ГОСТ Р 54522-2011 Сосуды и аппараты высокого давления. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических обечаек, днищ, фланцев, крышек. Рекомендации по конструированию

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Сосуды и аппараты высокого давления

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет цилиндрических обечаек, днищ, фланцев, крышек.

Рекомендации по конструированию

EN 13445-3—2002 (NEQ)

Издание официальное

Предисловие

Цели и принципы стандартизации е Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 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 «Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения» (ОАО «ИркутскНИИхиммаш»), Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения» (ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ»), Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский институт химического машиностроения» (ОАО «НИИХИММАШ»), Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 23 «Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2011 г. N9 598-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов: Директива 97/23/ЕС на Оборудование, работающее под давлением (97/23/ЕС «РЕО — Pressure equipment directive»): EH 13445-3—2002 «Сосуды, работающие под давлением без огневого подвода теплоты. ЧастьЗ. Конструкция» (EN13445-3—2002 «Unfired pressure vessels — Part 3: Design»)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется е ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и попраеок — 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

© Стандартинформ.2012

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

1 Область применения………………………………………….

2 Нормативные ссылки…………………………………………

3 Обозначения………………………………………………

4 Общие положения…………………………………………..

4.1 Расчетная температура……………………………………..

4.2 Рабочее, расчетное, пробное давление, давление опрессовки……………….

4.3 Допустимое напряжение, коэффициенты запаса прочности…………………

4.4 Коэффициент прочности сварных соединений…………………………

4.5 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов………………..

4.6 Сосуды с противокоррозионным покрытием………………………….

5 Расчет цилиндрических обечаек…………………………………..

5.1 Цилиндрические однослойные обечайки……………………………

5.2 Цилиндрические многослойные обечайки……………………………

5.3 Соединение цилиндрических обечаек……………………………..

6 Расчет днищ………………………………………………

6.1 Кованые плоские отбортованные днища, сопряженные с однослойными обечайками…..

6.2 Выпуклые днища, сопряженные с однослойными обечайками………………..

6.3 Выпуклые днища, сопряженные с многослойными обечайками……………….

7 Расчет фланцев…………………………………………….

7.1 Условия применения расчетных формул…………………………….

7.2 Поверочный расчет фланца……………………………………

8 Расчет крышек……………………………………………..

8.1 Плоские крышки………………………………………….

8.2 Выпуклые сферические крышки…………………………………

Приложение А (справочное) Расчетные характеристики прочности сталей при повышенных температурах ………………………………………….

Приложение Б (справочное) Коэффициенты прочности сварных соединений…………..

Библиография……………………………………………….

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Сосуды и аппараты высокого давления НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет цилиндрических обечаек, днищ, фланцев, крышек. Рекомендации по конструированию

High pressure vessels end apparatus.

Norms and methods of strength calculation. Calculation ofcylindrtc shells, heads, flanges, covers.

Design recommendations

Дата введения — 2012—06—01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность при статическом нагружении и рекомендации по конструированию сосудов и аппаратов (далее — сосудов)стальных кованых, кованосварных, многослойных и однослойных, изготовленных из поковок и листового проката, работающих под действием внутреннего давления свыше 10 до 130 МПа”, применяемых в газовой, нефтяной, нефтехимической, химической промышленности, производстве минеральных удобрений и других смежных отраслях промышленности.

Расчетные формулы настоящего стандарта применимы при условии, что свойства материалов, требования к конструкции, изготовлению и контролю отвечают требованиям нормативных документов на изготовление и что расчетные температуры не превышают значений, при которых наступает ползучесть материалов.

При отсутствии точных данных о температуре, при которой необходимо учитывать ползучесть материала, формулы применимы для расчетной температуры стенки сосудов, не превышающей: для углеродистой стали 380 ^вС. для низколегированной и среднелегированной сталей 420 *С и для аустенитной стали 525 *С.

Минимальная (отрицательная) температура определяется физико-механическими свойствами применяемых материалов по стандартам и техническим условиям на изготовление сосудов, утвержденными в установленном порядке.

Настоящий стандарт не распространяется на сосуды, работающие под внешним давлением.

Для сосудов, находящихся в эксплуатации, в процессе монтажа, изготовления или оконченных проектов до введения настоящих норм, переоформление расчетов на прочностье соотввтствиис настоящим стандартом не требуется.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 52857.1—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ Р 52857.2—2007 Сосуды иаппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

^f> Сосуды, изготовляемые в соответствии с (1). допускается рассчитывать по ГОСТ Р S2857.1 — ГОСТ Р 52857.12.

