ГОСТ Р 52857-8-2007 Сосуды и аппараты Нормы и методы расчета на прочность Сосуды и аппараты с рубашками - ГОСТы, Документы, Строительство Блог о недвижимости

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р
52857.8-
2007

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Сосуды и аппараты с рубашками

Москва

Стандартинформ

2008

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в 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 «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. № 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»)

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

Содержание

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

Дата введения — 2008-04-01

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:

А — коэффициент осевого усилия;

А_к — площадь поперечного сечения канала, мм²;

а — размер сварного шва, мм;

В — коэффициент сопряжения с помощью конуса;

b — наибольший свободный интервал между двумя жесткими элементами для цилиндрической обечайки с кольцами жесткости, мм;

b₀ — ширина кольца, мм;

b₁ — толщина ленты направляющей спирали, мм;

b₂ — ширина канала, мм;

с — сумма всех прибавок к расчетным толщинам стенок, мм;

D₁ — внутренний диаметр сосуда, мм;

D₂ — внутренний диаметр рубашки, мм;

D₃ — средний диаметр сосуда (D₃ = D₁ + s₁), мм;

D₄ — средний диаметр рубашки (D₄ = D₂ + s₂), мм;

D_к — наибольший внутренний диаметр компенсатора, мм;

D_p — расчетный диаметр, мм: для цилиндрической обечайки D_p = D₁, для днища D_p = D₁;

d₀ — наружный диаметр отбортовки или анкерной трубы, мм;

d₁ — диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда, мм; если рубашка присоединена не к днищу, то d₁ принимают равным нулю;

Е₁ — модуль упругости материала сосуда при расчетной температуре, МПа;

Е₂ — модуль упругости материала рубашки или канала при расчетной температуре, МПа;

е₀ — расстояние от середины стенки рубашки до наружной стороны стенки сосуда, мм;

е₂ — расстояние от центра тяжести поперечного сечения канала до середины стенки сосуда, мм;

F — осевое усилие от собственной массы, Н;

F_к — осевое усилие на компенсатор, Н;

f₁, f₂, f₃, f₄ — коэффициенты прочности сопряжений при помощи конуса;

f₅, f₆ — коэффициенты прочности сопряжений анкерными трубами и отбортовками;

G₁ — собственная масса сосуда и его содержимого, Н;

G₂ — собственная масса рубашки и ее содержимого, Н;

Н — относительный размер кольца;

h₀ — исполнительная толщина кольца, мм;

h_0р — расчетная толщина кольца, мм;

h₁ — ширина ленты направляющей спирали, мм;

h₂ — высота канала [h₂ = r₃ (1 — cos γ)], мм;

I_к — момент инерции поперечного сечения канала относительно оси, проходящей через центр его тяжести параллельно стенке сосуда, мм⁴;

К₀, К₁, К₂ — коэффициенты для расчета напряжений в зоне сопряжения с помощью конуса;

К₃, К₄, К₅, К₆, К₇, К₈ — коэффициенты для расчета напряжений в сопряжении анкерными трубами или отбортовкой;

К₉, К₁₀, К₁₁ — коэффициенты для расчета напряжений в каналах;

L — расчетная длина рубашки, мм;

l₁, l₂ — расчетные длины цилиндрических обечаек с кольцами жесткости, мм;

l₃ — длина примыкающего элемента, учитываемая при определении расчетной длины, мм; определяют по ГОСТ Р 52857.2;

l_е — эффективная длина стенки обечайки, учитываемая при определении эффективного момента инерции кольца или канала, мм;

l_R — исполнительная длина укрепления стенки рубашки в месте сопряжения с помощью конуса или расстояние от первого кольцевого шва до отбортовки, мм;

М₀ — относительный момент нагружения;

M₁, М₂, М₃ — относительные реактивные моменты;

m — относительный реактивный момент в месте сопряжения анкерными трубами или отбортовками;

N — число рабочих циклов;

