6. ИЗДАНИЕ (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97)
Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность цилиндрических обечаек, конических элементов, днищ и крышек сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, применяемых в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением и под действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов, а также устанавливает значения допускаемых напряжений, модуля продольной упругости и коэффициентов прочности сварных швов. Нормы и методы расчета на прочность применимы при соблюдении "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", утвержденных Госгортехнадзором СССР, и при условии, что отклонения от геометрической формы и неточности изготовления рассчитываемых элементов сосудов и аппаратов не превышают допусков, установленных нормативно-технической документацией.
1.1. Расчетная температура
1.1.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений.
1.1.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний.
За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 20 °C за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °C.
1.1.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °C.
При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °C при закрытом обогреве и на 50 °C при прямом обогреве, если нет более точных данных.
1.2. Рабочее, расчетное и пробное давление
1.2.1. Под рабочим давлением для сосуда и аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.
1.2.2. Под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность.
Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.
При повышении давления в сосуде или аппарате во время действия предохранительных устройств более чем на 10% по сравнению с рабочим элементы аппарата должны рассчитываться на давление, равное 90% давления при полном открытии клапана или предохранительного устройства.
Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например в аппаратах с обогревающими рубашками), за расчетное давление следует принимать либо каждое давление в отдельности, либо давление, которое требует большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное действие давлений, то допускается проводить расчет на разность давлений. Разность давления принимается в качестве расчетного давления также для таких элементов, которые отделяют пространства с внутренним избыточным давлением от пространства с абсолютным давлением, меньшим, чем атмосферное. Если отсутствуют точные данные о разности между абсолютным давлением и атмосферным, то абсолютное давление принимают равным нулю.
Если на элемент сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше рабочего, то расчетное давление для этого элемента должно быть повышено на это же значение.
1.2.3. Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.
1.2.4. Под расчетным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов или аппаратов следует понимать давление, которому они подвергаются во время пробного испытания, включая гидростатическое давление, если оно составляет 5% или более пробного давления.
За расчетные усилия и моменты принимают действующие для соответствующего состояния нагружения (например при эксплуатации, испытании или монтаже), усилия и моменты, возникающие в результате действия собственной массы присоединенных трубопроводов, ветровой, снеговой и других нагрузок.
Расчетные усилия и моменты от ветровой нагрузки и сейсмических воздействий определяют по ГОСТ 24756.
1.4. Допускаемое напряжение, коэффициенты запаса прочности и устойчивости
1.4.1. Допускаемое напряжение
- для углеродистых и низколегированных сталей
- для аустенитных сталей
. (2)--------------------------------
<*> Если сосуды и аппараты работают при многократных статических нагрузках, но количество циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий не превышает
Предел ползучести используют для определения допускаемого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данные по пределу длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимо ограничить величину деформации (перемещения).
При отсутствии данных по условному пределу текучести при 1%-ном остаточном удлинении допускаемое напряжение для аустенитной стали определяют по формуле (1).
Для условий испытания допускаемое напряжение определяют по формуле
. (3)Для условий испытаний сосудов и аппаратов из аустенитных сталей допускаемое напряжение определяют по формуле
. (4)1.4.2. Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 1.
Для сосудов и аппаратов группы 3, 4 по "Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" Госгортехнадзора СССР коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению
В случае, если допускаемое напряжение для аустенитных сталей определяют по формуле (1), коэффициент запаса прочности
Для сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при расчетном сроке эксплуатации от
, коэффициент запаса прочности допускается коэффициент запаса прочности Расчет на прочность цилиндрических обечаек и конических элементов, выпуклых и плоских днищ для условий испытания проводить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на
.1.4.3. Поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям
0,8 - для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами;
0,7 - для остальных отливок.
1.4.4. Для сталей, широко используемых в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем машиностроении, допускаемые напряжения для рабочих условий при
1.4.5. Для стального листового проката, изготовляемого согласно техническим условиям по двум группам прочности, допускаемые напряжения для первой группы прочности принимают по табл. 5 Приложения 1. Для листового проката второй группы прочности (стали ВСт3пс, ВСт3сп, ВСт3Гпс и 09Г2С) допускаемое напряжение, принимаемое по табл. 5 Приложения 1, увеличивают на 6%, а для стали 09Г2 - на 7%. При применении сталей ВСт3пс, ВСт3сп и ВСт3Гпс второй группы прочности при температуре выше 250 °C, а сталей 09Г2С и 09ГС второй группы прочности при температуре свыше 300 °C, допускаемые напряжения принимают такими же, как для стали первой группы.
1.4.6. Разрешается допускаемое напряжение при температуре 20 °C определять по п. 1.4.1, принимая гарантированные значения механических характеристик в соответствии со стандартами или техническими условиями на стали с учетом толщины листового проката. При повышенных температурах допускаемые напряжения, принимаемые с учетом толщины проката и групп прочности стали, разрешается определять по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.