Издание официальное

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 52857.4—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ Р 52857.5—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ Р 52857.6—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ Р 52857.7—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ Р 52857.8—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ Р 52857.9—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер

ГОСТ Р 52857.10—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ Р 52857.11 —2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруг-лости обечаек

ГОСТ Р 52857.12—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Требования к форме представления расчетов на прочность, выполняемых на ЭВМ

ГОСТ 26303—84 Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность

Применение — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регупированию 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 попьэоаении настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссыпка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения: с — сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, мм; с, — прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм; с₂ — прибавка для компенсации минусового допуска, мм; с₃ — технологическая прибавка, мм;

D — внутренний диаметр сосуда или аппарата, мм;

О, — внутренний диаметр проточки плоского днища, мм;

D₂ — наружный диаметр фланца корпуса, мм;

D_i — диаметр окружности центров шпилек, мм;

0₄ — наружный диаметр фланца выпуклой крышки, мм;

D_b — наименьший диаметр выточки под уплотнение, мм:

D_b — наибольший диаметр выточки под уплотнение, мм:

D_u — наружный диаметр центральной обечайки, мм;

D_K — наружный диаметр кожуха многослойной обечайки, мм;

D_r — расчетный диаметр плоского днища и уплотнения, мм; d₆ — диаметр отверстия под шпильку основного крепежа, мм; d₀ — диаметр центрального отверстия в днищах или крышках, мм; б, — диаметры отверстий в днищах или крышках, мм:

— расчвтныйдиамегрнесквозногоотверстия.определяемыйсучвтом глубины отверстия, мм: б_е — наружный диаметр резьбы шпильки, мм:

Л

— сумма диаметроеотверстий для наиболее ослабленного диаметрального сечения е плос-кой крышке или днище, мм;

F_s — расчетное усилие, действующее на шпильки при расчетном давлении. Н:

F_p — осевая сила от действия уплотнительного кольца или прокладки. Н:

F₀ — осевая сила от действия давления среды на крышку. Н:

F_0i — осевое усилие, действующее на поперечное сечение стенки, Н;

Р_ог — осевое усилие, действующее на участок торца фланца, заключенный между внутренней поверхностью сосуда и средней линией уплотнительной поверхности. Н;

Н — высота выпуклой части днища по внутренней поверхности без учета цилиндрической части, мм; Н, — толщина центральной части крышки, мм;

Н₂ — исполнительная толщина крышки в месте расположения выточки под уплотнение, мм;

Н_2Р — расчетная толщина крышки в месте расположения выточки под уплотнение, мм;

Н₃ — исполнительная толщина периферийной части плоской крышки, мм;

Н_3р — предварительная расчетная толщина периферийной части плоской крышки, мм;

H_3R — расчетная толщина периферийной части плоской крышки, мм;

Н_А — исполнительная толщина фланца выпуклой крышки, мм;

H_iR — расчетная толщина фланца выпуклой крышки, мм;

Л — длина цилиндрической отбортовки выпуклого днища, мм;

ft, — длина конического или радиусного перехода, мм;

ft₃ — длина цилиндрической отбортовки плоского днища, мм;

ft₃ — высота цилиндрической части фланца корпуса, мм;

ft., — усредненная высота фланца корпуса, мм;

ft_s — расчетная условная высота фланца корпуса, мм;

ft₆ — высота цилиндрической части фланца, стыкуемой с обечайкой, мм:

К — коэффициент прочности днища;

— коэффициент ослабления днища отверстиями:

L — длина дополнительных слоев многослойной обечайки, мм:

L, — длина однослойной цилиндрической вставки, мм;

L₃ — длина переходной части стыкуемых элементов, мм;

/_в — глубина отверстий под шпильки во фланце, мм:

/, — глубина г-го несквозного отверстия, мм;

М — расчетный изгибающий момент. Н – мм;

[М\ — допустимый изгибающий момент. Н • мм:

п„ — коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению (пределу прочности}; л, — коэффициент запаса прочности по пределу текучести; р — расчетное давление в сосуде или аппарате. МПа;

р_с— расчетное давление, воспринимаемое слоями, расположенными между центральной обечайкой и кожухом. МПа;

[р] — допустимое давление. МПа;

Рпр — пробное давление. МПа;

