Поверочные расчеты котлов типа «Турботерм»

01 Февраля 2007 г.

Котлы марки «Турботерм» зарекомендовали себя как неизменно надежное и качественное оборудование. Мы постоянно работаем над оптимизацией конструкции существующих котлов и разработкой новых серий.

В данном обзоре мы хотим познакомить вас с одной из последних наших работ, которая позволит сделать более глубокий анализ в части возможностей конструкций и как следствие увеличение их надежности.

В декабре 2006 года конструкторским отделом ПГ «Рэмэкс» совместно с отделом «Прочности и ресурса энергетического оборудования» ОАО «НПО ЦКТИ» им. Ползунова И.И. Санкт-Петербург, были проведены расчеты всех серий котлов типа «Турботерм».

Рисунок 1

Целью данной работы было определение статической прочности и устойчивости конструкции, расчет температурных полей и температурных напряжений.

Проведены расчеты на циклическую прочность и усталостного повреждения основных элементов котла. В рамках этих работ определялась и сейсмостойкость котлов.

Поверочный расчет напряженно-деформированного состояния проводился методом конечных элементов в трехмерной постановке, с учетом проектных размеров и толщин, конструкции опор. При разработке расчетной схемы конструкция аппроксимировалась четырехугольными восьми узловыми трехмерными оболочечными элементами (рис.1).

Рисунок 2

Расчет на устойчивость котла от комплекса нагрузок проводился методом конечных элементов по программе ANSYS. Программа позволяет определить коэффициент запаса по нагрузке для ряда основных собственных форм потери устойчивости. При выполнении расчетов учитывалось влияние весовых нагрузок, давление воды (для камеры сгорания – наружное), наличие дымогарных труб и разность температуры обечайки и дымогарных труб (рис.2).

Рисунок 3

Расчет на циклическую прочность выполнялся для узлов сопряжения жаровой трубы с трубной доской, сопряжения дымогарных труб с трубной доской и зоны максимального изгиба в трубной доске от давления – зон в которых возникают наибольшие размахи приведенных напряжений (рис.3).

Расчет на циклическую прочность выполнялся для узла сопряжения днища наружной обечайки с трубной доской – зоны в которых возникают наибольшие размахи приведенных напряжений. В расчете учтены следующие эксплуатационные режимы:

  1. Ненагруженное состояние, собственный вес котла.
  2. Номинальный режим – давление воды, весовые нагрузки и разница температур между дымогарными трубами и наружной обечайкой котла.
  3. Режим гидравлических испытаний, давление воды 0,9 МПа.

Расчет местных условных упругих приведенных напряжений, накопленного усталостного повреждения для расчетных блоков нагружения и суммарного усталостного повреждения проведены в соответствии с методикой СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Рисунок 4

Расчет на сейсмостойкость выполнялся линейноспектральным методом (ЛСМ). Метод предполагает, что основные неизвестные, т.е. перемещения, могут быть получены комбинацией (суперпозицией) собственных векторов (мод), умноженных на соответствующие масштабные коэффициенты. Поскольку собственные векторы доступны, проблема заключалась в отыскании масштабных коэффициентов (рис.4 и 5).

В качестве основы для построения итоговых спектров отклика для котла использовались обобщенные спектры ответа горизонтальных и вертикальных колебаний.

Рисунок 5

Анализ результатов поверочных расчетов котлов типа «Турботерм» показал:

  • статическая прочность котлов от основных нагруженных факторов – собственный вес, вес теплоносителя, внутреннее давление – обеспечивается по всем группам категорий напряжений при условии соблюдений размеров (толщин листов) и комбинации нагрузок (максимальное давление в котле 0,6 МПа, разность температуры дымогарных труб и наружного корпуса не превосходит 500С).
  • максимальное суммарное накопленное усталостное повреждение за предполагаемый срок эксплуатации котла a=0,87 и, следовательно, не превосходит предельное допускаемое значение, равное 1,0 (3000 полных циклов нагружения).
  • при проверке на устойчивость конструкций всех серий котлов «Турботерм» минимальный коэффициент запаса по нагрузке (для первой формы потери устойчивости) составляет Кнаг=4,08 (рис.6).
  • условия прочности всех котлов при проектном землетрясении 9 баллов выполняются.

Рисунок 6

Анализ результатов данной работы наглядно показал наиболее нагруженные зоны котлов, выделил ответственные элементы, а также позволил определить дальнейшие этапы оптимизации конструкции.

Санкт-Петербург, наб. Обводного канала, д. 193, б/ц Циолковский, 4 эт., оф. 3 
Телефон: 88005055640
Эл. почта:  office@kepspb.ru