1.4.7. Расчетные механические характеристики, необходимые для определения допускаемых напряжений при повышенных температурах для сталей, не приведенных в Приложении 1, определяют после проведения испытаний представительного количества образцов, обеспечивающих гарантированные значения прочностных свойств.
1.4.8. Для элементов сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при разных за весь период эксплуатации расчетных температурах, в качестве допускаемого напряжения разрешается принимать эквивалентное допускаемое напряжение
, (5)где
; - общий расчетный срок эксплуатации, ч;m - показатель степени в уравнениях длительной прочности стали (для легированных жаропрочных сталей при разнице расчетных температур эксплуатации не более 30 °C рекомендуется принимать m = 8).
Этапы эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по ступеням температуры в 5 и 10 °C.
(Поправка).
1.4.9. Для сосудов и аппаратов, работающих при многократных нагрузках, допускаемую амплитуду напряжений определяют по ГОСТ 25859.
1.4.10. Для элементов сосудов и аппаратов, рассчитываемых не по предельным нагрузкам (например фланцевых соединений), допускаемые напряжения должны определять по соответствующей нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.
1.4.11. Расчетные значения предела текучести, временного сопротивления и коэффициентов линейного расширения приведены в Приложениях 2, 3.
1.4.12. Коэффициент запаса устойчивости
2,4 - для рабочих условий;
1,8 - для условий испытания и монтажа.
1.5. Расчетные значения модуля продольной упругости
1.5.1. Расчетные значения модуля продольной упругости E для углеродистых и легированных сталей в зависимости от температуры должны соответствовать приведенным в Приложении 4.
1.6. Коэффициенты прочности сварных швов
При расчете на прочность сварных элементов сосудов и аппаратов в расчетные формулы следует вводить коэффициент прочности сварных соединений:
Числовые значения этих коэффициентов должны соответствовать значениям, приведенным в Приложении 5.
Для бесшовных элементов сосудов и аппаратов
1.7. Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов
1.7.1. При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку c к расчетным толщинам элементов сосудов и аппаратов.
Исполнительную толщину стенки элемента сосуда и аппарата должны определять по формуле
, (6)где
Прибавку к расчетным толщинам следует определять по формуле
. (7)При поверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки.
Если известна фактическая толщина стенки, то при поверочном расчете можно не учитывать
1.7.2. Обоснование всех прибавок к расчетным толщинам должно быть приведено в технической документации.
При двухстороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавку
Технологическая прибавка
Прибавки
Технологическая прибавка
При расчете эллиптических днищ, изготовляемых штамповкой, технологическую прибавку
1.8. Проверка на усталостную прочность
1.8.1. Для сосудов и аппаратов, работающих при многократных нагрузках с количеством циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий более
1.8.2. Сосуды и аппараты, работающие при многократных нагрузках, проверяют на циклическую прочность по ГОСТ 25859.
2.1. Расчетные схемы
2.1.1. Расчетные схемы цилиндрических обечаек приведены на черт. 1 - 4.
![]() а - обечайка с фланцем или с плоским днищем;
б - обечайка с жесткими перегородками
Черт. 1
Гладкие обечайки с выпуклыми или коническими днищами
![]() а - обечайка с отбортованными днищами;
б - обечайка с неотбортованными днищами
Черт. 2
Гладкие обечайки с рубашкой
![]() Черт. 3
![]() Черт. 4
Примечание. Черт. 1 - 4 не определяют конструкцию и приведены только для указания расчетных размеров.
2.2. Условия применения расчетных формул
для обечаек и труб при D >= 200 мм; для труб при D < 200 мм.2.2.2. Расчетные формулы, приведенные в пп. 2.3.2, 2.3.4 - 2.3.7 и 2.4.2 следует применять при условии, что расчетные температуры не превышают значений, при которых учитывается ползучесть материалов, т.е. при таких температурах, когда допускаемое напряжение определяют только по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности). Если нет точных данных, то формулы допускается применять при условии, что расчетная температура стенки обечайки из углеродистой стали не превышает 380 °C, из низколегированной 420 °C, а из аустенитной 525 °C.
