Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность

5.3.8.4. Допускаемое внутреннее избыточное давление определяют для конического днища по п. 5.3.1.2 при D_к = D и для укрепляющего кольца по п. 5.3.4.3, в котором при определении b₂ следует принять (s₁ - с) = 0. Расчет применим при соблюдении требований п. 5.3.4.5.

5.3.9. Пологое коническое днище без тороидального перехода и без укрепляющего кольца (см. черт. 26в)

5.3.9.1. Расчетные формулы применимы для действия внутреннего избыточного давления при выполнении условия

a₁ > 70^°.

5.3.9.2. Толщину стенки принимают

s¢ ³ min {max{s_к; s₁}; S_p¢ + c}; (123)

s_p¢ определяют по формуле (119) при r = 0;

s_к определяют по п. 5.3.1 при D_к = D;

s₁ определяют по п. 5.3.3.

5.3.9.3. Допускаемое внутреннее избыточное давление принимают как большее из значения [р], определяемого по формуле (120) при r = 0, и меньшее из значений [р], определяемых по п. 5.3.1 при s_к = s¢ и D_к = D и по п. 5.3.3.

5.3.10. Пологое коническое днище, нагруженное наружным давлением

5.3.10.1. Расчетные формулы применимы для действия наружного давления при условии

a₁ > 70^°.

5.3.10.2. Допускаемое наружное давление определяют по формуле (86), допускаемое давление в пределах пластичности по формуле (87) и допускаемое давление в пределах упругости по формуле

, (124)

где ; (125)

. (126)

5.4. Конические обечайки, нагруженные осевыми усилиями 5.4.1. Гладкие конические обечайки, нагруженные осевой растягивающей силой

5.4.1.1. Толщину стенки определяют по формуле

s_к ³ s_к.p + c, (127)

где . (128)

5.4.1.2. Допускаемая растягивающая сила

[F] = pD₁(s_к - c)j_т[s] cos a₁. (129)

5.4.2. Гладкие конические обечайки, нагруженные осевой сжимающей силой

5.4.2.1. Расчетные формулы применимы при условии

a₁ £ 70^°.

5.4.2.2. Допускаемую осевую сжимающую силу [F] определяют по формуле

, (130)

где допускаемая осевая сила из условия прочности

[F]_п = pD_F(s_к - c)[s] cos a₁ (131)

и допускаемая осевая сила из условия устойчивости в пределах упругости

[F]_Е = ; (132)

(133)

5.4.3. Соединение обечаек без тороидального перехода (черт. 21а, 21б)

5.4.3.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условий п. 5.3.3.1.

5.4.3.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле

, (134)

где коэффициент формы b₅ = max {1,0; (2b+1,2)}. (135)

Коэффициент b определяют по формуле (98) или по диаграмме (см. черт. 28).

5.4.4. Соединение конической и цилиндрической обечаек с укрепляющим кольцом (черт. 21в).

5.4.4.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условий п. 5.3.4.1.

5.4.4.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле

, (136)

где b₆ = max {1,0; 2b₀}. (135)

Коэффициент b₀ определяют по формуле (106), в которой следует принять В₃ = -0,35.

5.4.4.3. Проверку сварного шва укрепляющего кольца выполняют по п. 5.3.4.5.

5.4.5. Соединение обечаек с тороидальным переходом (черт. 22а, 22б).

5.4.5.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условий п. 5.3.5.1.

5.4.5.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле

, (138)

где b₇ = max {1,0; b_т(2b+1,2)}. (139)

Коэффициенты b и b_т определяют по формулам (98) и (112) или по диаграммам (черт. 28 и 30).

5.4.6. Соединение штуцера или внутреннего цилиндрического корпуса с конической обечайкой (черт. 21г)

5.4.6.1. Расчетные формулы применимы при выполнении условия п. 5.3.6.1.

5.4.6.2. Допускаемую осевую растягивающую или сжимающую силу [F] из условия прочности переходной части определяют по формуле

, (140)

где b₈ = max {1,0; (2b_н-1)}. (141)

Коэффициент формы b_н определяют по формулам (118) или (117), или по диаграмме (черт. 32).

5.5. Конические обечайки, нагруженные изгибающим моментом 5.5.1. Допускаемый изгибающий момент рассчитывают по формулам из условия прочности

, (142)

где расчетный диаметр D_p = D₁ для конического перехода (черт. 23) и [F] определяют по (129).

