Турбины паровые стационарные. Нормы расчета на прочность корпусов цилиндров и клапанов

Д

доп

опускаемое напряжение в этом случае составит °л.п (%) где [иди]—допускаемое значение коэффициента запаса по пре­делу длительной прочпосіп ПдДОр) при температуре номинального режима за срок службы 1()^г’ -2- К)⁵ ч.

Коэффициент запаса [/i_n)I] — 1,5. При этом также должно быть выполнено условие ирочнос i n по п. 4.1.

Если для оценки длительной прочности используются напряже­ния от давления номинального режима, полученные в результате расчета корпуса при упругом сосіояііііп материала, то запас проч­ности [/іди] сохраняется прежним.

Оценка прочности корпусов цилиндров и клапанов при гидроиспытаипп не производится, если величина пробного давле­ния в каждом отсеке определена согласно ни. 1.G и 1.7. При использовании пробного давления большей величины следует вы­полнить расчеты напряжений в корпусе при гидроиспытаппн. За­йас прочности по пределу текучести маіерпала (без учета концен­трации напряжений) должен составлян, по менее 1,05

.ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Рекомендуемое

РАСЧЕТ УСТАНОВИВШЕЙСЯ ПОЛЗУЧЕСТИ КОРПУСА

1. Выполненные расчеты корпусов на ползучесть при номи­нальном режиме эксплуатации показывают, что при постоянной температуре участка корпуса и плавно изменяющейся толщине стенки осевое усилие 3 п изгибающий момент G (относительно срединной поверхности оболочки) практически постоянны во вре­мени. На основании этого при повышенных температурах и напря­жениях В упругом корпусе (О|_11ІІХ>0,6а _1/1(^) можно определять максимальные напряжения при состоянии установившейся ползу­чести а'_|Я!( (МПа) по данным расчета напряжений по и. 2.2.1 с помощью коэффициента снижения напряжений В (чертеж):

.. о ( S/i \

о' . — В[ in, -тт-р,,,,.,
1ППХ \ ’ (j у ^,,1ах *

где т — показатель ползучести;

h — толщина стенки корпуса.

2. Коэффициент В находится при условии постоянства 5 п G в процессе ползучести корпуса по формулам для прямолинейного стержня прямоугольного сечения:

I 5 GG I I

где а„= щах ; о); = max | ах -}- b |

Постоянные а и b находятся из условий статики:

J I ах b |^l/w sign (ах -ф b) dx - 5;

-Il 12

/If?

j I ax -|- b |^1/ш x sign (t/л- -|- b} dx — (/.

~/ii?

Коэффициент снижения напряжений /)

in — показа і ель ciriiciinoio э.’М'ііа ікі.ізу'ігс і п; .S осеїн усилім*. Н/мм; (і —н.К н
ҐіЛЮЩИІІ МОМСІІГ. ІІ’ММ/ММ. Л — голтиил і іі'іікн. мм

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Справочное

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ

1. ПОВЕРОЧНЫЙ расчет на прочность внутреннего корпуса
   цилиндра высокого давления

   1. Рассмотрим расчет напряжений в корпусе ЦВД по теории упругих осесимметричных оболочек средней толщины. Расчетная схема корпуса при pi = 4,6; р₂ = 12,1; р₃ = 8,6; р< = 7,0; р₅ = 5,7 МПа представлена па черт. 1.

Распределение расчетных меридианных о, и окружных о₂ напряжений на внутренней п наружной поверхностях корпуса по дуге меридиана приведено на черт. 2. Расчет выполнен по про­грамме для ЭЦВМ ЕС-1052.

Таблица 1

Температура корпуса цилиндра при номинальном режиме эксплуатации, °С

жду сечениями по меридиану принимается по линейному закону. Материал корпуса — сталь 15Х1М1ФЛ (ОСТ 108.961.02—79), по­казатель п предел ползучести принимались по данным справочного приложения 4.

Распределение суммарных напряжений в упругом корпусе при / = 0 и при состоянии ползучести через 10⁵ ч эксплуатации пока­зано на черт. 4,

ОСТ 108.020.132—85 Clp. II

Схема разбивки внутреннего корпуса цилиндра на сечения для расчета по теории оболочек

/, 2 2/— номера сеченяП стенки: радиусы кривизны меридиана, м.м: Sr. S-. S$. St — осевые усилия. Н мм: г, г — коор­динаты, мм: р\, Pz Pi — наружное н внутреннее давления. МПа

Напряжение, МПа Напряжение, МПа

d

и — м ср иди я пи ыс напряжении; 6 — окружные напряжения; Л 'I — по теории оболочек н.| пнутреннеіі н наружной нонермгосгих соответственно; •» A — решение осесимметричной задачи теории упругости дли ипутреппеп и паружноіі поверхностей

Черт. 2

метричної! задачи они раины 115 МПа (см. черт. 2). При рабочей температуре 535°С минимальное значение предела текучести стали равно 210 МПа (см. справочное приложение 4). В соответствии с формулами (6) и (7) имеем:

Оі = 115МПа, о₃=—р₂=—12,1 МПа,

210 . ,._г

"^т“ а, — з₃ ” 115-|-12, I ~Схема разбивки внутреннего корпуса на конечные элементы для решения осесимметричной задачи теории упругости

/7

- номера макроэлемент;’;

посла разбиений ми?рамементой на т*п базовых элементов

р_ьр2 p_s — нормальные распределенные поверхностные нагрузки, МПа

Черт. 3

OCT IОН.020.132 85 Слр. 13

Напряжения во внутреннем корпусе цилиндра при номинальном режиме
эксплуатации

« —меридианные нліірнжічпія: rt — окружные нлпрнже і; /. 2 — на пнутрсіїпеіі iioiicpv
ІІССТН II моменты кремени /-0 II /"ІО⁵ Ч СООТПСТСТІІСІІІІО: :і, 1 — ІІ.-І Ііпру ЖНІІІІ ІІОІіермІОСТІІ
л моменты времени /“0 II /-10' ч

Черт. 4Следовательно, коэффициент .запаса по пределу текучести ра­вен допускаемому .значению (н. 4.1 стандарта).