2.2.3. Для обечаек, подкрепленных кольцами жесткости, дополнительно к требованиям пп. 2.2.1 и 2.2.2 должны выполняться следующие ограничения:
- отношение высоты сечения кольца жесткости к диаметру
;расчетные формулы следует применять при условии равномерного расположения колец жесткости;
- в тех случаях, когда кольца жесткости установлены неравномерно, значения b и
- если
2.2.4. Расчетные формулы для обечаек, работающих под действием осевого сжимающего усилия, приведенные в п. 2.3.4, применимы при следующем условии:
.Для обечаек, у которых
, при отсутствии более точных расчетов допускается пользоваться формулой (22).2.3.1.1. Толщину стенки следует рассчитывать по формуле
, (8)где
. (9)2.3.1.2. Допускаемое внутреннее избыточное давление следует рассчитывать по формуле
. (10)2.3.1.3. При изготовлении обечайки из листов разной толщины, соединенных продольными швами, расчет толщины обечайки проводят для каждого листа с учетом имеющихся в них ослаблений.
Толщину стенки приближенно определяют по формулам (11) и (12) с последующей проверкой по формуле (13)
, (11)где
. (12)Коэффициент
цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением
![]() Черт. 5
![]() I - определение расчетной толщины стенки;
II - определение допускаемого наружного давления;
III - определение допускаемой расчетной длины;
Черт. 6
(Поправка).
где допускаемое давление из условия прочности определяют по формуле
а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяют по формуле
, (15)где
. (16)При определении расчетной длины обечайки l или L длину примыкающего элемента
- для конических обечаек (днищ) без отбортовки, но не более длины конического элемента; - для конических обечаек (днищ) с отбортовкой, но не более длины конического элемента.Коэффициент
Если полученное значение коэффициента
. (17)2.3.3.1. Толщину стенки следует рассчитывать по формуле
, (18)где
. (19)2.3.3.2. Допускаемое осевое растягивающее усилие следует рассчитывать по формуле
. (20)2.3.4.1. Допускаемое осевое сжимающее усилие следует рассчитывать по формуле
, (21)где допускаемое осевое сжимающее усилие
а допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости
В формуле (23) допускаемое осевое сжимающее усилие
, (24)а допускаемое осевое сжимающее усилие
. (25)Гибкость
. (26)Приведенную расчетную длину
Примечание. В случае, если
.
Черт. 7
2.3.4.2. Для рабочих условий
допускаемое сжимающее усилие можно определять по формуле . (27)График для определения коэффициента
![]() Черт. 8
![]() Черт. 9
2.3.5.1. Допускаемый изгибающий момент следует рассчитывать по формуле
, (28)где допускаемый изгибающий момент
, (29)а допускаемый изгибающий момент
. (30)(Поправка).
2.3.5.2. Для рабочих условий
допускаемый изгибающий момент можно определять по формуле . (31)Коэффициент
График для определения коэффициента
![]() Черт. 10
Допускаемое поперечное усилие [Q] следует рассчитывать по формуле
, (32)где допускаемое поперечное усилие
, (33)а допускаемое поперечное усилие
.2.3.7. Обечайки, работающие под совместным действием наружного давления, осевого сжимающего усилия, изгибающего момента и поперечного усилия
Обечайки, работающие под совместным действием нагрузки, проверяют на устойчивость по формуле
, (35)где [p] - допускаемое наружное давление по п. 2.3.2;
[F] - допускаемое осевое сжимающее усилие по п. 2.3.4;
[M] - допускаемый изгибающий момент по п. 2.3.5;
[Q] - допускаемое поперечное усилие по п. 2.3.6.
2.4. Цилиндрические обечайки, подкрепленные кольцами жесткости
2.4.1. Обечайки с кольцами жесткости, нагруженные внутренним избыточным давлением
2.4.1.1. Определение размеров колец жесткости при внутреннем давлении
Для заданных расчетного давления p и толщины стенки s коэффициент
. (36)Если
расстояние между двумя кольцами жесткости следует рассчитывать по формуле , (37)площадь поперечного сечения кольца
. (38)Если
, то толщину стенки необходимо увеличить до такого размера, чтобы выполнялось следующее условие .Примечание. При определении площади поперечного сечения кольца жесткости
2.4.1.2. Допускаемое внутреннее избыточное давление следует определять из условия
. (39)Допускаемое внутреннее избыточное давление
Допускаемое внутреннее избыточное давление
где
. (42)2.4.2.1. Расчетные параметры подкрепленной обечайки:
- эффективную длину стенки
; (43)- эффективный момент инерции I расчетного поперечного сечения кольца жесткости следует определять по формуле
- коэффициент жесткости обечайки k, подкрепленной кольцами жесткости
. (45)Примечание. При определении момента инерции кольца жесткости следует учитывать прибавку
. (46)2.4.2.2.1. Допускаемое наружное давление
. (47)Допускаемое наружное давление
и .Допускаемое наружное давление
, (48)где
. (49)(Поправка).
2.4.2.2.2. Допускаемое наружное давление
должно соответствовать давлению [p] (см. п. 2.3.2.2). Вместо .2.4.2.3. Определение размеров колец жесткости при наружном давлении
После определения размеров кольца и обечайки по конструктивным соображениям следует провести проверку в соответствии с п. 2.4.2.2.