[N]_i — допускаемое число рабочих циклов рассматриваемого материала при расчетной температуре и размахе напряжений Δσ_i по 2.6.3 (i = 0; 1; 2;… 6);

п₁ — число витков направляющей спирали;

п₂ — число витков змеевикового канала;

п₃ — число замыканий змеевикового канала;

Р — относительное давление, МПа;

p₁ — расчетное давление в сосуде при эксплуатации или испытании, МПа. Если абсолютное давление больше атмосферного (избыточное давление), то p₁ > 0; если абсолютное давление меньше атмосферного (вакуум), то p₁ < 0;

р₂ — расчетное давление в рубашке или в канале в состоянии эксплуатации или испытания, МПа;

[р₂] — допускаемое внутреннее избыточное давление в рубашке или в канале, МПа;

Q — геометрический параметр кольца;

R₁ — радиус кривизны в вершине днища сосуда по внутренней поверхности, мм;

R₂ — радиус кривизны в вершине днища рубашки по внутренней поверхности, мм;

r₀ — внутренний радиус кривизны отбортовки для конических сопряжений, мм;

r₁ — внутренний радиус кривизны отбортовки для сопряжений с отбортовкой, мм;

r₂ — наружный радиус канала, мм;

r₃ — средний радиус канала (r₃ = r₂ — 0,5s₂), мм;

s₀ — исполнительная толщина стенки анкерной трубы, мм;

s_op — расчетная толщина стенки анкерной трубы, мм;

s₁ — исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки сосуда, мм;

s₁_p — расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки сосуда, мм;

s₂ — исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки рубашки и конуса или канала, мм;

s₂_p — расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки рубашки и конуса или канала, мм;

s₃ — исполнительная толщина стенки днища сосуда, мм;

s₄ — исполнительная толщина стенки днища рубашки, мм;

s_p — расчетная толщина стенки рубашки, мм; на цилиндрической обечайке s_p = s₂, на выпуклом днище s_p = s₄;

T — рабочая температура, °С;

ΔT₁ — разность между средней температурой стенки сосуда и температурой 20 °С;

ΔT₂ — разность между средней температурой стенки рубашки или канала и температурой 20 °С;

t₀ — эффективный шаг анкерных труб или отбортовок, мм;

t₁, t₂ — расчетный шаг анкерных труб или отбортовок, мм;

t_p — шаг анкерных труб или отбортовок вдоль оси на цилиндрической обечайке мм;

t_т — шаг анкерных труб или отбортовок по окружности, мм:

на цилиндрической обечайке

на днище

t_l — расстояние вдоль оси от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок, мм;

t_к — расстояние по окружности от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок мм;

t_s — шаг направляющей спирали или змеевикового канала, мм;

V — коэффициент понижения прочности при наличии отверстий в канале в зоне штуцеров;

W₁ — момент сопротивления сварного шва на единицу его длины между корпусом сосуда и кольцом, мм²;

W₂ — момент сопротивления сварного шва на единицу его длины между кольцом и рубашкой, мм²;

Х₁, Х₂, Х₃ — вспомогательные величины;

α — угол конического сопряжения,… °;

α₁ — коэффициент температурного удлинения материала сосуда, 1/°С;

α₂ — коэффициент температурного удлинения материала рубашки или канала, 1/°С;

β_к1, β_к2 — эффективные коэффициенты концентрации;

γ_к — общий эффективный коэффициент концентрации;

γ — половина центрального угла канала,… °;

δ_T — угол шага анкерных труб или отбортовок на цилиндрической обечайке по окружности,…°;

δ_D — угол шага анкерных труб или отбортовок на днище,…°;

δ_К — угол по окружности от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок,…°;

Δσ_i — размахи напряжений (i = 0; 1; 2;… 6), МПа;

ε_р — относительное продольное удлинение в рубашке;

[ε_р] — допускаемое относительное продольное удлинение в рубашке;

