Приложение Е (справочное). Цилиндрические оболочки под внешним давлением

Приложение Е
(справочное)

Цилиндрические оболочки под внешним давлением

Е.1 Область применения

Настоящие нормы проектирования применяют к цилиндрическим оболочкам с прямо- или криволинейной образующей (трубы, пароохладители, топочные камеры, печи и т.п.) под воздействием внешнего избыточного давления в пределах (для волнистых топок ) и > 200 мм. Давление должно оказывать воздействие по всей окружности.

При отсутствии вероятности возникновения упругой потери устойчивости расчет цилиндрических оболочек наружным диаметром 200 мм и менее проводят в соответствии с приложением А, при этом в качестве внутреннего избыточного давления применяют значение р. При наличии вероятности возникновения упругой потери устойчивости, например для очень тонкостенных труб, допустимое внешнее избыточное давление р дополнительно проверяют по Е.4.3.

Цилиндрические оболочки могут быть выполнены с элементами жесткости или без таковых. Топочные камеры представляют собой цилиндрические оболочки, подверженные воздействию пламени или преимущественному нагреву излучением.

Е.2 Общие положения

Е.2.1 При расчете внешнего давления эффективность сварного шва не учитывают.

Е.2.2 Проверку отверстий осуществляют при использовании значения р в качестве внешнего избыточного давления. При необходимости должно быть обеспечено усиление краев отверстий. При расчете толщины стенок отверстия для поперечных труб топочной камеры не учитывают.

Е.3 Требуемая толщина стенки

Требуемая толщина стенки должна составлять

(E.1)

Проверку толщины стенок готовых компонентов проводят следующим образом:

(E.2)

Е.4 Расчет преимущественно статической нагрузки под внешним давлением

Е.4.1 Общие положения

Расчет цилиндрических оболочек для предотвращения пластических деформаций проводят по Е.4.2, для предотвращения упругой потери устойчивости - по Е.4.3. В расчет включают наименьшее значение р или наибольшее значение , полученное соответственно по каждому пункту.

Е.4.2 Расчет для предотвращения пластических деформаций

Е.4.2.1 Допустимое внешнее избыточное давление должно составлять

(Е.3)

Е.4.2.2 Допустимое внешнее избыточное давление должно составлять

.

(Е.4)

Рисунок Е.1 - Волнистые топки

Для волнистых топок, показанных на рисунке Е.1, значения площади поперечного сечения А и момента инерции J одной волны могут определяться по таблицам Е.2 - Е.4.

Таблица Е.1 - Момент инерции J и площадь поперечного сечения А для одной волны топки типа Фокса с расстоянием между волнами 151 мм и глубиной волны 50 мм или 75 мм

, мм	,		,
	при глубине волны 50 мм	при глубине волны 75 мм	при глубине волны 50 мм	при глубине волны 75 мм
9	30,0	100,0	15,5	19,4
10	32,3	109,8	17,8	21,8
11	33,7	115,0	19,0	23,6
12	34,7	120,7	20,7	25,6
13	35,7	125,7	22,5	27,5
14	36,6	130,0	24,0	29,3
15	37,6	134,2	25,6	31,1
16	38,5	138,0	27,2	32,9
17	39,5	141,5	28,7	34,7
18	40,4	145,0	30,2	36,5
19	41,3	147,9	31,6	38,1

Таблица Е.2 - Момент инерции J и площадь поперечного сечения А для одной волны топки типа Фокса с расстоянием между волнами 200 мм и глубиной волны 75 мм

, мм	,	,
11	143,8	27,6
12	156,0	30,0
13	167,3	32,1
14	174,4	34,4
15	180,2	36,7
16	185,2	38,9
17	189,2	41,2
18	193,0	43,3

Таблица Е.3 - Момент инерции J и площадь поперечного сечения А для одной волны топки типа Моррисона с расстоянием между волнами 202 мм и глубиной волны 50 мм

, мм	,	,
9	40,6	20,2
10	43,3	22,2
11	45,6	24,3
12	47,5	26,5
13	49,2	28,5
14	50,7	30,6
15	52,0	32,6
16	53,2	34,6
17	54,3	36,6
18	55,1	38,6
19	55,7	40,7

Е.4.3 Отклонение от округлости

При овальности отклонение от округлости U, в процентах, рассчитывают следующим образом

(Е.5)

Для локальных уплощений по рисунку Е.2 применяют формулу (Е.6):

(Е.6)

Рисунок E.2 - Уплощение цилиндрических оболочек

При расчете для предотвращения пластических деформаций в новых цилиндрических оболочках с прямолинейной образующей значение U принимают равным 1,5%, с криволинейной образующей - 1,0%. Для бывших длительное время в эксплуатации топок отклонение от округлости определяют, основываясь на измерениях диаметра.

