ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер.
ГОСТ Р 52857.3-2007
Группа Г02
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер
Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Reinforcement of openings in shells and heads under internal and external pressure. Strength calculation of shells and heads under external static loads on the nozzle
ОКС 71.120
75.200
ОКП 36 1500
Дата введения 2008-04-01
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" (ОАО НИИХИММАШ); Закрытым акционерным обществом "Петрохим Инжиниринг" (ЗАО Петрохим Инжиниринг); Открытым акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО ВНИИНЕФТЕМАШ); Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 260 "Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. N 503-ст
4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных и европейских стандартов: Директивы 97/23* ЕС Европейского Парламента и Совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающейся оборудования, работающего под давлением; ЕН 13445-3:2002 "Сосуды, работающие под давлением. Часть 3. Расчет" (ЕN 13445-3:2002 "Unfired pressure vessel - Part 3: Design")
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий в цилиндрических и конических обечайках, конических переходах, выпуклых днищах и крышках сосудов и аппаратов, применяемых в химической, нефтегазоперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих под действием внутреннего или наружного давления.
В стандарте приведен метод расчета на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцеры.
Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ 52857.1 и ГОСТ Р 52857.2.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия
ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт 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:
4 Общие положения
4.1 Изложенные в стандарте методы расчета основаны на теории предельного равновесия (предельных нагрузок). Теория предельного равновесия предполагает, что материал в условиях эксплуатации пластичен. Перечень таких сталей и минимальная температура применения, когда сталь сохраняет необходимые пластические свойства, приведены в ГОСТ Р 52630. Аналогичные данные приведены в нормативных документах на сосуды и аппараты из цветных металлов - алюминия, меди, титана, никеля и их сплавов.
В тех случаях, когда материал непластичный или по каким-либо другим параметрам и условиям эксплуатации не выполняются условия применения настоящего стандарта, то расчет следует проводить по ГОСТ Р 52857.9 либо по специальным методам расчета.
4.2 Пределы применения расчетных формул ограничиваются условиями, приведенными в таблице 1.
Таблица 1
|
|
|
|
|
Наименование параметра | Условие применения формул для расчета укрепления отверстий в | |||
| цилиндрических обечайках | конических обечайках, переходах или днищах (крышках) | эллиптических днищах (крышках) | сферических и торосферических днищах (крышках) |
Отношение диаметров | ||||
Отношение толщины стенки обечайки или днища к диаметру | ||||
При расчете на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер для цилиндрических и конических обечаек 0,8, для днищ и крышек - 0,6. |
Малые отверстия, диаметр которых удовлетворяет условию
допускается размещать в краевой зоне выпуклых днищ без специальных расчетных или экспериментальных обоснований.
При размещении отверстий в краевой зоне цилиндрических и конических обечаек необходим учет ограничений, указанных в 5.1.5.4.
В краевой зоне эллиптических и полусферических днищ допускается размещение отверстий без ограничений.
4.5 Расчет на прочность при внешних статических нагрузках применим для штуцеров, нормально расположенных к поверхности обечаек или днищ.
