ГОСГОРТЕХНАДЗОР РОССИИ

НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ
И ТРУБОПРОВОДОВ ПАРА И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ

РД 10-249-98

Москва

1999

НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ И ТРУБОПРОВОДОВ ПАРА И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ

Редакционная коллегия:

В.С. Котельников, Н.А. Хапонен, А.А. Шельпяков (Госгортехнадзор России)

Ю.К. Петреня, Е.Э. Гильде, А.В. Судаков, А.А. Чижик, И.А. Данюшевский, П.В. Белов, А.М. Рейнов (АООТ НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова)

Н.А. Махутов, А.Н. Романов, Ю.X. Хуршудов, Л.Е. Ильинская, (Институт машиноведения им. акад. А.А. Благонравова)

Настоящее издание «Норм расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды» подготовлено АООТ "НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова"

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящие "Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды" распространяются на паровые котлы и паропроводы с рабочим давлением более 0,07 МПа и на водогрейные котлы и трубопроводы горячей воды с температурой свыше 115°С:

на котлы с топкой, котлы-утилизаторы, энерготехнологические котлы и др.;

на встроенные и автономные пароперегреватели и экономайзеры;

на трубопроводы пара и горячей воды в пределах котла, включая опускные трубы, соединительные трубы и стояки;

на трубопроводы пара и горячей воды любого назначения;

на сосуды, подключенные к тракту котла (пароохладители, сепараторы и др.).

Допускается применение Норм при расчете сосудов энергомашиностроения и корпусов арматуры тепловых электростанций и других установок.

Нормы не распространяются на котлы, трубопроводы, встроенные и автономные пароперегреватели и экономайзеры, устанавливаемые на морских и речных судах и на других плавучих средствах или объектах подводного применения, а также на подвижном составе железнодорожного, автомобильного и гусеничного транспорта, и на котлы с электрическим обогревом.

Нормы должны применяться совместно с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» (ПГК-93), «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» (ПГТ-94) и «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" (ПБ-10-115-96).

Для котлов и трубопроводов, находящихся в эксплуатации, в процессе монтажа или изготовления или оконченных проектированием до введения настоящих Норм, переоформление расчетов на прочность в соответствии с новыми нормами не требуется.

Все изменения и дополнения вносятся в "Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды" по согласованию с разработчиком Норм.

1.1. Основные условные обозначения

1.1.1. В формулах приняты следующие обозначения, представленные в таблице 1.1.

Таблица 1.1

1.2. Область применения

1.2.1. Приведенные в Нормах методы расчета на прочность применимы при соблюдении следующих условий:

конструкция, материалы, изготовление, контроль, монтаж и ремонт котла, трубопровода и их деталей, работающих под давлением, удовлетворяют соответствующим требованиям Правил (ПГК-93, ПГТ-94, ПБ-10-115-96);

эксплуатация котла и трубопровода удовлетворяет требованиям не ниже требований правил технической эксплуатации, согласованных с Госгортехнадзором России (далее по тексту Госгортехнадзором), например «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей»;

при монтаже, эксплуатации и ремонте обеспечено выполнение инструкций и указаний предприятия-изготовителя.

1.2.2. При расчете деталей, конструкция которых, способы изготовления и условия эксплуатации отличаются от общепринятых, установленных соответствующими Правилами, необходимо вводить коррективы, учитывающие особенности изготовления и эксплуатации. Для деталей, подверженных частым сменам нагрузки или колебаниям температуры, должны выполняться поверочные расчеты на малоцикловую усталость.

1.2.3. Прочность деталей, методы расчета которых в Нормах не приводятся, должна быть подтверждена изготовителем в результате проведения испытаний моделей или образцов либо расчетами на прочность, согласованными со специализированными научно-исследовательскими организациями. При этом должно быть обеспечено соблюдение запасов прочности не менее установленных настоящими Нормами.

1.2.4. Методика расчетов на прочность, приведенная в Нормах, предусматривает выполнение расчетов в прямом и обратном порядке. При прямом порядке расчетов определяется номинальная или допустимая толщина стенки по заданному или принятому расчетному давлению, при обратном порядке расчета определяется величина допустимого давления по фактической или номинальной толщине стенки. Обратный порядок расчета может быть назван контрольным расчетом. Выбор порядка расчета должен производиться организацией, выполняющей расчет.

В Нормах не приводятся последовательность и методика поверочного расчета, основной задачей которого является обоснование расчетного ресурса эксплуатации. Однако в поверочном расчете должны использоваться значения номинальных допускаемых напряжений и основные расчетные формулы и зависимости, приведенные в разделах 3 и 4 данных Норм.

1.3. Расчетное давление

1.3.1. Под расчетным давлением p следует понимать избыточное давление рабочей среды, по которому производится расчет на прочность данной детали.

Расчетное давление должно приниматься конструкторской организацией с целью обеспечения расчетом на прочность, выполняемым этой организацией, надежности детали в условиях испытаний и эксплуатации.

Расчетное давление должно быть равно максимальному давлению рабочей среды, возможному для данной детали в нормальных условиях эксплуатации, или более его. Необходимость превышения расчетного давления над рабочим, а также размеры этого превышения должны определяться конструкторской организацией с учетом особенности конструкции котла и его комплектации (например, предохранительными клапанами), назначения котла и опыта эксплуатации котла данного типа.

1.3.2. Расчетное давление детали котла p следует принимать равным расчетному давлению рабочей среды на выходе из котла (перегревателя), увеличенному на потерю давления от гидравлического сопротивления на участке между расчетной деталью и выходом рабочей среды из котла. Потеря давления должна определяться при максимальном расходе среды.

Для элементов, заполненных водой, следует прибавить гидростатическое давление столба воды, расположенного над нижней частью расчетного элемента.

Гидростатическое давление и потери гидравлического сопротивления принимаются в расчет, если их сумма равна или более 3% от расчетного давления.

1.3.3. Расчетное давление рабочей среды на выходе из котла должно приниматься равным номинальному давлению при номинальной температуре и паропроизводительности (или номинальном расходе воды для водогрейного котла), увеличенному на положительное отклонение, вызванное регулированием величины номинального давления, если это отклонение превышает 3%.

1.3.4. Расчетное давление в трубах поверхностей нагрева или в трубопроводах принимается равным давлению рабочей среды на входе в рассчитываемый пакет или трубопровод (в соответствующем коллекторе, барабане котла или полости теплообменника).

1.3.5. Расчетное давление в чугунных экономайзерах следует определять в соответствии с п. 1.3.2; при этом оно должно быть не менее расчетного давления в котле, увеличенного на 25%.

1.3.6. Кратковременное повышение давления при полном открытии предохранительных клапанов в расчете допускается не учитывать, если при максимальной производительности котла оно не превышает 10% от рабочего давления. Если это условие не соблюдается, то расчетное давление должно приниматься равным 90% от давления при полном открытии предохранительных клапанов.

1.3.7. Расчетное давление в трубопроводах воды после насосов должно приниматься равным 90% от максимального давления, создаваемого насосами при закрытых задвижках.

1.3.8. Во всех случаях величина расчетного давления должна приниматься не менее 0,2 МПа.

1.4. Расчетная температура

1.4.1. Под расчетной температурой стенки t следует понимать температуру металла, по которой выбирается величина допускаемого напряжения для рассчитываемой детали котла или трубопровода.

1.4.2. Расчетную температуру стенки деталей, не обогреваемых горячими газами или надежно изолированных от обогрева извне, следует принимать равной температуре содержащейся в ней рабочей среды без учета допусков по отклонению температуры рабочей среды от номинальной, установленных ГОСТ 3619, ГОСТ 21563, ГОСТ 22530.

Детали считаются надежно изолированными, если обеспечены условия, при которых повышение средней температуры стенки от тепловосприятия извне не будет превышать 5°С.

Для экранов это условие соблюдается, если просвет между экранными трубами или между плавниками труб не превышает 3 мм.

1.4.3. За расчетную температуру стенки обогреваемых деталей следует пpинимaть среднеарифметическое значение температур наружной и внутренней поверхности стенки наиболее нагретой части детали, определенных теплотехническим расчетом или измерением.

1.4.4. Расчетную температуру стенки необогреваемых деталей котлов и трубопроводов следует принимать равной температуре среды на входе в расчетный элемент (при отсутствии внутри детали греющих теплообменников или при размещении в ней охлаждающего теплообменника) или равной температуре среды на выходе из детали (при размещении вне греющих теплообменников).

1.4.5. Если избыточное давление горячих газов превышает 0,1 МПа, то расчетная температура стенки обогреваемых деталей должна приниматься по тепловому расчету или по данным измерений температуры.

1.4.6. Расчетную температуру стенки деталей котлов и трубопроводов в пределах котла следует принимать не менее 250°С.

Расчетную температуру стенки необогреваемых деталей котлов и трубопроводов допускается принимать ниже 250°С по согласованию со специализированными научно-исследовательскими организациями.

1.5. Толщина стенки и прибавки

1.5.1. Расчетная толщина стенки s_R, вычисленная по формулам раздела 3 данных Норм должна определяться по заданным значениям расчетного давления и номинального допускаемого напряжения с учетом ослабления отверстиями и (или) сварными соединениями.

1.5.2. Номинальная толщина стенки s должна приниматься по расчетной толщине стенки с учетом прибавок, указанных в пп. 1.5.5 и 1.5.6, с округлением до ближайшего большего размера, имеющегося в сортаменте толщин соответствующих полуфабрикатов. Допускается округление в меньшую сторону не более 3% от принятой окончательно номинально толщины стенки.

1.5.3. Допустимая толщина стенки [s] должна определяться по расчетной толщине стенки с учетом эксплуатационной прибавки с₂, определяемой согласно пп. 1.5.5 и 1.5.7.

1.5.4. Фактическая толщина стенки s_f, полученная непосредственными измерениям толщины готовой детали при операционном и (или) эксплуатационном контроле, должна быть не менее допустимой толщины стенки. Точность измерительного прибора, используемого при определении s_f, следует учитывать, если его погрешность превышает 1%.

1.5.5. По назначению прибавки к расчетной толщине стенки следует подразделять:

- на прибавку с₁ (производственная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях изготовления детали за счет минусового отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др.;

- на прибавку c₂ (эксплуатационная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях эксплуатации за счет всех видов воздействия: коррозии, механического износа (эрозии) и др.

Утонение в результате абразивного износа труб учтено в приводимых значениях прибавки с₂ только при выборе скорости газов, ограничивающих чрезмерный износ согласно «Тепловому расчету котельных агрегатов. Нормативный метод» (далее по тексту «Тепловой расчет»). При большем износе прибавка на утонение из-за абразивного износа также должна приниматься согласно «Тепловому расчету».

Сумма прибавок с=с₁+c₂ должна быть не менее минимальных значений, указанных в разделе 3 и относящихся к расчету конкретных деталей.

1.5.6. Производственная прибавка с₁ состоит из прибавки, компенсирующей минусовое отклонение с₁₁, и технологической прибавки с₁₂: с₁=с₁₁+с₁₂.

Значение прибавки с₁₁ следует определять по предельному минусовому отклонению толщины стенки, установленному стандартами или техническими условиями на полуфабрикаты; значение прибавки с₁₂ должно определяться технологией изготовления детали и принимается по техническим условиям на изделие.

Для прямых труб и обечаек, подвергающихся на предприятии-изготовителе механической обработке, с₁₁=0; для деталей, деформирование которых при изготовлении не приводит к ослаблению стенки заготовки, c₁₂=0.

1.5.7. Эксплуатационная прибавка состоит из прибавок, компенсирующих понижение прочности по пароводяной стороне с₂₁ и со стороны газов c₂₂.

Значение прибавки с₂₁ для всех обогреваемых и необогреваемых деталей из аустенитных сталей, а также для труб наружным диаметром 32 мм и менее из углеродистой и теплоустойчивой сталей равно нулю. Для остальных деталей (труб наружным диаметром более 32 мм, коллекторов, барабанов, фасонных деталей и трубопроводов и других, изготавливаемых из углеродистой и теплоустойчивой сталей) значение прибавки с₂₁ на расчетный ресурс 10⁵ ч должно определяться по таблице 1.2.

При расчетном ресурсе более 10⁵ ч прибавку с₂₁ следует увеличить с учетом скорости коррозии; при ресурсе до 2×10⁵ ч допускается принимать (впредь до уточнения) значение этой прибавки такой, как при ресурсе 10⁵ ч.

При расчетном ресурсе менее 10⁵ ч прибавку с₂₁ допускается принимать уменьшенной пропорционально ресурсу.

Значение прибавки с₂₂ для необогреваемых деталей равно нулю.

Таблица 1.2

Прибавка с₂₁, мм

Примечание. Для гибов опускных, водоперепускных и необогреваемых труб для пароводяной смеси и насыщенного пара наружным диаметром более 76 мм при рабочем давлении котла от 8 до 20 МПа следует принимать прибавку с₂₁ от 1 до 3 мм в зависимости от опыта эксплуатации котла данного типа; для труб наружным диаметром 133 мм и более использование прибавки с₂₁ менее 3 мм должно быть согласовано со специализированными научно-исследовательскими организациями.

Значение прибавки с₂₂ для обогреваемых деталей должно приниматься в зависимости от температуры наружной поверхности детали, вида топлива и металла детали. Для определения прибавки с₂₂ температура наружной поверхности детали должна сравниваться с допустимой температурой, значения которой приведены в таблице 1.3. Расчетная температура наружной поверхности обогреваемых деталей, определяемая по тепловому расчету с учетом тепловой и гидравлической неравномерности, но без учета временного увеличения неравномерности обогрева, не должна превышать значений допустимой температуры [t].

Таблица 1.3

Допустимая температура наружной поверхности с учетом продуктов сгорания [t], °С

Примечание. Допустимая температура наружной поверхности экранных труб из стали 12Х1МФ, расположенных в зоне максимальных тепловых нагрузок более 407 кВт/м² (350×10³ ккал/(м²×ч), при сжигании сернистых мазутов не должна превышать 545°С с учетом запаса на межпромывочный период.

Для необогреваемых участков труб из стали марок 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х2МФБ, соединяющих трубы поверхности нагрева из аустенитной стали с коллекторами из легированной стали, допускается температура стенки до 600°С.

Значение прибавки с₂₂ для ресурса 10⁵ ч должно приниматься минимальным из условий:

при температуре наружной поверхности t_a<([t]-40)°С

c₁+с₂³0,5 мм;

при температуре согласно условию ([t]-40)°С<t_a£[t]

c₁+с₂³1,0 мм.

Для обогреваемых углеродистых труб общего назначения (например, из стали марки Ст3) прибавка с₂₂ должна приниматься не менее 0,4 мм независимо от температуры стенки, марки стали и категории качества.

Для стали марки 12Х18Н12Т при сжигании высокосернистых и сернистых мазутов и для сталей марок 12Х1МФ, 12Х2МФСР и 12Х2МФБ при сжигании эстонских сланцев допускается температура наружной поверхности деталей выше допустимой, но не более значений температуры, установленных для остальных энергетических топлив, при условии увеличения значения прибавки с₂₂ на 0,5 мм в первом случае и на 0,3 мм во втором на каждые 10°С повышения температуры.

Для ресурса эксплуатации менее 10⁵ ч значение прибавки с₂₂ к фактической толщине стенки допускается принимать пропорционально отношению данного ресурса к ресурсу в 10⁵ ч.

При выборе расчетной температуры наружной поверхности труб экранов котлов сверхкритических параметров следует учитывать повышение этой температуры в течение межпромывочного периода.

Для труб, находящихся в теплом ящике энергетического котла, значения прибавки с₂₂ должны приниматься равными 0,5 значения, определяемого для обогреваемых труб при той же расчетной температуре наружной поверхности.

Расчетная температура стенок труб в теплом ящике должна приниматься равной температуре рабочей среды с учетом неравномерностей ее распределения.

1.5.8. При вычислении и измерении толщины стенки в документацию следует записывать значение с округлением до 0,1 мм.

2. ДОПУСКАЕМОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

2.1. Под номинальным допускаемым напряжением [s] следует понимать величину напряжения, используемую для определения расчетной толщины стенки детали или допустимого давления по принятым исходным данным и марке металла.

Приведенные в настоящих Нормах допускаемые напряжения и указания по их выбору применимы для использования металлов и полуфабрикатов, которые разрешены Правилами Госгортехнадзора.

Уровень расчетных характеристик используемых металлов и полуфабрикатов должен быть подтверждён статистической обработкой данных испытаний, периодическим контролем качества продукции не реже одного раза в 5 лет и положительным заключением специализированной научно-исследовательской организации в соответствии с требованиями Правил Госгортехнадзора.

2.2. Номинальные допускаемые напряжения для катаной или кованой стали марок, широко используемых в котлах и трубопроводах, следует принимать по таблицам 2.1 - 2.5.