ε_т — разность температурных относительных удлинений;

ε — коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой;

η — коэффициент нагружения;

λ — коэффициент длины сопряжения;

μ — относительная эффективная несущая длина конуса;

ρ — коэффициент радиуса отбортовки;

σ_А — амплитуда напряжений, МПа;

[σ]₀ — допускаемое напряжение для кольца сопряжения или анкерной трубы при расчетной температуре, МПа;

[σ]₁ — допускаемое напряжение для стенки сосуда при расчетной температуре, МПа;

[σ]₂ — допускаемое напряжение для стенки рубашки или канала при расчетной температуре, МПа;

[σ_А] — допускаемая амплитуда напряжения рассматриваемого материала при расчетной температуре и при числе рабочих циклов N, МПа;

[]_i — допускаемый размах напряжений (i = 0; 1; 2;…. 6), МПа;

φ₀ — расчетный коэффициент прочности сварного шва на направляющей спирали;

φ₁ — коэффициент снижения допускаемых напряжений при расчете на устойчивость;

φ₂ — коэффициент прочности сварного шва;

φ₃, φ₄ — коэффициенты понижения прочности канала;

φ_p₁, φ_p₂, φ_р3, φ_р4, φ_р5, φ_р6 — расчетные коэффициенты прочности сварных швов;

φ_п0 — коэффициент прочности сварного радиального шва в кольце сопряжения;

φ_п1 — коэффициент прочности сварного продольного шва сосуда;

φ_п2 — коэффициент прочности сварного продольного шва рубашки;

φ_т1 — коэффициент прочности сварного кольцевого шва сосуда;

φ_т2 — коэффициент прочности сварного кольцевого шва рубашки;

χ — коэффициент отношения прочности корпуса сосуда и рубашки;

ψ — половина угла обхвата рубашки с сопряжением анкерными трубами или отбортовкой,… °.

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 (р₂ ≥ 0).

4.1.2 Формулы для проверок малоцикловой прочности (см. -) 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 [] действительна, если радиусы кривизны, полученные методом холодной деформации (r₀, r₁, r₂), больше четырехкратной толщины стенки.

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 α = 30°, α = 45 ° и радиуса отбортовки

4.2.3 Формулы для сопряжений с помощью конуса применимы при условии полностью проваренных сварных швов, а для числа циклов нагружения N > 10³ — при условии двустороннего сварного шва между конусом и рубашкой (см. рисунок , приложение А).

4.2.4 Формулы для сопряжения с помощью кольца применимы при толщине кольца

h₀ ≥ 1,5s₂ — для U-образной рубашки,

— для цилиндрической рубашки.

4.2.5 Формулы для сопряжений с помощью кольца применимы при условии полностью проваренных сварных швов между кольцом и рубашкой (см. рисунок , приложение А).

4.2.6. Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда должен удовлетворять условию

d₁ ≤ 0,4D₂.

Расчет сопряжения рубашки с днищем сосуда не проводят, если оно соответствует рисунку , приложение А.

4.3 Условия применения формул для сосудов с рубашками, сопряженными анкерными трубами или отбортовками

4.3.1 Угол шага δ_т сопряжения анкерными трубами или отбортовками должен удовлетворять условию

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 , приложение А) и при проваренных сварных швах.

4.3.4 Формулы для анкерных труб применимы при размере сварного шва

a ≥ 0,7min{s₀; s₂}.

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 b₂ ≤ 0,1D₁;

— высоте канала h₂ ≥ s₂;

— половине центрального угла канала 20° ≤ γ ≤ 90 °.

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 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 р₂ и расчетное давление для сосуда — р₁, если р₁ > 0.

5.1.2 Расчет цилиндрической обечайки сосуда на наружное давление проводят по ГОСТ Р 52857.2. При р₁ < 0 за расчетное давление для сосуда вне рубашки принимают |р₁|, а для обечайки корпуса под рубашкой р₂ + |р₁|.

