Приложение D (справочное). Плоские стенки, анкерные крепления и опорные балки

D.1 Область применения

Настоящие нормы проектирования применяются к плоским стенкам с опорами и без, со сварным соединением по всей длине окружности с изгибами или без них, либо с простой поддержкой или креплением болтами без изгибов, а также к конструкции продольных оттяжек, анкерных трубок, анкерных болтов и опорных (продольных) балок.

D.2 Общие положения

D.2.1 Плоские стенки и днища

D.2.1.1 Для жаротрубных котлов с плоскими трубными пластинами различного диаметра нагрузка на пластины вследствие парового давления компенсируется лишь частично, осевое давление при этом сохраняется. В подобных случаях в проекте должны быть предусмотрены меры, направленные на обеспечение устойчивости к осевому давлению, либо размеры плоских днищ должны обеспечивать их устойчивость к осевому давлению в дополнение к давлению пара.

D.2.1.2 Необходимым предварительным условием для применения нижеприведенных норм проектирования оснащенных фланцами днищ согласно рисункам D.2, D.6, D.8a и D.8b является соответствие зависящих от наружного диаметра днища радиусов кривизны требованиям таблицы D.1.

 

Таблица D.1

 

	Внешний диаметр днища, мм	Радиус кривизны, мм
	< 500	30
	500 - 1400	35
	> 1400 - 1600	40
	> 1600 - 1900	45

 

Кроме того, радиус кривизны должен быть равен, как минимум, 1,3 толщины стенки.

При использовании плоских днищ (см. рисунок D.1a) - штампованных или обработанных на станке - должны быть соблюдены следующие условия:

 

,

 

где s обозначает толщину глухого днища для днищ с отверстиями. Кроме того, толщина стенки (рисунок D.1) должна быть больше либо равна требуемой толщине стенки барабана.

D.2.1.3 Для днищ с разгрузочным пазом необходимо обеспечить эффективную разгрузку сварных соединений. Толщина стенки в районе разгрузочного паза должна соответствовать формуле для круглых днищ и для прямоугольных днищ.

Радиус разгрузочного паза должен удовлетворять следующему условию:

 

 

Кроме того, толщина стенки (рисунок D.1) должна быть больше либо равна требуемой толщине стенки барабана. Для разгрузки более предпочтительна некруглая форма разгрузочного паза (например, параболическая форма с двумя различными радиусами) при условии надлежащей проверки.

D.2.1.4 При изготовлении сварных плоских днищ из решеток, показанных на рисунке D.1, необходимо учитывать при выборе и испытаниях материала, например при неразрушающем контроле по периметру, нагрузку, действующую обычно в направлении прокатки.

D.2.1.5 Для развальцованных труб минимальная ширина связей зависит от процесса развальцовки. Поперечное сечение связи между двумя трубными отверстиями составляет для развальцованных труб:

- для стали - , ;

- для меди - , .

D.2.1.6 Между корпусами котла и установленными трубами должен быть обеспечен зазор для очистки и проверки стенок. Зазор между двумя топками должен составлять не менее 120 мм.

 

 

Рисунок D.1 - Сварные днища

 

D.2.2 Подпорки, анкерные трубки и анкерные болты

D.2.2.1 При ввинчивании цельных резьбовых продольных балок в передние стенки или трубные решетки шайбы и гайки должны устанавливаться как с внутренней, так и с внешней стороны.

D.2.2.2 При анкерном креплении криволинейных плоских поверхностей расстояние между центрами анкерных болтов должно составлять не более 200 мм.

D.2.2.3 Размеры поперечного сечения диагональных стоек с учетом их угла наклона к оси котла выбираются больше, чем для продольных стоек. По возможности угол наклона диагональных стоек по отношению к продольной оси котла не должен превышать 30°.

D.2.2.4 Размеры сварных швов для крепления стоек должны соответствовать действующим нагрузкам. Диагональные стойки жаротрубных котлов должны быть расположены на расстоянии не менее 200 мм от топки.

