При изготовлении паровых котлов очень большое распространение получила дуговая сварка с металлическим электродом, впервые пред­ложенная и осуществленная в 1888 г. русским инженером Н. Г. Славя - новым (1854—1897 гг.)

13 Гарькуша и Ющина 649

Поэтому разработка конструкции котла должна производиться в пол­ном соответствии с действующими Правилами Котлонадзора по при­менению сварки при проектировании и изготовлении паровых котлов. К проекту сварной конструкции котла следует обязательно приложить полный расчет сварных соединений с указанием принятых допускаемых напряжений для основного и наплавленного металлов шва.

Ниже приводятся требующие обязательного выполнения нормы и указания Котлонадзора для расчета и конструирования паровых котлов.

При сварке деталей паровых котлов можно применять следующие типы сварных швов: 1) стыковые с плоскими кромками листов(фиг. 73, я),

Фиі. 73. Типы сварных швов, применяемых в коглостроении.

односторонние с подваркой со стороны вершины (фиг. 73, б и в) и двухсторонние (фиг. 73, г и д); 2) валиковые угловые (фиг. 73, е.);

3) двухсторонние валиковые при соединении втавр (фиг. 73, ж);

4) валиковые при соединении внахлестку: односторонние (фиг. 73, з) и двухсторонние (фиг. 73, и).

Для соединения листов цилиндрической части (барабанов) и огневой коробки локомобильных котлов наиболее часто применяются односто­ронние швы с подваркой со стороны вершины. Подготовка кромок листов дли этих швов показана: на фиг. 74, а — для автоматической сварки и на фиг. 74, б — для ручной.

При сварке листов толщиной более 12 мм во избежание их коро­бления и для лучшего провара может применяться также и двухсто­ронний стыковой симметричный шов с Х-образным скосом кромок (фиг. 73, д).

Для приварки к основному листу колец, укрепляющих ослаблен­ные отверстиями (для лаза, люков и т. п.) его части, и для соединения отбортованных деталей толщиной не более 20 мм применяется сварное соединение внахлестку (фиг. 73, з и и). Ширина нахлестки b должна быть не менее четырехкратной толщины самого тонкого из сваривае­мых листов.

Валиновые двухсторонние швы для соединения втавр (фиг. 73, ж) применялись одно время для приварки трубной решетки со стороны дымовой коробки. Валиковне угловые швы (фиг. 73, е) используются при изготовлении дымовой коробки.

При соединении встык штампованного днища котла с цилиндриче­ской частью расстояние I от кромки сварного шва до начала закругле-

Фиг. 74. Подгоювка кромок под стыковую сварку швов
локомобильных котлов.

ния днища принимается: 1) I > 25 мм при толщине стенки отбортован-
ного элемента 5 до 10 мм; 2) / > 40 мм при S — 10 —f— 20 мм и

3) при 5 > 20 мм I больше или равно толщине стенки, но не ме­нее 50 мм.

При разнице толщин стенок свариваемых элементов не более 5 мм допускается применение стыковых швов любого вида без предвари­тельного утонения более толстой стенки.

При разнице толщин стенок Sx — S2 > 5 мм плавный переход от одного элемента к другому должен быть обеспечен обработкой более толстого элемента на длине не менее чем — 52).

При соединении встык элементов одинаковой толщины допускается смещение кромок на величину, не превышающую 10% толщины со­единяемых элементов, но не более 3 мм.

Для горячекатанных труб диаметром от 57 до 108 мм при толщине стенки от 5 мм и выше разрешается смещение кромок не более чем на 15% средней толщины стенки.

При сварке встык элементов, укрепленных связями или анкерными болтами, допускается соединение двух элементов при разнице в тол­щине их, не превосходящей 50% толщины тонкого элемента, без пред­варительного утонения более толстого.

Не рекомендуется размещать отверстия в местах расположения сварных швов.

Продольные сварные швы в обечайках цилиндрической части котла должны смещаться на величину не менее 200 мм.

При расчете на прочность сварных соединений в элементах паровых котлов вводятся нижеследующие значения коэфициента ф прочности сварных соединений:

1. Для стыковых швов всех видов, выполняемых вручную и подва­риваемых со стороны вершины шва, ср = 0,95.

2. Для стыковых швов всех видов, допускающих сварку только с одной стороны, для продольных швов ср = 0,7 и для поперечных ср =г 0,8.

Примечание. Для сварных соединений, допускающих сварку только с одной стороны, разрешается непровар в корне шва, не превышающий 15°/, толщины стенок свариваемых изделий. Для стенок толщиной более 20 мм не­провар не должен превышать 3 мм.

3. Для стыковых швов всех видов, допускающих сварку только с одной стороны, но имеющих со стороны вершины шва подкладку или кольцо, плотно прилегающее к основному металлу по всему пери­метру, f = 0,9.