из условия устойчивости

, (143)

где , (144)

где , (145)

и D_F определяют по формуле (133).

Допускаемые осевые силы определяют [F] по п. 5.4.1.2;

[F]_п и [F]_e по п. 5.4.2.2.

5.5.2. Соединения обечаек

5.5.2.1. Допускаемый изгибающий момент из условия прочности переходной части определяют по формуле

, (146)

где допускаемую осевую силу [F] определяют по формулам пп. 5.4.3.2, 5.4.4.2, 5.4.5.2 и 5.4.6.2.

5.6. Сочетания нагрузок 5.6.1. Условия применения формул

Если коническая обечайка нагружена давлением, осевой силой и изгибающим моментом и сумма эквивалентных давлений от этих нагрузок, определяемых по формулам

; , (147)

составляет для соответствующего расчетного диаметра менее 10% рабочего давления, то коническую обечайку рассчитывают только на действие давления.

5.6.2. Совместное действие нагрузок

При проверке прочности или устойчивости для совместного действия нагрузок в формулах (148) и (150) для расчетного наружного давления подставляют минус р, а для осевой сжимающей силы минус F. Изгибающий момент М всегда принимают со знаком плюс.

5.6.2.1. Гладкие конические обечайки.

В случае действия наружного давления необходимо проверить условия устойчивости по формуле

- - + £ 1. (148)

Кроме того, должна быть выполнена проверка устойчивости от отдельных нагрузок

ïрï £ [p]; ïFï £ [F]; M £ [M]. (149)

Допускаемые нагрузки [р], [F], [М] определяют по пп. 5.3.2.3, 5.4.2.2 и 5.5.1. Проверку проводят, если не выполнено условие п. 5.6.1 хотя бы для одного из расчетных диаметров конической обечайки.

При внутреннем давлении в формуле (148) следует принять р = 0.

5.6.2.2. Переходные части конических обечаек

Кроме проверки условий прочности от отдельных нагрузок по формулам (149), необходимо проверить выполнение условия

+ + £ 1, (150)

где [р], [F], [М] - допускаемые нагрузки для переходной части обечайки. Проверку проводят, если не выполнено условие п. 5.6.1 при D_p = D.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Обязательное

Таблица 5

Допускаемые напряжения для углеродистых и низколегированных сталей

Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С

Допускаемое напряжение [s], МПа (кгс/см²), для сталей марок

ВСт3

09Г2С, 16ГС

20, 20К

10

10Г2, 09Г2

17ГС, 17Г1С, 10Г2С1

толщина, мм

до 20

свыше 20

до 32

свыше 32

до 160

20

154(1540)

140(1400)

196(1960)

183(1830)

147(1470)

130(1300)

180(1800)

183(1830)

100

149(1490)

134(1340)

177(1770)

160(1600)

142(1420)

125(1250)

160(1600)

160(1600)

150

145(1450)

131(1310)

171(1710)

154(1540)

139(1390)

122(1220)

154(1540)

154(1540)

200

142(1420)

126(1260)

165(1650)

148(1480)

136(1360)

118(1180)

148(1480)

148(1480)

250

131(1310)

120(1200)

162(1620)

145(1450)

132(1320)

112(1120)

145(1450)

145(1450)

300

115(1150)

108(1080)

151(1510)

134(1340)

119(1190)

100(1000)

134(1340)

134(1340)

350

105(1050)

98(980)

140(1400)

123(1230)

106(1060)

88(880)

123(1230)

123(1230)

375

93(930)

93(930)

133(1330)

116(1160)

98(980)

82(820)

108(1080)

116(1160)

400

85(850)

85(850)

122(1220)

105(1050)

92(920)

77(770)

92(920)

105(1050)

410

81(810)

81(810)

104(1040)

104(1040)

86(860)

75(750)

86(860)

104(1040)

420

75(750)

75(750)

92(920)

92(920)

80(800)

72(720)

80(800)

92(920)

430

71* (710)

71*(710)

86(860)

86(860)

75(750)

68(680)

75(750)

86(860)

440

-

-

78(780)

78(780)

67(670)

60(600)

67(670)

78(780)

450

-

-

71(710)

71(710)

61(610)

53(530)

61(610)

71(710)

460

-

64(640)

64(640)

55(550)

47(470)

55(550)

64(640)

470

-

-

56(560)

56(560)

49(490)

42(420)

49(490)

56(560)

480

-

-

53(530)

53(530)

46* (460)

37(370)

46** (460)

53(530)

* Для расчетной температуры стенки 425°С.