5 Расчет укрепления отверстия при внутреннем и внешнем давлениях
5.1 Основные формулы расчета
5.1.1 Расчетные диаметры
Диаметры укрепляемых элементов вычисляют по формулам:
- для цилиндрической обечайки
- для конической обечайки, перехода или днища
- для эллиптических днищ
- для сферических днищ, а также торосферических днищ вне зоны отбортовки
5.1.1.1 Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки, перехода или днища при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия [см. рисунок А.4, А.5б, А.6 (приложение А)] или кругового отверстия без штуцера, вычисляют по формуле
Расчетный диаметр отверстия для штуцера, ось которого лежит в плоскости поперечного сечения цилиндрической или конической обечайки [см. рисунок А.11в, г (приложение А)], вычисляют по формуле
Расчетный диаметр отверстия для смещенного штуцера на эллиптическом днище [см. рисунок А.5а (приложение А)] вычисляют по формуле
Расчетный диаметр овального отверстия для перпендикулярно расположенного штуцера к поверхности обечайки вычисляют по формуле
Расчетный диаметр отверстия для штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности обечайки в центре отверстия, при наличии отбортовки или торообразной вставки вычисляют по формуле
5.1.2 Коэффициент прочности сварных соединений
5.1.3 Расчет толщины стенок
5.1.3.2 Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, вычисляют по формуле
5.1.4 Расчетные длины штуцеров
Расчетные длины внешней и внутренней частей круглого штуцера, участвующие в укреплении отверстий и учитываемые при расчете [см. рисунок А.6 (приложение А)], вычисляют по формулам:
5.1.5 Расчетная ширина
5.1.5.1 Ширину зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах вычисляют по формуле
5.1.5.2 Расчетную ширину зоны укрепления в стенке обечайки, перехода или днища в окрестности штуцера при наличии торообразной вставки или вварного кольца [см. рисунок А.10 (приложение А)] вычисляют по формуле
В случае отбортовки [см. рисунок А.9 (приложение А)], а также при отсутствии торообразной вставки или вварного кольца
5.1.5.3 Расчетную ширину накладного кольца вычисляют по формуле
- для зоны соединения обечайки с кольцом жесткости, плоским днищем, трубной решеткой [см. рисунок А.4а (приложение А)] - по формулам (20) или (21) и (22);
- для зоны соединения конической обечайки с другой обечайкой и обечайки с коническим или выпуклым днищем [см. рисунок А.4б (приложение А)], а также с фланцем или седловой опорой сосуда по формулам:
5.1.6 Отношения допускаемых напряжений:
- для внешней части штуцера
- для накладного кольца
- для внутренней части штуцера
5.1.7 Расчетный диаметр отверстия, не требующий дополнительного укрепления
Расчетный диаметр отверстия, не требующий дополнительного укрепления, вычисляют по формуле
5.2 Одиночные отверстия в сосудах и аппаратах
Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияния, что имеет место, когда расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров [см. рисунок А.2 (приложение А)] удовлетворяет условию
5.2.1 Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления, для сосудов под внутренним избыточным давлением
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда, вычисляют по формуле
Если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию
то дальнейших расчетов укрепления отверстий не требуется.
В случае невыполнения условия (27) расчет укрепления проводят по 5.2.2 и 5.2.3.
5.2.2 Условие укрепления одиночных отверстий
5.2.2.1 В случае укрепления отверстия утолщением стенки сосуда или штуцера либо накладным кольцом, либо торообразной вставкой или отбортовкой должно выполняться условие
5.2.2.2 При укреплении отверстия штуцером произвольной формы [см. рисунок А.1 (приложение А)] условие укрепления выражается в общем виде
5.2.2.3 Расчет укрепления отверстия с помощью накладного кольца при необходимости определения площади этого кольца проводят по формуле
5.2.3 Допускаемое внутреннее избыточное давление
Допускаемое внутреннее избыточное давление вычисляют по формуле
5.3 Учет взаимного влияния отверстий в сосудах и аппаратах, нагруженных внутренним давлением
Если не выполнено условие (25), то расчет таких взаимовлияющих отверстий [см. рисунки А.2 и А.3 (приложение А)] выполняется следующим образом: вначале рассчитывают укрепления для каждого из этих отверстий отдельно в соответствии с 5.2, затем проверяется достаточность укрепления перемычки между отверстиями, для чего вычисляют допускаемое давление для перемычки по формуле
где
При совместном укреплении двух взаимовлияющих отверстий общим накладным кольцом [см. рисунок А.8 (приложение А)] коэффициент понижения прочности вычисляют по формуле
При укреплении двух близко расположенных отверстий другими способами нужно, чтобы половина площади, необходимой для укрепления в продольном сечении (см. рисунок А.2, приложение А), размещалась между этими отверстиями.
Для ряда отверстий [см. рисунок А.14 (приложение А)] коэффициент понижения прочности вычисляют по формуле
Расчет по 5.3. не применим, если имеются взаимовлияющие отверстия и одно из них выполнено в соответствии с рисунком А.10, приложение А.
5.4 Укрепление отверстий в сосудах и аппаратах, нагруженных наружным давлением
Допускаемое наружное давление вычисляют по формуле
Для обечаек или днищ с кольцами жесткости расчет проводят отдельно для каждого участка с отверстиями между соседними кольцами.
