Gerse Károly

Kazánok

2., javított kiadás

7.2.3.1. Fűtőfelületek

A fűtőfelületeket, mint azt a kazánszerkezetekkel kapcsolatban a 2.2.2. fejezetben bemutattuk, döntő mértékben belső vagy (füstcsöves kazánoknál) külső nyomásra igénybe vett, egyenes és hajlított csövek alkotják. Méretezésük elsősorban nyomásra történik, de feladatukból adódóan (például függesztőcsöveknél) az egyéb igénybevételek esetenként meghaladhatják a nyomásból adódó igénybevételeket.

Egyenes csövek belső nyomásra: A méretezés a (2.1) kazánformulával történhet, amelyet − a túlhevítőkkel összefüggésben − a 2.2.2.6. fejezetben már ismertettünk.

(2.1/a)

A méretezési hőmérsékletet a vonatkozó szabványokban, számítási előírásokban [8], [7.17], [7.101] megadott pótlékok vagy a korábban ismertetett számítási összefüggések ((2.76), (2.76/a) képletek) alapján kell meghatározni. A méretezési nyomás megegyezik a kazán adott szerkezeti elemben ébredő, hidrosztatikus nyomással megnövelt engedélyezési nyomásával, kényszerátáramlású kazánok esetén a legkedvezőtlenebb üzemállapotban várható nyomással. A szerkezeti elemekben megengedett feszültség számításához a biztonsági tényezőt a 7.12. táblázatban megadott értékekkel lehet figyelembe venni. Megjegyezzük, hogy a TRD 300 [8] 200 000 órára vonatkozó tartamszilárdság-értékek figyelembevétele esetére

= 1 biztonsági tényezőt tartalmaz a hivatkozott táblázatban szereplő, hatályos szabványok által előírt 1,25 értékkel szemben, a TRD 508-ban előírásban részletezett, rendszeres ismétlődő vizsgálatokra vonatkozó szabályozás követésének feltételezésével. Megjegyezzük, hogy csőcsere esetén az újonnan beépítendő fűtőfelület, a tervezett élettartam figyelembevételével, 200 000 óránál rövidebb időtartamra vonatkozó tartamszilárdság alapján is méretezhető.

falvastagsági pótlék a cső gyártási tűréséből (a fűtőfelületeknél szokásos mérettartományban általában ±12,5%, de minden esetben egyeztetendő a csőgyártókkal), az üzemviszonyoktól függően várható kopás ellensúlyozására felvett falvastagság-pótlékból (amelynek nagysága a tervezett csőcsere időpontjától is függ), valamint a 0,75 mm korróziós falvastagság-pótlékból tevődik össze. Megfelelő vízelőkészítés esetén a korróziós falvastagság-pótlék elhagyható. Az előbbi pótlékok beszámításával kiadódó falvastagságot a következő nagyobb, szokásos méretre kell kerekíteni. Az alkalmazható legkisebb (pótlékok nélküli) falvastagságot a 7.45. ábra mutatja. A falvastagság nagy hőterhelésnek kitett elgőzölögtető csöveknél 6,3 mm-nél nem lehet nagyobb (TRD 301 [8]). Kivételt csak a nagy terhelésnek, erős kopásnak kitett, kevésbé fűtött ómega-, dupla szuper ómega-csövek (2.64. ábra) képeznek, ezeknél 10–12,5 mm falvastagság is előfordul. Túlhevítő csöveknél 8,8 mm a legnagyobb szokásos falvastagság.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5599/#m713kaz_5599 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5599/#m713kaz_5599)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5599/#m713kaz_5599)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.45. ábra. A minimális csőfalvastagság értéke [7.17], [7.101]

Tompán egymáshoz hegesztett csőkígyók esetén az axiális külső terhelésből adódó járulékos erőhatások esetén ellenőrizni kell, hogy a varrat minőségének figyelembevételével is kellő falvastagsággal rendelkezik-e a cső. Ilyen esetben a tompavarratnál a pótlékok nélküli falvastagságnak legalább:

(7.134)

méretűnek kell lenni, ahol a már ismert jelöléseken túlmenően

search	járulékos terhelésből adódó hosszirányú, tompavarratot terhelő húzóerő [N],
search	a tompavarrat roncsolásmentes anyagvizsgálatának mértékétől függő jósági tényező, search = 0,85–1,0 (10–100% varratmennyiség ellenőrzése esetén).