Для промежуточных значений ресурса эксплуатации, указанных в таблицах, значение допускаемого напряжения разрешается определять линейной интерполяцией ближайших значений между ресурсами с округлением до 0,5 МПа в меньшую сторону, если разница между этими значениями не превышает 20% от их среднего значения. В остальных случаях должно применяться "логарифмическое" интерполирование. Экстраполяция значений допускаемых напряжений для ресурса менее 10⁴ не допускается без согласования со специализированными научно-исследовательскими организациями.

Таблица 2.1

Номинальные допускаемые напряжения |s| для углеродистой и марганцовистой сталей, не зависящие от расчетного ресурса, МПа

Таблица 2.2

Номинальные допускаемые напряжения |s| для углеродистой и марганцовистой сталей, МПа

Примечания:

1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.

2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10⁴ и 2×10⁵ ч, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10⁵ ч.

3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.

Таблица 2.3

Номинальные допускаемые напряжения |s| для теплоустойчивой стали, МПа

Примечания:

1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.

2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10⁴, 2×10⁵ и 3×10⁵, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10⁵ ч.

3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.

Таблица 2.4

Номинальные допускаемые напряжения |s| для высокохромистой и аустенитной сталей, МПа

Примечания:

1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.

2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10⁴, 2×10⁵ и 3×10⁵ ч, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10⁵ ч.

3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.

Таблица 2.5

Рекомендуемая

Номинальные допускаемые напряжения |s| для стали 10Х9МФБ, МПа

Примечания:

1. Выше черты приведены значения допускаемых напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.

2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10⁴ и 2×10⁵ ч, отмеченные выше черты знаком "-", принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10⁵ ч.

3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.

4. Значения допускаемых напряжений со знаком ^* получены экстраполяцией с малых по времени баз испытаний и должны быть откорректированы с учетом требований подраздела 2.1.

Допускаемые напряжения для сталей иностранных марок, допущенных к применению Госгортехнадзором России, должны устанавливаться специализированными научно-исследовательскими организациями. Для стали 2.1/4 Cr1Mo (10CrMo910 для труб по ДИН 17175 и для листа по ДИН 17155) могут быть использованы значения допускаемые напряжений, приведенные в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Номинальные допускаемые напряжения для стали 2.1/4 Cr1Mo (10CrMo910) на расчетный ресурс 10⁵ ч.

2.3. Для сталей марок, не приведенных в таблицах 2.1 - 2.4, и для других металлов допущенных к применению Госгортехнадзором России, номинальное допускаемое напряжение следует принимать равным наименьшему из приведенных в таблице 2.7 значений, полученных в результате деления соответствующей расчетной характеристики прочности металла при растяжении на соответствующий запас прочности по данной характеристике.

При выполнении контрольных расчетов деталей, изготовленных из стали 12ХМФ допускается использовать значения допускаемых напряжений, приведенных в таблицах 2.1 - 2.4 для стали 12Х1МФ.

2.4. В качестве расчетных характеристик прочности металла следует принимать:

временное сопротивление при растяжении s_В;

предел текучести s_T/t или условный предел текучести s_0,2/t, s_1,0/t;

условный предел длительной прочности s₁₀⁴_/t, s₁₀⁵_/t, s_2×10⁵_/t, s_3×10⁵_/t;

условный предел ползучести ;

Значения характеристик s_В, s_T/t, s_0,2/t и s_1,0/t следует принимать равными минимальным значениям, установленным в соответствующих стандартах или технических условиях для металла данной марки.

Значения характеристик s₁₀⁴_/t, s₁₀⁵_/t, s_2×10⁵_/t, s_3×10⁵_/t и следует принимать равными средним значениям, установленным в соответствующих стандартах или технических условиях для металла данной марки.

Таблица 2.7

Формулы для определения номинального допускаемого напряжения [s], не зависящего от расчетного ресурса, или для расчетного ресурса 10⁵ ч

¹⁾ Для углеродистой и теплоустойчивой стали повышенной прочности (s_В>490 МПа и минимальное относительное удлинение d₅<20%) запас прочности по пределу текучести следует увеличить на 0,025 на каждый процент уменьшения относительного удлинения ниже 20%.

²⁾ Характеристики прочности должны определяться без учета термического и механического упрочнения. Условие неприменимо для деталей, в которых недопустима пластическая деформация (фланцы, шпильки). Допускается использовать минимальное значение условного предела текучести при остаточной деформации 0,2% с запасом 1,15.

³⁾ При расчете на изгиб допускаемые напряжения принимаются уменьшенными на 50%.

⁴⁾ Условие используется, если в стандартах или технических условиях на металл отсутствуют гарантируемые значения s_В, s_1,0/t, s₁₀⁵_/t.

Отклонения характеристик в меньшую сторону допускаются не более чем на 20% от среднего значения.

Допускается использование s_T/t, вместо s_0,2/t, если в стандартах или технических условиях на металл нормированы значения s_T/t и отсутствуют нормированные значения s_0,2/t.

Уровень расчетных характеристик используемых металлов и полуфабрикатов должен быть подтверждён статистической обработкой данных испытаний, периодическим контролем качества продукции и положительным заключением специализированной научно-исследовательской организации в соответствии с требованиями Правил Госгортехнадзора.

2.5. Для стальных отливок номинальное допускаемое напряжение следует принимать равным следующим величинам:

85% от значений допускаемого напряжения, определенного согласно таблицам 2.1 - 2.4 для одноименной марки катаной или кованой стали, если отливки подвергаются сплошному неразрушающему контролю;

75% от указанных в таблицах 2.1 - 2.4 значений, если отливки не подвергаются сплошному неразрушающему контролю.

2.6. Для стальных деталей, работающих в условиях ползучести при разных за расчетный ресурс расчетных температурах, за допускаемое разрешается принимать напряжение [s]_е, вычисленное по формуле

где t₁, t₂,..., t_n - длительность периодов эксплуатации деталей с температурой стенки соответственно t₁, t₂,......, t_n, ч;

[s]₁, [s]₂,..., [s]_n - номинальные допускаемые напряжения для расчетного ресурса при температурах t₁, t₂,......, t_n, МПа;

 - общий расчетный ресурс, ч;

m - показатель степени в уравнении длительной прочности стали.

Для углеродистых, низколегированных хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых, а также для аустенитных сталей допускается принимать m=8. Периоды эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по интервалам температуры в 5 или 10°С.

Определение эквивалентных напряжений по приведенной упрощенной методике рекомендуется принимать для интервала температур не более 30°С. При необходимости определения эквивалентных допускаемых напряжений для интервала температур более 30°С следует использовать среднее значение показателя степени согласно данным экспериментальных исследований с базой испытаний не менее 0,1 от ресурса, но не менее 10⁴ ч.

2.7. Расчетные характеристики прочности и номинальные допускаемые напряжения следует принимать для расчетных температур стенки, определенных согласно подразделу 1.4.

2.8. При определении допустимой величины пробного давления допускаемое напряжение должно приниматься согласно таблице 2.8.

Таблица 2.8

Формулы для определения допускаемого напряжения при вычислении пробного давления

^* Условие используется, если в стандартах или технических условиях на металл характеристики нормированы.

2.9. При расчете стальных деталей, работающих под наружным давлением, допускаемое напряжение должно быть уменьшено в 1,2 раза по сравнению со случаем, когда используются формулы расчета по внутреннему давлению (например, для дымогарных труб).

3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЭЛЕМЕНТОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

3.1. Условные обозначения

3.1.1. В Нормах приняты условные обозначения, представленные в таблице 3.1.

Таблица 3.1

3.2. Цилиндрические барабаны и коллекторы

3.2.1. Расчет толщины стенки

3.2.1.1. Номинальная толщина стенки обечаек барабана (корпуса котла) или цилиндрической части коллектора должна быть не менее определенной по формуле

где  если расчет выполняется по наружному диаметру, и

 если расчет выполняется по внутреннему диаметру.

Формулы пригодны при соблюдении следующих условий:

для барабанов и коллекторов, содержащих воду, пароводяную смесь или насыщенный пар:

 или

для коллекторов, содержащих перегретый пар:

Для криволинейных и торовых коллекторов при  расчет толщины стенки должен производиться с учетом подраздела 3.3.2.

3.2.1.2. Расчетные коэффициенты прочности j обечаек барабанов и цилиндрической части коллекторов с отверстиями и (или) со сварными соединениями следует определять согласно разделу 4.

3.2.1.3. Для барабанов, изготавливаемых из листов разной толщины и соединяемых продольными швами при стыковке листов по совпадению средних диаметров, расчет толщины стенки должен производиться для каждого листа с учетом имеющихся в нем ослаблений.

При стыковке листов разной толщины по внутреннему диаметру требуется дополнительно проверить местные напряжения в месте стыка листов по методике расчета на прочность, согласованной со специализированными научно-исследовательскими организациями.

3.2.1.4. Суммарная прибавка с должна приниматься согласно разделу 1.

Для обечаек барабанов и коллекторов, свариваемых из листа, а также кованых с последующей механической обработкой при номинальной толщине стенки более 20 мм допускается принимать с₁₁=0. Если наибольшее минусовое отклонение по толщине листа превышает 3%, то в прибавке с₁₁ следует учесть это превышение.

Для коллекторов, изготавливаемых из труб, прибавка с₁₁ должна определяться по формуле

если неизвестна номинальная толщина стенки, и по формуле

если номинальная толщина стенки известна или предварительно принята.

Для обечаек барабанов и прямолинейных коллекторов с₁₂=0.

Для криволинейных коллекторов при R/D_a£5 значение прибавки с₁₂ должно приниматься так же, как для колен.

Для обечаек барабанов из стали повышенной прочности при s_В³550 МПа и рабочем давлении более 8 МПа прибавка с₂₁ должна предусматривать возможность удаления коррозионно-усталостных дефектов без заварки; она принимается в зависимости от условий и опыта эксплуатации котла данного типа, что должно согласовываться со специализированными научно-исследовательскими организациями; значение прибавки должно быть не менее 5 мм. Прибавка менее 5 мм должна согласовываться со специализированными научно-исследовательскими организациями.

3.2.1.5. При выборе номинальной толщины стенки необходимо учитывать следующее:

номинальная толщина стенки барабана или коллектора, изготавливаемых из листа, должна быть не менее 6 мм; допускается для котлов паропроизводительностью менее 1 т/ч при рабочем давлении не более 0,5 МПа принимать номинальную толщину стенки не менее 4 мм;

номинальная толщина стенки коллектора при изготовлении и фактическая толщина стенки коллектора при эксплуатации должны быть не менее значений, указанных в таблице 3.2, но не менее значений, полученных в результате расчётов на прочность;

Таблица 3.2

толщину стенок барабанов и коллекторов, к которым присоединяются трубы при помощи развальцовки, рекомендуется принимать не менее 16 мм; применение стенок толщиной менее 13 мм не допускается;

толщина стенок обогреваемых барабанов и коллекторов без изоляции должна быть не более следующей:

22 мм для барабанов и 10 мм для коллекторов, расположенных в топке;

30 мм для барабанов и 13 мм для коллекторов, расположенных в газоходах при температуре газов не выше 900°С;

50 мм для барабанов и 20 мм для коллекторов, расположенных в газоходах при температуре газов не выше 600°С.

Указанные толщины могут быть увеличены, если это будет обосновано соответствующими расчетами, согласованными со специализированными научно-исследовательскими организациями, с учетом местных температурных напряжений на внутренней и наружной поверхности.

3.2.1.6. Для коллекторов, изготавливаемых из одной или нескольких бесшовных труб, на концах прямых участков, растачиваемых под стыковую сварку, допускается утонение стенки до минимальной расчетной толщины стенки прямой трубы, определяемой по формуле

Расстояние между выходом расточки (обточки) под сварку и кромкой ближайшего отверстия по продольной оси коллектора должно быть не менее . Если это условие не соблюдается (но выполняются требования Правил Госгортехнадзора по расположению отверстий), то вместо s₀ следует принять s_R. Коэффициент прочности j_d в этом случае допускается определять согласно п. 4.3.3.10, где полная площадь должна приниматься на длине, равной расстоянию между центрами отверстий при двух отверстиях с расположением сварного соединения между ними, или на длине, равной  от оси отверстия по направлению к оси сварного шва при расположении вблизи сварного соединения одного отверстия.

3.2.2. Допустимое давление

3.2.2.1. Допустимое рабочее давление в барабанах и коллекторах при контрольных расчетах должно быть не более значений, полученных по одной из следующих формул:

если расчет выполняется по наружному диаметру;

если расчет выполняется по внутреннему диаметру.

Примечания:

1. Коэффициент прочности j следует принимать в соответствии с п. 3.2.1.2.

2. Значение прибавки с следует принимать в соответствии с п. 3.2.1.4, при этом с₁=(D/100)s.

3.2.2.2. При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s-с следует применять s_f-с₂. Величина s_f должна приниматься равной наименьшему значению из четырех измерений толщины по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров в одном сечении при числе проверяемых сечений не менее одного на каждые два метра длины барабана (коллектора), но не менее чем в трех сечениях для всего барабана (коллектора).

3.2.2.3. Величина пробного давления при гидравлическом испытании не должна превышать значения, полученного согласно пп. 3.2.2.1 и 3.2.2.2 при замене допускаемого напряжения [s]на [s]_h.

3.2.2.4. Величина допускаемого рабочего или пробного давления в барабане или коллекторе не должна превышать соответственно рабочего или пробного давления, допускаемого по условиям прочности для остальных деталей данного барабана или коллектора, в частности для днищ.

3.2.3. Приведенное напряжение

3.2.3.1. Приведенное напряжение в барабанах и коллекторах должно определяться по одной из следующих формул:

если расчет выполняется по наружному диаметру;

если расчет выполняется по внутреннему диаметру,

При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s-с следует применять s_f-с₂ согласно п. 3.2.2.2.

Значения коэффициентов прочности j и прибавки с следует принимать согласно пп. 3.2.1.2 и 3.2.1.4 соответственно.

3.2.4. Расчетная температура стенки

3.2.4.1. Расчетную температуру стенки барабанов и охлаждающих топку слоевого сжигания панелей из углеродистой или теплоустойчивой стали, содержащих воду, пароводяную смесь или насыщенный пар, допускается определять без теплотехнических расчетов по упрощенным формулам для средней температуры стенки:

для барабанов, вынесенных из газохода, надежно изолированных или защищенных другим надежным способом от обогрева извне:

t = t_m;

для неизолированных барабанов, расположенных в конвективных газоходах:

при температуре газов не выше 600°С

t= t_m+1,2s+10°С;

при температуре газов более 600°С, но не выше 900°С

t= t_m+2,5s+20°С;

для неизолированных барабанов и охлаждающих панелей, подверженных лучеиспусканию факела или горящего слоя топлива:

t= t_m+4s+30°С.

3.2.4.2. Расчетную температуру стенки коллекторов экранов, экономайзеров и перегревателей допускается определять по упрощенным формулам:

для необогреваемых (вынесенных из газохода или надежно изолированных) коллекторов экономайзеров и экранов и коллекторов насыщенного пара котлов с естественной и принудительной циркуляцией, а также входных коллекторов экономайзеров прямоточных котлов

t = t_m;

для необогреваемых коллекторов (за исключением входных) экономайзеров прямоточных котлов и коллекторов перегревателей (кроме насыщенного пара) котлов всех типов

t = t_m+xDt,

для обогреваемых коллекторов из углеродистой и теплоустойчивой стали, содержащих воду, пароводяную смесь или насыщенный пар:

при температуре в газоходе не выше 600°С

t = t_m+s+xDt+10°С,

при температуре в газоходе от 600 до 900°С

t = t_m+2s+xDt+20°С,

при температуре в газоходе выше 900°С.

t = t_m+3s+xDt+30°С,

Величина t не должна приниматься выше расчетной температуры газов в сечении газохода, в котором расположен коллектор.

Температуру среды t_m при определении расчетной температуры стенки для коллекторов экономайзеров (кроме входных), экранов котлов с естественной и принудительной циркуляцией и коллекторов насыщенного пара следует принимать равной температуре насыщенного пара при расчетном давлении в данном коллекторе. Для входных коллекторов экономайзеров котлов с естественной и принудительной циркуляцией температура среды должна приниматься равной температуре воды на входе в экономайзер (с учетом подогрева в пароохладителе в случае возврата воды после пароохладителя на вход в экономайзер и смешения при рециркуляции воды). Для коллекторов экономайзеров и переходных зон прямоточных котлов, а также для коллекторов перегревателей котлов всех типов она должна, приниматься равной температуре среды.