Толщину стенки s или расстояние b между кольцами жесткости для заданного расчетного давления p следует определять с помощью номограмм (см. черт. 5 и 6). При пользовании номограммой, приведенной на черт. 5, следует принимать l = b. Расчетный эффективный момент инерции кольца жесткости рассчитывают по формуле
. (50)Коэффициент
График для определения коэффициента
![]() Черт. 11
После определения расчетного эффективного момента инерции методом последовательных приближений следует выбирать профиль кольца жесткости с моментом инерции
где I - эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца жесткости, определенный по формуле (44).
2.4.3. Обечайки с кольцами жесткости, нагруженные осевым растягивающим или сжимающим усилием, изгибающим моментом или поперечным усилием
Допускаемые нагрузки следует рассчитывать по расчетным формулам пп. 2.3.3 - 2.3.6 при l = b. При определении приведенной расчетной длины
2.4.4. Обечайки с кольцами жесткости, нагруженные совместно действующими нагрузками
Расчет следует проводить аналогично расчету по п. 2.3.7, при этом допускаемое наружное давление следует определять по п. 2.4.2.2.
3.1. Расчетные схемы
3.1.1. На черт. 12 приведены расчетные схемы эллиптических, полусферических и торосферических днищ.
Выпуклые днища
![]() а - эллиптическое днище; б - полусферическое днище;
в - торосферическое днище
Черт. 12
Примечание. Чертеж не определяет конструкцию днища и приведен только для указания необходимых расчетных размеров.
3.2. Условия применения расчетных формул
3.2.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условий:
- для эллиптических днищ
, ;- для торосферических днищ
.Для торосферических днищ в зависимости от соотношения параметров R,
- тип A:
;- тип B:
, ;- тип C:
, .3.2.2. Расчетные формулы, приведенные в пп. 3.3.2 и 3.4.2, применимы при условии, если расчетные температуры не превышают значений, при которых учитывается ползучесть материалов, т.е. при таких температурах, когда допускаемое напряжение определяют только по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности).
Если нет точных данных, то допускается формулы применять при условии, что расчетная температура стенки днища из углеродистой стали не превышает 380 °C, из низколегированной не превышает 420 °C, а из аустенитной не превышает 525 °C.
3.3. Эллиптические и полусферические днища
3.3.1. Эллиптические и полусферические днища, нагруженные внутренним избыточным давлением
3.3.1.1. Толщину стенки
, (52)где
. (53)3.3.1.2. Допускаемое внутреннее избыточное давление [p] следует рассчитывать по формуле
. (54)3.3.1.3. Радиус кривизны в вершине днища равен
, (55)где R = D - для эллиптических днищ с H = 0,25D;
R = 0,5D - для полусферических днищ с H = 0,5D.
3.3.1.4. Если длина цилиндрической отбортованной части днища
- для эллиптического днищаили
- для полусферического днища, то толщина днища должна быть не меньше толщины обечайки, рассчитанной в соответствии с п. 2.3.1 при 3.3.1.5. Для днищ, изготовленных из одной заготовки, коэффициент
3.3.2.1. Толщину стенки приближенно определяют по формулам (56), (57) с последующей проверкой по формуле (58)
, (56)где
. (57)Для предварительного расчета
3.3.2.2. Допускаемое наружное давление [p] следует рассчитывать по формуле
где допускаемое давление
а допускаемое давление
3.3.2.3. Коэффициент
График для определения коэффициента
![]() Черт. 13
где
. (62)3.4. Торосферические днища
3.4.1. Торосферические днища, нагруженные внутренним избыточным давлением
3.4.1.1. Толщину стенки в краевой зоне следует рассчитывать по формуле
, (63)Для сварных днищ следует дополнительно проверить толщину стенки в центральной зоне по формуле
, (65)3.4.1.2. Допускаемое избыточное давление из условия прочности краевой зоны следует рассчитывать по формуле
Для сварных днищ необходимо дополнительно проверить допускаемое избыточное давление из условия прочности центральной зоны по формуле
За допускаемое давление принимают меньшее из давлений, определяемых по формулам (67), (68).
В случае сварки днищ из листов различной толщины в формулы (67), (68) следует подставлять соответствующие значения толщин стенок для краевой и центральной зон.
3.4.1.3. Коэффициент
(69)![]() Черт. 14
![]() Черт. 15
3.4.1.4. Для днищ, изготовленных из целой заготовки, коэффициент
(Поправка).
3.4.1.5. Если длина цилиндрической отбортованной части днища
, то толщина цилиндрической части днища должна быть не меньше толщины обечайки, рассчитанной в соответствии с п. 2.3.1 при 3.4.2.1. Торосферические днища, нагруженные наружным давлением, следует рассчитывать в соответствии с п. 3.3.2 по формулам (58), (59) и (60) при
Кроме того, наружное давление не должно превышать допускаемое давление, определяемое по формуле (67).
