ГОСТ 34233.5-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок (с Поправками).
ГОСТ 34233.5-2017
Группа Г02
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок
Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Calculation of shells and bottoms under Influence of support loads
___________________________________________________________
МКС 71.120
75.200
ОКП 36 0000
Дата введения 2018-08-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (АО "ВНИИНЕФТЕМАШ"), Закрытым акционерным обществом "ПЕТРОХИМ ИНЖИНИРИНГ" (ЗАО "ПХИ"), Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие ЦЕНТРХИММАШ" (ООО "НТП ЦЕНТРХИММАШ"), Акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" (АО "НИИХИММАШ")
2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 523 "Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 июля 2017 г. N 101-П)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | AM
| Минэкономики Республики Армения |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Туркмения | ТМ
| Главгосслужба "Туркменстандартлары" |
Украина | UA | Минэкономразвития Украины |
(Поправка. ИУС N 6-2019); (Поправка. ИУС N 12-2021).
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1993-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34233.5-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 августа 2018 г.
5 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов:
- ISO 16528-1:2007* "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 1. Требования к рабочим характеристикам" ("Boilers and pressure vessels - Part 1: Performance requirements", NEQ);
- ISO 16528-2:2007 "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 2. Процедуры выполнения требований ISO 16528-1" ("Boilers and pressure vessels - Part 2: Procedures for fulfilling the requirements of ISO 16528-1", NEQ)
6 Настоящий стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 52857.5-2007*
_______________
* Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1993-ст ГОСТ Р 52857.5-2007 отменен с 1 августа 2018 г.
7 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
8 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"
ВНЕСЕНЫ: поправка, опубликованная в ИУС N 6, 2019 год с учетом уточнения, опубликованного в ИУС 11-2019; поправка, опубликованная в ИУС N 12, 2021 год
1 Область применения
_______________
Нормы и методы расчета на прочность применимы при условии, что отклонение от геометрической формы и неточности изготовления рассчитываемых элементов сосудов не превышают допусков, установленных нормативными документами. Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ 34233.1 и ГОСТ 34233.2.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 34233.1-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
ГОСТ 34233.2 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек
ГОСТ 34233.6 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках
ГОСТ 34283 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность при ветровых, сейсмических и других внешних нагрузках
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
 | - длина опорной плиты седловой опоры в поперечном направлении горизонтального сосуда, мм; |
 | - площадь поперечного сечения фундаментного болта по внутреннему диаметру резьбы, мм  ; |
 | - площадь поперечного сечения кольца жесткости, мм ; |
 | - минимальная площадь горизонтального сечения седловой опоры, а также минимальная площадь поперечного сечения пластины опорной стойки, мм ; |
 | - расчетная площадь углового сварного шва приварки опорного узла и/или подкладного листа. Определяется как произведение длины сварного шва на 0,7 высоты меньшего катета сварного шва, мм ; |
 | - площадь поперечного сечения седловой опоры с учетом подкладного листа и примыкающего участка обечайки аппарата общей длиной  , мм ; |
 | - длина выступающей цилиндрической части сосуда, включая отбортовку днища, мм; |
 | - расстояние между фундаментными болтами неподвижной седловой опоры в поперечном направлении горизонтального сосуда, мм; |
 | - ширина седловой опоры, мм; |
 | - длина плиты основания опорной стойки, а также длина несущего ушка на рисунках 5 и 6, мм; |
 | - длина несущего ушка в основании, мм; |
 | - ширина подкладного листа, мм; |
 | - длина подкладного листа, мм; |