При р₁ > 0 расчетное давление в зоне рубашки равно р₂ или р₂ — р₁, если обеспечивается одновременное действие давления р₁ и р₂.

Расчетную длину L следует определять по ГОСТ Р 52857.2.

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 t_s должен быть не более 0,3D₁ Если n₁ ≤ 1, то цилиндрическую обечайку следует рассчитывать как гладкую обечайку;

б) за расчетную длину l₂ принимают расстояние вдоль оси сосуда от конечной точки расчетной длины (см. рисунок , приложение А) до точки замыкания первого витка направляющей спирали, охватывающего всю окружность сосуда. Для направляющих спиралей, выполненных с концевыми кольцами, действительно определение l₂ по ГОСТ Р 52857.2;

в) расчетные длины b, l₁, l_e при расчете по ГОСТ Р 52857.2 вычисляют по формулам:

b = max{t_s — b₁; l₂ — 0,5b₁}, (1)

(2)

(3)

г) поперечное сечение направляющей спирали (см. рисунок , приложение А) должно удовлетворять условию чтобы исключить потерю устойчивости из плоскости;

д) для обеспечения прочности обоих угловых швов на направляющей спирали должно быть выполнено условие

(4)

Коэффициент сварного шва φ₀ определяют как отношение длины сварного шва к общей длине спирали. При этом расстояние между двумя концами прерванного шва не должно превышать восьмикратной толщины стенки обечайки s₁, а сумма длин сварных швов не должна быть меньше половины окружности направляющей спирали на одном витке. Оба конца спирали должны начинаться швом.

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 и . Для днища сосуда, нагруженного избыточным давлением р₂, допускается проводить расчет по другим методам, которые учитывают отсутствие давления на участке в пределах d₁.

5.2.2 При расчете днища рубашки отверстие диаметром d₁ не учитывают.

5.3 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью конуса (см. рисунок , приложение А)

5.3.1 Вспомогательные параметры вычисляют по формулам:

а) коэффициент осевого усилия:

(5)

б) коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой:

(6)

в) коэффициент радиуса конической отбортовки:

(7)

г) коэффициент длины сопряжения:

(8)

д) коэффициент отношения прочности корпуса сосуда и рубашки:

(9)

Если в сосуде вакуум (р₁ < 0), то в формулу (9) подставляют р₁ = 0;

е) расчетные коэффициенты прочности сварного шва:

(10)

(11)

ж) относительную эффективную несущую длину конуса

(12)

5.3.2 Допускаемое избыточное давление в рубашке вычисляют по формуле

(13)

5.3.3 Коэффициент сопряжения с помощью конуса вычисляют по формуле

(14)

где

(15)

(16)

(17)

f₁, f₂, f₃ и f₄ определяют в зависимости от вспомогательных параметров.

Коэффициент f₁:

— для

f₁ = λ + min (1; χ).

Коэффициент f₂:

— для α = 30°

f₂ = 1,22 (1 + 0,51ρ + 2εz),

— для α = 45°

f₂ = 0,71 + 0,52ρ + εz,

где

Коэффициент f₃:

— для α = 30°

— для α = 45°

Коэффициент f₄:

— для α = 30°

— для α = 45°

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

Толщину стенки конуса рассчитывают методом итерации по формулам:

(18)

s₂ ≥ s_2p + c. (19)

Коэффициент А вычисляют по формуле , а B — по формуле , причем в качестве исходного значения для s₂ берут исполнительную толщину стенки цилиндрической рубашки.

5.4 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью кольца (см. рисунок , приложение А).

