ОГРАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Усилия от давления газов и расчет обшивки

У накаркасных обмуровок передача усилий от дав­ления газов иа каркас происходит через щиты, укреп­ленные на его несущих элементах. В свою очередь на щиты усилия передаются через подверженную давлению газов и закрепленную на них обмуровку.

У натрубиых обмуровок усилия от давления газов воспринимаются укрепленными на экранных трубах по­ясными балками. Щиты, поясные балки и стальная об­шивка входят в конструкцию ограждения котла, поэто­му их расчет ведется независимо от расчета основного несущего каркаса.

При проектировании обмуровок, имеющих стальную обшивку, принято считать, что давление газов непосредст­венно действует на нее, а затем передается на элементы, к которым она прикреплена. Обмуровку, на которую пе­редается давление газов при «хлопках» в газоходах котлов, работающих под разрежением, обычно не рассчитывают. Многолетний опыт эксплуатации кирпичных и щи­товых обмуровок показал, что кирпичная кладка и арми­рованные слои шамотного и термоизоляционного бето­нов прн воздействии на них усилий из-за возможного по­вышения давления в газоходах достаточно прочны и не разрушаются, если они поддерживаются металлоконструк­циями щитов и каркаса. В котлах, работающих с надду­вом, избыточное давление газов передается непосредст­венно на стальную обшивку по трубам илнна мембранные панели нз экранных труб. Новые энергетические котлы с натрубной и щитовой обмуровками, работающие под разрежением, для плотности ограждения поставляются со стальной обшивкой.

По правилам взрывобезопасностн установок для при­готовления и сжигания топлива в пылевидном состоянии каркас топки и газоходов проектируемых котлов должен быть рассчитан на давление: 1) для установок, работаю­щих под разрежением, — на внутреннее, превышающее атмосферное иа 300 кгс/м2; 2) для установок, работаю­щих под наддувом, — на внутреннее, превышающее рабо­чее на 300 кгс/м2.

Наиболее часто встречаются обшивки трех типов. В показанной на рис. 11-2 схеме обшивки с металличе­скими щитами для на каркасных обмуровок стальные листы непосредственно привариваются к стойкам и бал­кам каркаса. Расстояние между стойками составляет /= 1,0—1,5 м. В некоторых конструкциях листы обшивки не разрезаются на прямоугольные участки, а приварнва-

Рис. 11-2. Обшивка по метал­лическим конструкциям обму­ровки.

Ются целиком, но не с внутренней, а с наружной сторо­ны обмуровки к полкам стоек и балок.

Металлическая обшивка для иатрубной обмуровки (рис. 11-3) состоит нз листов толщиной 2—3 мм с отбор - товкой. Планки являются несущими элементами для об­шивки и обмуровки. Листы обвариваются по гребню от- бортовкн и вокруг планок, а иа них укрепляется изоля­ция. Ширина листов кратна шагу экранных труб и принимается в пределах 0,5—0,7 м.

В обшивке по трубам из цельных плоских листов (рис. 11-4) в них делаются отверстия, через которые проходят круглые штырн, приваренные к трубам и яв­ляющиеся несущими элементами. Отверстия в листах закрываются шайбами, обвариваемыми по периметру и вокруг штырей. Соединения отдельных участков листов производятся сваркой внахлестку. Расстояние между штырями для креплений не должно превосходить 0,6Х Х0,6м.

Прочность штырей и сварных швов обычно не рас­считывают, так как при их диаметре 10—12 мм и разме­щении с указанным шагом обеспечивается с большим запасом необходимая прочность.

Расчет на прочность листов обшивки производится так же, как расчет гибких мембран. (Мембраной называ­ется такая тонкая пластина, в которой напряжения мож­но считать равномерно распределенными по се толщине.) Так как мембрана обладает большой гибкостью, то она не воспринимает изгибающих и скручивающих моментов н рассчитывается только на растягивающие усилия, дей­
ствующие по всему сечению. Поперечная нагрузка вос­принимается в срединной плоскости. Гибкой мембраной принято считать такие пластины, прогиб которых значи­тельно превышает половину ее толщины. Формулы, по которым рассчитываются толщина, прогиб и напряже­ния гибких мембран, довольно сложны. В настоящей ра­боте предлагаются приближенные методы, которые дают

/ — экранные трубы; 2 — планки. ки с отверстиями; 3—штыри для креп-

Приваренные к трубам для крепле - ле"ия листов и изоляции; 4 — шайбы ния обшивки и изоляции; 3 —от- уплотнения и крепления листов, бортованные лнсты обшивки.