Egyenes csövek külső nyomásra: A füstcsöves kazánoknál, hőcserélőknél alkalmazott, külső nyomásra igénybe vett csövek falvastagságát a

(7.135)

képlettel kell meghatározni [7.101]. Az alkalmazható legkisebb, pótlékolás nélküli falvastagság, mint a 7.45. ábra mutatja, kismértékben eltér a belső nyomásra igénybe vett csövekre megadott értékektől.

A (7.135) összefüggésben alkalmazandó biztonsági tényező a [7.101] előírás alapján megegyezik a 7.12. táblázatban megadott értékekkel. Érdekességként megjegyezzük, hogy a TRD 300 előírás [8] külső nyomásra igénybe vett hengeres övek esetén, a melegfolyás-határt 1,8 nagyságú biztonsági tényezővel javasolja figyelembe venni a [7.101]-ben előírt 1,5 értékkel szemben. A méretezési hőmérséklet meghatározása a belső nyomásra igénybe vett csövekhez hasonlóan az előzőekben ismertetett, szabványokban megadott pótlékokkal vagy részletes számításokkal történhet.

Hajlított csövek, csőívek: A különféle fűtőfelületekben alkalmazott csőkötegek mindig tartalmaznak csőhajlításokat. Ezeken, az egyenes csövektől eltérően, a feszültségek a cső kerülete mentén változnak, és a hajlításból adódóan a csőfalvastagság sem lesz egyenletes. A belső íven az esetleges tömörödésből adódóan nőhet, a külső íven a nyúlásból adódóan csökken a falvastagság. Ehhez járul, hogy a hajlításból adódóan általában a csövek eredetileg kör alakú profilja is torzul. A kerület mentén eltérő feszültségek hatását a falvastagság megállapításánál, a (2.1/a) képletben szereplő

tényezővel lehet figyelembe venni. A

korrekciós tényező számítására több összefüggés ismert. A következőkben csak az egyszerű, közelítő, de az előírások által megengedett számítási eljárást ismertetjük, a pontos számítási összefüggések a hatályos szabványban [7.17], illetve a TRD 312 Anlage 2 [8] előírásban megtalálhatók. A [7.136] irodalom ezek elméleti hátterét is részletesen ismerteti. Az

> 1 és

< 4,5 közötti hajlítási sugár/külső csőátmérő tartományban (7.46. ábra):

a belső íven

(7.136/a)

a külső íven

(7.136/b)

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5614/#m713kaz_5614 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5614/#m713kaz_5614)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5614/#m713kaz_5614)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.46. ábra. Jelölések a csőívek számításához

> 4,5

hajlítási sugárral hajlított csöveket egyenes csőnek lehet tekinteni. A pótlékok nélküli legkisebb falvastagság hajlított csövek esetén sem lehet kisebb a 7.45. ábrán megadott értékeknél. A pótlékolás nélküli falvastagság negyvenszeresénél nagyobb közepes átmérőjű (

> 40) hajlított csövek nem alkalmazhatók.

A csőívekben ébredő egyenértékű feszültségeknek kisebbnek kell lenni a

megengedett feszültségnél. Ennek ellenőrzése:

adott belső átmérő esetén
1. a belső íven

(7.137/a)

1. a külső íven

(7.137/b)

adott külső átmérő esetén
1. a belső íven

(7.138/a)

1. a külső íven

(7.138/b)

összefüggésekkel történhet [8]. A képletekben szereplő méretek értelmezését a 7.46. ábra mutatja. A

az esetleges hegesztés jósági tényezője. Varrat nélküli csövekre

= 1.

Az ovalitás hatása: Mint arra utaltunk, a hajlítás következtében az eredetileg kör keresztmetszetű profil torzulhat. A hajlítás módjától függően kétféle alakváltozás jöhet létre. Hidegen végzett csőhajlításnál a külső ív lapulhat, melegen végzett alakításnál a külső ív csúcsosodhat (7.47. ábra). Az előbbit lapos ovalitásnak, az utóbbit magas ovalitásnak nevezik. A csőívek alakjának megítélésére (a 7.47. ábra jelöléseivel) két mérőszámot, a szokásos átlagos ovalitás

(7.53/a)

illetve a torzulás

(7.139)

százalékos mértékét alkalmazzák. Lapos ovalitásnál

általában kisebb 5 százaléknál, magas ovalitásnál értéke negatív. Az 5%-ot az utóbbi abszolút nagysága sem haladhatja meg. A torzulás mértéke egyik esetben sem lépheti túl a 30%-ot.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5632/#m713kaz_5632 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5632/#m713kaz_5632)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5632/#m713kaz_5632)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.47. ábra. Ovalitások a csőhajlításnál