Расчетные максимальные напряжения в наиболее горячей зоне корпуса на внутренней поверхности сечения 13 через 100 тыс. ч эксплуатации достигают 44 Ml 1а (см. черт. 4). Предел длительной прочности равен 116 МПа (справочное приложение 4). Тогда запас по длительной прочности составит

^л" 44-1-12,1

что больше минимального допускаемого .значения 1,5 (и. 4.2 стан­дарта).

Таким образом, условия прочности корпуса ЦВД выполнены.

2. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА
   СТОПОРНОГО КЛАПАНА

   1. Рассмотрим расчет ползучести корпуса клапана из стали 15ХІМ1Ф (ОСТ 108.030.113 77) ио программе для осесимметрич­ных оболочек средней толщины на ЭЦВМ НС-1052. Расчетная схема корпуса представлена па черт. 5. Показатель степенного за­кона п предел ііолзучссі її принимались по справочному приложе­нию 4. Температура дана в табл. 2.

Таблица 2

Температура корпуса стопорного клапана при номинальном режиме эксплуатации, °С

Результаты расчета напряжений в упругом корпусе (при / —0) и при состоянии ползучести после 10^г> ч эксплуатации па наружной и внутренней поверхностях стенки приведены па черт. 6 и 7. Там же показаны результаты приближенного расчета напряжений при установившейся ползучести материала, полученные с помощью ко­эффициента В (рекомендуемое приложение 1) по значениям напря­жений от действия только внутреннего давления при упругом со­стоянии материала.Расчетная схема корпуса стопорного клапана

Стр. 16 ОСТ 108.020.132—85

h 2 28 — номера сечении стенки; Si — осевое усилие от уплотнения разъема крышки, Н. мм

Черт.

-2,3> [//„„] = 1,5.

/. 2 — нл пп у троп II сП нопсрхііосііі п моменти времени /-0 II /“’КГ ‘I cool інистненіїо: 3, 4 — нл илружпоП попсрхностн п моменты прсмспи /-0 в /-НҐ' ч; • • А расчет но нрп ЛОЖСННЮ I

Черт. 6

Определим напряжения в корпусе с учетом концентрації» от отверстия для пароподводящего патрубка (черт. 2 справочного приложения 3). В районе сечения 19 (см. черт. 5) имеем от ноше­ние £)„/£)„ = 0,616, следовательно, = 0,192. Поминальное напря­жение равно

Теоретический коэффициент концентрации напряжений (спра­вочное приложение 3, и. 2) определяем ио формуле

/ D²\

К_Л=2А 1+ -4-0,5-4 1=2,4 (1-|-0,616'-’- 0,5 0,616') = 3,14 .

Зліпи 277Тогда максимальные окружные напряжении составят о_2вм -3,14-50=157 МПа.

Максимальные окружные напряжения при состоянии ползуче­сти материала согласно п. 2.1.3 стандарта находим по формуле

= (¹ + ¥)°»=(^| + 44)50=69 МПа.

Распределение окружных напряжений в корпусе стопорного клапана при номи­нальном режиме эксплуатации

Обозначении — см. черт. С

Черт. 7

Запас по длительной прочности в этом случае ранен (при 540°С)

Согласно РТМ 108.021.103—85, [л_дп] = 1,25.

Таким образом, условия длительной прочности выполнены.

3. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА
   БЛОКА РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ

Расчетная схема для определения напряжении в средней части корпуса блока приведена па черт. 8. Расчетное сечение Б — Б нагружено внутренним давлением р = 9 МПа; осевой силойРасчетная схема корпуса блока регулирующих клапанов

б-Б

? Я*— номгрл ССЧСІГШІ сіеіікн: Р* - осеням сила. II; 5,. 5,. Л . осгпые усилия. П/мм;

—іізнібі'ннцпі) момент ог хпрпусл турбинн. II -мм/мм

Черт. 8Напряжения о корпусе блока регулирующих клапанов при поминальном
режиме эксплуатации

Номер сечения і

а - и момент времени / — 0;

и и її I > и/Кен н и на внутренней н

'I ’ Ну I НИЧ

б —п момент прсмспн /’ІО"' ч; I. 2--мсриднанние наружной по»ср.\ііостм\ cooriiviciпенно; :і, f — окруж­на tun tроніїсн и нархжпой іннігрміосгн

чP₂= pF (F —площадь внутренней нолосш сечения); осевыми уси­лиями 5_Ь S₂ от давления в отверстиях под седла к между ребра­ми; усилием S„ и изгибающим MOMCIIIOM <7|(, полученными из выполненного предварительно расчета корпуса ЦВД, к которому приваривается корпус блока клапанов.