D.2.2.5 Для приварных продольных стоек, анкерных трубок или анкерных болтов площадь среза углового шва должна быть минимум в 1,25 раза больше поперечного сечения болта или анкерной трубки (см., например, рисунки D.11 - D.13).

 

 

D.2.2.6 Продольные стойки без усилительных накладок должны быть с обоих концов приварены к усиливаемой стенке.

D.2.2.7 Для сварных стенок при определении профиля и расположения сварного шва необходимо учитывать вибрационные нагрузки. Данное требование касается, в особенности, судовых котлов.

D.2.2.8 Анкерные болты в отопительных котлах с допустимым давлением более 6 бар должны быть просверлены с обоих концов таким образом, чтобы просверленные отверстия были погружены в воду минимум на 25 мм.

D.2.3 Опорные балки (продольные)

Опорные балки должны быть приварены прочным швом по всему периметру подбалки. Их расположение должно обеспечивать возможность надлежащего выполнения сварочных работ и не должно препятствовать нормальной циркуляции воды.

D.3 Требуемая толщина стенок

Требуемая толщина стенки при должна составлять

 

(D.1)

 

Проверочные расчеты для готовых компонентов с толщиной стенки проводятся по формуле

 

(D.2)

D.4 Конструкция

D.4.1 Плоские стенки и крышки без отверстий

D.4.1.1 Неукрепленные плоские стенки и днища

D.4.1.1.1 Круглые плоские днища с фланцами (рисунок D.2) Толщина стенки без учета каких-либо поправок должна составлять

 

(D.3)

 

Расчетный коэффициент приведен в таблице D.2, а расчетный диаметр определяется в соответствии с рисунком D.2.

 

 

Рисунок D.2 - Круглое плоское днище с фланцем

 

D.4.1.1.2 Круглые плоские днища и решетки (рисунки D.1 и D.3 - D.5) Толщина стенки без учета каких-либо поправок должна составлять

 

(D.4)

 

Расчетный коэффициент приведен в таблице D.2, а расчетный диаметр определяется в соответствии с рисунками D.1 и D.3 - D.5.

 

 

Рисунок D.3 - Свободно опертые и прикрепленные болтами плоские решетки

 

Рисунок D.4 - Прикрепленная болтами решетка с дополнительным изгибающим моментом	Рисунок D.5 - Приварные решетки

 

D.4.1.1.3 Прямоугольные и эллипсоидальные решетки (рисунки D.1, D.3, D.5 и D.7)

Толщина стенки без учета каких-либо поправок должна составлять

 

.

(D.5)

 

Расчетный коэффициент приведен в таблице D.2.

Расчетный коэффициент учитывает более высокую по сравнению с круглыми решетками нагрузку как результат соотношения для неусиленных прямоугольных и эллипсоидальных решеток, а также прямоугольников, вписанных в свободные неармированные участки усиленных плоских поверхностей. Данный коэффициент определяется по таблице D.3 как результат соотношения b/l, где промежуточные значения выводятся посредством линейной интерполяции.

 

Таблица D.2 - Расчетный коэффициент для неармированных плоских днищ и решеток в зависимости от типа опорных конструкций и боковых зажимов

 

Форма решетки, тип опор и боковых зажимов	Расчетный коэффициент
Штампованные или расточенные плоские днища для коллекторов (D.1a) и плоские днища с фланцами (рисунок D.2) Прижимные решетки, зафиксированные и закрепленные болтами по периметру (рисунки D.3a - D.3d) Сваренные двусторонним швом врезные решетки (рисунок D.5b)	0,35
Сварные днища с разгрузочным пазом (рисунок D.1b)	0,40
Свободно опертые решетки, например, крышки люков Помимо рабочего давления, необходимо учитывать силу, воздействующую на болты при закрытии крышки (допустимую нагрузку на болты) Сваренные односторонним швом врезные решетки (рисунок D.5a)	0,45
Решетки, закрепленные болтами по периметру и подвергающиеся одновременно воздействию дополнительного изгибающего момента (рисунок D.4) в соответствии с коэффициентом
* = 1,0 *= 1,1 * = 1,2 * = 1,3	0,45 0,50 0,55 0,60
*Промежуточные значения выводятся посредством линейной интерполяции.