Belső nyomás hatására a torzult csőprofil kör alakot igyekszik felvenni. Ebből adódóan a keresztmetszetben (érintőleges) hajlítófeszültség ébred. A változó üzemi igénybevételekből adódóan kis ciklusú kifáradás jöhet létre, amely sorozatos meghibásodásokhoz vezethet. Az 1980-as években számos ilyen meghibásodás történt. Az okok és a megelőzési lehetőségek vizsgálatára széles körű programot indítottak, melynek eredményeiről a [7.137], [7.138] közlemények adnak tájékoztatást. Az eredmények azonban a szabványokba, szabályzatokba a könyv összeállításának időpontjáig még nem kerültek beillesztésre. Így gyakorlati célokra megbízható számítások csak véges elemes eljárásokkal végezhetők. Az érintettek, a VGB honlapján hozzáférhető hírek alapján, a TRD mellékletét képező szoftver összeállítását tervezik. Ennek hiányában közelítő számítások a szakirodalomban hozzáférhető számítási összefüggésekkel (például [7.139]) végezhetők:

A tangenciális hajlítófeszültség maximális nagysága a 7.47. ábrán jelölt A pontban
search
< 1 esetén [7.135], az egyenes cső
search
átmérőviszonya és a torzult keresztmetszet méreteinek
search
aránya függvényében:

(7.140)

A külső erőhatásokból, hőfeszültségből eredő
search
[Nmm] hajlítónyomaték hatására az A pont közelében ébredő maximális feszültség [7.105]:

(7.141)

ahol

a cső méreteitől és a hajlítás sugarától függő paraméter:

(7.142)

A csövek változó igénybevételekre történő ellenőrzése a hengeres övekre a 7.2.2.3. fejezetben ismertetett eljárásokkal történhet. Vastagabb, illetve egyik oldalukon vagy egyenlőtlenül fűtött csöveknél a hőfeszültségek hatását is figyelembe kell venni.

Felfüggesztőelemek: A túlhevítőkkel összefüggésben a 2.142. ábrán, 2.143. ábrán, 2.144. ábrán vázoltuk a szokásos csőfelfüggesztéseket, csőköteg-merevítéseket. Az ott bemutatott, és más gyakorlati kialakítások visszavezethetők a 7.48. ábrán összefoglalt alapvető (a cső tengelyére merőleges, a cső tengelyével párhuzamos, a cső tengelyéhez viszonyítva ferde erőhatás) megoldásokra.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5643/#m713kaz_5643 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5643/#m713kaz_5643)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5643/#m713kaz_5643)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.48. ábra. Felfüggesztések, alátámasztások [7.17]

A méretezés, a vonatkozó szabvány [7.17] alapján, a

[N/mm] vonalterhelésre történik, amelyet a hegesztési varratot terhelő húzó- (nyomó-) feszültség és az esetenkénti, külpontos hajlításból adódó hajlítófeszültség eredőjeként számítanak:

(7.143)

Az előbbi összefüggésben

search	a függesztő-, tartóelemet terhelő erő [N],
search	a függesztő-, tartóelemet terhelő erő varratra merőleges összetevője [N],
search	a hajlító erő karjának nagysága [mm],
search	a varrat hossza [mm].

vonalterhelés

megengedett feszültséghez viszonyított, megengedett − a 7.48. ábrán vázolt

szögtől is függő − aránya a szabványban közölt diagramokból határozható meg. A függesztő-, alátámasztó elemek vastagságának a csőátmérő negyedénél kisebbnek kell lenni. Amennyiben túlzottan nagy vonalterhelés adódna, és az elem

méretének növelése nem kívánatos, a 7.48. ábra (a) jobb oldalán vázolt kettős elemet lehet alkalmazni.

Membránfalak: A fűtőfelületeken belül külön kell említést tenni a membránfelületekről, amelyeknél a szerkezeti kialakításból, merevítésből adódóan az egyenes, hajlított csövektől álló csőkötegekétől eltérő igénybevételek is előfordulhatnak, és méretezésük általában nem végezhető el a hagyományos, szabványosított számítási eljárásokkal.