6 Расчет на прочность цилиндрических обечаек и сферических днищ при внешних статических нагрузках на штуцер [см. рисунок А.15 (приложение А)]
6.1 Цилиндрическая обечайка
6.1.1 Условия применения расчетных формул
Расчетные формулы применимы при выполнении следующих условий:
6.1.2 Определение эквивалентной толщины стенки обечайки около штуцера
Эквивалентную толщину обечайки около штуцера вычисляют по формулам:
6.1.3 Определение допускаемых нагрузок
Допустимые значения давления, осевой нагрузки и изгибающих моментов определяются независимо друг от друга. Для оценки прочности узла врезки штуцера при совместном действии нагрузок используется выпуклая кривая предельного состояния.
6.1.3.1 Допускаемое давление для одиночного отверстия определяется по 5.2.3.
Таблица 2
|
|
|
|
|
|
- | 0,60072181 | 0,95196257 | 0,0051957881 | -0,001406381 | 0 |
Таблица 3
|
|
|
|
|
|
- | 4,526315 | 0,064021889 | 0,15887638 | -0,021419298 | 0,0010350407 |
Таблица 4
|
|
|
|
|
|
0,2 | 4,8844124 | -0,071389214 | 0,79991259 | -0,024155709 | 0 |
0,5 | 6,3178075 | -3,6618209 | 4,5145391 | -0,83094839 | 0,050698494 |
6.1.4 Совместное действие нагрузок
Предварительно проверяют выполнение условий прочности для каждой нагрузки в отдельности:
Кроме того, определяют выполнение условий прочности при совместном действии нагрузок
6.1.5 Проверка прочности штуцера
Максимальные продольные растягивающие напряжения в штуцере должны удовлетворять условию:
Кроме расчета на прочность, проводят расчет на устойчивость штуцера по формуле
6.2 Сферическое днище*
______________
6.2.1 Условие применения расчетных формул
Формулы применимы при выполнении следующих условий:
6.2.2 Определение эквивалентной толщины стенки обечайки около штуцера
Эквивалентную толщину обечайки около штуцера вычисляют по формулам:
6.2.3 Определение допускаемых нагрузок
Допускаемые значения давления, осевой нагрузки и изгибающих моментов определяют независимо друг от друга. Для оценки прочности узла врезки штуцера при совместном действии нагрузок используется линейное суммирование повреждений.
6.2.3.1 Вспомогательные параметры
6.2.3.2 Допускаемое давление для одиночного отверстия определяют по 5.2.3.
Допускаемое осевое усилие из условия прочности у внешней кромки накладного кольца вычисляют по формуле
6.2.4 Совместное действие нагрузок
Предварительно проверяют условие прочности для каждой нагрузки в отдельности:
Кроме того, определяют выполнение условий прочности при совместном действии нагрузок
6.2.5 Проверка прочности штуцера
Максимальные продольные растягивающие напряжения в штуцере должны удовлетворять условию
Приложение А
(обязательное)
Рисунки, поясняющие текст стандарта и расчетные размеры
Рисунок А.1 - Компенсация вырезанного сечения штуцером произвольной формы
Рисунок А.2 - Укрепление взаимовлияющих отверстий
Рисунок А.3 - Общий случай расположения взаимовлияющих отверстий
Рисунок А.4 - Укрепление отверстий при наличии близко расположенных конструктивных элементов (непроходящие штуцера)
Рисунок А.5 - Смещенные штуцера на выпуклом днище
Рисунок А.6 - Основная расчетная схема соединения штуцера со стенкой сосуда
Рисунок А.7 - Укрепление отверстий при наличии проходящего штуцера
а - укрепление круговым накладным кольцом
б - укрепление несимметричным кольцом
Рисунок А.8 - Совместное укрепление взаимовлияющих отверстий
Рисунок А.9 - Укрепление отверстий отбортовкой
Рисунок А.10 - Укрепление отверстия торообразной вставкой или вварным кольцом
Рисунок А.11 - Наклонные штуцера на обечайке
Рисунок А.12 - Учет влияния сварных швов
Рисунок А.13 - Отверстие для овального штуцера, перпендикулярного к поверхности обечайки
Рисунок А.14 - Ряды отверстий
а - цилиндрическая обечайка при внешних статических нагрузках на штуцер
б - сферическое днище при внешних статических нагрузках на штуцер
Рисунок А.15
|
|
|
|
УДК 66.023:006.354 | ОКС 71.120 | Г02 | ОКП 36 1500 |
| 75.200 |
|
|
|
|
|
|
Ключевые слова: сосуды и аппараты, нормы и методы расчета на прочность, укрепления отверстий, допускаемые нагрузки, штуцера |