PIŚMIENNICTWO. Dotychczas Pro Novum wykonało ocenę stanu technicznego i naprawę kilkudziesięciu walczaków produkcji krajowej i zagranicznej

Transkrypt

1 Dotychcas Pro Novum ykonało ocenę stanu technicnego i naraę kilkuiesięciu alcakó roukcji krajoej i agranicnej PIŚMIENNICTWO [1] Ea Zbroińska-Scechura Prycyny uskoeń otoró rur oaoych alcakó niektórych tyach kotłó. Energetyka 3/98 str [] Ea Zbroińska-Scechura Roarstienie metalu ścianek niektórych alcakó kotłó aroych. Energetyka 10/98 str [3] Ea Zbroińska-Scechura, Eal Gresicek Wytycne moerniacji króćcó centralnych rur oaoych ora tulei łaoych alcakó. Energetyka 3/000 str [4] Jery Dobosieic, Ea Zbroińska-Scechura Zmiany łasności mechanicnych metalu ocas eksloatacji niektórych alcakó. Energetyka 5/00 str [5] M. Sceański, W. Reka Naraa re saanie otoró rur oaoych alcakó. Energetyka 5/001 str [6] Ea Zbroińska-Scechura Uskoenia sornikó urąeń searacji alcakó. Energetyka 3/1997 str [7] Ea Zbroińska-Scechura Pęknięcia termosokoe niektórych otoró alcakó kotłó ysokorężnych. Energetyka 9/97 str [8] Jery Dobosieic, Ea Zbroińska-Scechura Zmiany łasności mechanicnych metalu ocas eksloatacji niektórych alcakó. Energetyka 5/00 str [9] Ea Zbroińska-Scechura, Jery Trescyński Uskoenia alcakó kotłó aroych. Energetyka 8/93 str [10] Ea Zbroińska-Scechura, Jery Dobosieic Całkoite niscenia alcakó kotłó aroych. Energetyka 4/91 str FILIP KLEPACKI Pro Novum Porónanie stosoanych hiote ytężenioych ora różnych konstrukcji króćcó oniesieniu o obliceń ytrymałościoych alcaka (Artykuł yskusyjny) Wroaenie Artykuł nosi noy oglą na metoy oblicenioe ciśnienioych elementó cylinrycnych. Uażam, że e glęu na orusony roblem artykuł, mimo że ma charakter yskusyjny, jest art oublikoania celu ainteresoania użytkonikó i konstruktoró ciekaym ogląem na otychcas stosoane metoy oblicenioe. Jery Dobosieic Pro Novum Walcaki są to elementy ciśnienioe o klucoym naceniu la racy kotła, re co i la całego bloku energetycnego. Eentualna aaria może oroaić o ostoju kotła i strat roukcji energii elektrycnej. W iąku oyżsym nieaoność tego elementu ma uży ły na nieaoność roukcji energii elektrycnej, a tym samym na iarygoność omiotu sreającego ten roukt. Z tego oou ora rastającej konkurencji na rynku roukcji energii elektrycnej ynika, że stan technicny alcakó ma istotny ły na aaryjność blokó. Najięksy ły na nieaoność racy alcakó mają ich rojektanci natomiast ryaku już racujących urąeń możliości te są nacnie ogranicone. W Polsce alcaki tak jak inne urąenia ciśnienioe rojektuje się oarciu o reisy UDT WUDT-UC-WO-O/19: 003, których ykorystuje się hioteę okstałcenia ostacioego (M.T. Huber). Zakłaa się stałość obciążeń, którym olega alcak, omija siętrenie narężeń na otorach ora ogóle nie uglęnia się narężeń cielnych. Celem artykułu bęie określenie, jaki ły ry rojektoaniu alcakó mają oyżej ymienione uroscenia oblicenioe ora restaienie enych roiąań oblicenioych. 