A membránfalak − mint azt a 2.2.2. fejezetben, az egyes konstrukcióknál vázlatosan bemutattuk − a fűtőfelület funkció mellett a kazán tartószerkezetének is részét képezik. Alsó megtámasztás esetén nyomásra, függesztés esetén húzásra vannak igénybe véve. Minden esetben vannak járulékos terhelések is: a víztöltet és a membránfal súlyából, a membránfalra felfüggesztett szerkezeti elemekből (tűzálló falazatok, égők, vízlándzsák stb.), a füstjáratokban elhelyezett, membránfalakon átvezetett fűtőfelületekből, ezek be- és kilépő kamráiból, a ráterhelt kazándobból, esetleges salaklerakódásokból. Mivel az előbbi terhelések általában külpontosak, a nyomó, húzó igénybevétel mellett mindig megjelenik a hajlító igénybevétel is. A nagyobb, szabadtéri, félszabadtéri kialakítású kazánoknál a szélterheléssel is számolni kell. A membránfalakból készített doboz nyomástartó edény is, alakját a füstgázjáratokban uralkodó túlnyomás, vákuum esetén is meg kell őrizni. Utóbbit a kazánokon kívül, körben elhelyezett, a 2.2.2.1. fejezetben ismertetett bandázsgyűrűk segítik elő. A bandázsgyűrűkre jutó terhelés nagyságát távolságuk határozza meg. A csövek terhelésének csökkentésére sűrűbb alátámasztásra lenne szükség, ez a bandázsok méreteit, a járulékos terheléseket is csökkentené, ugyanakkor a gyártási költségek lényegesen növekedhetnének. Ezért a gyűrűk távolságát a technikai megvalósíthatóság mellett a gazdasági optimum figyelembevételével kell megválasztani. A bandázsokból adódó súlyterhelés, járulékos nyomatékok a membránfalakat terhelik, de esetenként a kazán acélszerkezetére is történhet terhelésátvitel. Az előbbieket rendszerezve, a bandázsokkal merevített falak méretezésénél a következő terhelésekkel kell számolni:

a belső nyomásból adódó terhelés,
az önsúlyból, a membránfalra függesztett szerkezeti elemekből, a munkaközeg súlyából, az esetleges lerakódásokból adódó súlyterhelés, szélterhelés, nem a fal síkjába eső erőhatásokból eredő hajlító nyomaték,
a füstgázoldali belső túlnyomásból adódó, a hossz mentén egyenletesen megoszló terhelés (döntően a bandázst terheli, a bandázs végén a sarkok kialakításától függően bevezetésre kerül a szomszéd falakba vagy az ezeket merevítő bandázsba),
a szomszéd falakat terhelő füstgázoldali belső túlnyomásból adódó, szomszéd oldali bandázs által közvetített, sarokmerevítésen (2.68. ábra (b, c)) bevezetett, koncentrált erő,
segédbandázsok alkalmazása esetén, az ezek bekötéseinél ébredő koncentrált erő,
a membránfal és a bandázs hőtágulásának különbségéből eredő erőhatás (meleg bandázsok esetén ez folyamatosan jelentkezhet, kettős, hideg bandázsok esetén csak a végpont konstrukciós kialakításától függően).

A nagyobb méretű berendezések kialakítását minden esetben vizsgálni kell földrengésállóságra, szabadtéri kazánkialakítás esetén szélterhelésre is.

A membránfalakkal és ezek között különösen a tűzteret határoló, tápvíz-előmelegítő, „elgőzölögtető” csőrendszerrel szembeni sokféle követelmény összehangolása gondos tervezést igényel. Ennek elvégzésére a kazángyártók véges elemes számításokat is tartalmazó számítógép-programokat, „szabványosított” számítási eljárásokat fejlesztettek ki. A Deutsche Babcock által korábban alkalmazott eljárás [7.140] főbb elemeit, felsorolásszerűen, a 7.24. táblázat foglalja össze.

7.24. táblázat [7.140]

Csőhűtés
	A teljes terhelésnél szükséges tömegáram-sűrűség meghatározása A tűztérméretekhez tartozó uszonyos csőgeometria, csőszám kiválasztása A teljes terheléshez tartozó hőátadás, csőfalhőmérséklet számítás A csőanyagra megengedett értékekkel történő összehasonlítás
Hőmérséklet-eltérések, statikus stabilitás
	Az elgőzölögtető csövek csőhossz, csőelhelyezkedés menti hőmérséklet-eltéréseinek meghatározása a hőáramsűrűség-profil alapján A csőkilépésnél adódó hőmérsékletek számítása, beleértve a párhuzamosan kapcsolt csövekben fellépő nyomásveszteséget Összehasonlítás a megengedhető anyaghőmérsékletekkel és a különböző elgőzölögtető csövek megengedett hőmérséklet-különbségeinek ellenőrzése
Feszültséganalízis, kifáradás
	A membránfal-elemek, tartószerkezet-konstrukció véges elemes számítása a csövekben fellépő hőátadás figyelembevételével Feszültségszámítás az elsődleges (belső nyomásból, súlyból, égőtérnyomásból) és másodlagos (hőmérsékletmező) feszültségek alapján Értékelés a megengedett statikus és váltakozó feszültségek figyelembevételével
A membránfal felületi hőmérséklete
	Membránfalelem hőmérséklet-mezejének meghatározása véges elemes módszerrel, a csőbeli hőátadás figyelembevételével A maximális falhőmérséklet (rendszerint gátközépben) összehasonlítása a reveképződési hőmérséklettel
Áramlási oszcilláció (dinamikus stabilitás)
	Egy fűtött cső (be- és kilépő kamrával) termohidraulikai lengésgerjesztéseinek (például fűtési zavar) numerikus szimulációja Instabilitásnál (periodikus nyomás-, áramlásingadozásnál) a kivitel módosítása

