ГОСТ Р 52857.8-2007
Группа Г02
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Сосуды и аппараты с рубашками
Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Jacketed vessels and apparatus
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" (EN 13445-3:2002 "Unfired pressure vessel - Part 3: Design")
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .
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 распространяется на сосуды с U-образной или цилиндрической рубашкой, с рубашкой, сопряженной анкерными трубами или отбортовкой, а также с рубашкой в виде змеевиковых или регистровых каналов для обогрева или охлаждения сосуда, нагруженные избыточным давлением в сосуде или (и) в рубашке, собственной массой и стесненностью температурных деформаций.
Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ Р 52857.1.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты стальные. 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
ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках
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:
на цилиндрической обечайке
на днище
4 Условия применения расчетных формул
4.1 Общие условия применения расчетных формул
4.1.1 Формулы применимы, если в рубашке действует только избыточное внутреннее давление (
4.1.2 Формулы для проверок малоцикловой прочности (см. разделы 5-8) применимы, если рабочие температуры не превышают значений, при которых следует учитывать ползучесть материалов, то есть когда допускаемое напряжение, приведенное в ГОСТ Р 52857.1, определяют только по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности). Если нет точных данных, то формулы применимы, если расчетная температура не превышает следующих значений:
380°С - для углеродистой стали;
420°С - для низколегированной стали;
525°С - для аустенитной стали.
4.1.3 Формула для определения допускаемого размаха напряжений
4.1.4 Проверка на малоцикловую прочность приведена только для мест сопряжения сосуда с рубашкой или каналом. Для всех других элементов, испытывающих циклическую нагрузку, расчет следует проводить по ГОСТ Р 52857.6.
4.1.5 Проверка на малоцикловую прочность приведена для напряжений, вызываемых изменениями средних температур стенок. Если возникающая разница температур между соседними точками составляет больше 15°С, то расчет на малоцикловую прочность проводят по ГОСТ Р 52857.6.
4.2 Условия применения формул для сосудов с U-образной и цилиндрической рубашкой
4.2.1 Формулы применимы при соотношении:
- диаметров
- толщины стенки и диаметров
- толщин стенок
4.2.2 Формулы для сопряжений с помощью конуса применимы для углов
4.2.3 Формулы для сопряжений с помощью конуса применимы при условии полностью проваренных сварных швов, а для числа циклов нагружения
4.2.4 Формулы для сопряжения с помощью кольца применимы при толщине кольца
4.2.5 Формулы для сопряжений с помощью кольца применимы при условии полностью проваренных сварных швов между кольцом и рубашкой (см. рисунок А.2, приложение А).
4.2.6. Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда должен удовлетворять условию
Расчет сопряжения рубашки с днищем сосуда не проводят, если оно соответствует рисунку А.3, приложение А.
4.3 Условия применения формул для сосудов с рубашками, сопряженными анкерными трубами или отбортовками
4.3.1 Угол шага
4.3.2 Формулы по 4.3-4.5 применимы при соотношении шагов
4.3.3 Формула для сопряжения отбортовкой применима при углах отбортовки 30° и 45° (см. рисунок А.4, приложение А) и при проваренных сварных швах.
4.3.4 Формулы для анкерных труб применимы при размере сварного шва
4.3.5 Расчет на усталость по 4.6 применим при соотношении толщин стенок
4.4 Условия применения формул для сосудов с каналами
4.4.1 Расчетные формулы по разделу 5 применимы при:
- ширине канала
- высоте канала
- половине центрального угла канала 20°
4.4.2 Формулы для каналов применимы при V-образных сварных швах с полным проваром, а для каналов полукруглого сечения также и при угловых швах.
4.4.3 Расчет на усталость по 8.6 применим при соотношении толщин стенок
5 Сосуды с U-образной рубашкой
5.1 Цилиндрические обечайки
5.1.1 Расчет цилиндрических обечаек на внутреннее избыточное давление проводят по ГОСТ Р 52857.1. Расчетное давление для рубашки равно
5.1.2 Расчет цилиндрической обечайки сосуда на наружное давление проводят по ГОСТ Р 52857.2. При
При
Расчетную длину
5.1.3 Цилиндрическую стенку сосуда с кольцами жесткости рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2.