5.4.1 Вспомогательные параметры определяют по формулам:

а) расчетные коэффициенты прочности сварного шва

(20)

(21)

б) параметры кольца

(22)

(23)

(24)

в) относительный момент нагружения

(25)

г) относительный реактивный момент в стенке сосуда

(26)

если р₁ > р₂ > 0, то в формулу (26) подставляют р₁, равное 0;

д) относительный реактивный момент в стенке рубашки

(27)

е) относительный реактивный момент в месте сопряжения кольца со стенкой сосуда

М₃ = min {QH²; (1 + 2Н) М₁}. (28)

5.4.2 Допускаемое избыточное давление в рубашке вычисляют по формуле

Высоту кольца вычисляют по формуле

(29)

5.4.3 Высоту кольца вычисляют по формуле

(30)

h₀ ≥ h_0p + c. (31)

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 .

5.4.4 Расчет сварных швов

Размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях (см. рисунок а,б, г, приложение А) вычисляют по формуле

(32)

5.5 Нагрузка от собственной массы

Собственные массы G₁ и G₂ вызывают в конусе или в кольце осевое усилие

Проверку несущей способности от совместного действия осевого усилия и избыточного давления в рубашке следует проводить по формуле

(33)

где [р₂] — допускаемое избыточное давление по формуле для сопряжения с помощью конуса и по формуле для сопряжения с помощью кольца.

5.6 Проверка на малоцикловую прочность

Размах напряжений приближенно вычисляют по формуле

(34)

где

[p₂] — допускаемое избыточное давление по формуле для сопряжения с помощью конуса, по формуле — для сопряжения с помощью кольца.

5.6.1 Разность температурных относительных удлинений вычисляют по формуле

(35)

За расчетное принимают наибольшее абсолютное значение ε_т, которое получается за время рабочего цикла.

5.6.2 Общий эффективный коэффициент концентрации γ_к определяют по таблице 1.

Таблица 1 — Эффективные коэффициенты концентрации

Тип сосуда	Номер рисунка	β_к1	β_к2	γ_к
Сосуды с U-образной рубашкой по рисунку , приложение А	Рисунок а, приложение А			4,0
	Рисунок б, приложение А	—	—
	Рисунок в, приложение А	—	—
	Рисунок г, приложение А	—	—	,
	Рисунок а, приложение А			3,5
	Рисунок б, приложение А	—	—	3,5
	Рисунок в, приложение А	—	—	3,0
	Рисунок г, приложение А	—	—	5,5
Сосуды с цилиндрической рубашкой по рисунку , приложение А	Рисунок а, приложение А			2,5
	Рисунок б, приложение А	2,0	1,6	2,5
	Рисунок в, приложение А			2,0
	Рисунок г, приложение А			2,0
	Рисунок а, приложение А	2,0	1,6	2,5
	Рисунок б, приложение А	1,6	1,6	2,5
	Рисунок в, приложение А	2,0	1,2	2,0
	Рисунок г, приложение А	2,0	2,0	3,5
Сосуды с рубашкой, сопряженной анкерными трубами или отбортовкой по рисунку , приложение А	Рисунок , приложение А	2,0	—	—
	Рисунок , приложение А	2,0	—	—
Сосуды с каналами по рисунку , приложение А	Рисунок , приложение А	2,0	—	—

5.6.3 Проверку на малоцикловую прочность проводят из условий

(36)

Допускаемый размах напряжений вычисляют по формуле

(37)

Допускаемую амплитуду напряжения определяют по ГОСТ Р 52857.6. Допускаемое число рабочих циклов [N]₀ определяют для соответствующей амплитуды напряжений по ГОСТ Р 52857.6.

(38)

6 Сосуды с цилиндрическими рубашками (см. рисунок , приложение А)

6.1 Цилиндрические обечайки

Цилиндрические обечайки рассчитывают в соответствии с — .