R — расчетный радиус кривизны днища по внутренней поверхности, мм; ги г, — радиусы закругления, мм;

R_tA — минимальное значение предела текучести при расчетной температуре. МПа;

R_e/20 — минимальное значение предела текучести при температуре 20 *С. МПа:

Rpo ₂л — минимальное значение условногопредела текучести при остаточном удлиненииО.2% при расчетной температуре. МПа;

Rpo г/м “ минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0.2% при температуре 20 *С. МПа;

R_{ol дл} — минимальное значение предела текучести при остаточном удлинении 1,0% при расчетной температуре. МПа;

^«1.0/20 минимальное значение предела текучести при остаточном удлинении 1.0% при температуре 20 *С. МПа;

R_m/t — минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при расчетной температуре. МПа;

R_m/20 — минимальное значение временногосопротивления (предела прочности)при температуре 20 ^вС. МПа;

з

S — исполнительная толщина цилиндрической обечайки, мм;

S_R — расчетная толщина цилиндрической обечайки, мм:

S, — исполнительная толщина днища, мм;

S,* — расчетная толщина днища, мм:

S₂ — минимальная толщина днища е зоне проточки, мм:

S_u — исполнительная толщина центральной обечайки, мм;

S_e — общая исполнительная толщина слоев, расположенных между центральной обечайкой и кожухом, мм:

S, — исполнительная толщина наружного кожуха многослойной обечайки, мм;

S_w — исполнительная толщина многослойной цилиндрической обечайки, мм;

S_uf) — расчетная толщина многослойной цилиндрической обечайки, мм;

t — расстояние от края отверстия е выпуклой крышке или днище до внутренней стенки сосуда или аппарата, мм:

t₂ — расстояние между кромками соседних отверстий, мм; t₃ — разность толщин стыкуемых элементов, мм;

Z — число шпилек, шт.;

а — угол наклона образующей конической части фланца, градус:

р — коэффициент толстостенности;

р* — расчетный коэффициент толстостенности;

в— угол между нормальюквнутренней поверхности на краю днища или сферической части выпуклой крышки и осью сосуда или аппарата, градус; в* — половина исполнительного угла сферического сегмента выпуклой части крышки, градус;

{о] — допустимое напряжение при расчетной температуре, МПа;

[о!» — допустимое напряжение при температуре 20 *С. МПа;

[о]_ц — допустимое напряжение для материала центральной обечайки при расчетной температуре.

МПа:

(oj_. — допустимое напряжение для материала слоев при расчетной температуре. МПа;

(о)_к — допустимое напряжение для материала кожуха при расчетной температуре. МПа;

<р — коэффициент прочности сварных швов; у *— угол конусности уплотнительных поверхностей, градус; р — угол трения на уплотнительных поверхностях, градус.

4 Общие положения

4.1 Расчетная температура

4.1.1 Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допустимых напряжений.

4.1.2 Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний.

За расчетную температуру стенки сосуда принимают наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допустимых напряжений принимают температуру 20 *С.

4.1.3 Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации среда соприкасается со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 ®С.

4.2 Рабочее, расчетное, пробное давление, давление опрессовки

4.2.1 Под рабочим давлением для сосуда следует понимать максимальное внутреннее избыточное 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.

4.2.2 Под расчетным давлением для элементов сосудов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность.

Расчетное давление для элементов сосуда принимают равным максимально возможному рабочему давлению.

При повышении давления всосуде во время действия предохранительных устройств, ограничивающих давление более чем на 10 % по сравнению с рабочим, элементы сосуда следует рассчитывать на давление, равное 90 % давления при действии этих устройств.

4.2.3 Под пробным давлением в сосуде следует понимать давление, при котором проводят испытание сосуда на прочность и плотность.

4.2.4 Значение пробного давления при гидравлических испытаниях следует назначать в соответствии с ПБ 03-576 [2].

4.2.5 Расчет прочности деталей на пробное давление проводят, подставляя в расчетные формулы значение пробного давления вместо расчетного давления р. При этом коэффициент запаса прочности по пределу текучести для пробного давления следует принимать по таблице 4.1.

4.2.6 Под давлением опрессовкиследуетпониматьоднофатное давление при изготовлении сосуда. переводящее внутренние слои многослойной стенки за предел текучести.

4.2.7 Многослойные сосуды следует подвергать испытанию повышенным избыточным давлением опрессовки в соответствии с нормативным документом на изготовление.