Направляющие спирали можно рассматривать как кольца жесткости, если выполнены следующие условия:
а) шаг спирали
б) за расчетную длину
в) расчетные длины
г) поперечное сечение направляющей спирали (см. рисунок А.6, приложение А) должно удовлетворять условию
д) для обеспечения прочности обоих угловых швов на направляющей спирали должно быть выполнено условие
Коэффициент сварного шва
5.2 Днища
5.2.1 Расчет выпуклых днищ на внутреннее избыточное и наружное давления проводят по ГОСТ Р 52857.2. Расчетные давления принимают согласно 5.1.1 и 5.1.2. Для днища сосуда, нагруженного избыточным давлением
5.2.2 При расчете днища рубашки отверстие диаметром
5.3 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью конуса (см. рисунок А.1, приложение А)
5.3.1 Вспомогательные параметры вычисляют по формулам:
а) коэффициент осевого усилия:
б) коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой:
в) коэффициент радиуса конической отбортовки:
г) коэффициент длины сопряжения:
д) коэффициент отношения прочности корпуса сосуда и рубашки:
Если в сосуде вакуум (
е) расчетные коэффициенты прочности сварного шва:
ж) относительную эффективную несущую длину конуса
5.3.2 Допускаемое избыточное давление в рубашке вычисляют по формуле
5.3.3 Коэффициент сопряжения с помощью конуса вычисляют по формуле
где
Коэффициент
- для
- для
Коэффициент
- для
- для
где
Коэффициент
- для
- для
Коэффициент
- для
- для
5.3.4 Определение размеров сопряжения с помощью конуса
Толщина стенки конуса должна быть не менее толщины стенки сопряженной цилиндрической рубашки. Если необходимо увеличить толщину стенки конуса, то следует одновременно увеличить и толщину стенки сопряженной цилиндрической обечайки рубашки на длине
для конусов, приведенных на рисунках А.1а, б, приложение А |
Толщину стенки конуса рассчитывают методом итерации по формулам:
Коэффициент
5.4 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью кольца (см. рисунок А.2, приложение А).
5.4.1 Вспомогательные параметры определяют по формулам:
а) расчетные коэффициенты прочности сварного шва
б) параметры кольца
в) относительный момент нагружения
г) относительный реактивный момент в стенке сосуда
если
д) относительный реактивный момент в стенке рубашки
е) относительный реактивный момент в месте сопряжения кольца со стенкой сосуда
5.4.2 Допускаемое избыточное давление в рубашке вычисляют по формуле
5.4.3 Высоту кольца вычисляют по формуле
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 4.2.4.
5.4.4 Расчет сварных швов
Размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях (см. рисунок А.2а, б, г, приложение А) вычисляют по формуле
5.5 Нагрузка от собственной массы
Собственные массы
, если опоры на сосуде, , если опоры на рубашке. |
Проверку несущей способности от совместного действия осевого усилия и избыточного давления в рубашке следует проводить по формуле
где
5.6 Проверка на малоцикловую прочность
Размах напряжений приближенно вычисляют по формуле
где
5.6.1 Разность температурных относительных удлинений вычисляют по формуле
За расчетное принимают наибольшее абсолютное значение
5.6.2 Общий эффективный коэффициент концентрации
Таблица 1 - Эффективные коэффициенты концентрации
Тип сосуда | Номер рисунка | |||
Сосуды с U-образной рубашкой по рисунку А.5, приложение А | Рисунок А.1а, приложение А | - | - | 4,0 |
Рисунок А.1б, приложение А | - | - | ||
Рисунок А.1в, приложение А | - | - | ||
Рисунок А.1г, приложение А | - | - | ||
Рисунок А.2а, приложение А | - | - | 3,5 | |
Рисунок А.2б, приложение А | - | - | 3,5 | |
Рисунок А.2в, приложение А | - | - | 3,0 | |
Рисунок А.2г, приложение А | - | - | 5,5 | |
Сосуды с цилиндрической рубашкой по рисунку А.6, приложение А | Рисунок А.1а, приложение А | 2,0 | 1,6 | 2,5 |
Рисунок А.1б, приложение А | 2,5 | |||
Рисунок А.1в, приложение А | 2,0 | |||
Рисунок А.1г, приложение А | 2,0 | |||
Рисунок А.2а, приложение А | 2,0 | 1,6 | 2,5 | |
Рисунок А.2б, приложение А | 1,6 | 1,6 | 2,5 | |
Рисунок А.2в, приложение А | 2,0 | 1,2 | 2,0 | |
Рисунок А.2г, приложение А | 2,0 | 2,0 | 3,5 | |
Сосуды с рубашкой, сопряженной анкерными трубами или отбортовкой по рисунку А.8, приложение А | Рисунок А.4, приложение А | 2,0 | - | - |
Рисунок А.10, приложение А | 2,0 | - | - | |
Сосуды с каналами по рисунку А.9, приложение А | Рисунок А.11, приложение А | 2,0 | - | - |
5.6.3 Проверку на малоцикловую прочность проводят из условий
Допускаемый размах напряжений
Допускаемую амплитуду напряжения определяют по ГОСТ Р 52857.6. Допускаемое число рабочих циклов
6 Сосуды с цилиндрическими рубашками
(см. рисунок А.7, приложение А)
6.1 Цилиндрические обечайки
Цилиндрические обечайки рассчитывают в соответствии с 5.1.1-5.1.3.