 

Таблица D.3 - Расчетный коэффициент для прямоугольных и эллипсоидальных решеток

 

Соотношение
	Прямоугольные решетки	Эллипсоидальные решетки
1,0	1,10	1,0
0,75	1,26	1,15
0,5	1,40	1,30
0,25	1,52	-
0,1	1,56	-

 

Рисунок D.6 - Плоская круглая решетка с ориентированным по центру продольным анкерным креплением	Рисунок D.7 - Расточенное отверстие в прямоугольной или эллипсоидальной решетке

 

D.4.1.1.4 Плоские решетки и днища с разгрузочным пазом (рисунок D.1b)

Толщина решетки без учета поправок рассчитывается по формуле (D.4) или (D.5).

Помимо требований, приведенных в пункте D.2.1.3, для обеспечения надежного сопротивления силам сдвига, действующим в поперечном сечении разгрузочного паза, должны быть соблюдены следующие условия:

для круглых днищ

 

,

(D.6)

 

для прямоугольных днищ

 

(D.7)

 

Если при этом толщина стенки окажется больше, чем необходимо в соответствии с пунктом D.2.1.3, то разгрузка сварного шва посредством разгрузочного паза не допускается.

D.4.1.2 Усиленные плоские стенки и днища

D.4.1.2.1 Плоские решетки, равномерно усиленные анкерными болтами, подпорками и анкерными трубками (рисунок D.9)

Толщина стенки в пределах усиленных участков должна составлять без учета поправок

 

(D.8)

 

Расчетный коэффициент представлен в таблице D.4, а размер шага и должен соответствовать рисунку D.9.

Толщина стенки между усиленными участками (см. рисунки D.8a и D.8b), рассчитывается в соответствии с пунктом D.4.1.2.3.

 

 

Рисунок D.8 - Плоское днище

 

 

Рисунок D.9 - Равномерно расположенные анкерные крепления

 

D.4.1.2.2 Плоские решетки, неравномерно усиленные анкерными болтами, подпорками и анкерными трубками (рисунок D.10)

Толщина стенки в пределах усиленных участков должна составлять без учета поправок

 

(D.9)

 

Расчетный коэффициент представлен в таблице D.4, а размер шага и должен соответствовать рисунку D.10.

Толщина стенки между усиленными участками (см. рисунки D.8a и D.8b) рассчитывается в соответствии с пунктом D.4.1.2.3.

 

 

Рисунок D.10 - Неравномерно расположенные анкерные крепления

 

D.4.1.2.3 Плоские решетки, армированные диагональными опорами и плоские решетки между опорами и трубчатыми решетками (рисунки D.8a и D.8b)

Толщина стенки без учета поправок должна составлять

 

(D.10)

 

или должна рассчитываться в соответствии с формулой (D.5), где вместо расчетного коэффициента используется коэффициент . В качестве берется большее из значений, полученных на основе формул (D.5) и (D.10). Расчетный коэффициент приведен в таблице D.4. В качестве значения в формуле (D.10) и b в формуле (D.5) применяются значения диаметров окружностей или длин коротких сторон прямоугольников, которые могут быть вписаны в участок свободной неармированной поверхности, как показано на рисунках D.8a и D.8b. В каждом конкретном случае для расчета берутся наиболее неблагоприятные условия напряжения.

При расчете толщины днища следует учитывать диаметр b основных окружностей, определяемый по трем точкам опоры, и диаметр вспомогательных окружностей < 0,75b, каждая из которых проходит через две точки опоры (см. рисунки D.18 и D.19).