Величина разверки температур во включенном в коллектор пучке Dt должна приниматься по тепловому расчету или по данным испытаний, но не менее 10°С. Коэффициент x, учитывающий перемешивание среды до входа в коллектор или в нем, должен приниматься равным 0,5, за исключением случаев, когда среда подводится к торцу коллектора; в этих случаях допускается принимать x=0.

3.2.4.3. Для обогреваемых коллекторов из аустенитной стали расчетная температура стенки должна приниматься средней из значений температур на внутренней и наружной поверхностях.

3.2.5. Требования к конструкции

3.2.5.1. Барабаны и коллекторы, имеющие отверстия, должны удовлетворять соответствующим требованиям к конструкции, изложенным в разделе 4.

3.2.5.2. В барабанах, изготовленных из листов стали разной толщины, средние линии обечаек должны совпадать.

Допускается совмещать обечайки по внутреннему диаметру, если выполняется условие п. 3.2.1.3.

3.3. Трубы поверхностей нагрева и трубопроводов

3.3.1. Расчет толщины стенки прямых труб

3.3.1.1. Номинальная толщина стенки прямой трубы поверхности нагрева или трубопровода должна быть не менее определенной по формуле

s=s_R+с,

где

Формула пригодна при соблюдении условия (s-c)/D_a£0,25.

Коэффициент прочности продольного или спирального сварного соединения j_w должен приниматься в соответствии с разделом 4. Для бесшовных труб коэффициент прочности j_w=1,0. Коэффициент прочности поперечных сварных соединений в расчете на внутреннее давление учитывать не следует.

3.3.1.2. Величина прибавки с должна приниматься в соответствии с п. 3.2.1.4.

3.3.1.3. Номинальная толщина стенки труб при изготовлении и фактическая толщина стенки труб при эксплуатации должны быть не менее значений, указанных в таблице 3.3, но не менее значений, полученных в результате расчётов на прочность.

Таблица 3.3

Номинальная толщина стенок труб, обогреваемых газами с температурой выше 900°С, должна быть не более 8 мм, а при непосредственном воздействии лучистого тепла топки - не более 6,5 мм.

Допускается применение обогреваемых труб с большей толщиной стенки, если это будет обосновано соответствующими расчетами, согласованными со специализированными научно-исследовательскими организациями, с учетом местных температурных напряжений на внутренней и наружной поверхности.

3.3.1.4. На концах прямых участков бесшовных труб, растачиваемых под стыковую сварку, допускается утонение стенки до минимальной расчетной толщины прямой трубы, определяемой по формуле

Допускается уменьшение толщины стенки в месте расточки прямых труб под сварку до 0,95 s₀ при условии, что суммарная длина расточенного участка по продольной оси трубы после сварки не будет превышать меньшую из величин: 5s или 0,5D_a.

3.3.2. Расчет толщины стенки колен и змеевиков

3.3.2.1. Расчетная толщина стенки на внешней, внутренней и нейтральной сторонах (участках) колена и змеевика должна быть не менее определенной по формуле

 (i=1, 2, 3).

Расчетная толщина стенки прямой трубы s_R должна определяться согласно п. 3.3.1.1. Для участка колена, где продольный сварной шов отсутствует, коэффициент прочности сварного шва j_w=1,0.

Расчеты на прочность колен по приведенной ниже методике являются обязательными при учете изменения направления от прямолинейного более чем на 15°.

3.3.2.2. Торовый коэффициент для внешней, внутренней и нейтральной сторон колена должен определяться соответственно по формулам:

                                          

Нейтральная сторона колена составляет участок колена, расположенный под углом 15° в оба направления от продольного среднего сечения колена.

3.3.2.3. Для колен из углеродистой, легированной и аустенитной сталей, температура стенки которых не превышает 350, 400, 450°С соответственно, значения коэффициентов формы следует определять по формулам:

                           

где            

3.3.2.4. Для колен из углеродистой, легированной и аустенитной сталей, температура которых выше 400, 450, 525°С соответственно, значения коэффициентов формы следует определять по формулам:

                        

Значения a и q должны приниматься согласно п. 3.3.2.3 с учетом п. 3.3.2.6.

3.3.2.5. Для колен, расчетная температура которых более указанной в п. 3.3.2.3, но менее указанной в п. 3.3.2.4, коэффициенты Y₁, Y₂, Y₃ должны определяться линейным интерполированием в зависимости от значения температуры. При этом в качестве опорных величин должны приниматься значения коэффициентов, соответствующие указанным граничным температурам.

3.3.2.6. При выполнении расчетов по формулам, приведенным в п. 3.3.2.3 и 3.3.2.4, должны выполняться следующие условия:

если значения коэффициентов Y_i ( i=1, 2, 3) получаются по расчету менее единицы, то следует принимать Y_i=1;

если вычисленное значение q превышает единицу, то следует принимать q=1;

при a<0,03 значения коэффициентов формы Y_i и поправочного коэффициента q следует принимать равными их значению при a=0,03;

допускается принимать Y_i=1 для труб поверхностей нагрева, если D_a£76 мм и а£10%;

если в указанном случае D_a£51 мм, то допускается принимать Y_i= 0,95.

3.3.2.7. Номинальную толщину стенки колена следует принимать наибольшей из значений, полученных для указанных трех участков колена, согласно условию s_i³s_R+с (i= 1, 2, 3).

Значение расчетной толщины стенки s_Ri следует принимать по пп. 3.3.2.1 - 3.3.2.6.

Для секторных колен, изготовленных из бесшовных труб, номинальную толщину стенки следует выбирать по внутренней стороне колена, где s³s_R2+с.

Если секторное колено изготавливается из сварных труб и коэффициент прочности сварного шва j_w<1, то следует проверить значение номинальной толщины стенки по участку расположения сварного шва.

3.3.2.8. Значение прибавки с следует определять согласно п. 3.3.1.2, а прибавку с₁₂ для каждой из указанных в п. 3.3.2.2 трех сторон следует принимать по техническим условиям (ТУ) на изделие, согласованным со специализированными научно-исследовательскими организациями.

В случае отсутствия в ТУ на изготовление колен данных по технологическому утонению стенки колен при определении прибавки c₁₂ для колен, изготавливаемых указанными широко известными способами, необходимо учесть следующее:

для гибов из труб, изготавливаемых на трубогибочном оборудовании методом наматывания на сектор, прибавка c₁₂ к s_R1 должна быть не менее определенной по формулам:

для необогреваемых труб

для труб поверхностей нагрева

для штампованных колен, изготавливаемых в закрытых штампах, или для гибов, изготавливаемых на станках с нагревом токами высокой частоты и осевым поджатием, прибавка с₁₂ к s_R1 должна приниматься в пределах от 0,05s до 0,1s; в этих двух случаях (для гибов из труб, изготавливаемых на трубогибочном оборудовании методом наматывания на сектор, и для штампованных колен) прибавка с₁₂ к s_R3 равна нулю, а расчет по внутренней стороне гиба не производится;

для колен, изготавливаемых на рогообразном сердечнике, прибавка с равна нулю;

для секторных колен прибавка с₁₂ равна нулю;

для штампосварных колен с расположением двух продольных сварных швов по внутренней и внешней стороне колена прибавка с₁₂ к s_R3 должна приниматься в пределах от 0,05s до 0,1s с учетом j_w, если его значение менее единицы;

для штампосварных колен с расположением поперечного сварного шва в середине длины колена прибавка с₁₂ к s_R3 равна нулю, а прибавка с₁₂ к s_R1 должна приниматься в пределах от 0,05s до 0,1s, в этом случае расчет по внутренней стороне колена не производится, так как на этой стороне колено имеет утолщение стенки более значительное, чем величина коэффициента К₂.

Если определение прибавки с₁₂ производится, когда окончательно не выбрана номинальная толщина стенки колена, то следует задаться ее значением, например, равным значению номинальной толщины стенки прямой трубы согласно пп. 3.3.1.1 - 3.3.1.3, с последующей проверкой по окончательно выбранному значению номинальной толщины стенки колена.

3.3.2.9. Допустимая толщина стенки [s] должна быть не менее определенной по формулам:

для колен [s]=s_Ri+c₂,

для прямых труб [s]=s_R+c₂.

При определении [s] в условиях эксплуатации значение прибавки с₂, определяемое согласно разделу 1, допускается уменьшить пропорционально планируемому ресурсу эксплуатации до замены детали или до очередного контроля толщины стенки.

Для тонкостенных колен паропроводов, трубопроводов и наружных перепускных труб диаметром более 200 мм при a£0,03 прибавку с₂ следует принимать в пределах от 1 до 3 мм в зависимости от опыта эксплуатации. Применение прибавки менее 3 мм для труб наружным диаметром 500 мм и более должно быть согласовано со специализированными научно-исследовательскими организациями.

3.3.3. Допустимое давление

3.3.3.1. Допустимое рабочее давление в коленах труб котлов и в прямых трубах трубопроводов следует определять по формуле

При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s-с следует применять s_f-с₂

Коэффициент прочности j_w следует принимать согласно разделу 1.

Коэффициенты К_i и Y_i следует определять согласно пп. 3.3.2.2 - 3.3.2.6.

Расчет по приведенным формулам следует производить для всех характерных участков колена (i=1, 2, 3). Значение прибавки с следует принимать согласно пп. 3.2.1.4 и 3.3.2.8. При этом прибавка c₁ должна определяться по номинальной толщине стенки.

В качестве допустимого давления должно приниматься минимальное из вычисленных значений. Для прямых труб K_i=Y_i=1.

3.3.3.2. При выполнении контрольных расчетов фактическая толщина стенки для прямых труб должна определяться согласно п. 3.2.2.2; для колен следует выявить наименьшее значение толщины стенки в каждом характерном участке колена, т.е. на внешней, внутренней стороне и по нейтральной линии. Измерения следует производить не менее чем в трех поперечных сечениях колена, одно из которых должно делить колено на две равные части; на каждом из участков следует производить измерения не менее чем в четырех точках.

3.3.3.3. Величина пробного давления при гидравлическом испытании колен и прямых труб котлов и трубопроводов не должна превышать значения, полученного согласно п. 3.3.3.1 при замене допускаемого напряжения [s] на [s]h.

3.3.3.4. Величина допустимого рабочего или пробного давления в трубе или трубопроводе должна приниматься равной минимальному значению соответственно рабочего или пробного давления, полученного для прямого участка трубы или рассматриваемых участков каждого из имеющихся колен.

3.3.4. Расчетная температура стенки

3.3.4.1. Расчетная температура стенки труб поверхностей нагрева котлов всех систем должна определяться по нормативным методам теплового и гидравлического расчетов котлов. При этом должны быть рассмотрены различные участки пакета, имеющие как наивысшую температуру пара, так и наибольшую тепловую нагрузку, а также участки, конструктивные особенности которых могут обусловить наиболее высокую температуру стенки. При установке за пакетом, для которого определяется температура стенки, пароохладителя следует ввести прибавку к расчетной температуре среды, учитывающую возможное повышение фактического тепловосприятия пакета над расчетным. Величина прибавки должна выбираться конструкторской организацией в пределах от 0 до 10°С.

3.3.4.2. Допускается определение расчетной температуры стенки труб поверхностей нагрева по упрощенным формулам:

для вертикальных и слабонаклонных (до 30° от вертикали) котельных труб котлов с естественной и принудительной циркуляцией при рабочем давлении не более 16 МПа и при максимальных удельных тепловосприятиях поверхности нагрева по наружной поверхности труб q_max<407 кВт/м² (350×10³ ккал/(м²×ч))

t = t_m+60°С,

для труб конвективных перегревателей котлов с рабочим давлением не более 2,5 МПа и температурой пара не выше 425°С при максимальных удельных значениях тепловосприятия q_max£70 кВт/м² (60×10³ ккал/(м²×ч))

t = t_m+70°С,

для труб участков первичных перегревателей, расположенных в зоне температур газов менее 650°С, независимо от рабочего давления котлов (если коэффициент гидравлической разверки не менее 0,95)

t = t_m+50°С,

для экономайзеров некипящего типа котлов с естественной и принудительной циркуляцией

t = t_m+30°С,

для конвективных экономайзеров прямоточных котлов

t = t_m+40°С,

Температуру среды следует принимать равной определенной из теплового расчета температуре на выходе из пакета при номинальной производительности котла.

3.3.4.3. Для необогреваемых труб расчетную температуру стенки следует принимать равной температуре среды на входе в трубу.

Для необогреваемых параллельно включенных труб (количество труб две и более) учитываемую разверку температур на входе следует принимать так же, как для коллекторов (см. п. 3.2.4.2).

3.3.4.4. Расчетную температуру стенки труб поверхностей нагрева пароводяных теплообменников (пароохладителей и др.) следует принимать:

для охладителей, расположенных в коллекторах насыщенного пара, равной температуре насыщения;

для охладителей, размещенных в коллекторах перегретого пара, равной температуре перегретого пара в данном коллекторе;

для охладителей, расположенных в водяном пространстве барабана котла, а также для теплообменников двухконтурных котлов равной температуре более горячей среды, определенной по тепловому расчету.

3.3.4.5. Расчетную температуру стенки труб поверхностей нагрева пароводяных и газопаровых теплообменников следует определять по общей методике теплового расчета.

3.3.5. Приведенное напряжение

3.5.1. Приведенное напряжение от действия внутреннего давления в коленах труб и в прямых трубах котлов и трубопроводов следует определять по одной из следующих формул:

по номинальной толщине стенки

по фактической толщине стенки

Для колен следует принимать наибольшее из полученных трех значений s.

Значения величин j_w, К_i, Y_i и с следует принимать согласно п. 3.3.3.1.

3.3.6. Требования к конструкции

3.3.6.1. Трубопроводы, имеющие неукрепленные и (или) укрепленные отверстия (тройниковые соединения и т.п.), должны удовлетворять соответствующим требованиям к конструкции, изложенным в разделе 4.

3.3.7. Дополнительные напряжения

3.3.7.1. Дополнительные напряжения от действия внешних нагрузок (осевой силы, изгибающих и крутящих моментов) и самокомпенсаций теплового расширения должны определяться и ограничиваться в соответствии с п. 5.1.

3.3.8. Поверочный расчет на усталость

3.3.8.1. Поверочный расчет на малоцикловую усталость следует производить согласно п. 5.1.5.

3.4. Конические переходы

3.4.1. Расчет толщины стенки

3.4.1.1 .Номинальная толщина стенки конического перехода должна быть не менее определенной по одной из следующих формул:

для бесшовных (точеных, штампованных, обсаженных из труб, кованых и др.) конических переходов

для конических переходов с продольным сварным швом

где D - внутренний диаметр большего основания конического перехода, мм;

a - угол конусности, равный половине угла у вершины конического перехода, градус (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1. Схема конического переходного участка

Формулы пригодны при соблюдении следующих условий:

для a£15°

для 15°<a£45°

         и                 

где D₀ - внутренний диаметр меньшего основания конического перехода, мм.

3.4.1.2. Коэффициент прочности j_w продольного сварного соединения должен приниматься согласно разделу 4.

3.4.1.3. Величина прибавки с должна определяться согласно п. 3.2.1.4. Производственная прибавка с₁ должна приниматься равной:

для бесшовных конических переходов - значению, установленному соответствующими техническими условиями для принятой технологии изготовления конических переходов;

для конических переходов с продольным сварным швом, изготовленных из листа - наибольшему минусовому отклонению по толщине листа.

3.4.1.4. Расчеты по приведенной методике применимы для кососимметричных конических переходов, у которых углы наклона образующей к диаметральной оси симметрии в различных плоскостях различны (в том числе один из них может быть равен нулю).

В расчетных формулах следует использовать наибольшее значение угла конусности.

3.4.2. Допустимое давление

3.4.2.1. Допустимое рабочее давление при контрольных расчетах изготовленных конических переходов должно определяться по следующей формуле:

Для бесшовных переходов j_w=1.

Значение прибавки с должно приниматься согласно п. 3.4.1.3.

3.4.2.2. Величина пробного давления при гидравлическом испытании не должна превышать значения, полученного согласно п. 3.4.2.1 при замене допускаемого напряжения [s] на [s]_h.

3.4.2.3. Величина принятого рабочего или пробного давления в трубопроводе не должна превышать наименьшего допустимого значения для каждой из деталей трубопровода, и частности для конических переходов.

3.4.3. Приведенное напряжение

3.4.3.1. Приведенное напряжение от внутреннего давления в коническом переходе должно определяться по следующей формуле:

Значение коэффициента прочности j_w должно приниматься согласно п. 3.4.1.2.

3.4.4. Расчетная температура стенки

3.4.4.1. Расчетная температура стенки конического перехода должна приниматься равной наибольшей расчетной температуре стенки прямой трубы, к которой переход приваривается.

3.4.5. Требования к конструкции

3.4.5.1. При угле конусности a³15°по концам конического перехода, приваренным к трубопроводу 1-й категории, рекомендуется обеспечить цилиндрические участки длиной не менее двукратной толщины стенки перехода.