1. Hiotey ytężenioe Celem każej hiotey ytężenioej jest amiana restrennego ukłau narężeń na jenoosioy, którym narężenie bęie oooało oobne ytężenie materiału, co ry restrennym ukłaie. Narężenie te nayamy narężeniem reukoanym. Do najosechniejsych hiote należą: hiotea energii okstałcenia ostacioego (M.T. Huber) 1 ( ) ( ) ( ) (1) re t a + a r + r t hiotea najięksych narężeń stycnych (Tresc i Saint-Venant) re 1 3 () Hiotey te akłaają, że niebeiecny stan ostaje osiągnięty o rekroceniu (re narężenia reukoane) granicy lastycności. Natomiast ry obliceniach, ryaku hiotey Tresci, ynacono maksymalne narężenia stycne, które są a ray mniejse o narężeń reukoanych τ re ma. Z oyżsego, yniki maksymalnych narężeń stycnych liconych należy mnożyć re a re τ ma. la ciśnienia ooienie skłaoe ynosą: + 1 narężenia obooe t ( ) (3) 1 Tablica 1 Hiotea Oblicenia analitycne Narężenia maksymalne g oró (8 i 9) Narężenia śrenie g oró (13 i 15) Oblicenia Hubera 111,65 100,98 111,37 Tresci 18,9 116,61 18,5 DOZÓR TECHNICZNY 4/007 87

2 Rys. 1. Oblicenia elementó alcoych be uglęniania otoró: a g hiotey Hubera; b g hiotey Tresci narężenia osioe (4) a ( ) 1 1 narężenia romienioe r ( ) (5) 1 1 ma t ( ) (6) 3 min r ( ) (7) Po roaeniu oyżsych rónań o ogólnych formuł na narężenia reukoane otrymuje się bariej raktycne ory na oblicenie narężeń reukoanych ochoących o ciśnienia: g hiotey Hubera 3 re ( ) (8) 1 g hiotey Tresci re ( ) gie: śrenica enętrna 1 (9) śrenica enętrna śrenica, na której ynacamy narężenia ciśnienie Należy tu jenak amiętać, że ryaku hiotey Tresci ominięto narężenie śrenie co nacnie urasca oblicenia ale musi ostać sełniona oniżsa nieróność:> 1 > > 3 (10) Z oró 8 i 9 ynika, że maksymalne narężenia ystęują na śrenicy enętrnej ( ) iąku cym te narężenia bęą uglęniane nastęnych analiach. Z yrażeń na maksymalne narężenia reukoane re() (la ) nie można jenak uyskać rostej i ogonej ależności o oblicenia grubości ścianki. Dlatego też o jej oblicenia ryjmuje się ielkości śreniego narężenia reukoanego. re + re reśe( ) (11) re narężenia reukoane na oierchni enętrnej, re narężenia reukoane na oierchni enętrnej ry ałożeniu (1) 1 1 Założenie to jest słusne la / 1,4 a oyżej tej artości należy korystać sółcynnikó korekcyjnych. W iąku oyżsym otrymujemy nastęujące rónania na narężenia reukoane śrenie minimalną grubość ścianki Rys.. Oblicenia la elementó alcoych uglęnieniem otoró a g hiotey Hubera; b g hiotey Tresci 88 DOZÓR TECHNICZNY 4/007

3 Tablica Rys. 3. Schematy króćcó g Hubera reśe( ) 3 ( 4 g g) (13) Ty króćca Maksymalne narężenie g hiotey Hubera Oblicenia analitycne Maksymalne narężenie g hiotey Tresci Oblicenia analitycne D i E B C (618) (648) g Tresci g o g o 4 la 1, 4 K + 3 reśe( ) K + ( g) g la 1, 4 (14) (15) (16) gie: K narężenie ouscalne Dla orónania meto oniżej restaiono oblicenia analitycne ora elementu alcoego be uglęnienia otoró. Oblicenia ykonano la nastęujących anych: Dane: 1880 mm 1696 mm 1 MPa Zbieżność otrymanych ynikó obliceń analitycnych i otiera ałożone arunki bregoe obliceniach. Ponato nieielka