ГОСТ 34233.6-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках.
ГОСТ 34233.6-2017
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках
Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Strength calculation under low-cyclic loads
___________________________________________________________
МКС 71.120
75.200
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 Закрытым акционерным обществом "ПЕТРОХИМ ИНЖИНИРИНГ" (ЗАО "ПХИ"), Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (АО "ВНИИНЕФТЕМАШ"), 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 1994-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34233.6-2017 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 52857.6-2007*
_______________
* Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1994-ст ГОСТ Р 52857.6-2007 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
Расчетные формулы настоящего стандарта применимы при условии, что расчетные температуры не превышают значений, при которых необходимо учитывать ползучесть материала в соответствии с ГОСТ 34233.1. Если отсутствуют точные данные по этим температурам, то формулы применимы при расчетных температурах, которые не превышают 380°С для углеродистых сталей, 420°С - для низколегированных и легированных сталей, 525°С - для аустенитных сталей, 150°С - для алюминия и его сплавов, 250°С - для меди и ее сплавов, 300°С - для титана и его сплавов.
Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ 34233.1, ГОСТ 34233.2, ГОСТ 34233.3, ГОСТ 34233.9, ГОСТ 34233.11.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 34233.1 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 34233.3 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 34233.4 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений
ГОСТ 34233.5 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок
ГОСТ 34233.7 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты
ГОСТ 34233.9 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа
ГОСТ 34233.11 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек
ГОСТ 30780 Сосуды и аппараты стальные. Компенсаторы сильфонные и линзовые. Методы расчета на прочность
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:
А - характеристика материала, МПа;
В - характеристика материала, МПа;
с - сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки, мм;
D - внутренний диаметр сосуда, мм;
[F] - допускаемое растягивающее или сжимающее усилие, Н;
i - индекс нагрузки;
j - индекс для обозначения цикла нагружения (одного вида);
[М] - допускаемый изгибающий момент, Н·мм;
N - число циклов нагружения;
[N] - допускаемое число циклов нагружения;
р - расчетное давление в сосуде в состоянии эксплуатации или испытания, МПа;
[р] - допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление, МПа;
s - толщина стенки сосуда, мм;
q - коэффициент чувствительности к концентрации напряжений;
t - расчетная температура, °С;
U - коэффициент линейного суммирования повреждений;
4 Общие положения
4.1 Расчет на малоцикловую прочность проводят для сосудов и аппаратов, которые отвечают условиям прочности при статической нагрузке.
4.2 Расчетное число циклов нагружения сосуда или аппарата определяют на основании установленного в документации режима эксплуатации и расчетного срока службы.
4.3 Под циклом нагружения понимают последовательность изменения нагрузки, которая заканчивается первоначальным состоянием и затем повторяется.
4.4 Под размахом колебания нагрузки следует понимать разность между максимальным и минимальным значениями нагрузок в течение одного цикла.
В соответствии с режимом эксплуатации размахи колебаний нагрузок могут быть разными. Условно их разделяют на главные (тип 1) и второстепенные (тип 2) (см. рисунок 1).
Рисунок 1, лист 1 - Эпюры циклов нагружения
Рисунок 1, лист 2
На рисунке 1 для упрощения расчетов эпюры циклов нагружения представлены в виде прямоугольников, при этом число циклов определяется при постоянном размахе колебания нагрузки.
4.5 При расчете на малоцикловую прочность учитывают следующие циклы нагружения:
- рабочие циклы, которые имеют место между пуском и остановом рассчитываемого сосуда и относятся к нормальной эксплуатации сосуда;
- циклы нагружения при повторяющихся испытаниях давлением;
- циклы дополнительных усилий от воздействия трубопроводов на элементы сосуда или аппарата через крепление;
- циклы нагружения, вызванные стесненностью температурных деформаций при нормальной эксплуатации сосуда.
4.6 При расчете на малоцикловую прочность не учитывают циклы нагружения:
- от ветровых и сейсмических воздействий;
- от нагрузок, возникающих при транспортировании и монтаже;
- от нагрузок, у которых размах колебаний не превышает 15% допустимого значения, установленного при расчете на статическую прочность (за исключением аустенитных сталей, для которых размах колебаний не должен превышать 25%). При определении суммы размахов нагрузок от различных воздействий не учитывают второстепенные размахи колебаний нагрузок, которые составляют менее 10% всех остальных нагрузок;
- размахов колебаний температуры в месте соединения материалов с различными коэффициентами линейного расширения, которые не превышают 50°С.
4.7 Размахи колебаний нагрузок определяют на основании рабочих нагрузок.