3.4.5.2. Сопряжения конической и цилиндрической частей по внутренней и наружной поверхностям конического перехода, выполняемые механической обработкой, должны быть плавными (по радиусу не менее 3 мм), за исключением переходов от конической к меньшей цилиндрической части по внутренней поверхности и от конической к большей цилиндрической части по наружной поверхности.

3.4.6. Поверочный расчет на усталость

3.4.6.1. Поверочный расчет на малоцикловую усталость следует производить согласно п. 5.1.5.

3.5. Выпуклые днища

3.5.1. Расчет толщины стенки эллиптического и полусферического днища

Рисунок 3.2 Выпуклые днища

а - глухое эллиптическое днище; б - глухое полусферическое днище; в - эллиптическое днище с лазовым отверстием

3.5.1.1. Номинальная толщина стенки днищ эллиптической или полусферической формы в соответствии с рисунком 3.2 должна быть не менее определенной по формуле

s=s_R+с,

где при расчете по внутреннему диаметру

при расчете по наружному диаметру

Формулы пригодны при соблюдении следующих условий:

0,5³ h/D³0,2;                0,5³ h_a/D_a³0,2;             0,1³(s-c)/D³0,0025;

3.5.1.2. Коэффициент прочности j должен определяться согласно разделу 4.

3.5.1.3. Значение прибавки с должно определяться согласно п. 3.2.1.4.

Технологическая прибавка с₁₂, компенсирующая утонение листа при штамповке выпуклого днища, должна приниматься по данным НТД на изготовление днища.

Если номинальная толщина листа неизвестна, то для предварительной оценки прибавку с₁₂ допускается определять по формуле

Если номинальная толщина листа известна или предварительно принята, то прибавка с₁₂ должна определяться по формуле

где D₁₂ - утонение выпуклого днища при штамповке, принимаемое по НТД на изделие.

Допускается не учитывать утонение днища, если оно не превышает 5% номинальной толщины листа. Если утонение больше 5%, то при определении прибавки с₁₂ учитывается разность между утонением D₁₂ и утонением D, равным 5% номинальной толщины листа. Соответственно формулы для определения прибавки c₁₂ имеют вид:

если номинальная толщина листа неизвестна, и

если номинальная толщина листа известна или предварительно принята.

При расчетах максимальное утонение следует учитывать в средней части выпуклого днища (независимо от его формы) на площади, определяемой по внутренней поверхности величиной  от кромки лазового отверстия или от центральной точки глухого днища, а также на участке перехода от цилиндрической части к выпуклой для эллиптических и торосферических днищ. Участок перехода должен рассматриваться по внутренней поверхности днища на длине не менее определяемой по формуле

где r=0,095D для днищ эллиптической и торосферической формы.

Допускается участок перехода рассматривать по наружной поверхности выпуклого днища. В этом случае формула имеет вид

где r_a=r+s (или r_a=r+s_f).

Если по принятой технологии изготовления днища возможна потеря на окалину, то ее следует учесть при выборе толщины листа при толщине окалины более 0,5 мм.

3.5.1.4. Номинальная толщина стенки днища должна приниматься не менее номинальной толщины стенки цилиндрического борта, определенной по расчетной толщине при j=1.

Номинальная толщина стенки днища должна быть не менее 6 мм.

Для днищ с внутренним диаметром менее 500 мм допускается толщина стенки не менее 3 мм.

3.5.1.5. Днища с переменной толщиной стенки из углеродистой стали (рисунок 3.3.) должны рассчитываться согласно п. 3.5.1.1, при этом расчетная толщина стенки должна приниматься равной среднеарифметическому значению из наименьшей и наибольшей толщины:

Формула применима при s₂>s₁, при этом s₂<2s₁.

При наличии в днище подреза для уплотнения лазового затвора остающаяся в месте подреза толщина стенки s₃ должна быть не менее s.

3.5.1.6. Для днищ с постоянной толщиной стенки минимальная толщина стенки в месте подреза для уплотнения лазового затвора s₃ (см. рисунок 3.3) должна быть не менее расчетной толщины стенки днища, определенной согласно п. 3.5.1.1 при j=1.

Для днищ с постоянной и переменной толщиной стенки указанное значение толщины стенки s₃ допускается уменьшить, если это подтверждено поверочным расчетом на прочность с обоснованием ресурса эксплуатации.

Рисунок 3.3 Лазовое отверстие в выпуклом днище переменной толщины

3.5.2. Расчет толщины стенки торосферического днища

3.5.2.1. Толщина стенки торосферического днища выполняется по формулам для эллиптических днищ настоящих Норм.

Допускается расчет на прочность торосферического днища производить по формулам ГОСТ 14249.

3.5.2.2. Коэффициент прочности днища j должен определяться согласно разделу 4.

3.5.2.3. Величина прибавки днища с должна определяться согласно п. 3.2.1.4.

3.5.3. Допустимое давление

3.5.3.1. Допустимое рабочее давление при контрольных расчетах изготовленных эллиптических, полусферических и торосферических днищ должно быть не менее определенного по формулам:

если номинальным является внутренний диаметр;

если номинальным является наружный диаметр.

Значение коэффициента прочности j и значение прибавки с должны определяться согласно пп. 3.5.1.2 и 3.5.1.3.

3.5.3.2. Допустимое рабочее давление для торосферических днищ может определяться согласно ГОСТ 14249.

3.5.3.3. Величина пробного давления при гидравлическом испытании не должна превышать значения, полученного согласно пп. 3.5.3.1 и 3.5.3.2 при замене в расчетных формулах допускаемого напряжения [s] на [s]_h.

3.5.4. Приведенное напряжение от внутреннего давления

3.5.4.1. Приведенное напряжение от внутреннего давления эллиптических, полусферических и торосферических днищ должно определяться по формулам:

если номинальным является внутренний диаметр;

если номинальным является наружный диаметр.

Значения коэффициента прочности j и величины прибавки с должны определяться согласно пп. 3.5.1.2 и 3.5.1.3.

3.5.5. Расчетная температура стенки

3.5.5.1. Расчетная температура стенки необогреваемого днища должна приниматься равной температуре стенки детали, к которой днище приваривается.

3.5.5.2. Для обогреваемого днища температура стенки должна приниматься согласно пп. 3.2.4.1 и 3.2.4.2, но не должна быть менее температуры стенки детали, к которой днище приваривается.

3.5.6. Требование к конструкции

3.5.6.1. Наибольший диаметр отверстия в выпуклых днищах должен удовлетворять условию d/D£0,61, если номинальным является внутренний диаметр днища, и условию d/D_a£0,6, если номинальным является наружный диаметр.

3.5.6.2. Для выпуклых днищ толщина стенки цилиндрического борта должна быть не менее расчетной толщины стенки обечайки, рассчитанной в соответствии с пп. 3.2.1.1 или 3.3.2.1 при j=1.

Если длина цилиндрической отбортованной части днища удовлетворяет условию

для эллиптического и торосферического днища или условию  для полусферического днища, то толщина цилиндрического борта должна быть не менее толщины стенки обечайки, рассчитанной в соответствии с пп. 3.2.1.1 или 3.3.1.1 при j=1.

Если длина цилиндрического борта равна указанным величинам или менее их, то допускается толщина стенки цилиндрического борта, принятая согласно подразделам 3.5.1 и 3.5.2.

3.5.6.3. Допускается применение полусферических днищ без цилиндрического борта, т.е. при l=0.

Рисунок 3.6 Выбор максимальной суммы диаметров отверстий и их хорд в диаметральном сечении днища

Величина Sd_i должна приниматься как максимальная сумма диаметров отверстий или их хорд в наиболее ослабленном диаметральном сечении днища (рисунок 3.6):

Прибавка с должна приниматься согласно разделу 1.

3.6.1.2. Для днищ, сваренных из двух частей, коэффициент прочности сварного соединения j _w следует определять согласно разделу 4.

3.6.1.3. Толщина плоского днища должна быть не менее толщин стенки цилиндрической части, определенной согласно п. 3.3.1.1.

3.6.1.4. Для днищ, конструкция которых изображена на рисунке 3.4, б и в, толщина днища в месте кольцевой выточки должна удовлетворять условию

Указания по выбору величины r приведены на рисунке 3.4, б.

3.6.2. Расчет толщины круглых плоских крышек

3.6.2.1. Номинальная толщина круглой крышки должна быть не менее определенной по формуле

где

Для крышек, конструкция которых соответствует рисунку 3.7, расчетный диаметр D_k и коэффициент K_m следует принимать согласно таблице 3.4.

Рисунок 3.7. Круглые плоские крышки (заглушки)

Прибавка с должна приниматься согласно разделу 1.

3.6.2.2. Толщина крышки по кольцевому участку действия усилия от болтов должна удовлетворять условию

3.6.2.3. Конструкция крышки, показанная на рисунке 3.7,г, при D_u>500 мм к применению не рекомендуется.

Таблица 3.4

3.6.2.4. Для крышек, конструкция которых соответствует рисунку 3.7, д усилие затяга болтов не должно превышать двукратного усилия от внутреннего давления.

3.6.3. Расчет толщины овальных и прямоугольных крышек

3.6.3.1. Номинальная толщина овальной или прямоугольной крышки (рисунок 3.8) ддолжна быть не менее определенной по формуле

где

Коэффициент K_m следует принимать согласно п. 3.6.2.1.

Рисунок 3.8. Овальная (прямоугольная) плоская крышка

Коэффициент Y следует определять по формуле

Прибавка с должна приниматься согласно разделу 1.

3.6.3.2. Для овальных и прямоугольных крышек должны выполняться условия пп. 3.6.2.2 - 3.6.2.4, при этом в п. 3.6.2.3 вместо среднего диаметра прокладки D_u следует принимать n+b, где b - ширина прокладки.

3.6.4. Допустимое давление

3.6.4.1. Допустимое рабочее давление изготовленных днищ и крышек при контрольных расчетах следует определять по одной из следующих формул:

для круглых днищ

для круглых крышек

для овальных и прямоугольных крышек

При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s₁-с следует применять s_1f-c₂.

3.6.4.2. Величина пробного давления при гидравлическом испытании не должна превышать значения, полученного согласно п. 3.6.4.1 при замене [s] на [s]_h.

3.6.4.3. Величина принятого рабочего или пробного давления в расчетном элементе (например, коллекторе) не должна превышать наименьшего допустимого значения для плоских днищ, крышек и цилиндрической части расчетного элемента.

3.6.5. Расчетная температура стенки

3.6.5.1. Расчетная температура стенки плоского днища или крышки должна приниматься так же, как для выпуклых днищ, согласно подразделу 3.5.5.

3.6.6. Требования к конструкции

3.6.6.1. Радиусы закругления, глубина выточки, сечение сварных швов и другие величины для круглых плоских днищ должны удовлетворять требованиям, указанным на рисунке 3.4.

3.6.6.2. Расстояние между кромками соседних отверстий в плоском днище должно быть не менее полусуммы диаметров этих отверстий; расстояние от кромки отверстия до внутренней поверхности цилиндрической части днища должно быть не менее 2r для днищ конструкции по рисунку 3.4,е, 3r для днищ конструкции по рисунку 3.4,б и 0,1D для остальных конструкций днищ.

3.6.6.3. Применение круглых плоских днищ из аустенитной стали допускается только при выполнении их по типу, изображенному на рисунке 3.4,а и б, с соблюдением условия .

Таблица 3.5

мм

3.6.6.4. Разделка кромок штуцера под сварку должна обеспечить соединение его с плоским днищем по всей толщине штуцера. Приварка штуцера односторонним угловым швом без разделки кромок допускается только при толщине стенки штуцера не более 10 мм; минимальное сечение сварного шва приварки штуцера к днищу должно быть не менее толщины стенки штуцера.

3.6.6.5. Толщину стенок днищ, к которым присоединяются трубы при помощи развальцовки, следует принимать не менее 13 мм.

3.6.6.6. Для днищ, конструкция которых соответствует рисунку 3.4,е радиус закругления должен приниматься в соответствии с таблицей 3.5, но не менее r³s/3.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОЧНОСТИ

4.1. Общие положения

4.1.1.Условные обозначения

4.1.1.1. В формулах приняты следующие обозначения, представленные в таблице 4.1.

Таблица 4.1

4.1.1.2. В случае необходимости приведенные в п. 4.1.1.1 обозначения следует дополнить индексами s, n и b, относящимися соответственно к штуцерам, накладкам и воротникам, а также к вытянутым горловинам.

4.1.3. Все значения используемых в расчетах величин следует принимать номинальными без учета допускаемых отклонений.

4.1.2. Средний диаметр цилиндрической детали или выпуклого днища

4.1.2.1. Если номинальным диаметром детали является наружный диаметр, то средний диаметр следует определять по формуле D_m=D_a-s.

4.1.2.2. Если номинальным диаметром детали является внутренний диаметр, то средний диаметр следует определять по формуле D_m=D_a+s.

4.1.3. Расчетный коэффициент прочности

4.1.3.1. Расчетный коэффициент прочности j представляет собой относительную величину, используемую в формулах для определения толщины стенки расчетной детали и учитывающую ослабление отверстиями и сварными соединениями.

4.1.3.2. Коэффициент прочности сварных соединений j_w представляет собой отношение предельной нагрузки, действующей в направлении, перпендикулярном к направлению сварного соединения (т.е. при a_w=0), к предельной нагрузке бесшовной детали.

4.1.3.3. Коэффициент прочности j_d или j_c, учитывающий отверстия, представляет собой отношение предельной нагрузки детали с отверстиями к предельной нагрузке детали без отверстий.

Указанное отношение нагрузок допускается заменять отношением среднего напряжения в детали без отверстий к среднему напряжению детали с отверстиями или отношением соответствующих площадей тех же самых сечений (см. п. 4.3.3.10). При этом рассматриваются напряжения или сечения между отверстиями или по отверстию, перпендикулярные направлению действия расчетной нагрузки или приведенные к этому направлению.

4.1.3.4. Расчетный коэффициент прочности детали j принимается равным либо минимальному из значений коэффициентов прочности сварных соединений j_w и отверстий j_d, либо их произведению в зависимости от расстояния между кромкой ближайшего к сварному шву отверстия и центром сварного шва l_w.

4.1.3.5. Если расстояние l_w равно или менее , или менее 50 мм, или кромка отверстия пересекает (полностью или частично) сварной шов (рисунок 4.1), то расчетный коэффициент прочности следует определять по формуле

В остальных случаях для расчетного коэффициента прочности должно выполняться условие

При наличии укрепленных отверстий в формулах следует принимать j_c взамен j_d.

Рисунок 4.1.

I-I - расчетное направление (для цилиндрической детали при расчете на внутреннее давление - продольная ось); II-II - средняя линия сварного соединения: III-III - направление расчетной нагрузки

4.1.3.6. Для бесшовных деталей расчетный коэффициент прочности j следует принимать равным коэффициенту прочности деталей, ослабленных отверстиями: j_d или j_c.

4.1.3.7. Для деталей, не имеющих отверстий, или с одиночным отверстием, размеры которого должны удовлетворять условию

или с рядами полностью укрепленных отверстий (j_c=1), расчетный коэффициент прочности j следует принимать равным коэффициенту прочности сварного соединения .

4.1.3.8. Во всех случаях коэффициенты прочности j, j_w, j_c, а также  не должны приниматься более единицы.

Сварные соединения с коэффициентом прочности j_w менее 0,5 не допускаются.

4.1.3.9. Линейным рядом отверстий (который для упрощения называется рядом отверстий) являются отверстия в количестве двух и более, расположенные в одном направлении (по одной линии) на поверхности детали. Отверстия, центры которых отстоят от указанного направления на 15° и менее, могут считаться входящими в ряд отверстий (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2

Отверстие А в направлении слева направо входит в ряд отверстий, так как угол a<15°, и расчет допускается производить без учета угла как для продольного ряда.

Отверстие А в направлении справа налево не входит в продольный ряд отверстий, так как угол g>15°, и расчет производят как для косого ряда.

4.1.3.10. Рядом одиночных отверстий называется ряд отверстий, расстояния между кромками которых составляют не менее .

4.2. Коэффициенты прочности сварных соединений

4.2.1. Коэффициенты прочности стыковых соединений

4.2.1.1. Коэффициент прочности стыковых сварных соединений, выполненных любым допущенным способом (автоматической, полуавтоматической или ручной дуговой сваркой), обеспечивающим полный провар по всей длине стыкуемых элементов, при проведении контроля качества шва радиографией или ультразвуком по всей длине шва для продольного шва под давлением и поперечного шва при растяжении должен приниматься следующим:

для углеродистой, низколегированной марганцовистой, хромомолибденовой (в том числе 10CrMo910) и аустенитной сталей j_w=1,0;

для хромомолибденованадиевой и высокохромистой сталей при ресурсе до 2×10⁵ ч:

при электрошлаковой сварке j_w=1,0;

при ручной дуговой сварке, контактной стыковой сварке, автоматической стыковой сварке под флюсом:

для расчетной температуры 510°С и менее j_w=1,0;

для расчетной температуры 530°С и более j_w=0,7;

при электронно-лучевой сварке:

для расчетной температуры 510°С и менее j_w=1,0;

для расчетной температуры 530°С и более j_w=0,9.