6.2 Сопряжение с помощью конуса (см. рисунок , приложение А)

Конические сопряжения удовлетворяют требованиям прочности, если они выполнены с толщиной стенки, равной толщине стенки цилиндрической обечайки рубашки, и если они соответствуют требованиям и условиям формулы

(39)

6.3 Сопряжение с помощью кольца (см. рисунок , приложение А)

6.3.1 Высоту кольца вычисляют по формулам:

(40)

h₀ ≥ max {s₂; h_0р + с}. (41)

6.3.2 Сварные швы

Размер сварного шва между сосудом и кольцом при сопряжениях, приведенных на рисунках а, б, г, приложение А, вычисляют по формуле

(42)

— для колец при сопряжении, приведенном на рисунке в, приложение А,

а = h₀. (43)

6.4 Компенсаторы

Если по результатам расчета на малоцикловую прочность необходимо встроить в рубашку компенсатор (см. ), то допускаемое избыточное давление [р₂] в рубашке вычисляют для сопряжений с помощью конуса по формуле и для сопряжений с помощью кольца по формуле . При этом коэффициент осевого усилия А вычисляют по формуле

(44)

Компенсатор рассчитывают при нагружении давлением р₂ и силой реакции

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

(45)

где [p₂] — допускаемое избыточное давление по формуле для сопряжения с помощью конуса и по формуле для сопряжения с помощью кольца.

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 , приложение А)

Относительное продольное удлинение в рубашке вычисляют по формуле

(46)

где ε_т определяют согласно ;

(47)

ε вычисляют по формуле .

Относительное продольное удлинение рубашки должно удовлетворять условию

(48)

Расчетный коэффициент прочности сварного шва

(49)

где φ₁ — коэффициент снижения допускаемых напряжений при расчете на устойчивость по ГОСТ Р 52857.2, определенный для рубашки.

Размах напряжений в сварном шве между сосудом и конусом вычисляют по формуле

(50)

где β_к1, γ_к — см. ;

(51)

где

(52)

Размах напряжений в сварном шве между рубашкой и конусом, приведенный на рисунке а, б, приложение А, вычисляют по формулам:

(53)

(54)

Проверку на малоцикловую прочность проводят по формуле (55), а для конусов — по рисункам а, б, приложение А, — дополнительно по формуле (56)

(55)

(56)

Допускаемые размахи напряжений и или допускаемое число рабочих циклов и определяют согласно 2.6.3. Индекс 1 относится к сварному шву между корпусом сосуда и сопряжением с помощью конуса, а индекс 2 к сварному шву между рубашкой и сопряжением с помощью конуса.

6.6.2 Сопряжение рубашки с корпусом сосуда с помощью кольца (см. рисунок , приложение А)

Относительное продольное удлинение в рубашке вычисляют по формуле

(57)

где ε_т — см. .

Относительное продольное удлинение рубашки должно удовлетворять условию

(58)

Расчетный коэффициент прочности сварного шва вычисляют по формуле

(59)

где φ₁ — коэффициент снижения допускаемых напряжений при расчете на устойчивость по ГОСТ Р 52857.2, определенный для рубашки;

φ₂ — по таблице 2.

Таблица 2 — Погонный момент инерции и коэффициент прочности сварного шва

Сопряжение с помощью кольца по рисунку , приложение А	W₁	W₂	φ₂
См. рисунок а, приложение А			φ_т2
См. рисунок б, приложение А			φ_т2
См. рисунок в, приложение А			φ_т2
См. рисунок г, приложение А			0,5

Размах напряжений в сварном шве между сосудом и кольцом вычисляют по формуле

(60)

Размах напряжений в сварном шве между рубашкой и кольцом вычисляют по формуле

(61)

Проверку на малоцикловую прочность проводят по формулам и , при этом допускаемые размахи напряжений и или допускаемое число рабочих циклов и определяют согласно . Индекс 1 относится к сварному шву между корпусом сосуда и кольцом, а индекс 2 к сварному шву между рубашкой и кольцом.

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 Lε_т при рабочем числе циклов. Дальнейший расчет следует выполнять по .

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 , 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 р₁, если р₁ > 0.

7.1.2 Если р₁ < 0, то цилиндрическую обечайку сосуда рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на наружное давление с расчетным давлением |р₁|.