4.2.8 При нагружении многослойного сосуда давлением опрессовки необходимо проводить проверку прочности деталей по формулам соответствующих разделов, подставляя в расчетные формулы значение давления опрессовки вместо расчетного давления. При этом коэффициент запаса прочности по пределу текучести при температуре испытаний принимают согласно таблице 4.1.

Указанную проверку не проводят для многослойных цилиндрических обечаек и при расчете укрепления отверстий.

4.3 Допустимое напряжение, коэффициенты запаса прочности

4.3.1 Допустимое напряжение при расчете по предельным нагрузкам конструктивных элементов из углеродистых, низколегированных, среднелегированных и аустенитных сталей вычисляют по формуле

Прочностные характеристики материалов могут быть выбраны в соответствии с приложением А.

4.3.2 Коэффициенты запаса прочности п„ п_а в зависимости от условий нагружения следует определять в соответствии с таблицей 4.1.

Таблица 4.1 — Коэффициенты запаса прочности

Условие нагружения	Рассчитываемый элемент	“.	л.
Рабочие условия	Все элементы, кроме шпилек	1.60	2.4
Шпильки	1.50	—
Условия испытания: • гидравлические	Все элементы	1.10	_
• пневматические	Все элементы	1.20	—
• опрессовка	Все элементы, кроме шпилек	1.07	—
• многослойных сосудов	Шпильки	1.00	—

4.4 Коэффициент прочности сварных соединений

6 формул ы для расчетов на прочность элементов сосудов, имеющих сварные соединения, необходимо вводить коэффициент <р, учитывающий снижение прочности сварного шва по сравнению с основным металлом.

Значения коэффициента <р— согласно приложению Б.

4.5 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов

4.5.1 При расчете сосудов необходимо учитывать прибавки с к расчетным толщинам элементов сосудов.

Исполнительную толщину стенки элемента сосуда вычисляют по формуле

SzS_R*c. (2)

где S_R — расчетная толщина стенки элемента сосуда.

Прибавку к расчетным толщинам вычисляют по формуле

О)

При двухстороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавку с, следует опре-делять как сумму соответствующих прибавок с внутренней и наружной сторон.

При поверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки. Если известна фактическая толщина стенки, то при поверочном расчете можно не учитывать значения с₂ и с_э.

4.5.2 Обоснование всех прибавок к расчетным толщинам должно быть приведено в технической документации.

4.6 Сосуды с противокоррозионным покрытием

При определении расчетной толщины стенки элементов сосудов, работающих при температуре свыше 200 *С. толщину аустенитного наплавленного или плакирующего защитного слоя, а также футе* ровки и аустенитной центральной обечайки не учитывают.

5 Расчет цилиндрических обечаек

5.1 Цилиндрические однослойные обечайки

5.1.1 Расчет применим для цилиндрических обечаек при выполнении условия:

— *0.4.

О

5.1.2 Толщину цилиндрической однослойной обечайки вычисляют по формуле

S a S* + с,

rfleS_H = 0,5D(p_H -1).

5.1.3 Расчетный коэффициент толстостенности вычисляют по формуле

где <р — коэффициент прочности сварных швов.

5.1.4 Допустимое давление вычисляют по формуле

W = И 9 In pi

_гдеР=£^£>.

5.2 Цилиндрические многослойные обечайки

5.2.1 Расчет распространяется на цилиндрические многослойные обечайки с концентрическим и рулонированным расположением слоев.

5.2.2 Исполнительная толщина стенки должна удовлетворять условию

S®_R = 0.50 lexp——1 — нулевое приближение величины S_Mft. L j

Точность расчета p₄ проверяют подстановкой S_uR вместо S°_R в формулу (12). Расчеты повторяют до получения одинаковых значений р_е с точностью 0.2 МПа.

5.2.4 Допустимое давление вычисляют по формуле

lPl=Mcp9*ⁿft

гдер =£1“

D т2с

КА -[okS, *ИЛ

5.2.5 Приопределениитотциныстенки или допустимого давления не учитывают наружный кожух, изготовленный из материала с пределом текучести меньше значения

(17)

гдер

р_1М — повышенное давление опрессовки (определяется по нормативному документу на изготовление).

5.3 Соединение цилиндрических обечаек

5.3.1 Соединение однослойных обечаек между собой и с многослойными обечайками и много* слойных обечаек между собой рекомендуется выполнять в соответствии с рисунком 5.1.