różnica omięy narężeniami maksymalnymi a śrenimi skauje na słusność stosoania narężeń śrenich. Z anali ynika rónież, że narężenia reukoane oblicone na ostaie hiotey Tresci są iękse o narężeń obliconych g hiotey Hubera, latego też hiotea maksymalnych narężeń stycnych jest hioteą beiecniejsą.. Osłabienie łasca otorami i siętrenie ryotoroe narężeń W orenim roiale ynacono narężenia ściance elementu ciśnienioego nie uglęniając otoró jego łascu. Gy jenak element alcoy osiaa otory (a aycaj tak jest) należy je uglęnić analiie ytrymałościoej. W takim ryaku obciążeniach analitycnych ykorystuje się sółcynnik ytrymałościoy. Wsółcynnik ten oblica się la aanych siatek otoró. W obliceniach ytrymałościoych obiera się sółcynnik o najmniejsej artości. Oblicenia otycące tego sółcynnika Rys. 4. Analia stanu narężeń króćcó D i E, a g hiotey Hubera; b g hiotey Tresci Rys. 5. Analia stanu narężeń króćca B, a g hiotey Hubera; b g hiotey Tresci DOZÓR TECHNICZNY 4/007 89

4 Rys. 6. Analia stanu narężeń króćca C, a g hiotey Hubera; b g hiotey Tresci są seroko oisane WUDT-UC-WO-O/19: 003 i nie bęą orusane tym artykule. Siętrenia narężeń ystęują ry otorach, które elementach ciśnienioych są traktoane jako karby. W ryaku alcakó najiękse siętrenie bęie umiejscoione ry otorach o rury oaoe i jak ceśniej sominano na oierchni enętrnej (rys. ). Najięksemu siętreniu bęą ulegać narężenia obooe co ynika rokłau narężeń oierchniach alcoych ( a() / t() 1/, r() 0). Wsółcynnik siętrenia ależy o rostaienia otoró ołoce, ymiaró otoró, a ree systkim o konstrukcji króćcó tych otoró co jest restaione TRD301 ra artościami sółcynnikó siętrenia. Uglęniając sółcynnik ytrymałościoy i siętrenia narężenia reukoane ygląają nastęująco: g hiotey Hubera: 1 ( ( ) ( )) ( ( ) ( )) ( ( ) ( )) (18) re ma αt a + a r + r α t g hiotey Tresci: α t( ) r( ) (19) re ma Postaiając o narężenia skłaoe ooienich rónań (3, 4, 5) uyskujemy bariej użytecne ory na maksymalne narężenia reukoane uglęniające osłabienie łasca re otory. g hiotey Hubera: 3 α (0) re ma 1 g hiotey Tresci: re ma ( + ) + α 1 α 1 (1) Jak iaomo konstrukcja króćcó ma baro uży ły na stan narężeń ściance alcaka. W iąku oyżsym reanalioano o glęem ytężenia różne obecnie stosoane konstrukcje króćcó, różne arianty aokrąglenia kraęi króćca ora króćce la otoró o kstałcie elitycnym. Analiy stanu narężeń ostały reroaone la narężeń maksymalnych obu omaianych ceśniej hiote..1. Analia stanu narężeń różnych konstrukcji króćcó Analia stanu narężeń ostała ykonana la kilku tyoych króćcó, ich schematy ostały restaione na rys. 3. Maksymalne narężenia Maksymalne narężenia Tablica 3 Promień aokrąglenia kraęi otoru króćca, R[mm] Tablica 4 Stosunek romieni a/r [-] 1 1,5, DOZÓR TECHNICZNY 4/007

