Каркас котла
Каркас котла - пространственная рамная металлоконструкция, предназначенная для крепления (опоры или подвески) поверхностей нагрева и трубопроводов, ограждений, изоляции, площадок обслуживания и других элементов котла и вспомогательного оборудования. Он состоит из вертикальных колонн 1, горизонтальных балок 3, горизонтальных и вертикальных ферм 2, из связей-раскосов 4 и упрочненной конструкции потолочного перекрытия (рис. 87). Колонны 1 крупных котлов изготовляют из сварных профильных балок большого размера. Сварными делают основные балки 3 потолочного перекрытия и некоторые другие горизонтальные балки. Раскосы, фермы - это профильный прокат (швеллер, двутавр), связанный между собой (сваренный) накладками 6.
Горизонтальные фермы 2 и балки так же как и связи-раскосы 4 применяют для придания поперечной устойчивости колоннам и повышения жесткости каркаса. Они могут также воспринимать нагрузки, возникающие при повышении (или колебании) давления в топке и газоходах. Основные колонны каркаса располагают по углам топочной камеры и конвективной шахты, а промежуточные вдоль стен. Число последних зависит от мощности котла. При близком расположении к топке конвективной шахты или на облегченных конструкциях конвективной шахты внутренние колонны не ставят, как например, на котлах (Пп = 1000-25-545/545 КТ (ТПП-210А).
В котлах, опирающихся на собственный каркас, для уменьшения удельной нагрузки на фундамент под колонны устанавливают опорные башмаки 5, состоящие из опорных плит и ребер жесткости. Для уменьшения термических напряжений в каркасе основные несущие его элементы располагают за пределами газоходов и их обмуровки. Сочленение обогреваемых балок, например, опорных балок поверхностей нагрева конвективной шахты с балками каркаса выполняют в виде скользящей опоры с одной стороны при неподвижном креплении с другой. К каркасу котла крепят помосты и лестницы, необходимые для обслуживания и ремонта котла, его узлов и оборудования. Лестницы и помосты являются дополнительными поперечными и диагональными связями, и их обычно также относят к элементам каркаса. Их выполняют из рам, сваренных из швеллеров и уголков, покрытых просечно-вытяжным или рифленым листом.
Во многих котлах часть поверхностей нагрева и топки подвешивают к потолочному перекрытию. В этих случаях основные несущие (хребтовые) балки сваривают из толстых листов, а трубы экранов или газоходов связывают поясами жесткости 2 (см. рис.45). Шарнирное соединение балок поясов жесткости с трубами 1 и 3 и между собой (в углах) обеспечивает линейное перемещение вдоль балок экранов при тепловом их удлинении. Котлы мощных энергоблоков, например, Пп-3650 - 25-545/545-ГМ (ТГМП-1202), Пп-2650-25-545/545-ГМ (ТГМП-204), Пп-2650-25-545/545-КТ (ТПП-804) начали выпускать без собственного опорного каркаса. Котел с площадками, лестницами и некоторым оборудованием подвешен на потолочном перекрытии, опирающемся нй металлоконструкцию здания. Такое решение стало возможным благодаря использованию газоплотных мембранных панелей и облегченной обмуровки. Потолочное перекрытие здания, воспринимающее все нагрузки, выполняют из нескольких мощных хребтовых балок значительного сечения и высоты (до 7 м), и связывают поперечными балками меньшего размера. Такую систему связи мощных балок называют жестким диском.
Хребтовые балки в зависимости от соотношения размеров котла могут быть расположены продольно или поперечно. Для придания жесткости стенам топки, восприятия нагрузок от наддува, от повышения давления при хлопках, а также с целью предупреждения деформации экранов предусматривают обвязочный каркас котла с горизонтальными поясами жесткости через 2,5-3 м по высоте. К нему крепят помосты и лестницы. Совмещением каркасов котла и здания удается снизить металлоемкость конструкций. На некоторых прямоточных котлах применяют щитовой каркас, опирающийся на портал, поднимающийся до отметки обслуживания котла. Поверхности нагрева собирают вместе с вертикальными щитами, включающими элементы каркаса. На верхний ряд щитов устанавливают потолочное перекрытие.
Опорные конструкции котла являются важнейшими его элементами, обеспечивающими безопасность эксплуатации всей ТЭС. При проектировании необходимо учитывать все виды нагрузок, воздействующие на них (постоянные и переменные). К постоянно действующим нагрузкам относят нагрузки от массы поверхностей нагрева, трубопроводов (барабанов) и заполняющей их среды, изоляции, обмуровки, пылегазовоздухопроводов, опирающихся на каркас, некоторых видов оборудования, устройств обдувки и очистки поверхностей нагрева. К переменным нагрузкам относят длительные, кратковременные и особые.
В процессе работы котла на каркас котла длительно действуют нагрузки от термических напряжений, частично от давления среды (например, на опоры трубопроводов и др.), массы шлака в топке, загрязнений на поверхностях нагрева, золы и дроби в системе золоулавливания (опирающейся на каркас). Кроме того, кратковременно могут сказываться ветровые и снеговые нагрузки, присутствие людей и наличие материалов на помостах и др. К особым нагрузкам относят сейсмические нагрузки, дополнительные нагрузки на каркас котла при монтаже оборудования и др. Определив нагрузки и их распределение, рассчитывают каркас котла как пространственную рамную конструкцию из балок.