Результаты, мало отличающиеся от точных, ио значи­тельно проще этих последних. В основе этих методов лежит предположение, что после прогиба мембрана ста­новится сферической нлн цилиндрической в зависимости от схемы ее закрепления. На основе этих предпосылок получены и рекомендуются следующие формулы [9-1].

Для расчета мембран, опертых на две стороны (рнс. 11-5): напряжение

(U-1)

Угол

(11-2)

Для мембран, установленных на штырях (рис. 11-6): напряжение

„ _

(11-3)

26а

Угол

Прогиб для обоих случаев закрепления ^ act

_ '/ао-рч^ 1 Г 6(1 — о, з3)-75-з ю-' " ~ У Еб V 2,1-10^0,3

= 2.60-Ю-2рад.

Тогда прогиб по формуле (11-5) составит: 76-2,60-Ю-2

= 0,96 см = 9,6 мм.

Условие />6/2 соблюдается — мембрана гибкая Напряжение в обшивке по формуле (11-1) равно:

Aq 75-3* 10—2 _ , _

А« = ~ =------------------------- ;--------- = 290 кгс/см2.

Н аб 2-60-10—2-0,3

Напряжение очень небольшое, прогиб составляет всего около 1/150.

Усилие, передающееся иа швы сварки; на I см длины шва

Р = 0И б = 290-0,3 = 87,0 кгс/см. Напряжение в сварных швах (катет шва равен 0,76) р 87,0

Тсв = ГТ^ = '

0,76 0,7-0,3

Что значительно ниже допускаемого.

Пример 11-2. Произвести поверочный расчет стальной обшивки по трубам для иатрубной обмуровки, укрепленной на штырях (см. рис. 11-4). Толщина листов 6=2 мм. Расстояние между штырями 2а-2а=500-500 мм. Расчетное давление газов (наддув 300 кгс/м2 плюс избыток 200 кгс/м2) составляет 500 кгс/м2. Температура листа обшивки 400°С.

Решение. Принимаем: модуль упругости для углеродистой стали при 400°С Et—1,67-10® кгс/см2; коэффициент Пуассона ц— =0,3; допускаемое напряжение на растяжение при 400°С 700 кгс/см2; равномерно распределенная нагрузка ^=500/Ю4=5-Ю-2 кгс/см2.

Проверяем по формуле (11-4), является ли мебрана гибкой:

Здесь q — равномерно распределенная нагрузка от давления на обшивке, кгс/см2; Е — модуль упругости ма­териала обшнвки, кгс/см2; р,— коэффициент Пуассона, равный 0,3.

Пример 11-1. Произвести поверочный расчет стальной обшивки накаркасиой обмуровки (см. рис. 11-2). Толщина листов 6=3 мм. Наибольшее расстояние между стойками /—2д=1500 мм. Расчет­ное давление газов 300 кгс/м2; температура поверхности обшивки не более 55—60°С.

Решение. Принимаем: модуль упругости Е=2,1-10е кгс/см2; коэффициент Пуассона для стали р=0,3; допускаемое напряжение иа растяжение 1600 кгс/см2; допускаемое напряжение на срез 0.6Х X 1600=960 кгс/см2; равномерно распределенная нагрузка д~ =300/104=0,03 кгс/см2. По формуле (11-2) проверим, является лу обшивка гибкой мембраной:

232

Уз.5-.0-*(1-0.3) 98 V 1,67-104.0,2

Я<6

Прогиб по формуле (11-5) составляет:

, аа 25-1,98-Ю-8 „ 6

F = — =------------------------------------ — 0,25см = 2,5 мм > —.

Напряжение в мембране по формуле (11-3) равно: да 25-5-10-в

С" " 2^Г = 2-1,98-10—2-0,2 = 158 КГС/™ '

Расчет показывает, что стальная обшивка на штырях испытыва­ет небольшие напряжения и имеет небольшой прогиб — около 1/200, что очень важно для наружной изоляции из теплоизоляционных плит.

233