При этом следует соблюдать условие

3. (¹⁸>

5.3.2 При S7S’ >1.2 толщина более тонкой обечайки S’ увеличивается до толщины S” в соответствии с рисунками 5.1 а. 5.16,5.1в. Толщину более тонкой многослойной стенки увеличивают до величины S” дополнительными слоями на длине

Li 0.4VOS’. (19>

При STS’ £1,2 конический переход допускается выполнять за счет скоса более толстой обечайки в соответствии с рисунками 5.1а, 5.1<5, 5.1е. 5.1ж, 5.1 и. 5.1 к.

6 Расчет днищ

6.1 Кованые плоские отбортованные днища, сопряженные с однослойными обечайками

6.1.1 На рисунках 6.1 —6.3 приведены конструктивные варианты плоских днищ.

6.1.2 Расчет применим для днищ при выполнении условий:

fill £0,35; rfS^ r,/1,8S_ff; hJS_R.

	—	> t ” ‘ ^
£		Л
*	ii	\k
–	i		1	1
Irf.		U< -ь	■Д

Рисунок 6.1 — Плоское днище с коническим переходом

6.1.3 Толщину днища с коническим и радиусным переходами, выполненными в соответствии с рисунками 6.1.6.2, вычисляют по формуле

S, *$_1Я + с. (20)

(24)

6.1.5 Допустимое давление для днищ с коническим и радиусным переходами вычисляют по фор*

муле

6.1.7 Толщину плоского днища с проточкой (см. рисунок 6.3) вычисляют по формулам:

^s.*^s,*^+c;

S_1s = 0,45K_noJIZI.

Для днищ с отношением fill £0,11 К_р – 1;

О -• с

для днищ с отношением — > 0.11 поправочный коэффициент K_D вычисляют по формуле (22).

о *

6.1.8 Допустимое давление для плоского днища с проточкой вычисляют по формуле

.2

6.1.9 Коэффициент ослабления днища неукрепленными отверстиями К₀ для плоских днищ всех типов вычисляют по формуле

где п — число отверстии, попадающих в рассматриваемое сечение:

в случае одиночного центрального отверстия – по формуле

Максимальная сумма длин диаметров и хорд отверстий в наиболее ослабленном диаметральном сечении днища (см. рисунок 6.4) вычисляют по формуле

Л flf = max{(d, + d₃); <Ь₂ ♦£>.,)}. (33)

6.1.10 6 случае несквозного отверстия в формулы (31) и (32) подставляют значение расчетного диаметра d_lR, определяемогос учетом глубины отверстия

6.1.11 В случае ступенчатого отверстия при определении коэффициента ослабления днища отверстиями в качестве расчетного диаметра принимают эквивалентный внутренний диаметр d₃, определяемый из условия равенства площади фасонного сечения f, вырезанной из стенки днища, площади сечения d₃S^. т.е.

6.2 Выпуклые днища, сопряженные с однослойными обечайками

6.2.1 На рисунках 6.5.6.6 приведены конструктивные варианты выпуклых днищ.

Рисунокб.б— Эллиптическое днище

6.2.2 Расчет применим для сферических и эллиптических днищ при соблюдении следующих условий:

а) —а 0.2; ■^^■£0.15:

о о

б) минимальное расстояние Г, от внутренней (наружной) поверхности днища до резьбового гнезда для крепежного элемента должно быть не менее диаметра этого гнезда. I, 2 d₃ + с.

в) угол между нормалью к внутренней поверхности на краю днища и осью сосуда или аппарата в г 75*.

6.2.3 В случае S, < S или S, > S конструктивное оформление зоны сопряжения выполняют по рисунку 6.5 или б.бсоотеетственно. при этом должно соблюдаться условие Lyt₃ 23.

6.2.4 Толщину выпуклого днища вычисляют по формуле

(36)

щина днища должна быть не меньше толщины обечайки, вычисленной по формуле (6) при [о] для мате* риала днища.

6.2.6 Допустимое давление вычисляют по формуле

(38)

6.2.7 Расчетный радиус кривизны вычисляют по формуле (39)

дляэллиптическихднищсН* 0,250 R-D;

для полусферических днище Н – 0.5 D R – 0.50.

6.3 Выпуклые днища, сопряженные с многослойными обечайками

6.3.1 Выпуклые днища, сопряженные с многослойными обечайками, следует выполнять а соответствии с 6.2.

6.3.2 Сферические днища с углом сегмента 90* 20 2 87* соединяются с многослойной обечайкой непосредственно согласно рисунку 6.7а или через однослойную вставку согласно рисунку 6.8.

