Или внутренней накладки

Всякое сверление является концентратором напряжений, что приводит к снижению прочности конструкции. Для обеспечения надежности работы котла, патрубки укрепляют путем приварки дополнительных внешних или внутренних накладок в виде стальных колец расчетного диаметра.

Характер концентраций напряжений на границе отверстия и в структуре оболочки представлен на рисунке 5.14.

Рисунок 5.14 – Схема концентрации напряжений при наличии

сверлений в оболочке

Экспериментальные исследования опытных образцов показывают, что степень концентрации напряжений в оболочке при наличии в ней сверлений достигает 300 %. То есть:

(5.44)

Исследования подтверждают, что если край отверстия укрепить, то характер распределения напряжений меняется и приобретает вид, аналогичный сплошной поверхности (как при отсутствии отверстия).

Существует несколько способов укрепления отверстий, представленных на рисунке 5.15.

1. Накладка 2. Штуцер

3. Втулка 4. Штуцер с приварным кольцом

Рисунок 5.15 – Способы укрепления отверстий

Укрепление отверстия выполняется, исходя из принципа компенсации площади металла, удаленного из рассматриваемого сечения при сверлении.

Существует предельно минимальный диаметр сверления, который не требует укрепления. Разница в площади сечения металла между фактическим сверлением и предельно минимальным диаметром должна быть скомпенсирована сечением металла патрубка, накладки и сварных швов, то есть площадь укрепляющего сечения должна составлять:

, (5.45)

где f_П, м² – площадь укрепляющего сечения патрубка;

f_Н, м² – площадь укрепляющего сечения накладки;

f_СВ, м² – площадь укрепляющего сечения сварных швов.

Для плоскостей и цилиндрических поверхностей максимально допустимый диаметр неукрепляемого отверстия определяется из соотношения:

(5.46)

где d₁ – внутренний диаметр отверстия;

А – коэффициент, принимаемый по номограммам из справочной литературы.

Принцип компенсации заключается в замене удаленной при сверлении площади сечения оболочки дополнительным сечением металла патрубка, накладки и сварных швов:

f_П + f_Н + f_СВ ≥ ( d₁ – d_пред ) · h, (5.47)

где h – расчетная толщина накладки.

Для цилиндрических оболочек расчетный диаметр накладки определяют в зависимости от коэффициента (φ₀) по уравнениям:

, при φ₀ > 0,5; (5.48)

, при (5.49)

где (5.50)

Для выпуклых днищ диаметр укрепляющей накладки определяют с учетом параметра (Z):

, при ; (5.51)

, при 0,5 < < 1; (5.52)

, при , (5.53)

где Н – высота выпуклого днища;

Д_в – внутренний диаметр оболочки;

(5.54)