 | - ширина плиты основания опорной лапы, а также ширина кольца жесткости, мм; |
 | - расстояние между ребрами опорной лапы, мм; |
 | - максимальная длина ребра опоры, мм; |
 | - сумма всех прибавок к расчетной толщине стенки, мм; |
 | - внутренний диаметр цилиндрической обечайки или выпуклого днища, мм; |
 | - внутренний диаметр конической обечайки в сечении, соответствующем половине линии контакта опорного узла, мм; |
 | - расчетный диаметр, мм; |
 | - диаметр окружности фундаментных болтов, мм; |
 | - диаметр окружности, вписанной в шестигранник гайки фундаментного болта, мм; |
 | - диаметр окружности опорных стоек, мм; |
 | - наружный диаметр опорной стойки, мм; |
 | - диаметр подкладного листа, мм; |
 | - диаметр опорной окружности (диаметр сечения, проходящего через середину линии контакта опоры с днищем), мм; |
 | - эффективный диаметр опорной стойки, мм; |
 | - модуль упругости материала опоры, МПа; |
 | - длина свободно выступающей части эквивалентного сосуда, мм; |
 | - расстояние между точкой приложения усилия и обечайкой или подкладным листом, мм; |
 | - расстояние между осью отверстия и средней линией ушка, мм; |
 | - расстояние между точкой приложения усилия и нейтральной осью кольца жесткости, мм; |
 | - расстояние между стенкой сосуда и нейтральной осью кольца жесткости при пластическом изгибе, мм; |
 | - эквивалентное плечо нагрузки, мм; |
 | - расчетная осевая растягивающая или сжимающая сила (сжимающая сила со знаком минус), действующая на полную площадь сечения обечайки в направлении оси цилиндрической или конической обечайки (без учета нагрузки, возникающей от внутреннего избыточного или наружного давления) в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, Н; |
 | - расчетное усилие, действующее на несущее ушко, на опорную лапу или опорную стойку, Н; |
 | - расчетное усилие, действующее на  -ю седловую опору (  1, 2, ...,  , ...,  ), Н; |
 | - распорная нагрузка, действующая в расчетном поперечном сечении седловой опоры вертикальной плоскостью, проходящей через ось аппарата, Н; |
 | - расчетная нормальная сила, действующая по нормали к корпусу аппарата в месте приварки опорного узла, Н; |
 | - максимальная расчетная вертикальная сила, действующая на седловые опоры, Н; |
 | - минимальная расчетная вертикальная сила, действующая на седловые опоры, Н; |
 | - допускаемое осевое усилие из условия устойчивости, Н; |
 | - допускаемое опорное усилие на несущее ушко, допускаемое вертикальное усилие на опорную лапу и опорную цилиндрическую стойку, а также допускаемое нормальное усилие на опорную пластинчатую стойку, Н; |
 | - допускаемое опорное усилие на опору в продольном направлении, Н; |
 | - допускаемое опорное усилие на седловую опору в окружном направлении, Н; |
 | - допускаемое вертикальное сжимающее усилие, действующее на опору, Н; |
 | - допускаемое сжимающее усилие из условий устойчивости в пределах упругости, Н; |
 | - допускаемое сжимающее усилие из условий прочности, Н; |
 | - коэффициент трения между опорой и основанием; |
 | - собственный вес с содержимым в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, Н; |
 | - расстояние между средними линиями ребер, мм; |
 | - высота выпуклой части днища по внутренней поверхности без учета цилиндрической отбортовки, мм; |
 | - расстояние от центра тяжести опорной лапы, приваренной к стойке, до верхнего обреза фундамента, мм; |
 | - высота опорной лапы, мм; |
 | - максимальная высота ребра, мм; |
 | - расстояние от оси горизонтального аппарата на седловых опорах до основания, мм; |
 | - минимальный момент инерции горизонтального сечения седловой опоры, а также минимальный момент инерции пластины, мм  ; |
 | - коэффициенты; |
 | - скос ребра опорной пластинчатой стойки, мм; |
 ,  | - коэффициенты; |
 | - длина цилиндрической части сосуда, включая длину цилиндрической отбортовки днища, мм; |
 | - длина линии контакта опоры с днищем, мм; |
 | - длина опорной лапы (см. рисунок 7), а также расстояние между седловыми опорами для сосуда, опирающегося симметрично на три и более опоры (см. рисунок 10б), мм; |
 | - длина поперечного сечения ребра седловой опоры, мм; |
 | - эффективная несущая длина стенки сосуда, мм; |
 | - расстояние между двумя соседними седловыми опорами, мм; |