4. Для соединения втавр с обеспечением сплошного провара со­единяемых элементов (двухсторонний сплошной провар) применяются те же значения расчетных коэфициентов прочности шва, что и для соединения встык с проваром вершины шва.

5. Для соединений втавр без разделки под сварку, в которых не обеспечивается сплошной провар соединяемых элементов, а также для соединений внахлестку при наличии швов с двух сторон ср = 0,8.

Примечание. В случае введения в технологию сварки каких-либо усо­вершенствований, повышающих качество сварных соединений, допускается уве­личение коэфнцнента прочности сварных швов при обязательном согласовании этого вопроса с Главной инспекцией Котлонадзора МЭС.

6. Для всех сварных швов, выполняемых автоматической дуговой электросваркой под слоем флюса, вышеуказанные коэфициенты проч­ности швов по согласованию с Главной инспекцией Котлонадзора МЭС могут быть увеличены на 0,1, но выше единицы коэфициенты быть не должны.

При расчете соединений встык за расчетное сечение принимается толщина свариваемого основного металла. При сварке элементов неоди-

наковой толщины за расчетное сечение принимается толщина более тонкого элемента.

Расчетное усилие, нагружающее такие швы, выражается следующим образом:

Р — RZIS кг, (182)

где Rz — допускаемое напряжение сварного шва при растяжении или сжатии в кг)мм2;

I — длина шва в мм]

S — толщина свариваемого листа в мм.

При расчете сварных соединений с валиковыми швами, работаю­щими на растяжение или сжатие, эти швы рассчитываются как рабо­тающие на срез независимо от расположения швов по отношению к на­правлению действующего усилия. При расчете соединений внахлестку или втавр за расчетное сечение шва принимается 0,7 размера катета шва. Расчетное усилие на шов в этом случае будет

Р = Rs.0,7kl кг, (183)

где Rs—допускаемое напряжение на сварной шов при срезе в кг]мм2] k — длина катета сечения шва в мм

I — длина шва в мм.

При всех расчетах сварных швов на прочность усиление шва в рас­чет не принимается.

§ 37. РАСЧЕТ БАРАБАНА (ОБЕЧАЙКИ) ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ

КОТЛА

Стенки барабана котла (фиг. 75) находятся под действием внутрен­него давления и изгибающих усилий от веса барабана и деталей котла, расположенных на нем.

Расчет барабана производится только по внутреннему давлению. Толщина стенки находится по формуле

Рк-Рй

(230Rz — pK)f

где S—толщина стенки барабана в мм

рк — рабочее давление пара в котле в кг/см2]

D„ — внутренний диаметр барабана в мм;

Rz — допускаемое напряжение на растяжение в кг]мм2;

<р — коэфициент прочности барабана в направлении его оси;

с — прибавка к расчетной величине толщины стенки барабана в мм принимается из условий компенсации технологических допусков и коррозии металла.

Допускаемые напряжения Rz выбираются исходя из следующих соображений:

1. При расчете барабанов с температурой стенок до 250° допускае­мое напряжение находится по запасу прочности хь на основе предела прочности аь при температуре 20°:

Rz= ^ кг/мм3. (185)

2. При расчете барабанов с температурой стенок от 250 до 400° допускаемое напряжение находится по запасу прочности xs на основе предела текучести стали as при рабочей температуре:

Rz = кг/мм2. (186)

ЛГу

3. При расчете барабанов с температурой стенок более 400° допу­скаемое напряжение находится по запасу прочности хк на основе пре­дела ползучести стали ак при рабочей температуре

R? = у~ кг/мм2 (187)

или по формуле (186), причем для расчета берется меньшее значение Rz

Значения запасов прочности выбираются по табл. 20.

Величины запасов прочности при расчете барабанов и цилиндрических

коллекторов

Таблица 20 Вид барабанов и ослаблений Величины запасов прочности хь хк Барабаны сварные и бесшовные обогреваемые Барабаны сварные н бесшовные необогревае - мые (вынесенные из газохода или надежно изолированные): 1) при наличии отверстий с развальцован­ными в них трубами, либо отверстий Для 4,5 2 1 лючков................................................................... 2) при наличии отверстий, укрепленных прн помощи приварных нипелей, либо при 4,25 1,9 1 отсутствии отверстий............................................ 4 1,8 1

Определению толщины барабана котла должны предшествовать:

1) выбор марки стали, из которой будет изготовляться барабан котла, и способ изготовления, 2) выбор величины запаса прочности х и опре­деление допускаемого напряжения Яг и 3) выбор величины коэфи - циента прочности барабана в направлении его оси согласно Правилам Котлонадзора.