6.3.3 Зону перехода рекомендуется выполнять поодномуизвариантов рисунка 6.7а, приэтом следует соблюдать условие L₂/f₃ 23.

6.3.4 Принятая толщина эллиптического днища высотой Н. равной 0,250, должна быть не менее 0.7 S_uR.

6.3.5 Выпуклые днища в виде сферического сегмента с углом 87* >0 275* соединяются с многослойной обечайкой посредством однослойной цилиндрической вставки согласно рисунку 6.8.

6.3.6 Расчетную толщину однослойной цилиндрической вставки для днищ в виде сферического сегмента с углом 87* > 6 275* определяют по 5.1 и принимают не менее S_M.

и

в.3.7 Длина однослойной цилиндрической вставки в соответствии с рисунком 6.8 должна удовлетворять требованию

0.4</5s. (40)

Рисунок 6.7 — Выпуклые днище, сопряженные с многослойной обечайкой без встваки

6.3.8 Зону перехода от однослойной цилиндрической вставки к днищу выполняют согласно рисунку 6.8, при этом следует соблюдать условие 23.

Рисунок 6.8 — Сферические днища с углом сегменте 87* > 0 г 75*. сопряженные с многослойной обечайкой

посредством вставки

6.3.9 При S > S_u (см. рисунок6.86) S_u увеличивается до величины S дополнительными слоями на длине

Lb0.4-JDS. (41)

При S/S_M < 1.2 допускается не вводить дополнительные слои. При этом делается скосоднослойной вставки(всоединении с многослойной обечайкой)согласнорисункам6.8 6.6.8етак. чтобы соблюдал ось условие ЦН₃ 2 3.

6.3.10 Радиусы закругления г на рисунках 6.8 принимают в соответствии с 6.1.2.

6.3.11 Зону сопряжения эллиптического днища с многослойной обечайкой выполняют в соответствии с рисунками 6.76.6.7е, 6.7а. 6.78. при этом следует соблюдать условия

L – 0.4 ^5s7. Ь.гз. (42)

^fs

6.3.12 При S,>S_M,

если S,/S„ й1.2. вводят дополнительные слои в соответствии с рисунком 6.7а; если S,/S_u < 1,2. скос Ц осуществляют за счет днища в соответствии с рисунком 6.76.

При S, < S_u соединение осуществляют со скосом многослойной обечайки согласно рисунку 6.76.

7 Расчет фланцев

7.1 Условия применения расчетных формул

7.1.1 Расчет распространяется на кованые фланиы. соединенные посредством сварки с однослойной или многослойной цилиндрической обечайкой. Модель фланца приведена на рисунке 7.1. Схема фланца, сопряженногос многослойной обечайкой, приведена на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 — Кованый фланец, сопряженный с многослойной обечайкой

7.1.2 Размеры фланца принимают, исходя из следующих соотношений.

7.1.2.1 Диаметр окружности центроашпилеквычисляютлоформуле

Р₃ amax {Р + 2d_B; ²‘^2tfg

³ . * 1во Г

; eln-

Z I

Для затворов с плоской металлической прокладкой должно также соблюдаться условие

Р₃ а 1,05Р₆ ♦ d_B.

7.1.2.2 Наружный диаметр фланца Р₂ определяют из условия

D₂±D₃ + 2d_e.

7.1.2.3 Рекомендуемый угол наклона образующей конической части фланца

30*.

допускается принимать

30^е < а £45°.

Для радиуса перехода от конической части фланца х цилиндрическому корпусу должно выполнять* ся условие

7.1.2.4 Величины и /?₆ определяют из условий:

• при а 530^е:

– при 30^е < а 545^е:

где (_в определяют по нормативному документу на резьбовые соединения.

7.1.2.5 Исполнительная толщина Sстенки цилиндрической части фланца, стыкуемойсобечайкой корпуса, должна быть не менее S_R, определяемой по 5.1.2. и толщины стыкуемой с фланцем обечайки.

Для фланцев, стыкувмыхс многослойной обечайкой, при S> S_M согласно рисунку 7.2 толщину обечайки в месте стыка следует увеличить до толщины S путем дополнительной намотки слоев на длине L. которую выбирают из формулы (41}.

При S/S_M <1.2 допускается дополнительные слои не вводить, в этом случае на фланце в месте стыка с многослойной обечайкой делается скос по аналогии с оформлением зоны сопряжения выпуклого днища с обечайкой в соответствии с 6.3 и рисунком 6.6е.