A számítás minden esetben a hőáram nagyságának, eloszlásának meghatározásával, csőhűtés megtervezésével (2.2.2.3. fejezet, 2.2.2.5. fejezet) indul. Ezt követi a főméretek felvétele, az alapvető szilárdsági számítás, majd a geometriai kialakításból, áramlási, fűtési egyenlőtlenségekből adódóan várható hőmérséklet-egyenlőtlenségek meghatározása, az anyagválasztás, a feszültséganalízis elvégzése, a várható élettartam ellenőrzése és végül a dinamikai vizsgálatok, valamint az eredmények értékelése, esetleges módosítások, ezekkel az elemzés megismétlése. Míg az atomerőműveknél a hasonló számításokra széleskörűen egyeztetett, elfogadott számítási kódok alakultak ki, addig a gőzkazánoknál ilyenek nem állnak rendelkezésre, a vevőnek, a vevő mérnökének, a biztonság érdekében eljáró hatóságoknak általában nincs módja a részletszámítások hátterének ellenőrzésére, el kell fogadniuk a szállítók által a szabványok alapján összeállított „szilárdsági” számításokat, szállítói nyilatkozatokat.

A membránfal-bandázs rendszernek a kazánban bekövetkező esetleges tűztéri robbanás esetén is meg kell őrizni kellő merevségét, hogy a kezelőszemélyzet, a környezet veszélyeztetése minimális legyen. A szokásos méretezési nyomás 500–600 mbar. Mindig célszerű ellenőrizni, hogy ez elégséges védelmet ad-e a begyújtásnál kialakuló ((6.17) képlettel számítható) nyomáshullámok ellen. Hasonlóan el kell végezni a tüzelés kiesésekor bekövetkező nyomáscsökkenés miatti esetleges vákuumra történő ellenőrzést is. Az üzemi tapasztalatok alapján a membránfalakra és a környezetre a legnagyobb veszélyt a füstgázjáratokban (például a 2.44. ábrán, 2.45. ábrán, 2.46. ábrán, 2.47. ábrán, 2.48. ábrán vázolt kazánoknál) vezetett ejtőcsövek esetleges sérülésekor kiáramló nagy mennyiségű vízből (víz-gőz keverékből) kigőzölgő gőz jelenti, amelyet a kazán füstgázelvezető rendszere csak jelentős nyomásnövekedést követően tudna elvezetni. Az ekkor kialakuló nyomáshullám azonban rendszerint nagyobb a membránfal-sarkok, a bandázsszerkezet teherbírásánál, így kedvezőbb esetben csak a sarokvarratok, kedvezőtlen esetben a bandázskeretek is felnyílnak [7.141]. Az ilyen következmények ellen csak kellő nagyságú, tűztérre, füstgázjáratokra elhelyezett robbanófedelekkel lehet védekezni. A megelőzési lehetőségekre a 8.4. fejezetben, az ejtőcső-meghibásodásokkal kapcsolatban utalunk.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5659/#m713kaz_5659 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5659/#m713kaz_5659)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5659/#m713kaz_5659)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.49. ábra. Membránfal-csőanyagokkal megvalósítható nyomások

A 7.1.2. fejezetben ismertettük a membránfalak készítésénél szóba jöhető csőanyagokat, melyek nyomás és hőmérséklet függvényében történő alkalmazhatóságát (a járulékos igénybevételek elhanyagolásával) a szuperkritikus nyomású kényszerátáramlású kazánoknál gyakran alkalmazott, 42,4 mm külső átmérőjű, 6,3 mm maximális falvastagságú csőre a 7.14. ábrán összefoglalt tartamszilárdság-értékek alapján a 7.49. ábra mutatja. Látható, hogy a szuperkritikus kazánoknál várható falhőmérséklet- és nyomástartományokban csak az újonnan kifejlesztett anyagok alkalmazása javasolt.