7.1.3 Части цилиндрической обечайки сосуда, охваченные рубашкой, и цилиндрические части рубашки при нагружении давлением р₂ рассчитывают по 7.4.3, как плоские участки.

Если р₁ < 0, следует дополнительно выполнять условие по формуле (62) и требование 7.3.1, чтобы исключить появление вмятин на цилиндрической обечайке сосуда

(62)

7.2 Днища

7.2.1 Выпуклые днища рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на внутреннее избыточное давление с расчетным давлением р₁ если р₁ > 0, и на наружное давление с расчетным давлением |р₁|, если р₁ < 0.

7.2.2 Части днища сосуда, охваченные рубашкой, и части рубашки в зоне днища при нагружении давлением р₂ рассчитывают по 7.3, как плоские участки. При этом в формулы вместо толщины стенки цилиндрической обечайки s₁ подставляют толщину днища сосуда s₃ и вместо толщины стенки цилиндрической обечайки s₂ толщину днища рубашки s₄.

7.3 Плоские участки

7.3.1 Допускаемое избыточное давление в рубашке вычисляют по формуле

— для стенки сосуда:

(63)

— для стенки рубашки:

(64)

Коэффициенты прочности f₅ и f₆ определяют в зависимости от отношения d₀/t₀ и от относительного реактивного момента т, вычисленного по формулам (66),

(65)

(66)

7.3.2 Расчет размеров плоских участков

Шаг вычисляют по формулам:

(67)

(68)

(69)

Для заданного отношения d₀/t₀ и m определяют коэффициенты прочности f₅ и f₆. Если задаться диаметром d₀, то t₁ и t₂ можно получить методом итерации. При определении t_p и t_т по формулам (69) и (65) необходимо учитывать требование .

Толщину стенок вычисляют по формулам:

(70)

s₁ ≥ s_1p + c, (71)

(72)

s₂ ≥ s_2p + c. (73)

Для сосудов с рубашками на анкерных трубах значение s₂ определяют методом последовательных приближений с учетом зависимости s₂ от т.

7.3.3 Краевые зоны рубашек, сопряженных с корпусом анкерными трубами или отбортовками

Размеры сопряжений с помощью конуса определяют по и размеры сопряжений с помощью кольца — по .

Расстояния от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок должны удовлетворять условиям:

(74)

(75)

где f₆ вычисляют по формуле .

7.4 Определение толщины отбортовок (см. рисунок , приложение А)

Толщину отбортовок вычисляют по формуле

(76)

где

s₂ = a ≥ s_2p + c, (77)

(78)

t₀ вычисляют по формуле .

7.5 Определение толщины анкерных труб (см. рисунок , приложение А)

Толщину анкерных труб вычисляют по формуле

(79)

где η вычисляют по формуле (78).

s₀ ≥ s_0p + с. (80)

Размер сварного шва должен удовлетворять условию:

a ≥ 1,41s_0p + c. (81)

Определяемые по формулам (80) и (81) размеры угловых швов и анкерных труб должны отвечать требованию .

7.6 Проверка на малоцикловую прочность

7.6.1 Размах напряжений в сварных швах вычисляют по формулам:

а) сопряжение отбортовкой

(82)

б) сопряжение анкерными трубами

(83)

— для рубашки на цилиндрической обечайке:

(84)

(85)

— для рубашки на выпуклом днище:

(86)

(87)

— для сопряжений анкерными трубами:

7.6.2 Размах напряжений в плоских участках вычисляют по формуле

(88)

где

(89)

7.6.3 Проверку на малоцикловую прочность проводят по формулам:

(90)

(91)

Допускаемые размахи напряжений или или допускаемое число рабочих циклов и определяют согласно . Индекс 3 относится к сварному шву между корпусом сосуда и сопряжением отбортовкой или коварному шву между рубашкой и анкерной трубой, индекс 4 относится к рубашке.

7.7 Допускается применение методики, указанной в , 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 р₁, если р₁ > 0.