5 Rys. 7. Różne arianty aokrągleń kraęi otoru króćca D i E g hiotey Hubera a R5mm; b R10 mm; c R0 mm; R40 mm; e R60 mm Dane: 1880 mm 1696 mm 183 mm śrenica otoru 0,853 1 MPa sółcynniki siętrenia la oscególnych króćcó g TRD301 -D i E: α,9 -B i C: α,6 Analiie oano ctery tyy króćcó abuoanych na alcakach olskich elektroniach. Da ierse roaje króćcó roatryano jako jeen ryaek gyż soinę traktoano jako jenolitą cęść materiału alcaka. Otrymane yniki reroaonych obliceń analitycnych i a omocą amiescono tablicy. Należy jenoceśnie amiętać, że la łożonych ryakó metoa elementó skońconych () jest iarygoniejsa o obliceń analitycnych. Porónując obyie hiotey o glęem uyskianych ynikó można ogólnie stierić, że narężenia reukoane uyskiane na roe maksymalnych narężeń stycnych są yżse o tych otrymyanych hiotey Hubera. Różnica ta ynosi 4% la króćcó D i E. Analia stanu narężeń g óch hiote ooi rónież, że sółcynniki siętrenia g TRD301 były obierane na ostaie hiotey Tresci. Z tego też oou ryaku hiotey Hubera auażono robieżności stosunku o obliceń numerycnych. Pomimo jenak stosoania sółcynnikó siętrenia artości narężeń reukoanych naet g hiotey Tresci różnią się nacnie o ynikó otrymyanych a omocą. Wynika to tego, że sółcynnik siętrenia określony TRD301 jest jeynie roiąaniem oraźnym gyż uglęnia jeynie ty króćca omijając jenoceśnie śrenice otoru. Do okłanego analitycnego oblicania maksymalnych narężeń reukoanych alcaku należy storyć ykresy sółcynnikó siętrenia funkcji tyu króćca ora jego ymiaró geometrycnych. DOZÓR TECHNICZNY 4/007 91

6 Rys. 8. Otory o kstałcie elitycnym, a a/r1,5; b a/r; c a/r,5; a/r3 Oblicenia ykaują, że najlesym tyem jest ty B, a ynika to głónie faktu iż na kraęi otoru najuje się oatkoy materiał macniający ostaci soiny i yciągniętej rury króćca. Jenakże biorąc o uagę, że na króciec nie tylko oiałyują stałe narężenia mechanicne ale rónież cielne (scególnie mienne casie) taka uża ilość oatkoego materiału negatynie łya na stan całkoitych narężeń i żyotność tego elementu, co najuje otierenie raktyce. W iąku oyżsym najkorystniejsym roiąaniem jest konstrukcja D i E gyż nie osiaa ona oatkoego materiału ooującego rost narężeń cielnych, a narężenia mechanicne są mniejse o króćca tyu C... Warianty aokrąglenia króćca D i E Wg rytoconych obliceń króćce tyu D i E o glęem konstrukcyjnym są najkorystniejsymi króćcami, latego tylko one bęą sraane o kątem miennego aokrąglenia kraęi otoró. W orenich analiach akłaano, że romień aokrąglenia ynosi R 5 mm. Symulacje reroaono la ięciu różnych romieni aokrąglenia kraęi tj. R 5; 10; 0; 40; 60 mm. Wsystkie oblicenia reroaono numerycnie gyż roiąań analitycnych otycących tego asektu jesce nie oracoano. W iąku, że głónym celem tych symulacji jest określenie saku narężeń re mianę romienia aokrąglenia kraęi, obliceniach ykorystano jeynie hioteę Hubera. Saki narężeń małym akresie są takie same ryaku obu hiote. Z reroaonych anali ynika, że saek narężeń iąany oiękseniem romienia aokrąglenia kraęi otoru jest nieielki (la R 60 mm Δ 13 MPa). Ponato stan narężeń ry R 0 mm (Δ 11 MPa) jest raktycnie taki sam jak ry R 60 mm, co sugeruje, iż aokrąglanie kraęi otoru oyżej R 0 mm aje nikome reultaty ostaci mniejsonych narężeń. W iąku oyżsym ięksanie