При расчетной температуре от 510 до 530°С значение коэффициента прочности сварного соединения j_w определяется линейным интерполированием между указанными значениями коэффициента прочности.

4.2.1.2. Коэффициент прочности стыкового сварного соединения, контроль качества которого УЗД или радиографией допускается производить не по всей длине каждого шва, следует принимать равным значению, приведенному в п. 4.2.1.1 и умноженному на величину: 0,8 - при выборочном контроле не менее 10% длины данного шва; 0,7 - при отсутствии контроля или при выборочном контроле менее 10%.

4.2.1.3. При наличии смещения кромок сварных труб коэффициент прочности сварного соединения, определенный в соответствии с пп. 4.2.1.1 и 4.2.1.2, должен быть уменьшен пропорционально смещению кромок; например, при смещении кромок на 15% значение коэффициента должно быть умножено на 0,85.

4.2.1.4. Если направление нагрузки совпадает с направлением сварного шва или отличается от него на угол не более 15° (90-a_w£.15°), то коэффициент прочности сварного соединения при расчете на данную нагрузку не учитывается. Так, при расчете на внутреннее давление цилиндрических деталей не учитывается поперечный шов, а при расчете на осевое усилие не учитывается продольный шов.

4.2.1.5. Усиление сварного шва при определении коэффициента прочности не учитывается.

4.2.1.6. Если сварное соединение нагружено изгибающими нагрузками, то при определении изгибных напряжений, действующих в поперечном направлении сварного соединения, должны применяться коэффициенты прочности сварного соединения при изгибе j_bw, значения которых для катаных и кованосверленых или центробежнолитых труб с механически обработанной внутренней поверхностью должны приниматься не более приведенных в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Значения коэффициента j_bw

Примечание. При расчетной температуре от 510 до 530°С коэффициент прочности сварного соединения при изгибе определяется линейным интерполированием между указанными значениями.

Если расчетная деталь изготовлена из листа, то значения коэффициентов прочности сварного соединения при изгибе допускается принимать по таблице 4.2 как для механически обработанных труб.

При изготовлении деталей из полуфабрикатов с полем допусков толщины стенки более 10% коэффициенты прочности сварного соединения при изгибе следует принимать по таблице 4.2 как для катаных труб.

4.2.1.7. Для хромомолибденованадиевых и высокохромистых сталей при расчетной температуре более 510°С и ресурсе 3×10⁵ ч значения коэффициентов прочности должны быть уменьшены на 0,1 и составят 0,6 и 0,8 вместо 0,7 и 0,9 согласно п. 4.2.1.1 и 0,5 и 0,6 вместо 0,6 и 0,7 согласно п. 4.2.1.6. Для ресурса от 2×10⁵ до 3×10⁵ ч значения коэффициентов прочности сварного соединения определяются линейным интерполированием между указанными значениями.

4.2.2. Коэффициенты прочности угловых сварных соединений и соединений внахлестку

4.2.2.1. При расчете угловых и тавровых сварных соединений на все виды нагрузок (кроме сжатия) коэффициент прочности j_w следует принимать не более 0,8 при контроле радиографией или УЗК по всей длине шва и не более 0,6 при выборочном контроле или при отсутствии контроля.

4.2.2.2. При расчете сварных соединений внахлестку на все виды нагрузок коэффициент прочности j_w, следует принимать не более 0,6.

4.3. Коэффициенты прочности, учитывающие наличие отверстий

4.3.1. Диаметр отверстия

4.3.1.1. При определении коэффициентов прочности j_d или j_c диаметр отверстия для каждого расчетного сечения следует принимать:

для отверстий, в которых трубы развальцованы или приварены к наружной поверхности детали без расточки гнезда или с углублением для установки штуцера менее 30% толщины стенки или с углублением 30% и более, но с обеспечением полного проплавления толщины стенки штуцера и заполнением гнезда наплавленным металлом, а также для лючковых отверстий - равными диаметру отверстия в соответствии с рисунком 4.3;

для отверстий, имеющих по толщине стенки расточки с несколькими разными диаметрами, например с тремя диаметрами согласно рисунку 4.4. - равными условному диаметру, определенному по формуле

где i=1, 2, 3, ..., n. В случае, если штуцер устанавливается в гнезде с полным проплавлением на глубину не менее h₃, расчет условного диаметра отверстия d_y допускается производить по значениям двух расточек (d₁, h₁ и d₂, h₂);

для овальных отверстий - равными размеру отверстия в направлении ряда, рассматриваемого при определении коэффициента прочности;

для соседних отверстий ряда, имеющих разные диаметры, - равными среднеарифметическому значению диаметров;

Рисунок 4.3. Типы соединения труб (штуцеров) с расчетной деталью

а - отверстие с завальцованной трубой (штуцером); б - отверстие с приварным штуцером (трубой) без полного проплавления толщины стенки штуцера (конструктивный зазор); в - отверстие с приварным штуцером (трубой) при полном проплавлении толщины стенки штуцера; г - отверстие с приварным штуцером (трубой) при полном проплавлении толщины стенки расчетной детали

Рисунок 4.4. Отверстие с различными диаметрами по толщине стенки

для цилиндрических деталей и выпуклых днищ с отбортованным внутрь или наружу воротником или с вытянутой горловиной - равными эквивалентному диаметру, определенному по формуле

где r - радиус закругления воротника или горловины по внутренней поверхности (по отношению к отверстию), мм (рисунок 4.5, 4.6); должно быть r³5 мм;

для отверстий, имеющих резьбу, - равными среднему диаметру резьбы.

Рисунок 4.5. Вытянутая горловина

Рисунок 4.6. Отбортованный воротник

4.3.1.2. Снятие фасок или скругление кромок с внутренней поверхности детали допускается не учитывать.

4.3.1.3. Если одиночное отверстие в барабане, коллекторе или коническом переходе имеет форму, отличающуюся от круговой с максимальным размером d₁, расположенным под углом w к продольному направлению, то при расчете коэффициента прочности или укрепления отверстия за расчетный диаметр одиночного отверстия должно приниматься наибольшее из следующих значений:

размера, расположенного в продольном направлении;

размера, приведенного к продольному направлению и определенного по формуле

При эллиптической (или близкой к ней овальной) форме отверстия с максимальным размером d₁ и с минимальным d₂ (рисунок 4.7) за расчетный диаметр одиночного отверстия должно приниматься наибольшее из следующих значений, определяемых по формулам:

d = di cos² со +с sin² со или d = di/l -0.75 sin⁴ си.

Для одиночных отверстий некруговой формы, расположенных в выпуклых днищах, за расчетный диаметр отверстия следует принимать наибольший размер независимо от его направления.

Рисунок 4.7

4.3.2. Коэффициент прочности деталей с одиночным отверстием

4.3.2.1. Одиночным следует считать отверстие, кромка которого удалена от кромки ближайшего отверстия на расстояние не менее .

4.3.2.2. Коэффициент прочности цилиндрической детали или выпуклого днища, ослабленных одиночным неукрепленным отверстием, следует определять по формуле

где

4.3.2.3. Коэффициент прочности цилиндрической детали или выпуклого днища, ослабленных одиночным укрепленным отверстием, следует определять по формуле

Величину коэффициента следует определять согласно п. 4.3.2.2.

Сумму компенсирующих площадей  следует определять согласно п. 4.3.6.

4.3.2.4. Если деталь ослаблена рядом одиночных отверстий, то за расчетный коэффициент прочности следует принимать наименьшее из значений коэффициентов прочности для одиночного отверстия согласно пп. 4.3.2.2 и 4.3.2.3, а для ряда отверстий согласно пп. 4.3.3 - 4.3.7.

4.3.3. Коэффициент прочности цилиндрических деталей, ослабленных неукрепленными отверстиями

4.3.3.1. Коэффициент прочности деталей, ослабленных продольным рядом или коридорным полем отверстий с одинаковым шагом, следует определять по формуле

4.3.3.2. Коэффициент прочности цилиндрической детали, ослабленной поперечным рядом или полем отверстий с одинаковым шагом, следует определять по формуле

4.3.3.3. При шахматном равномерном расположении отверстий должны быть вычислены три значения коэффициента прочности:

в продольном направлении (для шага t=2а) - по п. 4.3.3.1;

в поперечном направлении (для шага t₁=2b) - по п. 4.3.3.2;

в косом направлении - по формуле

где m=b/a.

Окончательным должно приниматься наименьшее из трех найденных значений.

4.3.3.4. Если деталь ослаблена рядом, состоящим из двух неукрепленных отверстий с расстоянием между их кромками менее , то коэффициент прочности следует принимать по формуле

Для ряда из четырех отверстий (рисунок 4.8), в котором минимальное значение коэффициента прочности j_min имеет место у средней пары отверстий, а по обоим направлениям от этих двух отверстий располагаются отверстия на расстояниях, определяемых коэффициентами прочности j₁ и j₂, значения которых удовлетворяют условию j₁>j₂³j_od, расчетный коэффициент прочности допускается определять по формуле

Рисунок 4.8. Ряд из четырех отверстий с неравномерным шагом

Примечание. При разных значениях диаметров соседних отверстий, различной их форме или наличии расточек следует руководствоваться п. 4.3.1.1.

Для ряда из трех отверстий, расположение которых удовлетворяет указанным выше условиям j_min<j_od и j³j_od, расчетный коэффициент прочности допускается определять по формуле

Если условие для коэффициентов прочности j₁ и j₂ или для одного из них не соблюдается, т.е. j₁ и j₂<j_od, то расчетный коэффициент прочности следует определять по минимальному значению с учетом указаний пп. 4.3.2.4, 4.3.3.1 - 4.3.3.3, 4.3.3.6, 4.3.3.7.

Коэффициент прочности j_min для ряда с тем же шагом следует определять по пп. 4.3.3.1 - 4.3.3.3 соответственно.

4.3.3.5. Для деталей, ослабленных отверстиями с неравномерным шагом, расчетный коэффициент прочности j_d должен приниматься равным минимальному значению коэффициента прочности, вычисленному по отверстиям данного ряда.

4.3.3.6. Если деталь из углеродистой стали ослаблена рядом из трех неукрепленных отверстий с неравномерным шагом, то коэффициент прочности допускается принимать равным среднеарифметическому значению из коэффициентов прочности для каждого шага:

При косом несимметричном расположении отверстий коэффициенты прочности j_min и j_max должны вычисляться по формуле, приведенной в п. 4.3.3.3 соответственно при а=а₁ и а=а₂. Кроме того, должен быть вычислен коэффициент прочности в продольном направлении для шага t=а₁+a₂ и должно быть окончательно принято наименьшее из значений для продольного шага или для несимметричного косого ряда.

Приведенный коэффициент прочности для ряда с неравномерным шагом, вычисленный по формуле данного пункта, не должен приниматься больше коэффициента прочности для ряда из двух отверстий, определенного согласно п. 4.3.3.4.

4.3.3.7. Если деталь из углеродистой стали ослаблена рядом с неравномерным периодически повторяющимся шагом, то коэффициент прочности следует определять как наименьшее из двух значений: среднеарифметического коэффициента прочности согласно п. 4.3.3.6 для наихудшего сочетания двух соседних шагов и коэффициента прочности для двух смежных отверстий с минимальным шагом согласно п. 4.3.3.4.

4.3.3.8. Если деталь ослаблена рядом отверстий одинакового диаметра, частично укрепленных приваренными штуцерами, то величина коэффициента прочности должна определяться по формуле

Величину коэффициента прочности j_d следует определять согласно пп. 4.3.3.1 - 4.3.3.5.

Сумму компенсирующих площадей Sf, отнесенную к одному отверстию ряда, следует определять согласно п. 4.3.6.

4.3.3.9. Коэффициенты прочности детали с отверстиями равномерного или неравномерного ряда не должны превышать значения коэффициента прочности, определенного для одиночного отверстия данного ряда.

4.3.3.10. Если между отверстиями в расчетном сечении имеет место расточка или выборка металла, а также изменение толщины стенки за счет скоса внутренней или наружной поверхности, коэффициент прочности следует определять по общему правилу как отношение площади металла в сечении между кромками отверстий F₀ к полной площади между центрами отверстий F_t. В общем случае расчетный коэффициент прочности j_d следует определять по формуле

4.3.3.11. Коэффициенты прочности цилиндрической детали при различных вариантах расположения отверстий следует определять по таблице 4.3 с учетом требований п. 4.3.3.9.

4.3.3.12. Для криволинейных коллекторов расчет расстояний между центрами соседних отверстий как в продольном, так и в поперечном направлениях должен производиться по среднему радиусу поперечного сечения коллектора.

4.3.3.13. Для криволинейных коллекторов с кривизной R/D_a£5 следует выявить значение расчетного коэффициента прочности, определяющего наименьшую величину номинальной толщины стенки с учетом требований п. 3.3.

Таблица 4.3

4.3.4. Коэффициент прочности выпуклых днищ

4.3.4.1. Для выпуклых днищ, имеющих кроме лаза другие отверстия, коэффициент прочности допускается определять по диаметру лазового отверстия, если удовлетворяются условия:

расстояние от кромки ближайшего отверстия до кромки лазового отверстия

расстояние между кромками любых других отверстий

где z - коэффициент, вычисляемый для лазового отверстия в выпуклом днище:

d₁, d₂ - диаметры отверстий в днище, кроме отверстия для лаза, мм.

4.3.4.2. Коэффициент прочности эллиптического, торосферического и полусферического днища, ослабленного одним неукрепленным лазовым отверстием, или при наличии других неукрепленных отверстий, если выполняются условия п. 4.3.4.1. следует определять согласие п. 4.3.2.

4.3.4.3. Коэффициент прочности эллиптического, торосферического и полусферического днища без лаза, а также с лазовым отверстием, если не выполняются условия п. 4.3.4.1. ослабленного двумя или несколькими отверстиями, должен определяться так же, как для продольного направления цилиндрической детали, независимо от направления отверстий в днище.

4.3.5. Наибольший допустимый диаметр неукрепленного отверстия

4.3.5.1. Наибольший допустимый диаметр неукрепленного отверстия в цилиндрических деталях и выпуклых днищах следует определять по формуле

где [j_d] - минимальное допустимое значение коэффициента прочности детали, ослабленной отверстиями; определяется по соответствующей формуле для вычисления толщины стенки конкретной детали.

Для цилиндрических деталей, у которых номинальным является наружный диаметр:

если расчет производится по номинальной толщине стенки;

если расчет производится по фактической толщине стенки.

Для цилиндрических деталей, у которых номинальным является внутренний диаметр:

если расчет производится по номинальной толщине стенки:

если расчет производится по фактической толщине стенки.

Для эллиптических, торосферических и полусферических днищ

где с, c₂ - суммарная и эксплуатационная прибавки, определяемые согласно разделам 1 и 3.

4.3.5.2. Используемое в расчетах значение наибольшего допустимого диаметра неукрепленного отверстия следует принимать (независимо от результатов расчета по формуле п. 4.3.5.1):

для цилиндрической детали не более внутреннего диаметра с учетом указания п. 4.3.8.7;

для выпуклого днища - не более 0,61 внутреннего диаметра;

для конической детали - не более внутреннего диаметра меньшего основания конического элемента.

4.3.6. Укрепление радиальных отверстий

4.3.6.1. Приводимая методика расчета укрепления отверстий применима, если отклонение оси штуцера от перпендикуляра к поверхности детали не превышает 15°.

4.3.6.2. Если диаметр отверстия превышает наибольший допустимый диаметр неукрепленного отверстия, определенный согласно подразделу 4.3.5, то должна быть увеличена толщина стенки детали или укреплено отверстие при помощи усиленных штуцеров, накладок, отбортовок или разными способами одновременно.

Неукрепленным следует считать отверстие, не имеющее усиливающих деталей в виде штуцера или трубы с толщиной стенки, превышающей необходимую по расчету на прочность на внутреннее давление, или приварной накладки, вытянутой горловины или отбортованного воротника. Использование других способов укрепления может быть допущено по согласованию со специализированными научно-исследовательскими организациями.