7.2 Поверочный расчет фланца

7.2.1 Условие прочности фланца на изгиб в диаметральном сечении:

М<[М\. (51)

7.2.2 Изгибающий момент относительно диаметрального сечения фланцавычисляютпоформуле

М = 1[^О_а -Я₀₁(Р ♦ J, (52)

где F_$, F_p, D_r определяют no ГОСТ 26303.

Осевое усилие, действующее на поперечное сечение стенки, вычисляют по формуле

Осевое усилие, действующее на участок торца фланца, заключенный между внутренней поверхностью сосуда и средней линией уплотнительной поверхности, вычисляют по формуле

^foz^sj(^dr -^)Р-

7.2.3 Допустимый изгибающий момент вычисляют по формуле

г*л-*1^в)Г.л #» .. (D + s)(s~cf

IMJ —|{Р₃ -D -d_e)(h_t -Л»)—-

Р_г -Р -24. 4 1Q м

wed^sdA (58)

^П4

7.2.4 Допустимый изгибающий момент для фланцев, стыкуемых с многослойной обечайкой, вычисляют по формуле

[jW] = lM(D₂-D-af_fl)(hi (59)

7.2.5 Если не выполняется условие формулы (51). то необходимо увеличить высоту цилиндрической части фланца или его наружный диаметр, после чего осуществить повторный расчет.

8 Расчет крышек

8.1 Плоские крышки

8.1.1 Схема плоской крышки приведена на рисунке 8.1.

8.1.2 Предварительную расчетную толщину крышки Н_3р вычисляют по формуле

M,=0.41D_B | Р 0«*3(Р,-Р.)МЬ * * уИК, 0₄-2<j_e-£d

где F_s, F_q, O_r определяют по ГОСТ 26303;

Yd — сумма хорд отверстий для наиболее ослабленного диаметрального сечения в крышке, мм.

” \ 21 1

в случае несквозных отверстий £d = ]Tmin| d,:—d,

\ ^нэ J

н ~ с

Для крышек с отношением —^—£0.11 поправочный коэффициент/^ = 1:

Н -С

для крышек с отношением —а.—>0,11 поправочный коэффициент/^ вычисляют по формуле

8.1.3 Уточненную толщину крышки, вычисляют по формуле

H₃iH_3f)*c.

О_й +3(Dj

‘Ъ

8.1.4 Минимальную толщину крышки в месте расположения выточки под уплотнение (в случае применения затвора с двух конусным кольцом) вычисляют по формуле

Я₂гн_№ + с. ₍б4)

где Н_2Я выбирают большим из двух значений

ряО* +4F_fi 2лО_я [о]

3(0,-О_в)-£- ,

–^м–

Ц|«1 Оп -И¹ 01

Если значение подкоренного выражения в формуле (66) меньше нуля, величину Н_2Я вычисляют по формуле (65).

8.1.5 В случае использования восьмигранного уплотнительного кольца расчетную толщину крыш* ки вычисляют по формуле

_F_S~F₀

* tg(T-p)(D₄ -2d„ – ’ где F_S,F₀, О*, у. p определяют no [3] и (4]. при этом согласно (3) F_s – Q,F_q– Q_g.

8.2 Выпуклые сферические крышки 8.2.1 Условия применения расчетных формул:

а) 0.1 sfilf. £0.2:

Я

б) гй 0.4S,;

в) 7й0,1О;

г) половина угла сферического сегмента крышки 6 принимают из интервала 55° £0&6О°.

д) температура крышки до 200 °С без наружной теплоизоляции и свыше 200 °С при наличии тепло* изоляции всей наружной ее поверхности;

е) уплотнение — двухконусным кольцом или кольцом треугольного сечения.

Расчетная модель выпуклой сферической крышки приведена на рисунке 8.2.

8.2.2 Толщину стенки сферической части выпуклой крышки вычисляют по формуле

[п] — наименьшее из двух значений; допустимого напряжения материала сферической части крыш* ки и допустимого напряжения материала фланца крышки при расчетной температуре.

8.2.3 Расчетную высоту фланца выпуклой крышки вычисляют по формуле

Н₄йН_4Я+с.

8.2.4 Расчетный момент, дейстеующий на фланцевое кольцо крышки, вычисляют по формуле

где усилия F₀, и F₀₃ вычисляют по формулам (53) и (54); F_s, Fp, О_я определяются по ГОСТ 26303.