** Для расчетной температуры стенки 475°С.

Примечания:

1. При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.

2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см²) в сторону меньшего значения.

3. Для стали марки 20 при < 220 МПа (2200 кгс/см²) допускаемые напряжения, указанные в табл. 1, умножают на отношение /220 ( /2200).

4. Для стали марки 10Г2 при <270 МПа (2700 кгс/см²) допускаемые напряжения, указанные в табл. 1, умножают на отношение /270 ( /2700).

Таблица 6

Допускаемые напряжения для теплоустойчивых хромистых сталей

Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С

Допускаемое напряжение [s], МПа (кгс/см²), для сталей марок

12XМ

12МХ

15ХМ

15Х5М

15Х5М-У

20

147(1470)

147(1470)

155(1550)

146(1460)

240(2400)

100

146,5(1465)

146,5(1465)

153(1530)

141(1410)

235(2350)

150

146(1460)

146(1460)

152,5(1525)

138(1380)

230(2300)

200

145(1450)

145(1450)

152(1520)

134(1340)

225(2250)

250

145(1450)

145(1450)

152(1520)

127(1270)

220(2200)

300

141(1410)

141(1410)

147(1470)

120(1200)

210(2100)

350

137(1370)

137(1370)

142(1420)

114(1140)

200(2000)

375

135(1350)

135(1350)

140(1400)

110(1100)

180(1800)

400

132(1320)

132(1320)

137(1370)

105(1050)

170(1700)

410

130(1300)

130(1300)

136(1360)

103(1030)

160(1600)

420

129(1290)

129(1290)

135(1350)

101(1010)

150(1500)

430

127(1270)

127(1270)

134(1340)

99(990)

140(1400)

440

126(1260)

126(1260)

132(1320)

96(960)

135(1350)

450

124(1240)

124(1240)

131(1310)

94(940)

130(1300)

460

122(1220)

122(1220)

127(1270)

91(910)

126(1260)

470

117(1170)

117(1170)

122(1220)

89(890)

122(1220)

480

114(1140)

114(1140)

117(1170)

86(860)

118(1180)

490

105(1050)

105(1050)

107(1070)

83(830)

114(1140)

500

96(960)

96(960)

99(990)

79(790)

108(1080)

510

82(820)

82(820)

84(840)

72(720)

97(970)

520

69(690)

69(690)

74(740)

66(660)

85(850)

530

60(600)

57(570)

67(670)

60(600)

72(720)

540

50(500)

47(470)

57(570)

54(540)

58(580)

550

41(410)

-

49(490)

47(470)

52(520)

560

33(330)

-

41(410)

40(400)

45(450)

570

-

-

-

35(350)

40(400)

580

-

-

-

30(300)

34(340)

590

-

-

-

28(280)

30(300)

600

-

-

-

25(250)

25(250)

Примечания:

1. При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20°С при условии допустимого применения материала при данной температуре.

2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см²) в сторону меньшего значения.

3. При расчетных температурах ниже 200°С сталь марок 12МХ, 12ХМ, 15ХМ применять не рекомендуется.

Таблица 7

Допускаемые напряжения для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей аустенитного класса

Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С

Допускаемое напряжение [s], мПа (кгс/см²), для сталей марок

03Х21Н21М4ГБ

03X18H11

03X17H14M3

08X18H10T, 08X18H12T, 08X17H13M2T, 08X17H15M3T

12X18H10T, 12X18H12T, 10X17H13M2T, 10X17H13M3T

20

180(1800)

160(1600)

153(1530)

168(1680)

184(1840)

100

173(1730)

133(1330)

140(1400)

156(1560)

174(1740)

150

171(1710)

125(1250)

130(1300)

148(1480)

168(1680)

200

171(1710)

120(1200)

120(1200)

140(1400)

160(1600)

250

167(1670)

115(1150)

113(1130)

132(1320)

154(1540)

300

149(1490)

112(1120)

103(1030)

123(1230)

148(1480)

350

143(1430)