8.1.2 Если р₁ > 0, то цилиндрическую обечайку сосуда рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на наружное давление с расчетным давлением |р₁|.

8.1.3 В сосудах со змеевиковым каналом (рисунок , 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 t_s должен быть не более 0,3D₁. Если п₂ ≤ п₃ + 1, то цилиндрическую обечайку рассчитывают, как гладкую обечайку;

б) расчетную длину l₂ при расчете по ГОСТ Р 52857.2 определяют, как осевое расстояние от начала или конца расчетной длины (см. рисунок а, приложение А) до места окончания первого витка змеевикового канала, охватывающего всю окружность рубашки;

в) расчетные значения b, l₁ и l_е при расчете по ГОСТ Р 52857.2 вычисляют по формулам:

(92)

(93)

(94)

г) используемые в ГОСТ Р 52857.2 величины е, I_к и A_к вычисляют по формулам:

(95)

(96)

(97)

8.1.4 Цилиндрическую обечайку сосуда при нагружении давлением р₂ в каналах вычисляют, как полосу обечайки шириной b₂ по 8.3.

8.2 Днища

8.2.1 Выпуклые днища рассчитывают по ГОСТ Р 52857.2 на внутреннее избыточное давление с расчетным давлением р₁ если р₁ > 0, и на наружное давление с расчетным давлением р₁ если р₁ < 0.

8.2.2 Выпуклые днища при нагружении давлением р₂ в каналах вычисляют, как полосу обечайки шириной b₂ по 8.3.2.

8.3 Полоса обечайки под каналами

8.3.1 Каналы по окружности цилиндрической обечайки должны отвечать условию:

(98)

Если р₁ < 0, то должно дополнительно выполняться условие:

(99)

Если р₂ > р₁ > 0, то должно дополнительно выполняться условие:

(100)

8.3.2 Каналы вдоль оси цилиндрической обечайки и каналы на днище вычисляют по формуле

(101)

8.4 Каналы

8.4.1 Вспомогательные параметры

Коэффициент понижения прочности V в зоне сопряжения штуцера с каналом рассчитывают по ГОСТ Р 52857.3. Если канал и штуцер выполнены из трубы одинаковых размеров и материала, то коэффициент V вычисляют по формуле

(102)

Коэффициент прочности сварного шва:

— для V-образного шва (см. рисунок а, б, приложение А):

φ_р5 = φ_р6 = φ_т2. (103)

— для углового шва (см. рисунок б, приложение А):

(104)

φ_р6 = 0,4. (105)

Коэффициенты понижения прочности каналов φ₃ и φ₄ вычисляют по формулам:

φ₃ = min {V; φ_р5}; (106)

φ₄ = min {V; φ_р6}. (107)

8.4.2 Допускаемое избыточное давление в канале вычисляют по формуле

(108)

8.4.3 Толщину стенки канала вычисляют по формулам:

(109)

s₂ ≥ s_2p + c, (110)

при этом размер сварного шва для угловых швов

a ≥ 0,6s₂_p. (111)

8.5 Распределительные каналы в сосудах с регистровыми каналами (см. рисунок б, приложение А).

Расчет проводят в соответствии с , причем следует использовать величины V, φ₃, φ₄ по формулам:

(112)

φ₃ = Vφ_p₅, (113)

φ₄ = Vφ_p₆. (114)

8.6 Проверка на усталостную прочность

8.6.1 Размах напряжений в сварных швах между сосудом и каналом вычисляют по формуле

(115)

где

(116)

(117)

(118)

8.6.2 Размах напряжений в поперечном сечении канала вычисляют по формуле

(119)

8.6.3 Проверку на малоцикловую прочность проводят из условий:

(120)

(121)

Допускаемые размахи напряжений и или допускаемое число рабочих циклов и определяют согласно . Индекс 5 относится к сварному шву между корпусом сосуда и каналом, а индекс 6 — к каналам.