4.8 Число циклов нагружения определяют по установленной в документации долговечности сосуда или аппарата.
5 Условия проверки на малоцикловую прочность
5.1 Поверочный расчет на малоцикловую прочность выполняют на основе анализа общего и местного напряженного состояния с целью исключения появления трещин. Расчет напряжений проводят в предположении линейно-упругого поведения материала, за исключением особо оговоренных случаев. Полученные амплитуды условных упругих напряжений не должны превышать допускаемые амплитуды напряжений.
5.2 Расчет на малоцикловую прочность по разделам 6 и 7 не проводят, если для всех элементов сосудов выполняются следующие условия:
а) общее число циклов нагружения за весь срок эксплуатации не превышает:
б) все изменения нагрузок удовлетворяют условиям 4.6;
в) имеются положительные результаты эксплуатации аналогичного сосуда при тех же условиях работы и в течение времени не менее расчетной долговечности.
5.3 Если условия по 5.2 не выполняются, то проводят либо упрощенный, либо уточненный расчет на малоцикловую прочность по разделам 6 и 7.
Допускается не проводить уточненный расчет, если по разделу 6 получены положительные результаты.
6 Упрощенный расчет на малоцикловую прочность
6.1 Условие малоцикловой прочности будет выполнено, если амплитуда напряжений, возникающих при эксплуатации сосуда, не превышает допускаемую амплитуду напряжений для заданного числа циклов.
Допускаемую амплитуду напряжений определяют по разделу 8.
6.2 При заданной амплитуде напряжений условие малоцикловой прочности будет выполнено, если эксплуатационное число циклов не превышает допускаемое число циклов.
Допускаемое число циклов нагружения определяют по разделу 8.
Допускаемое число циклов нагружения j-го вида определяют по разделу 8 в зависимости от амплитуды напряжений для цикла нагружения j-го вида.
6.4 Амплитуду напряжений для цикла нагружения j-го вида вычисляют по формуле
Тип сварного шва или соединение элементов | Пример сварного шва | |
Стыковые сварные швы с полным проваром и плавным переходом |
| 1,0 |
Тавровые сварные швы с полным проваром и плавным переходом |
|
|
Бесшовная обечайка |
|
|
Сварные швы сосуда с подкладным листом по всей длине |
| 1,2 |
Стыковые и тавровые сварные швы с полным проваром без плавного перехода |
|
|
Сварные швы штуцеров с укрепляющим кольцом с полным проваром |
|
|
Стыковой сварной шов с усилением |
|
|
Односторонние сварные швы без подкладного листа с непроваром в корне шва |
| 1,5 |
Сварные швы штуцеров с конструктивным зазором |
|
|
Сварные швы подкладных листов |
|
|
Сварные швы штуцеров с укрепляющим кольцом и конструктивным зазором |
|
|
Сварные швы плоских приварных фланцев с конструктивным зазором |
|
|
Примечание - Значение действительно только в том случае, когда площадь поперечного сечения и момент сопротивления сварного соединения не меньше соответствующих значений в наиболее слабом элементе узла. |
Узел или элемент сосуда | Расчетный элемент | Эскиз узла | |
Гладкая оболочка
Сферическая часть выпуклых днищ без отверстий
Укрепляющие подкладки | Оболочка |
| 1,5 |
Смещение кромок сварного шва | Оболочка |
| |
Соединение оболочек разной толщины | Более тонкая оболочка | 2,0 | |
Плоское днище или крышка без отверстий (отверстия для болтов не учитываются) | Плоское днище, крышка |
|
|
Эллиптическое днище |
|
|
|
Шпильки ( МПа) | Резьба |
|
|
Приварка встык фланца с плавным переходом | Оболочка и фланец |
|
|
Обечайка с кольцом жесткости | Обечайка |
|
|
Отбортованная часть торосферического днища и конической обечайки | Торовый переход |
| 2,5 |
Пологое коническое днище с отбортовкой | Оболочка |
| |
Коническое днище без перехода | Оболочка |
| 3,0 |
Отбортованная часть торосферического и конического днища | Место соединения днища с обечайкой |
|
|
Плоское днище или крышка с отверстием, трубная решетка | Днище, крышка, трубная решетка |
|
|
Отбортованные штуцеры и лазы | Оболочка в месте установки штуцера или лаза |
|
|
Оболочка со штуцером без накладного кольца | Оболочка в месте установки штуцера |
|
|
Соединение конической обечайки с цилиндрической обечайкой меньшего диаметра | Конический переход |
|
|
Приварные плоские фланцы к оболочке | Оболочка и фланец |
|
|
Болты ( МПа) | Резьба |
|
|
Оболочка со штуцером и укрепляющим кольцом | Оболочка в месте установки штуцера |
| 4,0 |
Угловые соединения конической или сферической обечайки | Переход |
| |
Соединения неотбортованной конической обечайки с цилиндрической | Место соединения обечаек |
|
|
Болты и шпильки ( МПа) | Резьба |
|
|
Сферическая крышка с кольцом
| Сферический сегмент
|
|
|
Соединение с обечайкой плоского днища с отбортовкой или выточкой | Цилиндрическая обечайка и плоское днище без отверстия (определяющим является элемент с более низким допускаемым давлением) |
|
|
Соединение с обечайкой приварных плоских днищ остальных типов | Цилиндрическая обечайка и плоское днище без отверстия (определяющим является элемент с более низким допускаемым давлением) |
| 5,0 |
7 Уточненный расчет на малоцикловую прочность
7.1 Уточненный расчет на малоцикловую прочность основан на определении напряжений для линейно-упругого материала по теории пластин, оболочек, колец и балок.