romienia aokrąglania kraęi otoru oyżej R 0 mm jest jeynie uasanione ryaku usunięcia ykrytych ęknięć, ięki cemu aobiegamy ystąieniu oatkoych narężeń..3. Otory o kstałcie elitycnym Króćce o kstałcie elitycnym otoru są króćcami tyu D i E, lec kstałt otoru o oierchni enętrnej alcaka jest elitycny o łużsym romieniu skieroanym orek alcaka natomiast na oierchni enętrnej alcaka jest to już okręg. W celu określenia najkorystniejsego kstałtu elisy oięksano romień skieroany orek alcaka o krotność romienia ierotnego (a/r 1,5; ;,5; 3). Promień aokrąglenia kraęi otoru ynosił R 0 mm. Wyjścioy stan narężeń, cyli la otoru kołoego (a/r 1), ostał już restaiony na rys. 7, ryaek c. Poobnie jak orenim unkcie analiy ostały reroaone na roe hiotey energii okstałcenia ostacioego. Z reroaonych anali ynika, że otory elitycne sosób nacny łyają na obniżenie narężeń maksymalnych. Saek narężeń la a/r 3, stosunku o stanu yjścioego, ynosi 31%. Istotnym jest rónież, iż saek la a/r ynosi 5% co oouje, że najefektyniejsy saek onotoyuje się łaśnie o stosunku a/r, a alse oięksanie otoru już nie aje nacniejsych efektó. Ponato reroaono oblicenia la otoru elitycnego o łużsym romieniu łuż osi alcaka cyli sytuacja jak o yslifoaniu ęknięć rejonie maksymalnych narężeń. Do anali ałożono yslifoanie na głębokość 0 mm. Z obliceń ynika, że narężenia się oięksają stosunku o narężeń ry rofilu okrągłym o około 3%. Natomiast o astosoaniu otoru elitycnego o romieniu ięksym kierunku orecnym alcaka a/r 3 saają o artości 91 MPa, co stanoi saek raie 33% stosunku o narężeń o yslifoaniu (43 MPa). 9 DOZÓR TECHNICZNY 4/007

7 Rys. 9. Kstałt otoró o naraie re slifoanie a kstałt otoru o naraie re yslifoanie ęknięć jeynie miejscu koncentracji narężeń; b kstałt otoru o yslifoaniu ęknięć i astosoaniu otoru elitycnego o ięksym romieniu kierunku orecnym alcaka Wobec oyżsego króćce otorami elitycnymi o romieniu ięksym kierunku orecnym alcaka są najkorystniejsym roiąaniem konstrukcyjnym o glęem ytężenioym. 3. Posumoanie W oracoaniu orónano ie hiotey ytężenioe tj. hioteę energii okstałcenia ostacioego (Huber) ora maksymalnych narężeń stycnych (Tresca). Z orónania ynika, że artości narężeń reukoanych otrymyanych na roe hiotey Tresci są iękse o narężeń g Hubera. Z tego oou, jako beiecniejsą, należy unać metoę maksymalnych narężeń stycnych. Oblicenia analitycne ora numerycne otierają, że sółcynniki siętrenia narężeń ryotoroych aartych TRD301 ają jeynie roiąanie rybliżone. Nie uglęniają one śrenicy otoru króćca ora obciążenia tj. ciśnienia cynnika co rónież łya na stan narężeń. Dlatego też o okłaniejsego analitycnego oblicenia maksymalnych narężeń reukoanych alcaku należy storyć ykresy sółcynnikó siętrenia funkcji śrenicy otoru i ciśnienia. Ooieni ykres można storyć oarciu o oblicenia numerycne. Preroaono rónież eryfikacje króćcó stosoanych alcakach. Na ostaie tej eryfikacji skaano kstałt D i E (rys. 3) króćca jako króciec o najkorystniejsych cechach ytrymałościoych. Ponato ykonano analiy