4.1. Область применения расчетных формул
4.1.1. Формулы применимы для расчета плоских круглых днищ и крышек при условии
.4.1.2. Допускается проводить расчет при
, но значение допускаемого давления, рассчитанного по формуле (75) или (84), следует умножить на поправочный коэффициент . (70)Если при определении толщины днища по п. 4.2.1 или 4.3.1 в результате расчета окажется, что
, то необходимо дополнительно определить допускаемое давление по п. 4.2.7 или 4.3.8 и умножить его на коэффициент При
толщину днища следует увеличить так, чтобы было выполнено условие .4.2. Расчет плоских круглых днищ и крышек
4.2.1. Толщину плоских круглых днищ и крышек сосудов и аппаратов, работающих под внутренним избыточным или наружным давлением, рассчитывают по формуле
, (71)где
. (72)4.2.2. Значение коэффициента K в зависимости от конструкции днищ и крышек определяют по табл. 3.
(Поправка).
4.2.3. Значение коэффициента ослабления
. (73)4.2.4. Значение коэффициента ослабления
. (74)Коэффициент
.![]() Черт. 16
Основные расчетные размеры отверстий указаны на черт. 16 и 17.
![]() Черт. 17
(Поправка).
4.2.5. Значение коэффициента ослабления
4.2.6. Во всех случаях присоединения днища к обечайке минимальная толщина плоского круглого днища должна быть больше или равна толщине обечайки, рассчитанной в соответствии с п. 2.3.
(76)4.3. Расчет плоских круглых крышек с дополнительным краевым моментом
4.3.1. Плоские круглые крышки с дополнительным краевым моментом (черт. 18) рассчитывают на внутреннее давление по формуле
, (77)где
. (78)![]() 4.3.2. Значение коэффициента
(79)или по графику, приведенному на черт. 19, в зависимости от отношений
и ![]() Черт. 19
Значение
или , (80)где
.4.3.1, 4.3.2. (Поправка).
4.3.3. Значение коэффициента
; при этом отверстия для болтов в расчет не принимают.4.3.4. Для крышки, имеющей паз для перегородки (например камер теплообменника), значение коэффициента
. (81)4.3.5. Толщину плоской круглой крышки с дополнительным краевым моментом в месте уплотнения
где
.В формуле (82) индекс р указывает на то, что величина относится к рабочему состоянию или испытаниям, а индекс м - состояние монтажа.
4.3.6. Значение коэффициента
(83)или согласно черт. 20 в зависимости от отношения диаметров.
![]() Черт. 20
4.3.7. Толщину края плоской круглой крышки с дополнительным краевым моментом вне зоны уплотнения
4.3.8. Допускаемое давление для плоской круглой крышки с дополнительным краевым моментом при поверочных расчетах определяют по формуле
5.1. Расчетные схемы и расчетные параметры
5.1.1. На черт. 21 - 26 приведены расчетные схемы узлов конических обечаек.
![]() а - соединение двух конических обечаек,
б - соединение конической и цилиндрической обечаек,
в - соединение конической и цилиндрической обечаек
с укрепляющим кольцом, г - соединение конической обечайки
с цилиндрической меньшего диаметра
Черт. 21
![]() а - соединение двух конических обечаек,
б - соединение конической и цилиндрической обечаек
Черт. 22
![]() Черт. 23
![]() Черт. 24
![]() Черт. 25
![]() ![]() ![]() а - днище с тороидальным переходом,
б - днище с укрепляющим кольцом,
в - днище без тороидального перехода и укрепляющего кольца
Черт. 26
5.1.2. Расчетные параметры
; ; ;- для конической обечайки (черт. 21 г)
; ; ; ;- для цилиндрической обечайки или штуцера (см. черт. 21 г)
.5.1.2.2. Расчетный диаметр гладкой конической обечайки определяют по формулам:
; ;для конических обечаек со ступенчатым изменением толщин стенки для второй и всех последующих частей за расчетный диаметр
основания.5.1.2.3. Расчетный коэффициент прочности сварных швов переходов обечаек определяют по табл. 4.
5.2. Область и условия применения расчетных формул
5.2.1. Расчетные формулы применимы при соотношении между толщиной стенки наружной обечайки и диаметром в пределах
.Выполнение такого условия для пологого конического днища
не требуется.5.2.2. Расчетные формулы, приведенные в пп. 5.3.2, 5.4.2 и 5.5.1, применимы при условии, что расчетные температуры не превышают значений, при которых должна учитываться ползучесть металлов, т.е. при температурах, когда допускаемое напряжение определяется только по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности). Если точных данных не имеется, то формулы применимы при условии, что расчетная температура стенки обечайки из углеродистой стали не превышает 380 °C, из низколегированной стали 480 °C и из аустенитной стали 525 °C.