Определение составляющих напряжений в различных узлах сосуда приведено в ГОСТ 34233.4, ГОСТ 34233.5, ГОСТ 34233.7, ГОСТ 34233.9, ГОСТ 34233.11, ГОСТ 30780.
Составляющие напряжений можно определять по специальным методикам или экспериментальными методами.
Амплитуду напряжений для каждого цикла вычисляют по формуле
Допускается амплитуду напряжений вычислять по формуле
или
или допускается вычислять амплитуду напряжений по формуле
При отсутствии точных данных
7.3 При известных значениях амплитуды напряжений либо проверяют условие прочности по формуле (1), либо определяют допускаемое число циклов по формуле (13) и выполнение условий прочности по формуле (2).
8 Определение допускаемой амплитуды напряжений и допускаемого числа циклов нагружения
8.1 Допускаемую амплитуду напряжений определяют по графикам, приведенным на рисунках 2-10, или вычисляют по формуле
8.2 Допускаемое число циклов нагружения определяют по графикам, приведенным на рисунках 2-10, или вычисляют по формуле
8.4 Коэффициенты запаса прочности по числу циклов и коэффициенты запаса прочности по напряжениям должны соответствовать:
Примечание - График, приведенный на рисунке 2, может быть использован для определения допускаемой амплитуды напряжений и допускаемого числа циклов нагружения для углеродистых сталей с плакировкой из стали 08X13 при Т не более 380°С.
Примечание - График, приведенный на рисунке 3, может быть использован для определения допускаемой амплитуды напряжений и допускаемого числа циклов нагружения для низколегированных сталей с плакировкой из стали 08X13 при Т не более 420°С.
Рисунок 6 - Расчетная кривая усталости для сплавов алюминия
Рисунок 7 - Расчетная кривая усталости для сплавов меди
Рисунок 8 - Расчетная кривая усталости для сплавов титана
Рисунок 10 - Расчетная кривая усталости для углеродистых и низколегированных сталей с плакировкой из аустенитных сталей (при температуре не более 380°С)
Материал | А, МПа | В, МПа | ( t в°C) |
Углеродистые стали | 0,60 ·10 | 2300-t 2300 | |
Низколегированные и легированные стали | 0,45 ·10 | 2300-t 2300 | |
Аустенитные стали | 0,60 ·10 | 2300-t 2300 | |
Высокопрочные стали для болтов МПа | 0,25 ·10 | 2300-t 2300 | |
Сплавы алюминия марок АМцС; АМг2; АМг3 | 0,18 ·10 | 2300-t 2300 | |
Сплавы алюминия марок AMг5; АМг6 | 0,86 ·10 | 2300-t 2300 | |
Медь марок М2; М3; М3р | 0,39 ·10 | 3200-t 3200 | |
Медные сплавы марок ЛС59-1; Л63; ЛO62-1; ЛЖМц | 0,30 ·10 | 3200-t 3200 | |
Титан марок ВТ1-0; ВТ1-00 | 0,46 ·10 | 1200-t 1200 | |
Титановый сплав марки ОТ4-0 | 0,33 ·10 | 1200-t 1200 | |
Титановый сплав марки АТ3 | 0,31 ·10 | 3200-t 3200 |
УДК 66.023:006.354 | МКС 71.120 |
| NEQ |
| 75.200 |
|
|
| |||
Ключевые слова: сосуды и аппараты, нормы и методы расчета на прочность, малоцикловые нагрузки |