Membránfalak közelítő számítása: Véges elemes számítási eljárások hiányában a mechanikai igénybevételekből keletkező feszültségek a 7.25. táblázatban összefoglalt képletekkel határozhatók meg. Az irodalomban (például [7.145]) a membránfalakban ébredő feszültségek számítására az előbbiektől eltérő, más méretezési eljárások is megtalálhatók.

7.25. táblázat [7.14]

	Feszültség iránya
	Axiális		Tangenciális		Radiális
Belső nyomásból	search Egy részét a gát viseli.		Külső alkotón: search Belső alkotón: search		Belső alkotón: search
Külső, cső síkjába eső terhelésből	Függőleges csőben	Vízszintes csőben	Függőleges csőben	Vízszintes csőben
	search	search	Membránfeszültség: search Hajlítófeszültség: search	Membránfeszültség: search Hajlítófeszültség: search
Külső, falra merőleges terhelésből	search	search
Járulékos nyomatékokból	search

Az előbbi képletekben (lásd a 7.51. ábrát is):

search	belső nyomás [N/mm2],
search			a cső átmérőviszonya,
search	Poisson-szám,
search	a hegesztési varrat gyengítési tényezője,
search , search		a cső, illetve a gát keresztmetszete [mm2],
search	search csőosztásra eső (víztöltetből, salaklerakódásokból, égők, felfüggesztett elemek súlyából stb. adódó) vonalterhelések eredője [N/mm],
search	a szomszéd falat terhelő füstgázoldali nyomásból a sarkon átadódó (bandázskeretre át nem vezetett) vonalterhelés [N/mm],
search	a bandázsgyűrűk közötti távolság [mm],
search	a cső falvastagsága [mm],
search	a cső közepes átmérője [mm],
search	a cső külső átmérője [mm],
search	csőosztás [mm],
search , search	a cső, illetve a gát másodrendű nyomatéka [mm4],
search	a search osztásra jutó fajlagos járulékos nyomatékok eredője [Nmm/mm].

A bandázsok sarokkialakítása befolyásolja az előbbi terheléseket, a terhelések bandázsok és membránfalak közötti megoszlását. A sarokkialakítás bandázsokat terhelő nyomatékra gyakorolt hatását vázlatosan a 7.50. ábra mutatja. Csuklós erőbevezetés esetén nagyobb lehet a bandázsok alakváltozása és a szomszédos membránfalak keresztirányú húzó igénybevétele [7.146]. Merev sarokkapcsolat esetén a sarokelemben a bandázstartók hosszirányú szabad tágulási lehetőségét biztosítani kell.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5668/#m713kaz_5668 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5668/#m713kaz_5668)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5668/#m713kaz_5668)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.50. ábra. A membránfal-sarokkapcsolatok hatása [7.146]

Hőfeszültségek a membránfalakban: A belső nyomásból, különféle mechanikai igénybevételekből adódó terhelések mellett jelentős járulékos feszültségek adódhatnak hőmérséklet-különbségekből is. Általában a csövek és a gát, a membránfal és a kapcsolódó bandázsszerkezet, az eltérő hőmérsékletű szomszédos membránfalak közötti járulékos feszültségeket, illetve az utóbbiak csatlakozó gátjainak végén kialakuló nyírófeszültségeket célszerű megvizsgálni.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5671/#m713kaz_5671 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5671/#m713kaz_5671)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5671/#m713kaz_5671)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.51. ábra. A membránfal terhelései

Az uszony, gátlemez hőmérséklete: A membránfalaknál a legnagyobb fémhőmérséklet az uszonyok végén, a gátlemez felében alakul ki. Ezek nagysága az uszonyokat, gátlemezeket egy oldalról fűtött bordaként közelítve számítható [7.142]:

Az uszonyos cső hegesztési varratának várható hőmérséklete a talpponti
search
hőmérsékletből kiindulva:

(7.144)

A gátlemez felében várható hőmérséklet (a cső határrétegében, a csőfalban és a gátlemezben bekövetkező hőmérséklet-növekedést figyelembe véve):

(7.145)

Az előbbi képletekben (a méretek jelölését a 7.51. ábra (a) is mutatja):

search	gát, uszony hőmérséklete [°C],
search	cső falhőmérséklet az uszony talppontjánál [°C],
search	közeg hőmérséklet a csőben [°C],
search	füstgázoldali hőáram sűrűség [W/m2],
search	uszony magassága, gátlemez szélessége [mm],
search	csőfal vastagsága [mm],
search	uszony vastagsága a csőnél [mm],
search	gátlemez, uszonyvég vastagsága [mm],
search	hűtőközeg oldali hőátadási tényező [W/m2K],
search	cső anyagának hővezetési tényezője [W/mK],
search	uszony, gátlemez anyagának hővezetési tényezője [W/mK].

