и расчетных нагрузках.
    9.2.2. Допускается использование других методов расчета на прочность цельносварных мембранных конструкций при условии согласования метода расчета с разработчиком и при обеспечении нормативных запасов прочности.
    9.2.3.Последовательность выполнения расчетов на прочность
    Расчет на прочность мембранных конструкций выполняется после выбора основных размеров. Исходя из сложившейся практики проектирования и расчетов котлов, а также из-за необходимости последовательного учета основных видов нагрузок, определяющих надежность эксплуатации, в основу методики положен принцип разделения поверочного расчета прочности мембранных конструкций на два этапа: расчет на статическую прочность и расчет на циклическую прочность.
    Для опертых мембранных конструкций выполняется расчет на устойчивость.
    Выполняется расчет на статическую прочность от воздействия механических нагрузок, причем на этом этапе должны быть учтены не только статические нагрузки, но и максимальные значения нагрузок от хлопка, аварийного разрежения и сейсмики, одноразовое воздействие которых может привести к недопустимым пластическим деформациям или к разрушению всей мембранной конструкции.
    В результате расчета определяются условно-упругие мембранные напряжения в стенках труб и в ребрах (проставках), а также изгибные напряжения, условно приведенные к мембранным, с учетом соотношения между упругим и пластическим моментом сопротивления и производится проверка условий прочности для расчетных сечений 1-2, 3-4, 5-6 оребренных труб (см. рис. 9.2).
    Расчет на циклическую прочность предназначен для оценки усталостной прочности при механических и температурных воздействиях. В результате расчета определяются амплитуды знакопеременных условно-упругих напряжений в расчетных точках 1, 2, 3, 4 и 5 (см. рис. 9.2) оребренных труб и производится проверка условий прочности. На основании поверочного расчета определяется расчетный ресурс мембранных поверхностей нагрева котла в соответствии с заданным числом пусков из холодного и горячего состояний. При проведении поверочного расчета на прочность мембранных экранов необходимо учитывать допуски на изготовление, а также утонение стенок труб от коррозионно-эрозионного износа и влияние внутренних отложений в трубах.
    9.2.4. Расчетные режимы
    Основным расчетным режимом при оценке статической прочности (этап 1) является стационарный режим при номинальной производительности и параметрах пара котла.
    Дополнительные режимы: работа при повышенной теплопроизводительности котла до 110%, с выключенными подогревателями высокого давления (ПВД), на скользящем давлении.
    Расчетными режимами при оценке циклической прочности (этап 2) являются нестационарные режимы, вызванные циклическими изменениями расчетных параметров в период работы котла, в том числе пусками из холодного, горячего и промежуточных состояний и остановками, включая аварийные.
    9.2.5. Расчетные зоны и узлы
    Расчетными зонами являются наиболее напряженные зоны топки (газохода): зоны стыковых сварных соединений, разъемы экранов, сопряжения панелей с разной температурой среды, места расположения и размеры отверстий под горелки, лазы, смотровые лючки, обдувочные аппараты, зоны опорных и подкрепляющих элементов (включая антисейсмические), места расположения подвесок, а также другие конструктивные особенности.
    Проверке подлежат сечения с наибольшими весовыми нагрузками: верхний ярус горелок, разъемы экранов, места крепления подвесок, сечения с максимальными тепловыми потоками, а также сечения на уровнях антисейсмического раскрепления котла. Расчетные сечения, как правило, принимаются на уровне пояса жесткости и посредине между поясами.
    При использовании ЭВМ расчет выполняется для всей конструкции с автоматическим контролем напряжений в наиболее нагруженных элементах и с последующим уточнением результатов для отдельных зон.
    9.2.6. Расчетные температуры
    На первом этапе расчета на прочность для оребренной трубы вводятся три расчетных сечения (1-2, 3-4 и 5-6 на рис. 9.2). Под расчетной температурой в каждом сечении следует понимать среднюю температуру, по которой определяется допускаемое напряжение, а также принимаются характеристики металла a_t, Et, _t, a2 для оребренной трубы.
    На втором этапе рассматриваются напряжения в расчетных точках 1, 2, 3, 4 и 5 оребренной трубы (указанных трех расчетных сечений). Под расчетной температурой в каждой точке следует понимать максимальную температуру в каждом расчетном цикле, при которой производится расчет на циклическую прочность.
    Значения расчетных температур определяются на основании тепловых расчетов или по результатам испытаний с учетом повышения этих температур за счет внутренних отложений в межпромывочный период.
    Под допустимой температурой металла следует понимать наибольшее значение температуры, для которой допустимо применение в оребренной трубе данной марки стали.
    Для металла труб допустимая температура установлена в разделе 1 Норм.
    Для металла ребра (проставки) допустимая температура указана в табл. 9.2.
 

Таблица 9.2

 

Марки сталей ВСт3сп, ВСт3пс10, 15, 2012МХ, 12ХМ15ХМ12Х1МФ