6.2 Сопряжение с помощью конуса (см. рисунок А.1, приложение А)
Конические сопряжения удовлетворяют требованиям прочности, если они выполнены с толщиной стенки, равной толщине стенки цилиндрической обечайки рубашки, и если они соответствуют требованиям 4.2.2 и условиям формулы
6.3 Сопряжение с помощью кольца (см. рисунок А.2, приложение А)
6.3.1 Высоту кольца вычисляют по формулам:
6.3.2 Сварные швы
Размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях, приведенных на рисунках А.2а, б, г, приложение А, вычисляют по формуле
- для колец при сопряжении, приведенном на рисунке А.2в, приложение А,
6.4 Компенсаторы
Если по результатам расчета на малоцикловую прочность необходимо встроить в рубашку компенсатор (см. 6.6.3), то допускаемое избыточное давление
Компенсатор рассчитывают при нагружении давлением
6.5 Нагрузка от собственной массы сосуда или рубашки
Проверку несущей способности при нагружении конических или кольцевых сопряжений собственной массой сосуда или рубашки проводят по формуле
где
При наличии компенсатора на рубашке формула (45) применима при условии, если опорные элементы сосуда не расположены на рубашке.
6.6 Проверка на малоцикловую прочность
6.6.1 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью конуса (см. рисунок А. 1, приложение А)
Относительное продольное удлинение в рубашке вычисляют по формуле
где
Относительное продольное удлинение рубашки должно удовлетворять условию
Расчетный коэффициент прочности сварного шва
где
Размах напряжений в сварном шве между сосудом и конусом вычисляют по формуле
где
где
Размах напряжений в сварном шве между рубашкой и конусом, приведенный на рисунке А.1а, б, приложение А, вычисляют по формулам:
Проверку на малоцикловую прочность проводят по формуле (55), а для конусов - по рисункам А.1а, б, приложение А, - дополнительно по формуле (56)
Допускаемые размахи напряжений
6.6.2 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью кольца (см. рисунок А.2, приложение А)
Относительное продольное удлинение в рубашке вычисляют по формуле
где
Относительное продольное удлинение рубашки должно удовлетворять условию
Расчетный коэффициент прочности сварного шва вычисляют по формуле
где
Таблица 2 - Погонный момент инерции и коэффициент прочности сварного шва
Сопряжение с помощью кольца по рисунку А.2, приложение А | |||
См. рисунок А.2а, приложение А | |||
См. рисунок А.2б, приложение А | |||
См. рисунок А.2в, приложение А | |||
См. рисунок А.2г, приложение А | 0,5 |
Размах напряжений в сварном шве между сосудом и кольцом вычисляют по формуле
Размах напряжений в сварном шве между рубашкой и кольцом вычисляют по формуле
Проверку на малоцикловую прочность проводят по формулам (55) и (56), при этом допускаемые размахи напряжений
6.6.3 Если не удовлетворяются требования малоцикловой прочности по 6.6.1 или 6.6.2, необходимо произвести конструктивные изменения, например предусмотреть компенсатор.
В этом случае он должен воспринимать температурное удлинение, равное
6.6.4 Допускается определять уточненное значение размаха напряжений, а также допускаемую амплитуду или допускаемое число циклов в соответствии с ГОСТ Р 52857.6.
7 Сосуды, частично охваченные рубашками, сопряженными с корпусом анкерными трубами или отбортовками
(см. рисунок А.8, приложение А)
7.1 Цилиндрическая обечайка
7.1.1 Цилиндрическую обечайку сосуда рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на внутреннее избыточное давление с расчетным давлением
7.1.2 Если
7.1.3 Части цилиндрической обечайки сосуда, охваченные рубашкой, и цилиндрические части рубашки при нагружении давлением
Если
7.2 Днища
7.2.1 Выпуклые днища рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на внутреннее избыточное давление с расчетным давлением
7.2.2 Части днища сосуда, охваченные рубашкой, и части рубашки в зоне днища при нагружении давлением
7.3 Плоские участки
7.3.1 Допускаемое избыточное давление в рубашке вычисляют по формуле
- для стенки сосуда:
- для стенки рубашки:
Коэффициенты прочности
(66)
7.3.2 Расчет размеров плоских участков
Шаг вычисляют по формулам:
Для заданного отношения
Толщину стенок вычисляют по формулам:
Для сосудов с рубашками на анкерных трубах значение
7.3.3 Краевые зоны рубашек, сопряженных с корпусом анкерными трубами или отбортовками
Размеры сопряжений с помощью конуса определяют по 6.2 и размеры сопряжений с помощью кольца - по 6.3.