Для расчета барабана котла паровозного типа сельскохозяйствен­ного локомобиля П-25 приняты: 1) сталь марки 20К по ГОСТ 5520-50 с оь — 41 кг/мм2; 2) рк = 13 кг[см2; 3) D, — 688 мм; 4) tcm < 250°.

По условиям работы барабана выбраны: 1) jс* = 4,25 (барабан не - обогреваемый); 2) ср = 0,95 (стыковой шов подварен с вершины, а лист обечайки вокруг отверстия для лаза укреплен); 3) с — 1 мм.

По принятым значениям предела прочности материала аь и запаса прочности хь находим расчетное напряжение

Я* = 7І = 4^5 = 9’65 кг/мм2‘

После предварительных подсчетов определяем толщину стенки ба­рабана по формуле (184)

с _______ РкР._____ і р __________ 13-688_______ it со мм

° ~ (230Кг — Рк)9 ~1~ ~ (230-9,65—13)-0,95 1 ~ 0,0 ММ

Принимается ближайший по стандарту размер котельного листа (для локомобиля П-25 5 = 8 мм).

§ 38. РАСЧЕТ ЛОБОВОГО ЛИСТА

Лобовой лист кожуха топки (фиг. 76) представляет собой укре­пленную плоскую стенку, подверженную давлению.

К числу плоских укрепленных стенок, помимо лобового листа, при­надлежат и все остальные листы кожуха топки, а также лобовой и боковые листы огневой коробки и днища цилиндрических котлов.

Расчет таких стенок производится следующим образом.

1. Толщина плоских стенок, укрепленных равномерно расположен­ными связями, при отсутствии отверстий определяется по формуле

S = CVpK^2+^)]/r^ мм, (188)

где С — коэфициент, зависящий от конструкции стенки;

а— расстояние между рядами связей (по вертикали) в мм; b — расстояние между центрами связей в одном ряду (по горизон­тали) в мм;

аь — предел прочности материала стенки в кг/мм2.

Величина С принимается: С = 0,017 — для стенок, омываемых горя­чими газами и водой; С = 0,015 — для стенок, не омываемых горячими газами, но омываемых горячей водой; С = 0,014 — для стенок, укре­пляемых только анкерными трубами.

Для стенок, омываемых с одной стороны газами, а с другой — паром, толщина стенки должна быть увеличена по сравнению с расчет­ной на х/10 при условии, что она не защищена от воздействия газові предохранительными листами.

2. В случае неравномерного распределения связей определение тол­щины стенки производится по формуле

S = С.0,Ь{аг + a2)VTKY^ мм’ (189)

где flj и а2 — расстояние между связями.

Значения коэфициентаС те же, что и в формуле (188).

3. Определение толщины пло­ской стенки, укрепленной реб­рами жесткости или другими ка­кими-либо креплениями, произво­дится по формуле

5 = 0,017d Ил У мм, (190)

где d — диаметр наибольшего круга в мм, который мо­жет быть вписан на пло­ской стенке касательно к расположенным на ней креплениям.

Переходим к расчету лобового листа кожуха топки локомобиля П-25.

Лобовой лист не омывается горячими газами.

Приняв в расчете лобового листа котла паровозного типа сталь марки 20К по ГОСТ 5520-50 с аь = 41 кг[мм2; рк= 13 кг/см2; а = 110 мм; Ь= 106 мм и С =0,015, определим толщину лобового, листа в месте расположения анкерных связей по формуле (188)

= 0,015 /13(1102 + Ю62) Y|^-= 7,8 мм.

Толщину лобового листа в верхней его части, укрепленной листом жесткости при диаметре вписанного круга d— 163 мм найдем по фор­муле (190)

5 = 0,017£?У"р7|/Л= 0,017• 163]/ТЗ ]/-|^ =9,4 мм.

На основании подсчетов принята стандартная толщина котельного листа для лобового листа кожуха топки 5=10 мм (для локомобиля П-25 5= 10 мм).

Переднее днище (лобовой лист) цилиндрического котла С ВЫДВИЖ­НОЙ трубной системой (фиг. 77) является круглой штампованной деталью с плоским дном и эксцентрично расположенным отверстием для жаро­вой трубы. Переднее днище не омывается горячими газами и подобно - лобовому листу кожуха топки подвержено давлению.

Толщина плоской стенки днища определяется, так же как и верх­ней части лобового листа котла паровозного типа, по формуле (190)

Фиг. 77. Днище переднее цилиндрического котла.

При расчете переднего днища локомобиля СК-125 приняты сле­дующие исходные данные: сталь марки 20К с = 41 кг/мм2; рк = = 15 кг/см2. Диаметр вписанного круга d= 262 мм и толщина днища

5 = 0,017dVp7 V^ = 0,017.2621/Ї5|/= 16,2 мм.

Для исполнения следует принять ближайший по сортаменту размер* котельного листа.