 | - расчетный изгибающий момент, действующий на обечайку в сечении, где расположены опорные узлы, в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, Н·мм; |
 | - расчетный изгибающий момент, действующий на консольную часть обечайки, Н·мм; |
 | - изгибающий момент, действующий на нижнюю часть седловой опоры, Н·мм; |
 | - расчетный изгибающий момент над -й седловой опорой ( 1, 2, ..., , ..., ), Н·мм; |
 | - расчетный изгибающий момент между -й и  -й опорами ( 1, 2, ..., , ..., ;  , ...,  ), Н·мм; |
 | - расчетный изгибающий момент относительно оси, перпендикулярной к нормали к корпусу аппарата в месте приварки опорного узла, Н·мм; |
 | - допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости, Н·мм; |
 | - допускаемый изгибающий момент для опорной стойки, Н·мм; |
 | - допускаемый изгибающий момент для кольца жесткости, Н·мм; |
 | - дополнительная горизонтальная сила, направленная вдоль оси аппарата, например сила при сейсмическом воздействии или нагрузка, возникающая при монтаже-демонтаже трубного пучка кожухотрубчатого теплообменного аппарата с плавающей головкой или U-образными трубами, Н; |
| - количество опор; |
 | - количество анкерных или фундаментных болтов в каждой опоре; |
 | - коэффициент запаса устойчивости [см. ГОСТ 32233.1-2017* (раздел 9)]; |
| |
 | - расчетное внутреннее избыточное или наружное давление (наружное давление со знаком минус) в условиях эксплуатации или испытания, МПа; |
 | - допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление, МПа; |
 | - расчетная поперечная сила, действующая на полную площадь сечения обечайки в направлении, перпендикулярном к оси цилиндрической или конической обечайки (без учета нагрузки, возникающей от внутреннего избыточного или наружного давления), в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, Н; |
 | - горизонтальное усилие, действующее в основании опорной лапы или в основании стойки, в случае приварки к ней опорной лапы, Н; |
 | - действующая на опору расчетная горизонтальная перерезывающая сила, перпендикулярная к оси аппарата, вызванная ветровой, сейсмической и/или другими внешними нагрузками, Н. В случае аппаратов на седловых опорах сила приложена в точке пересечения плоскости опоры с осью аппарата; |
 | - расчетная сдвигающая сила, действующая в плоскости, перпендикулярной к нормали к корпусу аппарата в месте приварки опорного узла, Н; |
 | - максимальная поперечная сила, действующая в сечении над -й седловой опорой ( 1, 2, ...., , ..., ), Н; |
 | - допускаемое поперечное усилие, Н; |
 | - распределенная весовая нагрузка для балки, Н/мм; |
 | - радиус сферической обечайки или сферического сегмента торосферического днища, мм; |
 | - радиус нейтрального волокна кольца жесткости (см. рисунки 3 и 9), мм; |
 | - радиус кривизны срединной поверхности днища у опорной окружности, мм; |
 | - исполнительная толщина стенки обечайки, мм; |
 | - исполнительная толщина стенки выпуклого днища, мм; |
 | - исполнительная толщина подкладного листа, мм; |
 | - толщина ребра седловой опоры, мм; |
 | - толщина полки кольца жесткости, перпендикулярной к стенке сосуда, мм; |
 | - толщина полки кольца жесткости, параллельной стенке сосуда, мм; |
 | - толщина нижней полки опорной лапы, мм; |
 | - толщина вертикального ребра опорной лапы, мм; |
 | - эффективная толщина обечайки с кольцом жесткости, мм; |
 | - эффективная толщина обечайки с подкладным листом, мм; |
 | - ширина участка кольца жесткости в месте приварки к стенке обечайки, мм; |
 | - момент упругого сопротивления кольца жесткости при изгибе, мм  ; |
 | - момент упругого сопротивления кольца жесткости при кручении, мм ; |
 | - минимальный момент сопротивления горизонтального сечения седловой опоры, мм ; |
 | - пластический момент сопротивления площади поперечного сечения кольца жесткости с включением прилегающей к нему части обечайки, мм ; |
 | - момент сопротивления сечения сварного шва (рассчитывается для сечения, форма и размеры которого совпадают с формой и размерами периметра сварного шва, а ширина равна 0,7 высоты меньшего катета сварного шва), мм ; |
 | - момент сопротивления поперечного сечения седловой опоры вертикальной плоскостью, проходящей через ось аппарата, с учетом подкладного листа и примыкающего участка обечайки аппарата общей длиной , мм ; |
 | - расстояние между осью эллиптического днища и серединой опорного узла, мм, а также параметр для определения коэффициентов  ,  и  ; |
 | - угол между направлением усилия и нормалью к стенке обечайки, град; |
 | - угол наклона меридиональной касательной у опорной окружности, град; |
 | - угол между осью опорной стойки и вертикалью, град; |
 | - угол охвата седловой опоры, град; |
 | - угол охвата сосуда подкладным листом, град; |
 | - коэффициент прочности сварных швов обечайки, расположенных в области опорного узла; |
 | - коэффициент прочности сварных швов приварки опорного узла к подкладному листу или корпусу аппарата и подкладного листа к корпусу; |
 | - коэффициент, представляющий отношение местных мембранных напряжений к местным напряжениям изгиба; |
 | - коэффициент, учитывающий степень нагрузки общими мембранными напряжениями; |
 | - эквивалентное напряжение в фундаментном болте, МПа; |
 | - напряжение изгиба в седловой опоре, МПа; |
 | - напряжение сжатия в седловой опоре, МПа; |
 | - расчетное нормальное напряжение в сварном шве, МПа; |
 | - напряжение растяжения в фундаментном болте, МПа; |
 | - общие мембранные напряжения, МПа; |
 | - общие мембранные меридиональные напряжения, МПа; |
 | - общие мембранные кольцевые напряжения, МПа; |
 | - допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа; |
 | - допускаемое напряжение для фундаментного или анкерного болта, МПа; |
 | - допускаемое напряжение для материала кольца жесткости, МПа; |
 | - предельное напряжение изгиба, МПа; |
 | - допускаемое напряжение для материала опорного узла, МПа; |
 | - среднее расчетное напряжение сдвига в сварном шве, МПа; |
 | - напряжение сдвига в фундаментном болте, МПа; |
 | - коэффициент. |
4 Общие положения
4.1 Принцип расчета
При расчете сосудов и аппаратов на прочность в местах крепления опорных узлов проверке подлежат прочность корпуса в месте крепления опорных узлов и прочность сварных швов приварки опорных узлов к корпусу.
Расчетные нагрузки, действующие на сосуд или аппарат в местах крепления опорных узлов, определяют в соответствии с настоящим стандартом и ГОСТ 34233.1.
Для днищ, установленных на опорные стойки, используют решение по определению предельной нагрузки этого узла.
Методики расчета на прочность корпуса в месте крепления несущих ушек, опорных лап, седловых опор, опорных стоек приведены в разделах 5-9.
Методика расчета на прочность сварных швов приварки опорных узлов к корпусу приведена в разделе 10.
Если отношение толщины стенки к расчетному диаметру или другие соотношения размеров элемента сосуда выходят за пределы границ применения расчетных формул, установленных в разделах 5-9, допускается использовать для определения напряженно-деформированного состояния корпуса в месте крепления опорных узлов численные или другие специальные методы расчета. При этом оценку прочности обечаек в местах крепления несущих ушек, опорных лап и седловых опор проводят, исходя из предельного напряжения изгиба или достижения предельного состояния описанной выше условной балки-полоски прямоугольного сечения, имеющей единичную ширину и вырезаемой из оболочки двумя параллельными сечениями.
4.2 Предельное напряжение изгиба
Предельное напряжение изгиба в месте крепления опор вычисляют по формуле, которая ограничивает местные напряжения изгиба в зависимости от местных мембранных напряжений и степени нагрузки общими мембранными напряжениями
4.3 Общие мембранные напряжения
4.3.1 Общее мембранное меридиональное напряжение в цилиндрической обечайке вычисляют по формуле
4.3.2 Общее мембранное меридиональное напряжение в конической обечайке вычисляют по формуле
4.3.3 Общее мембранное кольцевое напряжение в цилиндрической и конической обечайках вычисляют по формуле
4.3.4 Общее мембранное напряжение в сферической обечайке, сферическом сегменте торосферического днища и эллиптическом днище вычисляют по формуле
- для цилиндрической обечайки
- для конической обечайки
- для сферической обечайки и сферического сегмента торосферических днищ
- для эллиптического днища
5 Несущие ушки
5.1 Расчетные модели
Основные размеры несущих ушек приведены на рисунках 1-4, причем несущие ушки применяются как с подкладным листом, так и без него.
5.2 Условия применения расчетных формул
 |
Рисунок 1 - Несущее ушко с подкладным кольцом, приваренное в меридиональном направлении цилиндрической обечайки, не укрепленной кольцом жесткости
 |
Рисунок 2 - Несущее ушко с подкладным кольцом, приваренное в окружном направлении к цилиндрической обечайке, не укрепленной кольцом жесткости
 |
Рисунок 3 - Несущее ушко, приваренное к укрепленной кольцом жесткости цилиндрической обечайке
 |
Рисунок 4 - Примеры применения несущих ушек
5.3 Расчет усилия
Для симметричного сосуда, закрепленного на двух симметрично расположенных несущих ушках, нагрузку на несущее ушко вычисляют по формуле
5.4 Проверка несущей способности обечайки, не подкрепленной элементами жесткости
5.4.1 Несущая способность обечайки в месте приварки несущего ушка без подкладного листа должна удовлетворять условию
5.4.2 Несущая способность обечайки в месте приварки несущего ушка с подкладным листом должна удовлетворять условию
 |
 |
- для несущих ушек, приваренных в продольном направлении
 ; - для несущих ушек, приваренных в окружном направлении
 , |  |
(15) |
- для несущих ушек, приваренных к цилиндрическим и коническим обечайкам в продольном направлении
 ; - для несущих ушек, приваренных к выпуклым днищам или к цилиндрическим и коническим обечайкам в окружном направлении
 . |  |
(16) |
5.5 Проверка несущей способности цилиндрической обечайки, подкрепленной кольцом жесткости, расположенным непосредственно под несущим ушком
5.5.2 Несущая способность должна удовлетворять условию
- для несущих ушек, приваренных к цилиндрическим и коническим обечайкам в продольном направлении
 ; - для несущих ушек, приваренных к выпуклым днищам или к цилиндрическим и коническим обечайкам в окружном направлении
 . |  |
(19) |
6 Опорные лапы
6.1 Расчетные модели опорных лап
6.1.1 Основные размеры опорных лап приведены на рисунке 7, причем опорные лапы применяют как с подкладным листом, так и без него.
 |
Рисунок 7 - Основные типы опорных лап
6.1.2 Сосуды и аппараты с опорными лапами устанавливают либо на специальные строительные металлоконструкции, либо на межэтажные перекрытия.
6.2 Условия применения расчетных формул
6.2.1 Опорные лапы присоединены к цилиндрическим или коническим обечайкам. Направление действия усилия принимают параллельно оси обечайки.
6.2.2 Расчетные формулы применяют при условиях:
6.3 Расчет усилий
6.3.1 Вертикальное усилие, действующее на опорную лапу, вычисляют по формуле
6.3.4 Если необходимое число опорных лап превышает 4, рекомендуется применять кольцевую опору.
6.3.5 Горизонтальное усилие, действующее в основании опорной лапы или в основании стойки, в случае приварки к ней опорной лапы вычисляют по формуле
6.4 Проверка несущей способности обечайки
6.4.1 Несущая способность обечайки в месте приварки опорной лапы без подкладного листа должна удовлетворять условию
6.4.5 Несущая способность обечайки в месте приварки опорной лапы с подкладным листом должна удовлетворять условию
7 Седловые опоры
7.1 Расчетные модели
7.1.1 Расчетные модели сосудов на седловых опорах приведены на рисунках 8 и 9.
 |
а - сосуд, опирающийся симметрично на две седловые опоры
 |
б - сосуд, опирающийся симметрично на три или более опоры
 |
в - сосуд, опирающийся несимметрично
Рисунок 8 - Схемы расположения седловых опор для сосудов аппаратов
 |
-
а - цилиндрическая обечайка, не подкрепленная элементами жесткости
 |
б - цилиндрическая обечайка, подкрепленная кольцами жесткости
Рисунок 9 - Расчетная схема седловой опоры
7.1.2 Условия применения расчетных формул
Расчетные формулы применимы при выполнении условий:
7.1.3 Расчетная схема определения усилий
В качестве основной расчетной схемы для определения опорных усилий, моментов и поперечных усилий принимают балку переменного кольцевого сечения, шарнирно опертую в местах расположения опор и нагруженную в общем случае распределенными и сосредоточенными усилиями в зависимости от конструкции сосуда. Расчетные усилия и моменты определяют методами строительной механики.
На рисунке 10 представлены возможные расчетные схемы для цилиндрического сосуда постоянного сечения с эллиптическими днищами, симметрично опертого на две, три и более опоры.
 |
а - однопролетная балка
 |
б - многопролетная балка
Рисунок 10 - Расчетные схемы эквивалентного сосуда для определения усилий
Если применяются симметрично расположенные опоры, то нагрузку от массы сосуда и его содержимого принимают распределенной равномерно, даже если одна опора даст большую осадку, чем другая.
Весовые нагрузки для приведенной на рисунке 10а балки вычисляют по формулам:
7.1.4 Определение реакции опор
Для симметричных схем расположения опор, приведенных на рисунке 10а, опорное вертикальное усилие без учета дополнительных внешних сил определяют по формуле
7.1.5 Изгибающие моменты и поперечные усилия
7.1.5.1 Для схемы балки, приведенной на рисунке 10а:
- опорное усилие вычисляют по формуле
- изгибающий момент над опорами вычисляют по формуле
- максимальный изгибающий момент между опорами вычисляют по формуле
- поперечное усилие в сечении оболочки над опорой вычисляют по формуле
7.1.5.2 Для схемы, приведенной на рисунке 10б:
- поперечное усилие в сечении оболочки над опорами вычисляют по формуле
7.1.6 Проверка несущей способности обечайки в сечении между опорами
Несущую способность обечайки в сечении между опорами [см. точку (1) рисунок 8а] следует проверять при условии
7.1.6.1 Сосуды, работающие под внутренним избыточным давлением, и сосуды без давления
Условие прочности:
Условие устойчивости:
7.1.6.2 Сосуды, работающие под наружным давлением
Условие устойчивости:
В случае обечайки, укрепленной кольцами жесткости, допускаемое наружное давление определяют в области между двумя соседними кольцами жесткости.
7.1.7 Проверка несущей способности обечайки, не укрепленной кольцами жесткости в области опорного узла
Несущую способность обечайки следует проверять у краев опорного узла, где возникают наибольшие местные напряжения:
- в меридиональном направлении в нижней точке опирания [см. точку (2) рисунок 9а];
- в окружном направлении у гребней седловой опоры [см. точку (3) рисунок 9а].
При симметричном расположении опор проверку проводят только в области неподвижной опоры.
Для несимметричного опирания сосуда проверку проводят в области всех опорных узлов.
7.1.7.1 Вспомогательные параметры и коэффициенты
Параметр, определяемый расстоянием от середины опоры до днища, вычисляют по формуле
Параметр, определяемый шириной пояса опоры, вычисляют по формуле
Коэффициенты, учитывающие влияние ширины пояса опоры, вычисляют по формулам:
Коэффициенты, учитывающие влияние угла охвата, вычисляют по формулам:
Коэффициенты, учитывающие влияние расстояния от середины опоры до днища и угла охвата, вычисляют по формулам:
Коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры и угла охвата, вычисляют по формуле
7.1.7.2 Общее мембранное меридиональное напряжение
Общее мембранное меридиональное напряжение изгиба от весовых нагрузок, действующее в области опорного узла, вычисляют по формуле
7.1.7.3 Цилиндрическая обечайка без подкладных листов в месте опоры
Условие прочности:
Направление изгиба | |  |  |
Меридиональное в точке (2) (см. рисунок 9а) |  |  |  |
Окружное в точке (3) (см. рисунок 9а) |  | 0 |  |
Проверку устойчивости проводят по формуле
7.1.7.4 Цилиндрическая обечайка с подкладными листами в месте опоры
Проверку прочности и устойчивости стенки сосуда проводят по 7.1.7.3, принимая следующие положения:
7.1.8 Проверка несущей способности обечайки с кольцом жесткости в области опорного узла
7.1.8.1 Проверка прочности и устойчивости стенки сосуда:
а) сосуды, работающие под внутренним избыточным давлением, проверяют:
- по условию прочности
7.1.8.2 Кольцо жесткости должно удовлетворять условию прочности
Значение для угла охвата | Значение коэффициента для угла охвата | |
|  |  |
60° | 14 | - |
90° | 21 | 20 |
120° | 33 | 28 |
150° | 56 | 50 |
180° | 103 | - |
Знак "+" в формуле (63) принимают для колец, расположенных снаружи сосуда, знак "-" - для колец, расположенных внутри сосуда.
Сечение кольца | | |
 |  |  |
 |  |  |
 |  |  |
 |  |  |
8 Опорные стойки цилиндрические
8.1 Расчетные модели опорных цилиндрических стоек
Основные размеры цилиндрических опорных стоек приведены на рисунке 11.
 |
а - вертикальная стойка
 |
б - наклонная стойка
Рисунок 11 - Цилиндрические опорные стойки
8.2 Условия применения расчетных формул
8.2.1 Метод расчета днищ, установленных на наклонных опорных стойках, применяют, если их взаимное перемещение исключено.
8.2.2 Метод расчета применяют только для сосудов и аппаратов, работающих под внутренним избыточным давлением.
8.3 Расчет усилия
8.3.1 Вертикальное усилие на опорную стойку вычисляют по формуле
При этом следует выполнить условие:
8.4 Проверка несущей способности выпуклого днища
8.4.1 Несущая способность выпуклого днища должна удовлетворять условиям
8.4.2 Допускаемое осевое усилие вычисляют по формуле
Форма днища | Эллиптическое днище  | Торосферическое днище типа | ||
|
| А | В | С |
|  | | 0,9 | 0,8 |
 |  |  |  |  |
9 Опорные пластинчатые стойки
9.1 Расчет эллиптического днища в месте крепления опорной стойки
9.1.1 Расчетная схема
Основные размеры опорных пластинчатых стоек приведены на рисунке 12.
 |
Рисунок 12 - Опорная стойка на эллиптическом днище
9.2 Условия применения расчетных формул
9.2.1 Метод расчета применяют только для эллиптических днищ, работающих под внутренним избыточным давлением.
9.2.2 Формулы применяют при соблюдении условий для эллиптических днищ:
9.3 Расчетные усилия
9.3.1 Вертикальное усилие на опорную стойку вычисляют по формуле
9.3.3 Изгибающий момент, передаваемый опорой на днище, вычисляют по формуле
9.4 Проверка несущей способности эллиптического днища
9.4.1 Несущую способность днища в месте приварки опорной лапы следует проверять по формуле
9.4.2 Допускаемое нормальное усилие, действующее по нормали к неподкрепленному эллиптическому днищу, вычисляют по формуле
9.4.3 Допускаемый изгибающий момент для неподкрепленного эллиптического днища вычисляют по формуле
 |
 |
9.4.5 Длину линии контакта опоры с днищем вычисляют по формуле
9.4.6 Допускаемое нормальное усилие, действующее по нормали к подкрепленному подкладным листом эллиптическому днищу, вычисляют по формуле
9.4.7 Допускаемый изгибающий момент для подкрепленного подкладным листом эллиптического днища вычисляют по формуле
 |
 |
10 Расчет на прочность сварных швов приварки опорных узлов к корпусу сосуда
Расчету на прочность подлежат угловые сварные швы приварки опорного узла к корпусу или подкладному листу и швы приварки подкладного листа к корпусу сосуда или аппарата.
Расчетное нормальное напряжение в сварном шве рассчитывают по формуле
Если на сварной шов одновременно действуют моменты и/или сдвигающие силы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, результирующие значения нормальных напряжений и напряжений сдвига определяют по правилам механики.
Условие прочности угловых сварных швов приварки опорного узла к корпусу или подкладному листу и швов приварки подкладного листа к корпусу сосуда или аппарата:
Приложение А
(рекомендуемое)
Расчет на прочность опор
В настоящем приложении приведен расчет на прочность опор различных типов и фундаментных болтов от действия массы аппарата и внешних нагрузок, определяемых в соответствии с ГОСТ 34283.
А.1 Расчет на прочность несущих ушек
Проверку на прочность несущих ушек проводят в двух сечениях: в месте расположения отверстия и месте приварки к обечайке, днищу или подкладному листу.
А.2 Расчет на прочность опорных лап
А.3 Расчет на прочность седловых опор
А.3.1 Усилия, действующие на седловые опоры, определяют, исходя из расчетной схемы, описанной в 7.1.3, и рассчитывают по правилам строительной механики.
А.3.2 Допускается использовать упрощенные схемы определения расчетных нагрузок, действующих на седловые опоры, дающие результаты, идущие в сторону запаса. Для сосуда на двух опорах (см. рисунок 10а) максимальная и минимальная расчетные вертикальные силы, действующие на каждую из опор, будут равны:
Если на сосуд действуют какие-либо дополнительные нагрузки, которые в соответствии с ГОСТ 34283 следует учесть при расчете аппарата в целом, например нагрузки от присоединенных трубопроводов, их также необходимо учесть при определении нагрузок, действующих на опоры.
Условие прочности при действии распорной нагрузки:
А.3.5 Опора должна быть проверена на прочность и устойчивость от действия сжимающих напряжений и напряжений изгиба.
Расчетное сжимающее напряжение в опоре:
Расчетное напряжение изгиба в опоре (1-я опора считается неподвижной):
Условие прочности опоры:
Допускаемое сжимающее усилие:
- из условия упругой устойчивости опоры в целом
- из условия упругой устойчивости ребра опоры с одним вертикальным швом
- из условия упругой устойчивости ребер (части ребра) опоры с двумя вертикальными швами (между двумя другими ребрами)
 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,2 | 2,4 | 3 | 4 | 5 | 10 |
| 1,56 | 1,54 | 1,92 | 2,41 | 3,08 | 3,93 | 5,00 | 6,35 | 7,66 | 11,10 | 19,20 | 30,00 | 120,00 |
* - расстояние от свободного края ребра до шва. | |||||||||||||
| 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 |
| 1,37 | 1,74 | 2,30 | 4,22 | 6,96 | 9,32 | 12,50 | 16,70 | 25,30 | 58,00 | 101,00 | 158,00 | 634,00 |
* - расстояние между ребрами. | |||||||||||||
Допускаемое сжимающее усилие из условия упругой устойчивости опоры:
Допускаемое сжимающее усилие из условий прочности опоры:
Допускаемое сжимающее усилие, действующее на опору:
Условие устойчивости опоры:
А.3.6 Расчет на прочность фундаментных болтов
Изгибающий момент, действующий на нижнюю часть опоры:
Длина сжатой зоны под опорой:
Расстояние от центра тяжести сжатой зоны до оси аппарата:
Расстояние от центра тяжести сжатой зоны до оси фундаментного болта:
Напряжение растяжения в фундаментном болте:
Напряжение сдвига в фундаментном болте (1-я опора считается неподвижной):
Условие прочности фундаментных болтов:
А.4 Расчет на прочность опорных стоек
А.4.2 Расчет на прочность фундаментных болтов аппаратов на опорах-стойках выполняют по формуле (А.3).
А.5 Расчет на прочность пластинчатых опорных стоек
А.5.2 Расчет на прочность фундаментных болтов аппаратов на пластинчатых опорах выполняют так же, как расчет фундаментных болтов аппаратов на опорах-лапах, в соответствии с А.2.4. Растягивающее усилие, действующее на пластинчатую опору при установке четырех опор, как в случае обычного, так и в случае точного монтажа, следует определять по формуле (74), подставив в нее величину изгибающего момента со знаком минус.
УДК 66.023:006.354 | МКС 71.120 75.200 | Г02 | ОКП 36 0000 | NEQ |
| ||||
Ключевые слова: сосуды и аппараты, нормы и методы расчета на прочность, опорные нагрузки | ||||