4.3.6.3. Сумма компенсирующих площадей Sf укрепляющих деталей должна удовлетворять условию

где f_s - компенсирующая площадь штуцера, мм²;

f_n - компенсирующая площадь накладки, мм²;

f_w - компенсирующая площадь наплавленного металла сварных швов, мм²;

Рисунок 4.9. Укрепление отверстий

а - укрепление наружным штуцером; б - укрепление проходным штуцером; в - укрепление накладкой; г - укрепление вытянутой горловиной; s_0b=s_0s при одинаковой марке стали

для отбортованного наружу воротника в выпуклом днище или для вытянутой горловины цилиндрической детали, конструкция которых соответствует рисунку 4.9, г:

Для сварных швов, соединяющих штуцера или накладки с укрепляемой деталью, компенсирующая площадь f_w принимается равной сумме площадей выступающих участков наплавленного металла без учета усиления шва в соответствии с рисунком 4.10, а, б, в.

Компенсирующая площадь шва накладки, удаленного от края отверстия на расстояние, превышающее  не должна учитываться в расчете.

При одновременном использовании двух штуцеров (наружного и вваренного с внутренней стороны) или двух накладок (наружной и внутренней) компенсирующая площадь этих деталей должна суммироваться.

Используемое при расчете значение высоты штуцера h_s должно приниматься равным размеру по чертежу на конкретный штуцер, но не более определенного по формуле

При одновременном укреплении отверстия штуцером и накладкой высота укрепленной части штуцера h_s принимается без учета толщины накладки.

Рисунок 4.10. Расчетная высота углового шва (D_min)

а - шов наружного штуцера; б - шов утопленного штуцера; в - шов проходного штуцера

Используемое при расчете значение высоты штуцера h_s1 или высоты воротника h_b1 со стороны внутренней поверхности детали должно приниматься равным размеру по чертежу на конкретный штуцер или воротник, но не более определенного по формулам:

Используемое при расчете значение ширины накладки b_n должно приниматься равным размеру по чертежу на конкретную накладку, но не более определенного по формуле

Если металл укрепляющей детали (штуцера или накладки) обладает меньшей прочностью, чем металл укрепляемой детали (барабана, коллектора, трубы, выпуклого днища), то компенсирующая площадь укрепляющей детали должна быть увеличена пропорционально отношению допускаемого напряжения укрепляемой детали к допускаемому напряжению укрепляющей детали.

Более высокая прочность укрепляющей детали в расчет не должна приниматься. Избыточная толщина штуцера (трубы) может учитываться в компенсирующей площади штуцера f_s только в том случае, если штуцер приваривается швом с полным проваром толщины стенки барабана (коллектора, днища или самого штуцера).

Значения минимальных расчетных толщин штуцеров s_0s при j=1 и с=0 следует определять по разделу 3.

4.3.6.7. При расчете укрепления двух отверстий, имеющих разные размеры укрепляющих деталей, компенсирующие площади f_s, f_n и f_b следует определять по формулам п. 4.3.6.6 для каждой кромки отверстий, причем коэффициент 2 в указанных формулах следует заменить на 1. При определении суммы компенсирующих площадей Sf следует использовать среднеарифметическое значение площадей, вычисленных для каждой кромки.

4.3.6.8. Минимальные размеры сечения сварных швов D_min, D_1min, D_2min (по ГОСТ 2601 - расчетные высоты углового шва), соединяющих приварные штуцера или накладки с расчетными деталями, должны удовлетворять следующим условиям:

для штуцеров в соответствии с рисунком 4.10, а, б

; во всех случаях D_min³s_s;

высота штуцера h_s - по п. 4.3.6.6;

для накладок в соответствии с рисунком 4.9, в

Ширину накладки b_n и ее наружный диаметр D_n следует принимать согласно рисунку 4.9, в. В формулах использованы значения коэффициентов прочности сварных соединений, значения которых указаны в п. 4.2.2.

4.3.7. Коэффициент прочности конических деталей

4.3.7.1. Коэффициент прочности конической детали, ослабленной одиночным отверстием, следует определять согласно пп. 4.3.2, 4.3.5 и 4.3.6 при условии, что средний диаметр детали должен приниматься по сечению, по которому проходит продольная ось отверстия или штуцера. Согласно рисунку 4.11 условный диаметр конической детали следует определять по формуле

где B_k - расстояние от точки пересечения продольных осей отверстия или штуцера с осью детали до условной точки пересечения продольной оси отверстия с внутренней образующей детали.

Рисунок 4.11. Коническая деталь

4.3.7.2. Коэффициент прочности конической детали, ослабленной поперечным рядом отверстий, следует определять согласно пп. 4.3.3.2, 4.3.3.8 и 4.3.3.9.

4.3.7.3. Коэффициент прочности конической детали, ослабленной продольным или косым рядом отверстий, следует определять согласно пп. 4.3.3.1, 4.3.3.3, 4.3.3.8 и 4.3.3.9 при условии, что во внимание принимаются два соседних отверстия, находящиеся на участке с наибольшими значениями диаметров детали.

4.3.7.4. Наибольший диаметр неукрепленного отверстия конической детали следует определять согласно п. 4.3.5 с учетом п. 4.3.7.1.

Минимальное допустимое значение коэффициента прочности конической детали должно определяться по формуле

где a - угол конусности, равный половине угла у вершины конической детали, градус;

D_k - внутренний диаметр наибольшего основания конической детали, мм.

4.3.7.5. Укрепление радиальных отверстий конической детали должно рассчитываться согласно п. 4.3.6 с учетом п. 4.3.7.1.

4.3.8. Требования к конструкции

4.3.8.1. Расчетные детали, имеющие неукрепленные и (или) укрепленные отверстия, а также ответвления и тройниковые соединения трубопроводов, должны удовлетворять требованиям к конструкции детали, обусловленным используемыми методами расчетов и приведенным в разделе 3.

4.3.8.2. Расстояние между центрами двух соседних отверстий одинакового диаметра, измеряемое по поверхности среднего диаметра расчетной детали, должно быть не менее 1,4 диаметра расчетного отверстия или 1,4 полусумм расчетных диаметров отверстий, если диаметры разные.

При расположении отверстий в один продольный или поперечный ряд допускается указанное расстояние уменьшить до 1,3 диаметра. При установке в этом ряду труб газоплотной мембранной панели с приваркой к поверхности коллектора труб и проставок между ними (или плавников) по всей протяженности стыкуемой с коллекторами панели расстояние между отверстиями допускается уменьшить до 1,2 диаметра отверстия.

Рекомендуется выполнять поверочный расчет на прочность с обоснованием ресурса эксплуатации, если расчетное значение коэффициента прочности j_d£0,3.

Расстояние между кромками двух соседних отверстий на внутренней поверхности барабана, коллектора или днища должно быть не менее 5 мм.

4.3.8.3. Толщина стенки штуцера или накладки не должна превышать толщины стенки детали. Допускаются двухсторонние накладки.

Допускается применение штуцера или накладки толщиной до двух толщин детали, если это определяется технологией изготовления, но в укреплении отверстия это утолщение не должно учитываться.

4.3.8.4. Для выпуклых днищ расстояние от кромки отверстия до внутренней поверхности цилиндрического борта, измеряемое по проекции, должно быть не менее 0,1D. Допускается уменьшение этого расстояния по согласованию со специализированными научно-исследовательскими организациями.

Требование не распространяется на полусферические днища с радиальными штуцерами.

4.3.8.5. Расстояние от кромки отверстия в днище до начала закругления отбортованного воротника, измеряемое по проекции, должно быть не менее толщины стенки днища.

4.3.8.6. Расстояние от кромки отверстия конической детали до ближайшего цилиндрического основания по поверхности среднего диаметра должно быть не менее  где средний диаметр определяется согласно п. 4.3.7.1.

4.3.8.7. Максимальное значение диаметра отверстия в цилиндрической детали должно удовлетворять условию

Это ограничение не относится к коллекторам и тройниковым соединениям, у которых отверстие является вытянутой горловиной с высотой выступающей части не менее 10 мм.

Для сварных тройниковых соединений из углеродистых и низколегированных марганцовистых и кремнемарганцовистых сталей, работающих при температурах, при которых допускаемые напряжения не зависят от величины расчетного ресурса (см. таблицу 2.2 раздела 2), допускается увеличение диаметра отверстия, определяемого из соотношения

При этом следует выполнить поверочный расчет данного элемента на дополнительные нагрузки согласно п. 5.1.

4.4. Учет влияния нерадиальных отверстий

4.4.1. Общие положения

4.4.1.1. Под нерадиальными отверстиями или ответвлениями следует понимать отверстия или штуцера (трубы) расчетной детали, направления продольной оси которых отличаются от радиального направления более чем на 15°.

4.4.1.2. В данном разделе рассматриваются конструкции деталей, у которых угол отклонения продольной оси отверстия (ответвления) от радиального направления у не превышает 45°.

4.4.1.3. Расчетный диаметр отверстия следует принимать согласно п. 4.3.1, т.е. так же, как для радиальных отверстий.

4.4.1.4. Зону укрепления отверстия следует принимать по средней поверхности детали от наружной поверхности штуцера (в любом направлении). Длину указанной зоны b следует определять по формуле

4.4.1.5. Зону укрепления отверстия наружным штуцером или наружной частью пропущенного штуцера следует принимать по средней поверхности штуцера от наружной поверхности детали (точнее - от условной линии пересечения указанных поверхностей). Длину указанной зоны h_s1 следует определять по формуле

4.4.1.6. Зону укрепления отверстия внутренней частью пропущенного штуцера следует принимать по средней поверхности штуцера от внутренней поверхности детали (точнее - от условной линии пересечения указанных поверхностей). Длину указанной зоны h_s1 следует определять по формуле

4.4.2. Проверка толщины стенки тройниковых соединений

4.4.2.1. Выбранные размеры тройниковых соединений с нерадиальным ответвлением должны удовлетворять условию

Для наклонного штуцера, конструкция которого соответствует рисунку 4.12, следует проверить выполнение данного условия для обоих участков детали (левая и правая сторона на рисунке 4.12).

Рисунок 4.12. Схема детали с наклонным штуцером

Для тангенциального штуцера, конструкция которого соответствует рисунку 4.13, достаточно проверить выполнение указанного условия только на одном участке (правая сторона на рисунке 4.13).

Рисунок 4.13. Схема детали с тангенциальным вводом штуцера

4.4.2.2. Площадь нагружения А_р и площади сопротивления (А₀ для детали, А_s для штуцера и A_n - для накладки) следует определять согласно рисункам 4.12 и 4.13..

Если наклонный штуцер располагается в плоскости под углом к продольной плоскости детали (в которой находится проекция продольной оси штуцера), то следует проверить выполнение условия, приведенного в п. 4.4.2.1, для каждой проекции сечения на продольное и поперечное сечения детали.

Рисунок 4.14. Схема кованого тройника

4.4.2.3. Для тройниковых соединений, конфигурация которых характеризуется плавными переходами от поверхности детали к ответвлению и которые, как правило, изготавливаются ковкой (рисунок 4.14) или литьем (рисунок 4.15), допускается вычисление площадей сопротивления производить по усредненным площадям прямоугольной конфигурации при условной толщине стенки s - с и ответвления s_s-с.

4.4.2.4. При укреплении детали наружной накладкой в условии, приведенном в п. 4.4.2.1, следует принимать коэффициент m=0,7, для внутренней накладки m=0,3.

Рисунок 4.15. Схема литого тройника

Рисунок 4.16. Схема развилки

4.4.3. Проверка толщины стенки развилок.

4.4.3.1. Под развилками следует понимать тройниковое соединение Y-образного типа, предназначенное для разделения потока среды в трубе на два симметричных потока, направление которых располагается под углом b к продольному направлению основной трубы.

В настоящем подразделе рассматриваются конструкции развилок с углом 30°£b£60°.

4.4.3.2. Выбранные размеры развилок, конструкция которых соответствует рисунку 4.16, должны удовлетворять условию

Условие проверяется отдельно для каждого из указанных на чертежах участков А_р1 и А_р2, А_s1 и А_s2, А₀₁ и А₀₂.

Длина укрепляющих зон определяется согласно пп. 4.4.1.4, 4.4.1.5, 4.4.2.3.

4.4.3.3. Для сварных развилок толщина стенки по сварному соединению должна превышать толщину стенки основного металла по данному участку (сечению) развилки не менее чем на 20%.

5. МЕТОДИКА ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

5.1. Расчет барабанов, коллекторов и труб поверхностей нагрева на дополнительные нагрузки и малоцикловую усталость

5.1.1. Условные обозначения

5.1.1.1. В формулах раздела приняты условные обозначения, представленные в таблице 5.1.

Таблица 5.1

5.1.2. Дополнительные нагрузки

5.1.2.1. Поверочный расчет на прочность от дополнительных нагрузок производится для барабанов, коллекторов и труб поверхности нагрева после выбора основных размеров.

Дополнительные нагрузки - изгибающие моменты, осевые усилия и крутящие моменты от веса и самокомпенсации - определяются отдельными расчетами.

5.1.2.2. Поверочный расчет на прочность барабанов и коллекторов от весовых нагрузок производится с учетом следующих положений:

при определении изгибающего момента М_bq барабан и коллектор рассматриваются как балка, свободно лежащая на опорах. При незначительных местных нагрузках изгибающий момент вычисляется в предположении равномерного распределения нагрузки по длине барабана и коллектора;

поверку напряжений изгиба в барабанах и коллекторах следует производить в случаях, когда наружный диаметр барабана или коллектора не превышает 800 мм и расстояние между опорами превышает 6 м или когда на барабан или коллектор передаются значительные дополнительные усилия: вес присоединенных к коллектору деталей, реакции трубопроводов и реакции струи при открытии предохранительных клапанов.

5.1.3. Расчетные напряжения

5.1.3.1. Среднее окружное напряжение от внутреннего давления следует определять по формуле

Коэффициент прочности j при наличии отверстий или сварных швов должен приниматься с наименьшим значением для каждого расчетного сечения согласно разделу 4.

5.1.3.2. Суммарное среднее осевое напряжение от внутреннего давления, осевой силы и изгибающего момента определяется по формуле

где среднее осевое напряжение от внутреннего давления

среднее осевое напряжение от осевой силы

Коэффициент прочности при наличии отверстий и поперечного сварного соединения принимается равным меньшему значению коэффициента прочности в поперечном направлении или коэффициента прочности поперечного сварного соединения.

Осевое напряжение от изгибающего момента

Для барабанов или коллекторов следует выявить наиболее ослабленное сечение, обусловленное наибольшим изгибающим моментом M_b, наименьшим моментом сопротивления W или наименьшими коэффициентами прочности j и j_bw.

5.1.3.3. Среднее радиальное напряжение от внутреннего давления определяется по формуле

5.1.3.4. Напряжение кручения определяется по формуле

5.1.3.5. Напряжения определяются по номинальной толщине стенки, выбранной при расчете на внутреннее давление.

5.1.3.6. При определении напряжений от весовых нагрузок в формулы подставляются усилия Q_q и моменты M_bq, M_kq, а при определении напряжений от действия весовых нагрузок и самокомпенсации в формулы подставляются суммарные усилия Q_q+Q_c и моменты М_bq+М_bc, M_kq+M_kc.

5.1.3.7. Для расчетного сечения цилиндрических барабанов, коллекторов и труб вычисляются три главных нормальных напряжения s₁, s₂, s₃, которые представляют собой алгебраическую сумму действующих в одном направлении напряжений от приложенных к расчетному сечению нагрузок.

Главные напряжения вычисляются по следующим формулам:

при наличии крутящего момента

при отсутствии крутящего момента

s₁=s_j; s₂=s_z; s₃=s_r, если s_j>s_z>s_r;

s₁=s_z; s₂=s_j; s₃=s_r, если s_z>s_j>s_r;

Для обеспечения условия s₁>s₂>s₃ индексы при обозначениях главных напряжений окончательно устанавливаются после определения численных значений напряжений s_j и s_z.

5.1.3.8. Эквивалентные напряжения s_eq и s_eqc для расчетного сечения цилиндрического барабана, коллектора и трубы принимаются разными:

s_eq=s₁-s₃,

где s₁ и s₃ определены по весовым нагрузкам Q_q, M_bq и М_kq;

s_eqc=s₁-s₃,

где s₁ и s₃ определены по суммарным нагрузкам Q_q+Q_c,M_bq+M_bc и М_kq+М_kc.

5.1.4. Допускаемое эквивалентное напряжение

5.1.4.1. Величина эквивалентного напряжения в цилиндрических барабанах, коллекторах и трубах от действия внутреннего давления и весовых нагрузок должна удовлетворять условию

5.1.4.2. Величина эквивалентного напряжения в трубах от действия внутреннего давления, весовых нагрузок и самокомпенсации тепловых расширений должна удовлетворять условию

Для труб, расчетные температуры которых обуславливают использование для определения допускаемых напряжений кратковременных характеристик пределов прочности и текучести, допускается несоблюдение указанного условия, если поверочный расчет на усталость по подразделу 5.2 показывает, что заданное число циклов рассчитываемой детали меньше допустимого.