5.2.3. Расчетные формулы настоящего стандарта не применимы для расчета на прочность конических переходов в местах крепления рубашки к корпусу.
В этом случае расчет проводится по ГОСТ 25867.
5.2.4. Расчетные формулы не применимы, если расстояние между двумя соседними узлами обечаек менее суммы соответствующих расчетных длин обечаек или если расстояние от узлов до опорных элементов сосуда (за исключением юбочных опор и опорных колец) менее удвоенной расчетной длины обечайки по п. 5.1.2.1.
5.2.5. Расчетные формулы применимы при условии, что исполнительные длины переходных частей обечаек не менее расчетных длин
Если это условие не выполнено, нужно провести проверку допускаемого давления, причем вместо
- для соединения обечаек без тороидального перехода
; ;- для соединения обечаек с тороидальным переходом при определении коэффициента
; ;5.2.6. Расчетные формулы узлов конических и цилиндрических обечаек без тороидального перехода применимы при условии выполнения углового шва с двусторонним сплошным проваром.
5.2.7. Исполнительную толщину стенки конического элемента в месте соединения двух обечаек
Исполнительная толщина стенки цилиндрического элемента в месте соединения двух обечаек должна быть не менее минимальной толщины стенки, определяемой по формулам разд. 2.
5.2.9. Расчет толщины стенок переходной части обечаек проводят либо методом последовательных приближений на основании предварительного подбора и последующей проверки для выбранных значений
либо сразу при помощи диаграмм.
Расчет по диаграммам проводят для конических переходов, у которых
За допускаемое давление, осевую силу и изгибающий момент для конической обечайки принимают меньшее значение, полученное из условия прочности или устойчивости гладкой конической обечайки и из условия прочности переходной части.
5.2.10. Расчет применим также для кососимметричных обечаек, соединенных с цилиндрическими обечайками. Расчетные величины
5.3. Конические обечайки, нагруженные давлением
, (85)где
. (86) . (87)5.3.2.1. Расчетные формулы применимы при условии
.5.3.2.2. Толщину стенки в первом приближении определяют по формулам п. 2.3.2.1 с последующей проверкой по формуле (88).
При предварительном определении толщины стенки в качестве расчетных
где допускаемое давление из условия прочности:
и допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:
. (90)Эффективные размеры конической обечайки определяют по формулам:
Значение коэффициента
. (93) ; ; .Если
, то при поверочном расчете следует принимать .5.3.3.2. Толщину стенки определяют по формулам:
; (94) . (95)В случае соединения конической и цилиндрической обечаек (черт. 21 б)
. При определении при расчете толщин стенок переходов обечаек
![]() Черт. 27
Расчет толщины стенки конического элемента перехода проводят с помощью отношения толщин стенок
: . (96) , (97)где
Для соединения конической и цилиндрической обечаек
коэффициент при выполнении проверочного расчета
![]() Черт. 28
(Поправка).
5.3.3.4. Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление [p] из условия прочности переходной части определяют по формуле
, (99)где коэффициент
![]() - при соединении с цилиндрической обечайкой (черт. 21 в)
.Если
, то при поверочном расчете следует принимать ;- при соединении по черт. 25 только при отсутствии изгибающего момента на кольце.
при соединении по черт. 21 в
, (100)где
. (101)При
при соединении по черт. 25
. (102)В случаях действия нагрузки от наружного давления или осевой сжимающей силы, или изгибающего момента сварной шов стыкового соединения кольца должен быть проварен непрерывным швом. При определении площади поперечного сечения
(Поправка).
5.3.4.3. Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление из условия прочности переходной части определяют по формулам:
- при соединении по черт. 21 в
; (103)- при соединении по черт. 25
. (104)5.3.4.4. Общий коэффициент формы для переходной части определяют по формуле
, (105)Коэффициенты
; . , (107)где
У прерывистого сварного шва действительная его ширина уменьшается в отношении длин сварного шва и всего периметра обечайки. Расстояние между концами прерывистых сварных швов должно быть не более восьми толщин стенки обечайки, и сумма всех длин сварных швов - не менее половины длины контура кольца.
