Расчет стенок кожуха топки

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Сказанное об условиях работы листов топки в основном может быть отнесено и к листам кожуха топки. Отличием все же является, во-первых, отсутствие больших температурных деформаций и, во-вторых, большое количество отверстий,

особенно в лобовой части кожуха, ослабляющих листы. Последнее обстоятельство заставляет увеличивать толщину листа против расчетной.

Расчет толщины плоского потолка (Бельпера), а также и боковых и лобовых листов кожухов производится по формулам (4) и (5). Но коэфициент здесь берется меньшим, а именно:

С =0,015-*-0,016.

Формулы, предложенные Бахом для стационарных котлов, не учитывают дополнительных нагрузок в листах кожуха. Между тем у паровозных котлов кожух топки является как бы каркасом котла, опирающимся на раму и испытывающим дополнительные напряжения во время работы паровоза: толщину перечисленных стенок кожуха предлагаем увеличивать против расчетной на 3-4 мм; окончательной рабочей формулой считать:

б'= 6 + (0,3-г-0,4) = С /р4(а2 + Ь2) + (0,3-4-0,4) см. (11)

Листы кожуха наших старых паровозов делались толщиной на 5-6 мм больше получающихся по формулам (4) и (5). Вообще нужно заметить, что прежде значение толщины листов кожуха значительно переоценивалось в большую сторону: например, паровозы сер. «Э» и «Эу» с давлением пара в 12 атм имеют толщину боковых листов кожуха в 16 мм; у паровозов сер. «Эм», работающих с давлением пара на 16% большим, толщина листов уменьшена до 14 мм, т. е. сделана меньше на 12,5%.

Практика показала вполне надежную работу листов топок паровозов сер. «Эм». В современных мощных паровозах, котлы которых (с радиальными топками и полукруглыми потолками кожухов) оперты на раму в пяти-семи местах (по длине котла расставлены промежуточные опоры), представляется возможным дальнейшее уменьшение толщины боковых и лобовой стенок кожуха. Так, в паровозах сер. «ФД» и «ИС» эта толщина уменьшена до 13 мм; в США часто толщину этих стенок берут до 12,7 мм дм.).

Проверяя допущенное напряжение в листах на изгиб по формуле (8), получаем небольшие значения порядка:

Я, = (140 -5- 230) %г[см\ Здесь первая цифра является средней величиной напряжения для наших старых серий паровозов, вторая-для новых, мощных, типов. Отдельные старые паровозы имеют напряжения, меньшие даже 140 кг/см2; это указывает на излишнюю, ничем не обоснованную осторожность при назначении толщины листов.

Полукруглые потолки кожухов рассчитываются двумя способами, в зависимости от расположения анкерных болтов. Если последние расположены вертикально, как это сделано у наших старых паровозов и показано на фиг. 67, то полукруглый потолок рассчитывается как полубарабан по формуле:

^Оенутр ^- + с (12)

Здесь:

д - рассчитываемая толщина стенки в см; В*т:тр - внутренний диаметр окружности потолка в см;

'ав0 - временное сопротивление; для стали марки ст.-2 принимают в среднем: сг4р = 3 850 кг/см2; с - запас на износ. Обычно с = 0,10 -^- 0,15 см; (/ - коэфициент прочности заклепочного шва;

пш - степень надежности листа кожуха по продольному шву, соединяющему потолочный лист с боковыми. В зависимости от типа шва значения могут быть: пш - 4,50-^4,75 для шва внахлестку при ручной клепке (старые паровозы);.

2. Расчет стенок кожуха топки
Фиг. 67.

пш = 4,25-4-4,50-то же при клепке на прессах; это значение берется и для сварных швов встык;

пш = 4,00-ь4,25-для шва с двумя накладками при ручной клепке; это значение предусматривает двухрядный шов, при чем одна из накладок (обычно наружная) сделана узкой, с одним рядом заклепок;

пш = 3,80-5- 4,00-то же при клепке на прессах.

При вертикально расположенных анкерных болтах толщина потолка, рассчитанного по формуле (12), выходит большой. Дело в том, что формулой (12) не учитывается укрепление потолка кожуха анкерными болтами, а между тем анкерные болты можно рассматривать как элемент, удерживающий на месте не только потолок топки, для чего они, собственно говоря, и ставятся, но и потолок кожуха.

Уменьшение толщины листа против расчетной по формуле (12) возможно, но здесь приходится уже добавочно укреплять боковые участки потолка кожуха в местах между анкерными болтами и боковыми связями. На фиг. 30 (стр. 56) показано такое дополнительное укрепление в виде поперечных тяжей.

2. Расчет стенок кожуха топки
Фиг. 68.

Гораздо^рациональнее укрепление полукруглого потолка радиально расположенными анкерными болтами. Такие болты применены у нас на новых типах паровозов сер. «ФД», «ИС», «СО». Располагая анкерные болты радиально, т. е. нормально к укрепляемому каждым болтом участку потолка топки, мы имеем веерообразную их расстановку, показанную на поперечных разрезах котла на фиг. 47.

ч В этом случае анкерные болты хотя и оказываются расположенными к потолку кожуха под различными углами, но укрепляют его на всем протяжении: даже в местах перехода от анкерных болтов к распорным связям нет больших не укрепленных участков. Поэтому оказывается возможным, правда, грубо приближенно, рассчитывать потолок с радиально расположенными анкерными болтами как плоскую стенку, удерживаемую на месте анкерными болтами. Расчетной формулой является основная формула (4), значение коэфициента

С= 0,015.

Увеличивать 6 на 3-4 мм в этом случае не следует, так как здесь стенка фактически не плоская, а выпуклая, значительно лучше сопротивляющаяся внутреннему давлению и дополнительным нагрузкам. Размеры а и Ь необходимо подставлять в формулу (4) наибольшие, нужно брать именно места, где потолок" переходит в боковую стенку. Здесь угол между двумя смежными анкерными болтами достигает больших значений, и разбивка болтов на стенке кожуха выходит наиболее редкой.

Заметим, что в этих местах кожуха необходимо выполнять продольный стык листов кожуха потолка и боковой стенки. Расположив стык, как указано на фиг. 47, мы увеличиваем жесткость участка между двумя смежными анкерными болтами.

В виде примера напомним, что потолок кожуха топки паровозов сер. «ФД» и «ИС» имеет толщину 15 мм, боковые стенки и лобовой лист-13 мм. Большая толщина потолка объясняется «редкими» анкерными болтами на потолке, к тому же поставленными с перекосом. Американцы, не желая увеличивать толщины всего потолочного листа из-за недостаточной прочности его отдельных участков,

часто применяют потолок малой толщины (12-13 мм), но в боковых его частях ставят на заклепках изнутри кожуха особые подкладные листы, как это показано, например, на фиг. 68. Эта прокладка имеет толщину 9-12 мм и служит для более надежного закрепления внешних концов анкерных болтов в кожухе. Из-за косого их расположения относительно укрепляемого участка самого листа кожуха количество полных ниток нарезки в одном листе выходит крайне незначительным, доходящим иногда даже до 1%-1.

Что касается ухватного или смычного листа кожуха топки, то толщина его не рассчитывается вовсе, а выбирается по условиям штамповки и придания необходимой жесткости топочной части котла. Например, у паровоза сер. «Эм» толщина этого листа равна 18 мм, у паровозов сер. «ФД» и «ИС», имеющих большую глубину штамповки,-21,5 мм.

⇐ | Условия работы и расчет стенок топки || Конструкции паровозов || Вопрос о расчете стенок циркуляционных труб и термосифонов | ⇒