5.1.5. Расчет на малоцикловую усталость

5.1.5.1. Условные обозначения

5.1.5.1.1. В формулах приняты условные обозначения, представленные в таблице 5.2.

Таблица 5.2

5.1.5.2. Общие положения

5.1.5.2.1. Расчет на малоцикловую усталость является поверочным и выполняется после выбора основных размеров детали.

5.1.5.2.2. Поверочный расчет производится с учетом всех нагрузок (основных и дополнительных) для всех расчетных режимов работы.

5.1.5.2.3. Расчетные кривые малоцикловой усталости приведены для материалов, допущенных к применению Госгортехнадзором России и перечисленных в таблицах 2.2, 2.3, 2.4 раздела 2.

5.1.5.2.4. Методика применима для расчета деталей, работающих при малоцикловой усталости во всем диапазоне изменения расчетных температур. Уровень температур, обуславливающих необходимость учета ползучести, устанавливается согласно разделу 2.

5.1.5.2.5. Поверочный расчет на малоцикловую усталость допускается не производить, если повреждаемость от действия всех видов нагрузок удовлетворяет одновременно двум условиям:

                          

При расчете величины [N]_i в этом случае амплитуды напряжений принимаются равными:

 - для циклов пуск-останов;

 - для циклов колебания давления с размахом Dp не менее 30% р (исключая пуск-останов);

 - для температурных циклов всех видов, где Dt - перепад температуры по толщине стенки, периметру и длине детали, включая колебания температуры среды во времени.

Суммарное эквивалентное напряжение s_eqc определяется для номинального режима эксплуатации.

5.1.5.2.6. Расчет напряжений в элементах котлов и трубопроводов производится по методикам, изложенным в разделах 6, 7, 8, 9 и 10.

Допускается использование других расчетных методик, а также экспериментальных значений напряжений, определенных в условиях, соответствующих условиям эксплуатации.

5.1.5.3. Переменные нагрузки

5.1.5.3.1. За цикл нагружения принимается повторяющееся изменение нагрузки (как силовой, так и температурной) от первоначального значения до максимального (минимального) и возврат к первоначальной нагрузке. Цикл нагружения характеризуется амплитудой напряжения, числом циклов нагружения и уровнем максимальной температуры цикла.

5.1.5.3.2. При расчете на усталость учитываются следующие нагружающие факторы:

изменение давления при пуске-останове котла;

колебания рабочего давления при эксплуатации (более 15% от номинального значения);

изменение внешних нагрузок при эксплуатации (весовые нагрузки, наддув и т.п.);

температурные перепады при пуске-останове котла, включая компенсационные нагрузки при тепловых расширениях трубопроводов;

дополнительные перепады температур, вызывающие колебания температуры среды или теплового потока при эксплуатации.

5.1.5.4. Переменные напряжения

5.1.5.4.1. Расчет на усталость основывается на условно-упругих напряжениях, действующих в выбранной точке рассчитываемой детали, где ожидаются наибольшие напряжения. Расчет производится для всех основных этапов эксплуатации: пуска, рабочего режима, останова.

5.1.5.4.2. Для каждой выбранной точки детали определяют три главных нормальных напряжения s₁, s₂, s₃, представляющих собой алгебраическую сумму действующих в одном направлении напряжений от всех приложенных в данный момент нагрузок с учетом местных концентраторов напряжений (отверстий, галтелей и т.п.). Значения коэффициентов концентрации следует принимать по расчету напряжений в соответствии с п. 5.1.5.2.6.

Примечание. До разработки соответствующей методики расчета для барабанов и коллекторов коэффициент концентрации окружных напряжений от действия внутреннего давления на кромках цилиндрических отверстий допускается принимать равным 3, для выпуклых днищ 2,2, а коэффициент концентрации окружных и осевых напряжений от действия температурного перепада по толщине стенки для цилиндрических и сферических деталей равным 2,0.

5.1.5.4.3. Для цилиндрических деталей главные нормальные напряжения s_i определяются в соответствии с подразделом 5.1.

5.1.5.4.4. По значениям главных нормальных напряжений определяют эквивалентные напряжения для расчетных точек детали в заданные моменты времени как алгебраическую разность главных нормальных напряжений:

5.1.5.4.5. Напряжения, вызываемые технологическими отклонениями при изготовлении детали (разностенность труб, смещение кромок и т.п.), не учитываются, если величина отклонений не превышает нормы, установленной в Правилах Госгортехнадзора.

5.1.5.5. Размах и амплитуда переменных напряжений

5.1.5.5.1. Для каждого цикла нагружения существуют режимы, при которых принимают максимальные и минимальные значения величины:

          

В расчет вводится размах условно-упругих эквивалентных напряжений Ds_eij, равный наибольшему значению:

5.1.5.5.2. Расчетная амплитуда напряжений принимается наибольшей из следующих величин, определяемых по формулам:

5.1.5.5.3. Если деталь подвергается действию циклов разного типа, то величина расчетной амплитуды s_a определяется отдельно для каждого типа цикла.

5.1.5.6. Допускаемая амплитуда переменных напряжений

5.1.5.6.1. Для оценки допускаемой амплитуды переменных напряжений [s^*_a] при заданном числе циклов N или допускаемого числа циклов [N^*] при заданной амплитуде напряжений s_a используется принцип суммирования повреждений в виде

где m определяется согласно подразделу 2.6.

Значения параметра D_c приведены на рисунке 5.1. Рекомендуется принимать sr/t=1,5[s].

Рисунок 5.1. Суммарная повреждаемость как функция от повреждаемости, вызванной ползучестью

5.1.5.6.2. Допускаемая амплитуда переменных напряжений [s_a] для заданного числа циклов N или допускаемое число циклов [N] для заданной амплитуды переменных напряжений s_a без учета влияния повреждения от ползучести определяются по кривым малоцикловой усталости, приведенным на графиках для максимальной температуры цикла (рисунки 5.2, 5.3, 5.4).

Рисунок 5.2. Расчетные кривые малоцикловой усталости углеродистых сталей

Рисунок 5.3. Расчетные кривые малоцикловой усталости низколегированных сталей марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12МХ и 15ХМ

Рисунок 5.4. Расчетные кривые малоцикловой усталости аустенитных хромоникелевых сталей

Расчетные кривые откорректированы с целью учета влияния среднего напряжения (асимметрии цикла). Поскольку при испытаниях, по результатам которых построены усталостные кривые, не учитывалось влияние коррозии при нарушениях водного режима и консервации котлов и трубопроводов, влияние этих факторов должно учитываться введением дополнительного коэффициента запаса по напряжениям не менее 4 или по долговечности не менее 50.

5.1.5.6.3 При максимальных температурах металла, отличающихся от приведенных на графиках (см. рисунки 5.2, 5.3, 5.4), допускаемая амплитуда напряжений [s_a] или допускаемое число циклов [N] определяются линейной интерполяцией; экстраполяция кривых не допускается.

5.1.5.6.4 Расчетное напряжение при ползучести s_c представляет собой максимальное главное нормальное напряжение, определенное с учетом пластичности и ползучести материала при номинальном режиме эксплуатации.

Примечание. До разработки соответствующей методики расчета барабанов и коллекторов допускается принимать s_c наибольшим из значений, вычисленных по формулам:

              

где K=1,4 при    

К=1,5 при            

Значения s_eq и s_eqc следует определять, принимая значения коэффициента ослабления отверстиями j=1.

5.1.5.6.5. Если 1,25(s_c/s_t/e)³1, то допускается не более 1000 расчетных циклов пуск-останов; если 1,25(s_c/s_t/e)£0,5, то повреждаемость от ползучести не учитывается.

5.1.5.6.6. Если в расчетной точке детали имеются сварные швы, то допускаемое число циклов уменьшается в два раза по сравнению с полученным по кривым малоцикловой усталости при отсутствии швов.

5.1.5.6.7. Если деталь подвергается циклам нагружения различного типа при неизменных значениях параметров номинального режима, то для оценки долговечности следует использовать формулу

Если в процессе работы значения температуры и нагрузок при номинальном режиме изменяются, то для оценки долговечности следует использовать формулу

где

5.1.5.6.8. Если заданное число циклов менее 1000, то расчет рекомендуется производить на 1000 циклов.

5.2. Расчет трубопроводов пара и горячей воды на дополнительные нагрузки и малоцикловую усталость

5.2.1. Общие положения

5.2.1.1. Предполагается, что рабочие параметры транспортируемой среды в течение полного срока службы трубопровода не изменяются.

Для выполнения расчета прочности трубопровода необходимо предварительно определить возникающие в нем внутренние силовые факторы. Применяющиеся для этой цели методики и программы основываются на различных классических и специальных методах раскрытия статической неопределимости.

5.2.1.2. Предусматривается выполнение расчета прочности трубопровода как на статическое, так и на циклическое нагружение. Предусмотрены различные требования к расчетам высокотемпературных и низкотемпературных трубопроводов. К высокотемпературным относятся трубопроводы из углеродистых, низколегированных марганцовистых, хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей, эксплуатирующихся при температуре среды в них выше 370°С, и трубопроводы из аустенитных марок сталей, эксплуатирующихся при температуре среды в них выше 450°С. Остальные трубопроводы относятся к низкотемпературным.

5.2.1.3. Расчет низкотемпературных трубопроводов на статическое нагружение производится по формулам, полученным по методу предельного состояния (формулы для расчета трубопровода на совместное действие давления, весовой нагрузки и рабочих нагрузок промежуточных опор). Расчет таких трубопроводов на циклическое нагружение производится по методике, основанной на исследованиях в области малоцикловой усталости и учитывающей результаты экспериментального исследования разрушения элементов трубопровода при циклическом нагружении (формулы для расчета на совместное действие давления, самокомпенсации и усилий сопротивления промежуточных опор).

5.2.1.4. Расчет высокотемпературных трубопроводов на совместное статическое нагружение давлением, весовой нагрузкой и усилиями опор в рабочем состоянии также выполняется по формулам предельного состояния. Для расчета таких трубопроводов на статическое действие всех нагружающих факторов в рабочем состоянии применяется метод максимальных напряжений при учете релаксации напряжений самокомпенсации. Цикличность нагружения высокотемпературных трубопроводов учитывается в расчете недопущением пластических перегрузок в холодном и рабочем состоянии.

5.2.2. Условные обозначения

5.2.2.1. В формулах приняты обозначения, представленные в таблице 5.3.

Таблица 5.3

5.2.3. Этапы полного расчета трубопровода

5.2.3.1. Для оценки прочности трубопровода, а также для определения передаваемых им усилий на оборудование и перемещений его сечений при нагреве производится полный расчет трубопровода. Он складывается из ряда расчетов (этапов), каждый из которых выполняется на совместное действие определенного частного сочетания нагружающих факторов (таблица 5.4.).

Как видно из таблицы 5.4, оценка прочности не требуется:

для высокотемпературного трубопровода в расчете по этапу III;

для низкотемпературного трубопровода в расчетах по этапам II и IV.

5.2.3.2. На этапах I, II, Ш полного расчета внутреннее давление на участке трубопровода принимается равным максимальному рабочему давлению транспортируемой среды на этом участке.

5.2.3.3. Рабочая температура стенки участка трубопровода t_р принимается равной максимальной рабочей температуре транспортируемой среды в пределах этого участка.

5.2.3.4. В расчете по этапу III в качестве температуры нагрева участка трубопровода принимается разность его температур в рабочем и холодном состоянии, т.е. t_н=t_р-t_х. Значение коэффициента линейного расширения металла в расчете по этапу III принимается в зависимости от рабочей температуры t_р.

5.2.3.5. Расчет по этапу I производится при нулевом значении температуры нагрева трубопровода (или при нулевом значении коэффициента линейного расширения) и нулевых значениях "собственных" смещений концевых защемленных сечений (эти смещения вызываются температурным расширением корпуса оборудования).

5.2.3.6. Расчет низкотемпературных трубопроводов по этапу II производится при введении значений действительной температуры нагрева участков t_н.

Таблица 5.4

Этапы полного расчета трубопровода

При расчете высокотемпературных трубопроводов по этапу II с целью оценки прочности допускается учет саморастяжки, обусловленной релаксацией напряжений самокомпенсации. В этом случае вместо значений действительной температуры нагрева вводятся значения фиктивной (условно заниженной) температуры нагрева, определяемые по формуле

где c - коэффициент усреднения компенсационных напряжений, принимаемый по рис.5.5 в зависимости от рабочей температуры t_р.

При этом вводимые в расчет значения "собственных" смещений концевых сечений также должны быть уменьшены умножением на коэффициент 0,5c.

Во всех случаях расчет по этапу II производится при значениях коэффициента линейного расширения, соответствующих рабочей температуре участков t_р.

Рисунок 5.5. Коэффициент усреднения компенсационных напряжений

5.2.3.7. Расчет по этапу IV низкотемпературных трубопроводов выполняется при нулевом значении температуры нагрева (или нулевом значении коэффициента линейного расширения).

Расчет по этапу IV высокотемпературных трубопроводов производится при введении в качестве значений температуры нагрева участков фиктивной отрицательной температуры, определяемой по формуле

где коэффициент d (коэффициент релаксации компенсационных напряжений) принимается по рисунку 5.6, а также при введении значений фиктивных "собственных" смещений концевых сечений, получающихся в результате умножения значений действительных смещений на величину d со знаком "минус". При этом принимаемые значения коэффициента линейного расширения должны соответствовать рабочей температуре t_р.

Рисунок 5.6. Коэффициент релаксации компенсационных напряжений

5.2.3.8. Расчет по этапам I и II производится при модулях упругости материала, соответствующих рабочей температуре t_р, а расчет по этапам III и IV - при модулях упругости, соответствующих температуре холодного состояния t_х. Значение модуля упругости следует принимать согласно приложению.

5.2.3.9. Коэффициент линейного расширения материала следует принимать согласно приложению.

5.2.3.10. Расчеты по этапам I, II, IV выполняются при введении соответствующих значений усилий промежуточных упругих опор (их нагрузок в рабочем и холодном состоянии трубопровода).

Усилия сопротивления промежуточных упругих опор, учитываемые на этапе III полного расчета, возникают в результате деформирования трубопровода при нагреве.

Эти усилия (приращения нагрузок опор) автоматически учитываются, если расчет выполняется по схеме нагреваемого трубопровода, опирающегося на упругие опоры, причем в расчет вводятся фактические жесткости этих опор.

Воздействие на трубопровод опор скольжения и направляющих опор учитывается на всех этапах полного расчета трубопровода; при этом в точках установки опор вводятся жесткие связи, исключающие недопустимые опорой перемещения.

5.2.3.11. Величины сил трения, возникающих при перемещениях трубопровода от нагрева, при определении напряжений в низкотемпературных трубопроводах учитываются на этапе III, в высокотемпературных - на этапе II и при определении усилий на опоры и оборудование - на этапе II для всех трубопроводов.

5.2.3.12. Об учете монтажной растяжки в расчетах по этапам II и IV см. пп. 5.2.8.6 - 5.2.8.9.

5.2.3.13. Если трубопровод эксплуатируется не в единственном варианте температурного состояния всех его участков, то полный расчет его следует выполнять для того варианта температурного состояния, которому соответствуют наиболее тяжелые условия нагружения. Если такой вариант температурного состояния невозможно установить без полного расчета, то расчет выполняется для различных вариантов состояния.

5.2.3.14. Если трубопровод состоит из низкотемпературных и высокотемпературных участков, допускается расчет его прочности производить с учетом саморастяжки высокотемпературных участков (см. пп. 5.2.3.6 и 5.2.3.7).

5.2.4. Определение усилий воздействия трубопровода на оборудование

5.2.4.1. Усилия воздействия трубопровода на оборудование (нагрузки на оборудование), к которому он присоединен, определяются расчетами по этапам II (для рабочего состояния) и IV (для холодного состояния). Расчетом по этапу III определяются приращения усилий трубопровода при переходе его из холодного состояния в рабочее.

5.2.4.2. Если имеются результаты расчета трубопровода по этапу II с учетом саморастяжки по способу фиктивной температуры нагрева (см. п. 5.2.3.6) и если рабочая температура и материал всех его участков одинаковы, то передаваемые нагрузки на оборудование в рабочем состоянии могут быть определены по формуле

где  - какой-либо силовой фактор (вертикальная сила, момент в горизонтальной плоскости и т.д.) из совокупности искомых усилий;

X_II - тот же силовой фактор, определяемый на этапе II расчета при введении коэффициента усреднения;

X_I - тот же силовой фактор, вычисляемый на этапе I расчета.

В противном случае требуется выполнить специальный расчет высокотемпературного трубопровода по этапу II с введением температуры нагрева t_н.