Az előbbieknél részletesebb, véges elemes számításokkal is ellenőrzött, közelítő összefüggéseket [7.143] ismertet. A gátlemezek vastagsága egységesen 6 mm, a cső falvastagságának gyártástechnikai okokból legalább 4 mm-nek kell lenni. A csövekre a gátlemezt mindkét oldalról rá kell hegeszteni. A két varrat együttes mérete nem lehet kisebb a gátlemez-vastagság 125%-ánál. A gátlemez maximális szélessége a 30 mm-t nem haladhatja meg. Az uszonyos csövek hegeszthetők egy oldalról is, ez esetben a varrat méretének legalább az uszonyvastagság 5/7 részét el kell érni.

A hőmérséklet-eltérésből adódó járulékos terhelés: Meleg bandázsok vagy kapcsolólemezzel támasztott bandázskialakítások esetén a membránfal és a bandázs eltérő hőmérsékletéből adódó járulékos erőhatást a következő összefüggéssel lehet meghatározni [7.147]:

(7.146)

Az előbbi képletben

search	a membránfal és a bandázs közötti hőmérséklet-különbség [°C],
search	a membránfal merevsége [N],
search	a kapcsolólemez merevsége [N],
search	a bandázs merevsége [N],
search	a bandázzsal együttműködő csőfalsáv szélessége [mm], (7.52. ábra),
search	csőosztás [mm],
search	a kapcsolólemez magassága [mm],
search	a kapcsolólemez vastagsága [mm]
search	a kapcsolólemez rugalmas (hegesztések közötti) hossza [mm],
search	a szimmetriasíktól mért távolság [mm],
search	a membránfal egységnyi vonalterhelésre bekövetkező alakváltozása a search osztásközben [mm/N/mm], számítása a [7.147] irodalomban megadott diagram közelítése alapján a
search
	összefüggéssel lehetséges.
search	a bandázs keresztmetszete [mm2].

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5685/#m713kaz_5685 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5685/#m713kaz_5685)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5685/#m713kaz_5685)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.52. ábra. A membránfal és a bandázs közötti kapcsolat [7.14]

A membránfalban ébredő erő nagysága elsősorban a kapcsolólemezek

hosszától és a membránfal és a bandázs közötti

hőmérséklet-különbségtől függ. A lemez hosszának növelése, a hőmérséklet-különbség csökkentése mérséklik a járulékos erőhatásokat, ugyanakkor a kapcsolólemez hosszának növelésével nő a membránfalat terhelő hajlítónyomaték, a hőszigetelés vastagításával a súlyterhelés, így az optimális megoldást az összefüggő paraméterek együttes vizsgálatával kell kialakítani.

Eltérő hőmérsékletű membránfalak kapcsolódása: A fűtőfelületek optimális kialakítása érdekében gyakori eltérő hőmérsékletű (elgőzölögtető-túlhevítő, vagy túlhevítő-túlhevítő) membránfalak (rendszerint sarok-sarok kapcsolattal történő) egymáshoz erősítése. Ilyen esetekben a membránfalakban, illetve a csatlakozó uszony-uszony vagy cső-gátlemez varratoknál járulékos feszültségek ébrednek. A kialakuló feszültségek közelítőleg, analitikus módszerekkel is számíthatók [7.148]. A hazai gyakorlatban például az 1980-as évek elején üzembe helyezett, ajkai 100-M típusú kazánoknál alkalmaztak ilyen kialakítást. Az eredő feszültségek folyáshatár alatt tartásával a meghibásodások megelőzhetők [7.149]. Az egymás melletti, eltérő hőmérsékletű csöveket összekötő varratok végeinél, nem befogott végű kialakítás esetén azonban az átlagfeszültség többszörösét kitevő nyírófeszültség alakulhat ki [7.149], [7.150], ami rövid időn belül is meghibásodásokhoz vezethet. Ennek megelőzésére célszerű a csövekhez tartozó, nagyobb merevségű kamrák közvetlen vagy kapcsolóelemekkel történő egymáshoz erősítése.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5689/#m713kaz_5689 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5689/#m713kaz_5689)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5689/#m713kaz_5689)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.53. ábra. Egy oldalon fűtött cső alakváltozása