Приложение А (справочное)

Расчетные характеристики прочности сталей при повышенных температурах

Таблице А.1

Марка стали	Макси мальнее толщина заготовки {листа), мм	Нормативная характеристика прогости при температуре 20 *С	Предел текучести R^. МПа. при температура. *С	Временное сопротивление МПа. при температуре. *С
*Р0 Г МПа	**• мпа	100	200	300	400	450	475	500	560	100	200	300	400	450	475	500	560
20	800	167	334	167	167	147	132	112	112		_	333	323	294	274	225	205	_
300	215	410	206	196	177	157	135	130	—	_	410	402	392	373	350	325		_
20 К	500	195	390	177	167	157	147	147	142	_	—	410	402	392	373	350	325	_
20	250	410	245	240	195	150	—	—	—	—	420	410	380	360	340	—	—	—
40	240	410	235	230	190	145	—	—	—	—
20КА	500	195	390	177	167	157	147	147	142	—	—	—	373	363	353	305	255	—	—
22 К	500	215	432	215	196	186	176	176	171	—	—	430	392	392	373	353	320	—	—
70	255	432		216	191	176	176	171			430	392	392	373	353	320
20ЮЧ	500	215	432	215	195	185	165	160	155		_	430	390	370	360	350	320
10Г2	500	215	432		210	200	185	165	155	—	_		410	390	360	320	300	—	—
15ГС	350	294	490	294	275	226	167	150	145	_	—	461	441	412	392	312	300
16ГС	400	274	451	274	255	226	167	150	145	_	—	451	441	412	392	312	300	—	—
20	315	480	300	275	220	175	—	—	—	—	480	460	420	400	—	—	—	—
32	295	470	280	265	205	165	—	—	—	—	470	450	415	390	—	—	—	—
60	285	460	270	250	200	160	—	—	—	—	450	430	410	380	—	—	—	—

ГОСТ Р 54522—2011

Приложение Б (справочное)

Коэффициенты прочности сварных соединений

Т в б л и ц а 6.1

Тип сварного соединения	Способ свари* в соответствии с нормативными документами на изготовление	Метод, объем контроля и качество сварного соединения	Значение коэффициента прочности о
Стыковое, угловое, тавровое с полным проваром свариваемых кромок (двухстороннее: с подввркой корня шва)	Ручная покрытыми электродами: автоматическая под слоем флюса, ручная, автоматическая, механизированная в среде аргона		1.0
Стыковое	Электрош лаковая		1.0
Стыковое, угловое, тавровое. доступное сварке только с одной стороны	Ручная покрытыми электродами: автоматическая под слоем флюса по ручной подвврке: ручная. автоматическая, механизированная в среде аргона		0.9
Стыковое не остающейся металлической подкладке		В соответствии с нормативными документами на изготовление	0.9
Стыковое, выполняемое на флюсовой, керамической или медной подушке без подварки		0.8
Угловое, тавровое с конструктивным зазором, нахлестом ное	Ручная покрытыми электродами: автоматическая под слоем		0.8
Конструктивная, технологическая перлитная наплавка на перлитные элементы сосудов	флюса: ручная, автоматическая, механизированная в среде аргона		1.0
Конструктивная, технологическая аустенитная наплавка на перлитные элементы сосудов			0.9

Библиография

Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных

Правила устройства и безопасной зксплуатации сосудов, работающих под давлением

Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см’). Методика расчета на прочность и плотность Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см²). Тилы. Конструкции и размеры. Технические требования. Правила приемки. Методы контроля

УДК 66.023-987.001.24:006.354 ОКС 71.120.01 ОКП 361000

Ключевые слова: сосуды, аппараты, высокое давление, прочность, допустимые напряжения, обечайки, днища, фланцы, крышки

Редактор Р.Г. Говврдовсяан Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор Л.Я. Митрофанова Компьютерная оерстка И. А. Напейконои

Сдано «набор 14.02.2012. Подписано а печать 13.03 2012. Формат 60 ■ 64j£ Гарнитура Ариал. Уел. леч. п. 3.26. Уч чод. л. 2.75. Тираж 166 эм. За к 233.

. 123905 Москва. Гранатный лер.. 4. wwiv.gosbn1o.ru inlo@goslin!o ги

Набрано во на ПЭВМ.

Отпечатано а филиале ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ* — тип. «Московский печатник». 10S062 Москва. Лялин пар., 6.