Расстояния от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок должны удовлетворять условиям:
где
7.4 Определение толщины отбортовок (см. рисунок А.4, приложение А)
Толщину отбортовок вычисляют по формуле
где
7.5 Определение толщины анкерных труб (см. рисунок А.4, приложениеА)
Толщину анкерных труб вычисляют по формуле
где
Размер сварного шва должен удовлетворять условию:
Определяемые по формулам (80) и (81) размеры угловых швов и анкерных труб должны отвечать требованию 4.3.4.
7.6 Проверка на малоцикловую прочность
7.6.1 Размах напряжений в сварных швах вычисляют по формулам:
а) сопряжение отбортовкой
б) сопряжение анкерными трубами
- для рубашки на цилиндрической обечайке:
- для рубашки на выпуклом днище:
- для сопряжений анкерными трубами:
7.6.2 Размах напряжений в плоских участках вычисляют по формуле
где
7.6.3 Проверку на малоцикловую прочность проводят по формулам:
Допускаемые размахи напряжений
7.7 Допускается применение методики, указанной в разделе 7, для приближенного расчета сосудов, полностью охваченных рубашками.
8 Сосуды со змеевиковыми или регистровыми каналами
8.1 Цилиндрическая обечайка
8.1.1 Цилиндрическую обечайку сосуда рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на внутреннее избыточное давление с расчетным давлением
8.1.2 Если
8.1.3 В сосудах со змеевиковым каналом (рисунок А.9, приложение А) его можно рассматривать как кольцо жесткости и цилиндрическую обечайку рассчитывать, как укрепленную кольцами жесткости по ГОСТ Р 52857.2, при условии, что учитываются следующие особенности:
а) шаг змеевикового канала
б) расчетную длину
в) расчетные значения
г) используемые в ГОСТ P 52857.2 величины
8.1.4 Цилиндрическую обечайку сосуда при нагружении давлением
8.2 Днища
8.2.1 Выпуклые днища рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на внутреннее избыточное давление с расчетным давлением
8.2.2 Выпуклые днища при нагружении давлением
8.3 Полоса обечайки под каналами
8.3.1 Каналы по окружности цилиндрической обечайки должны отвечать условию:
Если
Если
8.3.2 Каналы вдоль оси цилиндрической обечайки и каналы на днище вычисляют по формуле
8.4 Каналы
8.4.1 Вспомогательные параметры
Коэффициент понижения прочности
Коэффициент прочности сварного шва:
- для V-образного шва (см. рисунок А.9а, б, приложение А):
- для углового шва (см. рисунок А.9б, приложение А):
Коэффициенты понижения прочности каналов
8.4.2 Допускаемое избыточное давление в канале вычисляют по формуле
8.4.3 Толщину стенки канала вычисляют по формулам:
при этом размер сварного шва для угловых швов
8.5 Распределительные каналы в сосудах с регистровыми каналами (см. рисунок А.9б, приложение А).
Расчет проводят в соответствии с 8.4, причем следует использовать величины
8.6 Проверка на усталостную прочность
8.6.1 Размах напряжений в сварных швах между сосудом и каналом вычисляют по формуле
где
8.6.2 Размах напряжений в поперечном сечении канала вычисляют по формуле
8.6.3 Проверку на малоцикловую прочность проводят из условий:
Допускаемые размахи напряжений
Приложение А
(справочное)
Рисунки, поясняющие текст стандарта и расчетные размеры
Рисунок А.1 - Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью конуса
Рисунок А.2 - Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью кольца
а - коническое | б - кольцевое |
Рисунок А.3 - Сопряжение рубашки с днищем
Рисунок А.4 - Сопряжение рубашки с корпусом сосуда отбортовкой
а - с сопряжением с помощью конуса; б - с сопряжением с помощью кольца
Рисунок А.5 - Сосуды с U-образной рубашкой
Рисунок А.6 - Направляющая спираль
а - с сопряжением с помощью конуса; б - с сопряжением с помощью кольца
Рисунок А.7 - Сосуды с цилиндрической рубашкой
а - с отбортовкой; б - с анкерными трубами
Рисунок А.8 - Сосуды с рубашками, сопряженными с корпусом сосуда анкерными трубами или отбортовкой
Рисунок А.9а - Сосуды со змеевиковыми каналами
Рисунок А.9б - Сосуды с регистровыми каналами
Рисунок А.10 - Сопряжение рубашки с корпусом сосуда анкерными трубами
а - полукруглое сечение с V-образным швом; б - полукруглое сечение с угловым швом; в - сегментное сечение
Рисунок А.11 - Каналы
УДК 66.023:006.354 | ОКС | 71.120 | Г02 | ОКП 36 1500 | |
75.200 | |||||
Ключевые слова: сосуды и аппараты с рубашками, нормы и методы расчета на прочность |
Электронный текст документа
и сверен по:
Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность. ГОСТ Р 52857.1-2007 -
- ГОСТ Р 52857.12-2007: Сб. ГОСТов. -
, 2008