 

 

Рисунок D. 11 - Опора с приварной усилительной накладкой

 

Рисунок D.12 - Приварной анкерный болт	Рисунок D.13 - Приварная анкерная трубка

 

D.4.1.2.4 Плоские круглые решетки с центральной продольной анкерной опорой (рисунок D.6)

Толщина стенки без учета поправок должна составлять

 

(D.11)

 

где = 0,25. Диаметры и радиусы - в соответствии с рисунком D.6.

 

 

Рисунок D.14 - Расчетный коэффициент

 

Таблица D.4 - Расчетный коэффициент для плоских стенок, днищ и решеток в зависимости от типа анкерной опоры

 

Тип анкерной опоры	Расчетный коэффициент (a)
Корпус котла, стенка топки или коллектора, анкерная связь трубной панели для расчета наибольшей окружности диаметра либо наибольшего вписываемого треугольника с длиной кромки b (рисунки D.8a и D.8b)	0,35
Анкерные болты в пределах участков, где максимальное расстояние между центрами анкерных болтов составляет 200 мм	0,4
Подпорки и анкерные трубки за трубными панелями вне зависимости от типа соединения (сварное, винтовое или вальцованное)	0,45
а) В случае разницы коэффициентов для различных участков стенок для расчета используется пропорциональное среднее значение:

 

D.4.2 Плоские стенки и крышки с отверстиями

D.4.2.1 Диаметр центральных отверстий может быть использован для расчета конструкций, представленных на рисунках D.1 - D.3 или D.5, в соответствии с рисунком D.14.

D.4.2.2 Значение толщины стенки без учета поправок для решетки или днища с отверстием рассчитывается по формулам (D.3), (D.4) или (D.5), при этом расчетный коэффициент определяемый по таблице D.2, умножается на расчетный коэффициент , показанный на рисунке D.14.

D.4.2.3 Расчетный коэффициент для плоских днищ и решеток (рисунок D. 14, тип А):

для круглых решеток

 

,

(D.12)

 

где ;

для прямоугольных или эллипсоидальных решеток

 

,

(D.13)

 

где ;

 

	= + 0,99903420;	= + 18,6328300;
	= + 1,98062600;	= - 19,4975900;
	= - 9,01855400;	= + 7,61256800;

- диаметр отверстия или внутренний диаметр решетки;

- расчетный диаметр;

b - длина короткой стороны прямоугольной решетки или малой оси эллипсоидальной решетки.

D.4.2.4 Расчетный коэффициент для плоских днищ и решеток (Рисунок D.14, тип В):

для круглых решеток

 

,

(D.14)

где ;

для прямоугольных или эллипсоидальных решеток

 

,

(D.15)

 

где ;

	= + 1,00100344;	= + 8,38943500;
	= + 0,94428468;	= - 9,20628384;
	= - 4,31210200;	= + 3,69494196;

- диаметр отверстия или внутренний диаметр решетки;

- расчетный диаметр;

b - длина короткой стороны прямоугольной решетки или малой оси эллипсоидальной решетки.

D.4.2.5 В зависимости от того, присоединяется ли к отверстию форсунка (рисунок D.14, тип В) или нет (рисунок D.14, тип А), значение коэффициента определяется согласно кривой А или кривой В соответственно. При соотношении диаметров расчет решетки проводят как для фланца.

D.4.2.6 Расчеты для отверстий, расположенных не по центру, могут производиться аналогично расчетам для центрально ориентированных отверстий.

D.4.3 Подпорки, анкерные трубки и анкерные болты

D.4.3.1 При определении размеров подпорок, анкерных трубок и анкерных болтов необходимо учитывать соответствующие нагрузки вследствие воздействия избыточного рабочего давления и температуры. Также следует принимать во внимание поддерживающий эффект других деталей котла.