; ; .5.3.5.2. Толщину стенки определяют по формуле
, (108)где
. (109)В случае соединения конической и цилиндрической обечаек (черт. 22 б)
. Коэффициент Диаграмма для определения коэффициента
при расчете толщин стенок переходов обечаек
![]() Черт. 29
5.3.5.3. Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление из условия прочности переходной части
. (110)Коэффициент
при выполнении поверочного расчета
![]() Черт. 30
5.3.5.4. Коэффициенты формы определяют по формулам:
- коэффициент
где
![]() - коэффициент
5.3.6. Соединение штуцера или внутреннего цилиндрического корпуса с конической обечайкой (черт. 21 г)
.5.3.6.2. Толщину стенки определяют по формуле
, (113) . (114)Расчет толщины стенки конического элемента переходной части проводят с помощью отношения толщин стенок
. (115)5.3.6.3. Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление из условия прочности переходной части определяют по формуле
. (116)5.3.6.4. Коэффициент формы определяют по формулам:
(119)при
.Коэффициент
Диаграмма для определения коэффициента
при расчете толщин стенок переходов обечаек
![]() Черт. 31
при выполнении поверочного расчета
![]() Черт. 32
(Поправка).
5.3.7. Пологое коническое днище с тороидальным переходом (см. черт. 26 а)
5.3.7.1. Расчетные формулы применимы для действия внутреннего избыточного давления при выполнении условия
.5.3.7.2. Толщину стенки принимают:
; (120)5.3.7.3. Допускаемое внутреннее избыточное давление принимают как большее из значения
5.3.8. Пологое коническое днище с укрепляющим кольцом (см. черт. 26 б)
5.3.8.1. Расчетные формулы применимы для действия внутреннего избыточного давления при выполнении условий
; 5.3.8.2. Толщину стенки конического днища определяют по п. 5.3.1.1 при
.5.3.8.3. Площадь поперечного сечения укрепляющего кольца определяют по п. 5.3.4.2, в котором при определении
.5.3.8.4. Допускаемое внутреннее избыточное давление определяют для конического днища по п. 5.3.1.2 при
и для укрепляющего кольца по п. 5.3.4.3, в котором при определении . Расчет применим при соблюдении требований п. 5.3.4.5.5.3.9. Пологое коническое днище без тороидального перехода и без укрепляющего кольца (см. черт. 26 в)
5.3.9.1. Расчетные формулы применимы для действия внутреннего избыточного давления при выполнении условия
.5.3.9.2. Толщину стенки принимают:
; (123)5.3.9.3. Допускаемое внутреннее избыточное давление принимают как большее из значения [p], определяемого по формуле (122) при r = 0, и меньшее из значений [p], определяемых по п. 5.3.1, при
и по п. 5.3.3.5.3.9.2, 5.3.9.3. (Поправка).
5.3.10. Пологое коническое днище, нагруженное наружным давлением
5.3.10.1. Расчетные формулы применимы для действия наружного давления при условии
.5.3.10.2. Допускаемое наружное давление определяют по формуле (88), допускаемое давление в пределах пластичности по формуле (89) и допускаемое давление в пределах упругости по формуле
, (124)где
, (125) . (126)(Поправка).
5.4. Конические обечайки, нагруженные осевыми усилиями
5.4.1.1. Толщину стенки определяют по формуле
, (127)где
. (128)5.4.2.1. Расчетные формулы применимы при условии
. , (130)где допускаемая осевая сила из условия прочности
(131)и допускаемая осевая сила из условия устойчивости в пределах упругости
; (132)5.4.3.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условий п. 5.3.3.1.
5.4.3.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле
, (134)где коэффициент формы
. (135)5.4.4. Соединение конической и цилиндрической обечаек с укрепляющим кольцом (черт. 21 в)
5.4.4.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условий п. 5.3.4.1.
5.4.4.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле
, (136)где
. (137)5.4.4.3. Проверку сварного шва укрепляющего кольца выполняют по п. 5.3.4.5.
5.4.5.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условий п. 5.3.5.1.
5.4.5.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле
, (138)где
. (139)5.4.6. Соединение штуцера или внутреннего цилиндрического корпуса с конической обечайкой (черт. 21 г)
5.4.6.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условия п. 5.3.6.1.
5.4.6.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле
, (140)где
. (141)5.5. Конические обечайки, нагруженные изгибающим моментом
- из условия прочности
, (142)- из условия устойчивости
, (143)где
; (144) (145)и
Допускаемые осевые силы определяют: [F] по п. 5.4.1.2;
5.5.2. Соединения обечаек
5.5.2.1. Допускаемый изгибающий момент из условия прочности переходной части определяют по формуле
, (146)5.6. Сочетания нагрузок
Если коническая обечайка нагружена давлением, осевой силой и изгибающим моментом и сумма эквивалентных давлений от этих нагрузок, определяемых по формулам
; , (147)составляет для соответствующего расчетного диаметра менее 10% рабочего давления, то коническую обечайку рассчитывают только на действие давления.
5.6.2. Совместное действие нагрузок
При проверке прочности или устойчивости для совместного действия нагрузок в формулах (148) и (150) для расчетного наружного давления подставляют минус p, а для осевой сжимающей силы минус F. Изгибающий момент M всегда принимают со знаком плюс.