108(1080)

101(1010)

113(1130)

144(1440)

375

141(1410)

107(1070)

90(900)

108(1080)

140(1400)

400

140(1400)

107(1070)

87(870)

103(1030)

137(1370)

410

-

107(1070)

83(830)

102(1020)

136(1360)

420

-

107(1070)

82(820)

101(1010)

135(1350)

430

-

107(1070)

81(810)

100,5(1005)

134(1340)

440

-

107(1070)

81(810)

100(1000)

133(1330)

450

-

107(1070)

80(800)

99(990)

132(1320)

460

-

-

-

98(980)

131(1310)

470

-

-

-

97,5(975)

130(1300)

480

-

-

-

97(970)

129(1290)

490

-

-

-

96(960)

128(1280)

500

-

-

-

95(950)

127(1270)

510

-

-

-

94(940)

126(1260)

520

-

-

-

79(790)

125(1250)

530

-

-

-

79(790)

124(1240)

540

-

-

-

78(780)

111(1110)

550

-

-

-

76(760)

111(1110)

560

-

-

-

73(730)

101(1010)

570

-

-

-

69(690)

97(970)

580

-

-

-

65(650)

90(900)

590

-

-

-

61(610)

81(810)

600

-

-

-

57(570)

74(740)

610

-

-

-

-

68(680)

620

-

-

-

-

62(620)

630

-

-

-

-

57(570)

640

-

-

-

-

52(520)

650

-

-

-

-

48(480)

660

-

-

-

-

45(450)

670

-

-

-

-

42(420)

680

-

-

-

-

38(380)

690

-

-

-

-

34(340)

700

-

-

-

-

30(300)

Примечания:

1. При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.

2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа (5 кгс/см²) в сторону меньшего значения.

3. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7 при температурах до 550°С, умножают на 0,83.

4. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7 при температурах до 550°С, умножают на отношение.

,

где R^*_p0,2 - предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949; для сортового проката из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножаются на 0,8.

5. Для поковок и сортового проката из стали марки 08X18H10T допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7 при температурах до 550°С, умножают на 0,95.

6. Для поковок из стали марки 03X17H14M3 допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на 0,9.

7. Для поковок из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,8.

8. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на 0,88.

9. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35.) допускаемые напряжения, приведенные в табл. 7, умножают на отношение

,

где R^*_p0,2 - предел текучести материала поковок, определен по ГОСТ 25054 (по согласованию).

Таблица 9

Допускаемые напряжения для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей аустенитного и аустенито-ферритного класса

Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С

Допускаемое напряжение [s], МПа (кгс/см²), для сталей марок

08Х18Г8Н2Т (КО-3)

07Х13АГ20 (ЧС-46)

02Х8Н22С6 (9П-794)

15Х18Н12С4ТЮ (ЭИ-654)

06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ

08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т

20

230(2300)

233(2330)

133(1330)

233(2330)

147(1470)

233(2330)

100

206(2060)

173(1730)

106,5(1065)

220(2200)

138(1380)

200(2000)

150

190(1900)

153(1530)

100(1000)

206,5(2065)

130(1300)

193(1930)

200

175(1750)

133(1330)

90(900)

200(2000)

124(1240)

188,5(1885)

250

160(1600)

127(1270)

83(830)

186,5(1865)

117(1170)

166,5(1665)

300

144(1440)

120(1200)

76,5(765)

180(1800)

110(1100)

160(1600)

350

-

113(1130)

-

-

107(1070)

-

375

-

110(1100)

-

-

105(1050)

-

400

-

107(1070)

-

-

103(1030)

-

Примечания:

1. При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.

2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением до 0,5 МПа (5 кгс/см²) в сторону меньшего значения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Справочное

Механические характеристики:

для углеродистых и низколегированных сталей - табл. 1 и 2, для теплоустойчивых хромистых сталей - табл. 3 и 4, для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей аустенитного и аустенито-ферритного класса - табл. 5 и 6

Таблица 9

Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С

Расчетное значение предела текучести R_e, МПа (кгс/см²), для сталей марок

ВСт3

09Г2С, 16ГС

20 и 20К

10

10Г2, 09Г2

17ГС, 17Г1С, 10Г2С1

толщина, мм

до 20

свыше 20

до 32

свыше 32

до 160

20

250(2500)