różnych romieni aokrąglenia kraęi, których ynika, że romień R 0 mm jest ystarcającym romieniem o glęem saku narężeń a iękse romienie mają uasanienie jeynie ry usunięciu ykrytych ęknięć celu likioania oatkoych narężeń. Wykonano oblicenia la otoró elitycnych króćcó D i E, które ykaały nacny saek narężeń maksymalnych ochoących naet o 31% (la a/r 3). Doatkoo sraono, jaki ły na artość narężeń ma naraa króćca re usunięcie ęknięć (slifoanie). Naraa tylko ore usunięcie ęknięć rejonie maksymalnych narężeń (elisa o ięksym romieniu łuż osi alcaka) oouje rost narężeń o ok. 3% co konsekencji soouje ryśiesenie ostaania ęknięć tym obsare. Natomiast astosoanie tym ryaku otoru elitycnego, o łużsym romieniu kierunku orecnym, oouje rónież, jak ryaku stanu ocątkoego, uży saek narężeń tj. >30% stosunku o stanu o usunięciu tylko ęknięć. PIŚMIENNICTWO [1] Hassan A. Y. B., Moffat D. G., Brookfiel D. J.: Stress Analysis of Pressure Vessel Noles ith Ellitically Shae Holes. [] Stefanoic J.: Narężenia ryotoroe łytach i ołokach. [3] Korouš J.: Koncece raveoobnostního výočtu životnosti kotlových teles, Brno 006 r. [4] TRD 301: Zylinerschalen unter innerem űberruck. [5] Mall G.: Innerruckschellverhalten von hohlylinern mit eingescheiâten stuten. [6] Wróbleski T., Sikorski W., Rea K.: Urąenia kotłoe, WNT Warsaa 1973 r. [7] Zagrajek T., Kresiński G., Marek P.: Metoa elementó skońconych mechanice konstrukcji, Oficyna yanica Politechniki Warsaskiej, Warsaa 005 r. [8] Sielacek P., Gil C., Łokieć A.: Materiały skolenioe firmy Mesco, Tarnoskie Góry, marec 006 r. [9] Gresicek E.: Narężenia króćcu alcaka kotła OP-380, materiały Pro- Novum, Kiecień 1996 r. Informacje la Autoró Reakcja ryjmuje o ublikacji tylko race oryginalne, nie ublikoane innych casoismach ani materiałach konferencji, chyba, że ublikacja jest amaiana re reakcję. Artykuł rekaany o reakcji nie może być ceśniej oublikoany całości lub cęści innym casoiśmie, ani rónoceśnie rekaany o oublikoania nim. Fakt naesłania racy o reakcji uaża się a jenonacny ośiaceniem Autora, że arunek ten jest sełniony. Pre ublikacją Autory otrymają o oisania umoę Wyanictem SIGMA-NOT Sółka o.o. o reniesieniu ra autorskich na yłącność yacy, umoę licencyjną lub umoę o ieło o yboru Autora. Eentualną reygnację honorarium Autor oinien resłać formie ośiacenia ( numerem NIP, PESEL i aresem). Autory materiałó naesłanych o ublikacji są ooieialni a restreganie raa autorskiego. Treść racy, jak i ykorystane niej ilustracje oinny stanoić łasny orobek Autora lub musą być oisane gonie asaami cytoania. Z chilą otrymania artykułu re reakcję nastęuje reniesienie ra autorskich na Wyacę, który ma otą rao o korystania utoru, roorąania nim i ielokrotniania oolną techniką, tym elektronicną ora roosechniania oolnymi kanałami ystrybucyjnymi. Reakcja nie raca materiałó nieamóionych ora astrega sobie rao reagoania i skracania tekstó i o okonyania stresceń. Reakcja nie ooiaa a treść materiałó reklamoych. DOZÓR TECHNICZNY 4/007 93