5.6.2.1. Гладкие конические обечайки
В случае действия наружного давления необходимо проверить условия устойчивости по формуле
Кроме того, должна быть выполнена проверка устойчивости от отдельных нагрузок
Допускаемые нагрузки [p], [F], [M] определяют по пп. 5.3.2.3, 5.4.2.2 и 5.5.1. Проверку проводят, если не выполнено условие п. 5.6.1 хотя бы для одного из расчетных диаметров конической обечайки.
При внутреннем давлении в формуле (148) следует принять p = 0.
5.6.2.2. Переходные части конических обечаек
Кроме проверки условий прочности от отдельных нагрузок по формулам (149) необходимо проверить выполнение условия
где [p], [F], [M] - допускаемые нагрузки для переходной части обечайки. Проверку проводят, если не выполнено условие п. 5.6.1 при
.Обязательное
Таблица 5
и низколегированных сталей
--------------------------------
Примечания. 1. При расчетных температурах ниже 20 °C допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °C, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см2) в сторону меньшего значения.
3. Для стали марки 20 При
(2200 кгс/см2) допускаемые напряжения, указанные в табл. 1, умножают на отношение .4. Для стали марки 10Г2 при
(2700 кгс/см2) допускаемые напряжения, указанные в табл. 1, умножают на отношение .5. Для стали марок 09Г2С, 16ГС классов прочности 265 и 296 по ГОСТ 19281 допускаемые напряжения независимо от толщины листа принимают равными указанным в графе, соответствующей толщине свыше 32 мм.
Приложение 1. (Поправка).
Таблица 6
Примечания. 1. При расчетных температурах ниже 20 °C допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °C, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см2) в сторону меньшего значения.
3. При расчетных температурах ниже 200 °C сталь марок 12МХ, 12ХМ, 15ХМ применять не рекомендуется.
Таблица 7
и коррозионностойких сталей аустенитного класса
Примечания. 1. При расчетных температурах ниже 20 °C допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °C, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см2) в сторону меньшего значения.
3. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7 при температурах до 550 °C, умножают на 0,83.
4. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7 при температурах до 550 °C, умножают на отношение
,где
5. Для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7 при температурах до 550 °C, умножают на 0,95.
6. Для поковок из стали марки 03Х17Н14М3 допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на 0,9.
7. Для поковок из стали марки 03Х18Н11 допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 допускаемые напряжения умножают на 0,8.
8. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на 0,88.
9. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на отношение
,где
Таблица 8
Допускаемые напряжения для жаропрочных, жаростойких
и коррозионностойких сталей аустенитного
и аустенитно-ферритного класса
Примечания. 1. При расчетных температурах ниже 20 °C допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °C, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см2) в сторону меньшего значения.
Справочное
Механические характеристики:
для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей
Таблица 9
Таблица 10
Таблица 11
Таблица 12
Таблица 13
Таблица 14
Таблица 15
Примечание. Предел текучести для поковок, сортового проката и труб при 20 °C следует принимать:
- для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т -
;- для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т -
;- для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т -
(сорта);- для поковок из стали марок 03Х17Н14М3, 03Х18Н11 -
;- для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 -
;- для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) -
;- для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) -
(поковки),где
--------------------------------
Примечания. 1. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т пределы текучести, приведенные в табл. 16, умножают на 0,83.
2. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т пределы текучести, приведенные в табл. 16, умножают на отношение
,где
3. Для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т пределы текучести, приведенные в табл. 16, умножают на 0,95.
4. Для поковок из стали марки 03Х17Н14М3 пределы текучести, приведенные в табл. 16, умножают на 0,9.
5. Для поковок из стали марки 03Х18Н11 пределы текучести, приведенные в табл. 16, умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 пределы текучести умножают на 0,8.
6. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) пределы текучести, приведенные в табл. 16, умножают на 0,88.
7. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) пределы текучести, приведенные в табл. 16, умножают на отношение
,где
Таблица 17
--------------------------------
<*> Для расчетной температуры стенки 550 °C.
Справочное
Таблица 18
Коэффициент линейного расширения
Обязательное
![]() 1 - углеродистые и низколегированные стали;
2 - теплоустойчивые и коррозионно-стойкие хромистые стали;
3 - жаропрочные, жаростойкие и коррозионно-стойкие
аустенитные стали
Таблица 19
Обязательное
Таблица 20
Коэффициенты прочности сварных швов
--------------------------------
<*> Объем контроля определяется техническими требованиями на изготовление и правилами Госгортехнадзора СССР.
Справочное
Таблица 21
Термины, использованные в стандарте,
и их условные обозначения
Приложение 6. (Поправка).
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/gost_gosudarstvennyj-standart/15/gost_50372.html
На правах рекламы:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||