D.4.3.2 Согласно рисунку D.15 нагрузка на подпорки, анкерные трубки и анкерные болты составляет

 

(D.16)

 

D.4.3.3 При расчете кромок следует учитывать площадь плоской поверхности до начала изгиба днища. При этом предполагается, что большую часть нагрузки принимает на себя примыкающая стенка котла. В этом случае оставшаяся половина нагрузки приходится на трубки или анкерные крепления.

D.4.3.4 Требуемое поперечное сечение подпорок, анкерных трубок и анкерных болтов составляет

 

(D.17)

 

D.4.3.5 Развальцованные трубки должны быть надлежащим образом защищены от выталкивания из трубной решетки. Подобная защита обеспечивается при условии, что допустимая нагрузка на усиленные участки не превышает значений, приведенных в таблице D.5.

Воздействующая на трубку сила рассчитывается согласно формуле (D.16).

Проверка значения силы особенно важна для граничных участков зоны расположения трубок. Если площади примыкающих трубных решеток неравны, нагрузка на отдельные участки не должна быть выше, чем указано в таблице D.5. Площадь усиленного участка должна составлять

 

,

(D.18)

 

но не более чем

 

,

(D.19)

 

Если увеличение диаметра трубки в целях уменьшения нагрузки, воздействующей на усиливаемый участок, невозможно, следует выбирать трубные решетки большей длины либо толщины соответственно (см. D.4.1). Однако используемая при расчете усиливаемой площади длина не должна превышать = 40 мм.

 

Таблица D.5 - Допустимая нагрузка на усиливаемый участок

 

Тип развальцованного соединения	Допустимая нагрузка на усиливаемый участок,
Гладкое
С пазами
Фланцевое

 

D.4.4 Опорные балки (продольные)

D.4.4.1 Неподдерживаемые опорные балки (рисунки D.16 и D.17) рассчитываются аналогично свободно опертым балкам, в пределах расстояния . В этом случае может также учитываться несущая способность подбалки.

D.4.4.2 Размеры опорной балки определяются исходя из максимально допустимого значения изгибающего момента и осевого момента сопротивления W опорной балки. Осевой момент сопротивления W определяется по формуле

 

,

(D.20)

 

где z - коэффициент увеличения сопротивления конструкции за счет подбалки.

Обычно z = 5/3.

D.4.4.3 Максимально допустимый изгибающий момент должен составлять

 

,

(D.21)

где .

D.5 Расчетное давление

См. раздел D.2.

D.6 Расчетная температура

См. раздел D.2.

D.7 Допустимое напряжение

D.7.1 Общие требования

См. раздел 7.1.4.6 и нижеследующие дополнения.

D.7.2 Для изготовленных из меди балочных стоек и анкерных болтов без сертификата качества при расчетах прочности применяется значение расчетного коэффициента прочности.

 

 

D.7.3 Для плоских стенок из литой стали применяют отличающееся от приведенного в таблице 14 значение коэффициента безопасности S = 1,8.

D.7.4 Для расчета балочных стоек, анкерных трубок и болтов применяют следующие значения коэффициента безопасности:

- для площади поперечного сечения нетто подпорок, анкерных болтов и трубок S = 1,5;

- для впадины резьбы ввинчиваемых подпорок, анкерных болтов и трубок S = 2,0;

- для приварных трубок, анкерных трубок и подпорок при наличии акта приемочных испытаний в пределах области сварного соединения S = 1,65;

- для приварных труб и анкерных трубок при отсутствии акта приемочных испытаний в пределах области сварного соединения S = 2,0.

D.8 Поправки для толщины стенки

D.8.1 Поправка - для толщины стенки без учета допусков применяется только для плоских стенок, изготовленных из пластин, не подвергавшихся механической обработке с обеих сторон.

D.8.2 Поправка для толщины стенки, рассчитываемой согласно D.5, не применяется.

 

 

Рисунок D.18 - Пример использования вспомогательных окружностей (сдвоенная топка)

 

 

Рисунок D.19 - Пример использования вспомогательных окружностей (однокамерная топка)