При расчете для предотвращения упругой потери устойчивости отклонение от округлости учитывают в рамках параметра запаса прочности по Е.5.

Е.4.4 Элементы жесткости

Е.4.4.1 Максимальная длина гладкого участка без элемента жесткости l для расчета должна составлять:

а) для цилиндрических оболочек без колец жесткости - длина цилиндрической части оболочки, как показано на рисунках Е.3 и Е.4;

Рисунок Е.3 - Оболочка с плоскими днищами	Рисунок Е.4 - Оболочка с выпуклыми днищами

б) для топочных камер или соответственно (см. рисунок Е.5), в зависимости от большего значения (учитывают только поперечные трубки с наружным диаметром 108 мм и более, при этом должно выполняться условие . Количество волн деформации определяют по Е.5.3, при этом принимают ).

Рисунок Е.5 - Топочная камера

в) для цилиндрических оболочек с кольцами жесткости - расстояние между центрами двух эффективных элементов жесткости, как показано на рисунке Е.6.

Рисунок Е.6 - Кольца жесткости

Е.4.4.2 Если обычная гладкая топка приварена к секции волнистой топки, то для расчета гладкого участка топки используют полторы длины прямого цилиндра. Поскольку при производстве волнистых топок толщина гладкой части неизменно должна быть больше толщины волнистой части (как правило, приблизительно на 1,5 мм), формулы для расчета гладких топок для этих гладких частей не применяют, если длина нагружения гладкой части на участке от центра присоединения к днищу до начала первой волны не превышает 250 мм.

Е.4.4.3 Плоские и выпуклые днища считают эффективными элементами жесткости.

Е.4.4.4 Сварные кольца, обеспечивающие жесткость конструкции на длине l, должны иметь размеры, достаточные для предотвращения деформации или потери устойчивости. Требуемое значение момента инерции сечения кольца рассчитывают следующим образом

,

(Е.7)

где значение площади поперечного сечения кольца должно соответствовать дополнительному условию

(Е.8)

При расчете прямоугольных сечений применяют максимальное значение высоты h = 6b. Момент инерции сечения J рассчитывают относительно оси, проходящей через центр тяжести усиливающего сечения параллельно оси цилиндра, см. рисунок Е.6, ось х - х.

Кольца жесткости для топок, при необходимости, изготавливают с соблюдением соотношения и .

Е.4.4.5 Материал кольца жесткости должен обладать тем же модулем упругости и коэффициентом линейного теплового расширения, что и материал цилиндрической оболочки. Кроме того, эффективность усиления должна обеспечиваться равнопрочным сварным соединением с цилиндрической оболочкой.

Е.5 Расчетное давление

См. 7.1.4.4.

Е.6 Расчетная температура

Допустимые значения температуры (в градусах Цельсия) составляют 30 + 4 для топок с прямолинейной образующей и 30 + - для топок с криволинейной образующей. Указанные минимальные значения применяют только при малых величинах нагара.

Е.7 Допустимое напряжение

Е.7.1 Для расчета топок применяют значения расчетной прочности не выше, чем для Р 295 GH.

Е.7.2 Коэффициент запаса прочности для предела текучести прокатных и кованых сталей должен составлять:

- S = 2,0 - для горизонтальных топок с и бар, а также для вертикальных топок с р < 6 бар;

- S = 2,5 - для горизонтальных топок с и р > 6 бар.

Коэффициент запаса прочности в отношении предела прочности на разрыв для цветных металлов должен составлять:

- S = 4,0 - для цилиндрических оболочек, не подвергаемых нагреву;

- S = 2,5 - в условиях испытаний.

Е.7.3 Вне зависимости от используемого материала при расчете упругой потери устойчивости применяют значение коэффициента запаса прочности = 3,0, при этом в условиях испытаний применяют значение = 2,2. Указанные значения применяют при отклонениях от крутости не более U = 1,5%. При отклонениях от крутости 1,5% < U 2% применяют значения = 4,0 и = 3,0.

Е.8 Поправки на толщину стенки

Применяют следующие поправки на толщину стенки:

- - поправка для расчета толщины стенки в пределах допуска в соответствии с требованиями применяемых норм;

- - поправка на коррозию и износ.

Для ферритных сталей = 1 мм. Поправку допускается не использовать при толщине стенки 30 мм.

При наличии соответствующей защиты стенок поправку не применяют.

Е.9 Максимальная толщина стенки

Минимальные допустимые значения толщины стенки (номинальная толщина стенки) для прямых и волнистых топок приведены в таблице 11.

Максимальное допустимое значение толщины стенки (номинальная толщина стенки) должно быть не более 22 мм для топок и не более 30 мм для других цилиндрических оболочек, подвергаемых нагреву.