A bandázsfelületre merőlegesen ébredő erők: Az egyik oldalukon fűtött membránfalak a fűtött oldalukon jobban megnyúlnak, így a füstjáratok felé be akarnak domborodni. Az alakváltozást a bandázstartók megakadályozzák, így a bandázskereteket a hőmérséklet-különbségtől, bandázstávolságtól is függő, a füstjáratok felé mutató erőhatások terhelik, amelyek a füstgázoldali nyomásból adódó erőhatásokat részben kiegyenlíthetik. Miután az egyes párhuzamosan kapcsolt csövek fűtöttsége különböző, a csövek, bandázsgerendák a terhelések hatására meghajlanak, nagyon bonyolult erőjáték alakulhat ki, amelyet hagyományos módszerekkel nem lehet vizsgálni. Közelítő becslés az egyetlen csőelem gátolt alakváltozása esetén ébredő erő számításával végezhető (7.53. ábra):

(7.147)

Az előbbi képletben

search	egy osztásköznyi cső-gát rendszer másodrendű nyomatéka [mm4],
search	a cső anyagának rugalmassági együtthatója [N/mm2],
search		a cső feltételezett behajlása a fűtött és fűtetlen oldali hőmérséklet-különbség hatására [mm],
search	a szomszédos bandázsgyűrűk távolsága [mm].

behajlás előbbi összefüggésében szereplő

[mm] képzeletbeli, görbült sugár az

kifejezésből adódik a cső

[mm] közepes átmérője, anyagának adott hőmérséklet-különbségre vonatkozó

átlagos lineáris hőtágulási együtthatója és a fűtött és fűtetlen csőoldalak közötti

átlagos hőmérséklet-különbség alapján.

A csövek szabad mozgása, gátolt tágulása: A membránfalakba a 2.147. ábrán vázolt módon befogott csövek a füstjáratokban általában szabadon elmozdulhatnak, a membránfal és a belépő-, elvezetőkamra közötti szakasz mozgása azonban a kamra megfogásától, csőcsatlakozásoktól függően rendszerint gátolt (7.54. ábra). A csövek a szabadon elmozduló szakaszokon is járulékos terheléseknek lehetnek kitéve, mivel a membránfal, a függesztőcsövek, a fűtőfelületi csövek az üzemállapottól (hőmérséklettől, mechanikai terheléstől) függően különbözőképpen tágulnak, rövidülnek. Így előfordulhat, hogy a környezeti hőmérsékleten erőhatásmentesen szerelt fűtőfelületi csövekben, üzem közben, a befogásnál hajlítófeszültség ébred. A vízszintesen elmozduló, hosszukat változtató fűtőfelületi csövek a tartófüleken keresztül a függesztőcsöveket oldalirányban is el kívánják mozdítani. Az előbbi hatásokból adódó járulékos terhelések általában alacsonyak, ennek ellenére mindig célszerű a különböző üzemállapotokban várható rendezetlen elmozdulások maximális mértékének és az igénybevételeknek a meghatározása.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m713kaz_5697/#m713kaz_5697 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m713kaz_5697/#m713kaz_5697)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m713kaz_5697/#m713kaz_5697)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

7.54. ábra. Membránfalba befogott csövek szabad mozgása és gátolt tágulása

Az előbbiektől eltérően a membránfal és a kamrák közötti gátolt hőtágulás esetén (7.54. ábra (b)) a csövek számától, a mozgásában gátolt hosszától, vonalvezetésétől függően jelentős járulékos feszültségek alakulhatnak ki. Ezek elsősorban a bekötőcsövek csőíveiben, kamrákhoz csatlakozó csonkokban jelentkezhetnek. Előfordulhat, hogy a csövek által közvetített erőhatások eredőjeként a kamra csavaró igénybevételnek lesz kitéve. Az egyes, rendszerint különböző alakú csövekben ébredő erőhatások közelítő számítása azt feltételezve végezhető el, hogy a membránfal és a kamra alakja nem változik, és ezeken a fix (vagy a megfogás módjától, merevségtől függően csak korlátozottan elmozduló) befogási pontokon ébredő erők hatására a csövek egyenes szakaszaikon meghajlanak, változik a csőívek hajlásszöge. A csövek terhelés alatti alakváltozására vonatkozó számítási összefüggések az irodalomban megtalálhatók [7.139], [7.151], [7.152].

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2020

ISBN: 978 963 454 492 0

Műszaki tudományok BME GPK tankönyvek

Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.

Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero