ГОСТ 25867-83 Сосуды и аппараты. Сосуды с рубашками. Нормы и методы расчета на прочность.

ГОСТ 25867-83

(СТ СЭВ 3650-82)

Группа Г02

 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Сосуды и аппараты

СОСУДЫ С РУБАШКАМИ

Нормы и методы расчета на прочность

Vessels and apparatuses.

Jacketed vessels.

Norms and methods of strength calculation

ОКП 36 1510

Дата введения 1984-07-01

РАЗРАБОТАН Министерством химического и нефтяного машиностроения

ИСПОЛНИТЕЛИ

В.И.Рачков, канд. техн. наук (руководитель темы); Н.М.Самсонов, канд. техн. наук; В.Д.Бабанский

ВНЕСЕН Министерством химического и нефтяного машиностроения

     Член Коллегии А.М.Васильев    

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 13 июля 1983 г. N 3106

Настоящий стандарт распространяется на стальные сосуды с U-образной или цилиндрической рубашкой, с рубашкой, сопряженной анкерными трубами или отбортовкой, а также с рубашкой с каналами для обогрева или охлаждения сосуда, нагруженные избыточным давлением в сосуде или в рубашке, собственным весом и стесненностью температурных деформаций и отвечающие требованиям ГОСТ 24306-80, и устанавливает нормы и методы расчета на прочность.

Настоящий стандарт должен применяться совместно с ГОСТ 14249-80.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3650-82.

 1. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛ

1.1. Общие условия применения расчетных формул

1.1.1. Расчетные формулы применимы при условии, что в рубашке действует только избыточное внутреннее давление (

).

1.1.2. Расчетные формулы для проверок малоцикловой прочности (пп.2.6, 3.6, 4.6, 5.6) применимы при условии, что рабочие температуры не превышают значений, при которых следует учитывать ползучесть материалов, то есть когда допускаемое напряжение, приведенное в ГОСТ 14249-80, определяется только по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности). Если нет точных данных, то формулы применимы при условии, что расчетная температура не превышает следующих значений:

380 °С - для углеродистой стали;

420 °С - для низколегированной стали;

525 °С - для аустенитной стали.

1.1.3. Формула для определения допускаемого размаха напряжений [

] действительна при условии, что радиусы кривизны, полученные методом холодной деформации (

), больше четырехкратной толщины стенки.

1.1.4. Проверка на малоцикловую прочность приведена только для мест сопряжения сосуда с рубашкой или каналом. Для всех других элементов, испытывающих циклическую нагрузку, расчет следует производить по ГОСТ 25859-83.

1.1.5. Проверка на малоцикловую прочность приведена для напряжений, вызываемых изменениями средних температур стенок. Если возникающая разница температур между соседними точками составляет больше 15 °С для углеродистой и низколегированной стали или 20 °С для аустенитной стали, то расчет на малоцикловую прочность производят по ГОСТ 25859-83.

1.2. Условия применения формул для сосудов с U-образной и цилиндрической рубашкой.

1.2.1. Расчетные формулы применимы при соотношении:

диаметров

толщины стенки и диаметров

толщин стенок

1.2.2. Расчетные формулы для сопряжений при помощи конуса применимы для углов

=30

°,

=45

°

и радиуса отбортовки

.

1.2.3. Расчетные формулы для сопряжений при помощи конуса применимы при условии полностью проваренных сварных швов, а для числа циклов нагружения

>10

- при условии двустороннего сварного шва между конусом и рубашкой (см. черт.5 справочного приложения).

1.2.4. Расчетные формулы для сопряжения при помощи кольца применимы при толщине кольца

- для U-образной рубашки;

- для цилиндрической рубашки.

1.2.5. Расчетные формулы для сопряжений при помощи кольца применимы при условии полностью проваренных сварных швов между кольцом и рубашкой (см. черт.6, а, б, в справочного приложения).

1.2.6. Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда должен удовлетворять условию

.

Расчет сопряжения рубашки с днищем сосуда не проводят, если оно соответствует черт.7 справочного приложения.

1.3. Условия применения формул для сосудов с рубашками, сопряженными анкерными трубами или отбортовками

1.3.1. Угол шага

сопряжения анкерными трубами или отбортовками должен удовлетворять условию

.

1.3.2. Расчетные формулы по пп.4.3-4.5 применимы при соотношении шагов

.

1.3.3. Расчетная формула для сопряжения отбортовкой применима при углах отбортовки от 30 до 45° (см. черт.9 справочного приложения) и при проваренных сварных швах.

1.3.4. Расчетные формулы для анкерных труб применимы при размере сварного шва

.

1.3.5. Расчет на усталость по п.4.6 применим при соотношении толщин стенок

.

1.4. Условия применения формул для сосудов с каналами

1.4.1. Расчетные формулы по п.5 применимы при ширине канала

;

высоте канала

     и половине центрального угла канала

.

1.4.2. Расчетные формулы для каналов применимы при V-образных сварных швах с полным проваром, а для каналов полукруглого сечения также и при угловых швах.

1.4.3. Расчет на усталость по п.5.6 применим при соотношении толщин стенок

.

 2. СОСУДЫ С U-ОБРАЗНОЙ РУБАШКОЙ

2.1. Цилиндрические обечайки

2.1.1. Расчет цилиндрических обечаек на внутреннее избыточное давление проводят по ГОСТ 14249-80. Расчетное давление для рубашки равно

и расчетное давление для сосуда

, если

>0.

2.1.2. Расчет цилиндрической обечайки сосуда на наружное давление проводят по ГОСТ 14249-80. При

<0 за расчетное давление для сосуда принимают

, а для рубашки

.

При

>0 расчетное давление в зоне рубашки равно

или

, если выполняются условия ГОСТ 14249-80. Расчетную длину

следует определять по ГОСТ 14249-80

.

2.1.3. Цилиндрическую стенку сосуда с кольцами жесткости рассчитывают по ГОСТ 14249-80.

Направляющие спирали можно рассматривать как кольца жесткости, если выполнены следующие условия:

а) шаг спирали

должен быть не более

. Если

, то цилиндрическую обечайку следует рассчитывать как гладкую обечайку;

б) за расчетную длину

при расчете по ГОСТ 14249-80 принимают расстояние вдоль оси сосуда от конечной точки расчетной длины (см. черт.1 справочного приложения) до точки замыкания первого витка направляющей спирали, охватывающего всю окружность сосуда. Для направляющих спиралей, выполненных с концевыми кольцами, действительно определение

по ГОСТ 14249-80;

в) расчетные длины

,

и

при расчете по ГОСТ 14249-80 определяют по формулам:

                                               (1)

                                                              (2)

                                          (3)

г) поперечное сечение направляющей спирали должно удовлетворять условию

, чтобы исключить потерю устойчивости из плоскости;

д) для обеспечения прочности обоих угловых швов на направляющей спирали должно быть выполнено условие

.                                                                          (4)

Расчетный коэффициент сварного шва

определяют как отношение длины сварного шва к общей длине спирали. При этом расстояние между двумя концами прерванного шва не должно превышать восьмикратной толщины стенки обечайки

, а сумма длин сварных швов не должна быть меньше половины наружной поверхности направляющей спирали на одном витке. Оба конца спирали должны начинаться швом.

2.2. Днища

2.2.1. Расчет выпуклых днищ на внутреннее избыточное и наружное давление проводят по ГОСТ 14249-80. Расчетные давления принимают согласно пп.2.1.1 и 2.1.2. Для днища сосуда, нагруженного избыточным давлением

, допускается проводить расчет по другим методам, которые учитывают отсутствие давления на участке в пределах

.

2.2.2. При расчете днища рубашки отверстие диаметром

не учитывают.

2.3. Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи конуса (черт.5 справочного приложения)

2.3.1. Вспомогательные параметры определяют по формулам:

а) коэффициент осевого усилия

                                                                    (5)

б) коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой

                                                               (6)

в) коэффициент радиуса конической отбортовки     

    (7)

    (7)

г) коэффициент длины сопряжения     

                                                  (8)

д) коэффициент отношения прочности корпуса сосуда и рубашки

                             (9)

Если в сосуде вакуум (

), то в формулу (9) подставляют

;

е) расчетные коэффициенты прочности сварного шва:

                                                                 (10)

    (11)

     ж) относительная эффективная несущая длина конуса

.                            (12)

2.3.2. Допускаемое избыточное давление в рубашке

.                                     (13)

2.3.3 Коэффициент сопряжения при помощи конуса

                           (14)

где

;                                    (15)

                                                           (16)

                                   (17)

Коэффициенты прочности

и

определяют по черт.1-4 настоящего стандарта в зависимости от вспомогательных параметров.

Коэффициент прочности

Черт.1

Коэффициент прочности

Черт.2

Коэффициент прочности

Черт.3

Коэффициент прочности

Черт.4

2.3.4. Определение размеров сопряжения при помощи конуса.

Толщина стенки конуса должна быть равна или больше толщины стенки сопряженной цилиндрической рубашки. Если необходимо увеличить толщину стенки конуса, то следует одновременно увеличить и толщину стенки сопряженной цилиндрической обечайки рубашки на длине

Толщину стенки конуса рассчитывают методом итерации по формулам (18) и (19);

                                                       (18)

                                                                  (19)

Коэффициент осевого усилия

рассчитывают по формуле (5), а коэффициент

- по формуле (14), причем в качестве исходного значения для

берут исполнительную толщину стенки цилиндрической рубашки.     

2.4. Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи кольца (см. черт.6 справочного приложения).

2.4.1. Вспомогательные параметры определяют по формулам:

а) расчетные коэффициенты прочности сварного шва     

(20)

(21)

б) параметры кольца

                                                (22)

                                                   (23)

                                                         (24)

в) относительный момент нагружения

                            (25)

где

- коэффициент осевого усилия по формуле (5);

г) относительный реактивный момент в стенке сосуда

     (26)

если

, то в формулу (26) подставляют

;

д) относительный реактивный момент в стенке рубашки

                                 (27)

е) относительный реактивный момент в месте сопряжения кольца со стенкой сосуда

                                   (28)

2.4.2. Допускаемое избыточное давление в рубашке

                    (29)

2.4.3. Определение высоты кольца

     (30)

                                                               (31)

При наличии в формуле (30) отрицательного значения под знаком радикала соответствующий член при определении максимума не учитывают. Если в обоих членах значения под знаком радикала отрицательны, то толщину кольца определяют по п.1.2.4.

2.4.4. Расчет сварных швов.

Размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях (см. черт.6 а, б, г справочного приложения) определяют по формуле

                     (32)

2.5. Нагрузка от собственного веса.

Собственные веса

и

вызывают в конусе или в кольце осевое усилие

Проверку несущей способности от совместного действия осевого усилия и избыточного давления в рубашке следует проводить по формуле

                                  (33)

где [

] - допускаемое избыточное давление по формуле (13) для сопряжения при помощи конуса и по формуле (29) для сопряжения при помощи кольца;

- коэффициент осевого усилия по формуле (5).

2.6. Проверка на малоцикловую прочность.

Размах напряжений приближенно рассчитывают по формуле

                     (34)

где

[

] - допускаемое избыточное давление по формуле (13) для сопряжения при помощи конуса, по формуле (29) для сопряжения при помощи кольца.

2.6.1. Разность температурных относительных удлинений определяют по формуле

                                                                 (35)

За расчетное принимают наибольшее абсолютное значение

, которое получается за время рабочего цикла.

2.6.2. Общий эффективный коэффициент концентрации

определяют по табл.1.          

Эффективные коэффициенты концентрации

Таблица 1

Конструкция	Исполнение по чертежам справочного приложения
Сосуды с U-образной рубашкой по черт.1 справочного приложения	Черт.5а	-	-	4,0
	"      5б	-	-
	"      5в	-	-
	"      5г	-	-
	Черт.6а	-	-	3,5
	"      6б	-	-	3,5
	"      6в	-	-	3,0
	"      6г	-	-	5,5
Сосуды с цилиндрической рубашкой по черт.2 справочного приложения	Черт.5а	2,0	1,6	2,5
	"      5б			2,5
	"      5в			2,0
	"      5г			2,0
	Черт.6а	2,0	1,6	2,5
	"      6б	1,6	1,6	2,5
	"      6в	2,0	1,2	2,0
	"      6г	2,0	2,0	3,5
Сосуды с рубашкой, сопряженной анкерными трубами или отбортовкой по черт.3 справочного приложения	Черт.9	2,0	-	-
	Черт.10	2,0	-	-
Сосуды с каналами по черт.4 справочного приложения	Черт.11	2,0	-	-

2.6.3. Проверку на малоцикловую прочность проводят из условий

.                        (36)

Допускаемый размах напряжений

определяют по формуле

                                                                     (37)

Допускаемую амплитуду напряжения определяют по ГОСТ 25859-83. Допускаемое число рабочих циклов

определяют для соответствующей амплитуды напряжений по ГОСТ 25859-83

                    

.                                                (38)

3. СОСУДЫ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ РУБАШКАМИ

3.1. Цилиндрические обечайки.

Цилиндрические обечайки рассчитывают в соответствии с пп.2.1.1-2.1.3.