5.2.4.3. Если температура и материал всех участков низкотемпературного трубопровода одинаковы, усилия воздействия его на оборудование в холодном состоянии можно определить без выполнения расчета по этапу IV. При этом используется формула

где X_IV - какой-либо силовой фактор из совокупности искомых усилий;

X_II, X_III - тот же силовой фактор, вычисляемый на этапах II и III расчета.

5.2.4.4. Об учете монтажной растяжки см. пп. 5.2.8.6 - 5.2.8.10.

5.2.4.5. Допустимые нагрузки на оборудование устанавливаются заводом-изготовителем.

5.2.5. Определение коэффициента податливости криволинейных труб и секторных колен

5.2.5.1. При раскрытии статической неопределимости трубопровода учитывается повышенная податливость на изгиб криволинейных труб (рисунок 5.7) и секторных колен, для чего необходимо определять коэффициенты податливости этих элементов.

5.2.5.2. Коэффициент податливости криволинейной трубы k^*_p вычисляется как произведение коэффициента податливости k_p, определяемого без учета стесненности деформации ее концов от влияния примыкающих прямолинейных труб, на коэффициент x, учитывающий эту стесненность деформации, т.е. k^*_p=k_px.

5.2.5.3. Для определения коэффициента податливости k_p используется формула

                                                          (1)

Величина b вычисляется по следующим формулам:

                                       (2)

Параметры l и w вычисляются по формулам:

             

5.2.5.4. Для труб, значения l и w которых удовлетворяют условиям 1,6³l³0,1и w£0,001, коэффициент k_p можно определять по формуле

5.2.5.5. Коэффициент можно определить по графику на рисунке 5.8 в зависимости от геометрического параметра трубы l, угла q^* между крайними сечениями трубы и отношения радиусов R/r. Для промежуточных значений угла q^* и отношения R/r коэффициент x определяется по методу линейной интерполяции, при этом значение для угла q^*=0 принимается по формуле

При составлении программы расчета трубопроводов для вычисления коэффициента x можно использовать данные таблицы 5.5.

Таблица 5.5

Значения коэффициента x

Рисунок 5.7. Криволинейная труба

5.2.5.6. Для труб с l³2,2 можно принимать k^*_p=1.

Для труб, имеющих значение геометрического параметра l³1,65 или значение угла q^*>90°, принимается k^*_p=1.

Рисунок 5.8. Коэффициент x

5.2.5.7. Для расчета трубопровода по этапу IV коэффициент податливости следует определять при р=0.

5.2.5.8. Коэффициент податливости колена, сваренного из прямолинейных секторов (секторного колена), определяется согласно указаниям пп. 5.2.4.2 - 5.2.4.7. При этом радиус вычисляется по формуле (рисунок 5.9)

где l_ср - длина сектора по центральной оси; q_с - угол между его крайними сечениями.

Рисунок 5.9. Колено, выполненное сваркой из прямых секторов (секторное колено)

5.2.6. Определение напряжений

5.2.6.1. Напряжения определяются в концевых и промежуточных сечениях трубопровода. Внутренние силовые факторы (изгибающие моменты М_х, M_y, крутящий момент M_z и осевая сила N_z), принимаемые для расчета напряжений, определяются расчетом трубопровода по соответствующему этапу.

5.2.6.2. Определение напряжений на этапе I полного расчета

5.2.6.2.1. На этапе I полного расчета трубопровода определяются эффективные напряжения в его поперечных сечениях. Формулы, служащие для вычисления этих напряжений, получены по методу предельного состояния и характеризуют напряженное состояние поперечного сечения в целом.

5.2.6.2.2. Для поперечных сечений прямолинейных и криволинейных труб эффективное напряжение определяется по формуле

(см. также п. 5.2.6.2.3).

Приведенное напряжение от внутреннего давления вычисляется по формуле

                                                    (3)

Значение допуска на утонение стенки с₁ принимается по техническим условиям на поставку труб, идущих на изготовление трубопровода.

Величина коэффициента прочности при ослаблении сварными соединениями j_w принимается в соответствии с данными раздела 4.2 Норм.

Продольное напряжение от изгибающего момента и осевой силы и напряжение кручения вычисляются по формулам:

                                                                    (4)

Момент сопротивления W и площадь поперечного сечения F определяются по формулам:

Коэффициент прочности поперечного сварного стыка при изгибе j_bw принимается в соответствии с разделом 4.2 Норм.

Коэффициент перегрузки k_п принимается по п. 5.2.6.2.4.

5.2.6.2.3. Для криволинейных труб, геометрический параметр которых удовлетворяет условию l<1,4, дополнительно к расчету по п. 5.2.6.2.2 вычисляется эффективное напряжение по формуле

Значения величин W и Y принимаются по графикам на рисунках 5.10 и 5.11. Значение s_пр определяется по формуле (3), а значение [s] - по данным раздела 2 Норм. При l³0,05 значение W можно определять также по формуле

Коэффициент перегрузки k_n принимается согласно п. 5.2.6.2.4.

Рисунок 5.10. Коэффициент W.

Рисунок 5.11. Коэффициент Y

5.2.6.2.4. При выполнении расчета трубопровода без существенных упрощений (учтены все ответвления и опоры и т.д.) и при его монтаже по действующим инструкциям коэффициент перегрузки k_n принимается равным 1,4.

Если дополнительно к указанным условиям производится специальная корректировка затяжки пружин промежуточных опор для учета отклонений фактических значений весовой нагрузки, жесткости пружин опор и температурных перемещений от принятых в расчете значений, а также выполняется наладка трубопровода, может быть принято k_n=1,2.

Для несложных малогабаритных трубопроводов, когда не применяются промежуточные опоры, а напряжения от весовой нагрузки малы (не более 10 МПа), также можно принимать k_n=1,2.

5.2.6.2.5. Для равнопроходного или почти равнопроходного тройникового узла (отношение наружного диаметра к меньшему не более 1,3) вычисляется приведенное напряжение по формуле п. 5.2.6.2.3, причем геометрический коэффициент трубы l в данном случае определяется как отношение толщины стенки к среднему радиусу поперечного сечения (l=s/r).

Расчет по настоящему пункту выполняется для сечений всех трубопроводных участков, сходящихся в данном тройниковом узле (рисунок 5.12).

Рисунок 5.12. Расчетные сечения тройникового узла

5.2.6.3. Определение напряжений на этапе II полного расчета

5.2.6.3.1. На этапе II полного расчета определяются эквивалентные напряжения, соответствующие наиболее напряженным точкам поперечных сечений трубопровода.

5.2.6.3.2. Для прямолинейных труб и криволинейных труб с l>1,0 используется формула

Напряжения s_пр и t вычисляются соответственно по формулам (3) и (4), а напряжение s_zMN по формуле

                                         (5)

Коэффициент перегрузки k_п принимается по п. 5.2.6.2.4, а коэффициент прочности сварного соединения при изгибе s_bw - по данным раздела 4.2 Норм.

5.2.6.3.3. Для криволинейных труб (при любом значении) вычисления производятся по следующим четырем формулам:

      (6)

Для оценки прочности берется большее из четырех значений.

Величина М_э определяется по формуле

где а - начальная эллиптичность (овальность) поперечного сечения, %; значение ее принимается согласно п. 5.2.5.8.

Изгибающий момент М_x действует в плоскости оси криволинейной трубы, а момент M_y - в плоскости, перпендикулярной к плоскости оси трубы (рисунок 5.13). Момент М_х считается положительным, если направлен в сторону увеличения кривизны оси трубы.

Рисунок 5.13. Изгибающие моменты в сечении криволинейной трубы

Коэффициент c_э используется для учета уменьшения напряжений, обусловленных начальной эллиптичностью сечения, вследствие ползучести. Его можно определять по формуле

причем c принимается по рисунку 5.9.

Коэффициент k_n принимается согласно п. 5.2.5.2.4, а коэффициент k^*_п при М_х>0 и  принимается ; в остальных случаях k^*_п=k_п.

Коэффициенты g_m и b_m определяются по п. 5.2.6.6. Напряжение s_пр подсчитывается по формуле (5).

5.2.6.3.4. Для равнопроходного или почти равнопроходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) вычисляется эквивалентное напряжение по формуле

                      (7)

причем коэффициент g_m находится по п. 5.2.6.6 в зависимости от геометрического параметра l, определяемого в данном случае как отношение толщины стенки к среднему радиусу поперечного сечения (l=s/r), и параметра w, определяемого по формуле

Расчет по формуле (7) выполняется для сечений всех трех трубопроводных участков, сходящихся в данном тройниковом узле (эти сечения показаны на рисунке 5.12).

Входящее в формулу (7) значение напряжения s_пр определяется по формуле (3).

Подсчет s_пр, W, F производится по геометрическим размерам, соответствующим расчетным сечениям. Значения силовых факторов принимаются в соответствии с рисунком 5.14.

Рисунок 5.14. Силовые факторы в поперечном сечении тройникового узла

5.2.6.4. Определение напряжений на этапе III полного расчета

5.2.6.4.1. На этапе III полного расчета определяются эквивалентные максимальные условные напряжения цикла  (размахи эквивалентных напряжений, соответствующие переходу трубопровода из холодного состояния в рабочее и обратно).

5.2.6.4.2. Для прямолинейных труб и криволинейных труб с l>1,0 применяется формула

                                        (8)

Напряжения s_пр, t и s_zMN вычисляются соответственно по формулам (3), (4), (5).

5.2.6.4.3. Для криволинейных труб (при любом значении l) вычисления производятся по следующим формулам:

      (8а)

Для оценки прочности принимается наибольшее из значений, получаемых по этим формулам.

При М_х>0 (см. п. 5.2.6.3.3) и -  ; в остальных случаях k^*_п=k_п.

Величины M_э, g_m, b_m, s_пр, k_n, W определяются так же, как при расчете по формулам (6).

5.2.6.4.4. Для равнопроходного или почти равнопроходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) также производится расчет для сечений всех трех участков, сходящихся в тройниковом узле (рисунок 5.12), по формуле

                 (9)

Определение входящих сюда величин выполняется так же, как при вычислении их по формуле (7).

5.2.6.5. Определение напряжений на этапе IV полного расчета

5.2.6.5.1. На этапе IV полного расчета определяются эквивалентные напряжения, соответствующие наиболее напряженным точкам сечений трубопровода.

5.2.6.5.2. Для прямолинейных труб и криволинейных труб с l>1,0 используется формула

                                                          (10)

Значения t и s_zMN определяются по формулам ( 4 ) и ( 5 ).

5.2.6.5.3. Для криволинейных труб (при любом значении l) вычисления производятся по формулам:

     (10а)

Для оценки прочности берется большее из получаемых по этим формулам значений. Коэффициент c_э1 определяется по формуле

где c коэффициент, принимаемый по рисунку 5.2.

В случае, когда , принимается ; в противном случае k^*_п=k_п.

Величины, входящие в приведенные формулы, определяются так же, как при расчете по формулам (6). Величина М_э определяется при рабочем давлении.

5.2.6.5.4. Для равнопроходкого или почти равнопроходного тройникового узла (отношение большего наружного диаметра к меньшему не более 1,3) определяются также эквивалентные напряжения для сечений всех трех участков, сходящихся в тройниковом узле (см. рисунок 5.12), по формуле

                                    (11)

Определение входящих сюда величин выполняется так же, как при вычислении их по формуле (9); см. также п. 5.2.6.7.

5.2.6.6. Коэффициенты интенсификации напряжений g_m и b_m определяются по формулам:

Коэффициенты А_i2 вычисляются по следующим формулам:

Величины k_p , а₁, а₂, а₃, a₄, b определяются по формулам (1) и (2).

5.2.6.7. Для расчета трубопровода по этапу IV коэффициенты g_m и b_m должны определяться при р=0.

5.2.6.8. В том случае, когда отсутствуют данные о фактической величине начальной эллиптичности сечений криволинейных труб, расчет напряжений в них по пп. 5.2.6.3.3, 5.2.6.4.3, 5.2.6.5.3 производится как при а=0, так и при возможном наибольшем значении а, принимаемом по техническим условиям на изготовление или по согласованию с заводом-изготовителем.

Если величина начальной эллиптичности а<3%, то в расчете напряжений эллиптичность не учитывается (в расчетных формулах применяется а=0).

Для низкотемпературных трубопроводов значение начальной эллиптичности сечения а следует принимать с увеличением в 1,8 раза.

5.2.6.9. Напряжения в секторных коленах с числом секторов более двух можно определять по приведенным формулам для криволинейных труб. При определении значения геометрического параметра l для секторного колена величина радиуса R вычисляется по п. 5.2.4.10.

5.2.7. Критерии прочности

5.2.7.1. Эффективные напряжения, вычисляемые на этапе I полного расчета трубопровода (пп. 5.2.6.2.1, 5.2.6.2.2, 5.2.6.2.3), должны удовлетворять условию

Напряжение [s] определяется по данным раздела 2 Норм в зависимости от рабочей температуры t_p соответствующего участка трубопровода.

5.2.7.2. Эквивалентные напряжения, вычисляемые на этапах II и IV полного расчета (подразделы 5.2.6.3, 5.2.6.5), должны удовлетворять условию

Величина [s] принимается по данным раздела 2 в зависимости от соответствующей температуры участка трубопровода (t_p - для расчета по этапу II и t_х - для расчета по этапу IV).

5.2.7.3. Эквивалентные максимальные условные напряжения, вычисляемые на этапе III полного расчета (см. подраздел 5.2.6.4), должны удовлетворять условию

Значение допускаемой амплитуды напряжения [s_а] принимается по рисунку 5.15 в зависимости от числа циклов нагружения (пусков) трубопровода за весь период эксплуатации.

Рисунок 5.15. Амплитуды допускаемых напряжений

1 - прямолинейные и криволинейные трубы и секторные колена (при расчете  по формуле (8)) и тройниковые узлы (при расчете  по формуле (9)) из углеродистой или легированной (не аустенитной) стали при рабочей температуре до 370°С; 1а - те же элементы из аустенитной стали при рабочей температуре до 450°С; 2 - криволинейные трубы и секторные колена (при расчете  по формулам (8а)) из углеродистой или легированной (не аустенитной) стали при рабочей температуре до 370°С; 2а - те же элементы из аустенитной стали при рабочей температуре до 450°С.

Для трубопроводов с рабочей температурой 150 - 250°С число циклов нагружения следует принимать с запасом (с превышением над ожидаемым действительным значением) не менее 50%, а при более высокой температуре - с запасом не менее 100%. Если расчетное число циклов нагружения трубопровода менее 3000, то принимается значение [s_а] при 3000 циклах.

Под циклом нагружения трубопровода понимается периодически повторяющийся режим его работы, включающий нагрев, эксплуатацию при постоянной температуре и отключение с полным охлаждением. Следовательно, количество циклов нагружения трубопровода равно числу включений его в работу из холодного состояния или числу отключений его на длительное время.

5.2.8. Применение и учет монтажной растяжки

5.2.8.1. В высокотемпературных трубопроводах монтажная (холодная) растяжка применяется для повышения их прочности и уменьшения передаваемых усилий на оборудование в рабочем состоянии, а в низкотемпературных трубопроводах - для уменьшения нагрузки на оборудование в рабочем состоянии.

5.2.8.2. Применять монтажную растяжку необязательно. Вопрос о целесообразности ее применения, а также о ее величине и месте выполнения следует решать с учетом конкретных особенностей трубопровода.

5.2.8.3. Рекомендуется применять монтажную растяжку в высокотемпературных трубопроводах, обладающих локализаторами ползучести, т.е. элементами, в которых может происходить интенсивное накопление деформации ползучести.

5.2.8.4. Величину монтажной растяжки в низкотемпературных трубопроводах рекомендуется назначать не более 60% от воспринимаемого (компенсируемого) температурного расширения, а в высокотемпературных трубопроводах - не более 100%d, где d - коэффициент, представленный графически на рис. 5.6.

5.2.8.5. Учет монтажной растяжки в расчете трубопровода допускается лишь в том случае, когда гарантируется выполнение ее в строгом соответствии с данными проекта. Для низкотемпературного трубопровода монтажная растяжка учитывается на этапах II и IV полного расчета, а для высокотемпературного трубопровода - только на этапе II (исключение см. п. 5.2.8.8).

5.2.8.6. При применении монтажной растяжки с негарантируемым качеством выполнения рекомендуется производить расчет трубопровода без учета монтажной растяжки (ее положительный эффект относится к неучитываемым факторам, повышающим запас надежности). При этом требуется, однако, обосновать положительное значение применяемой монтажной растяжки.

5.2.8.7. Учет монтажной растяжки в расчете высокотемпературного трубопровода по этапу II допускается только при определении передаваемой нагрузки на оборудование. В этом случае расчет должен выполняться в двух вариантах:

с учетом монтажной растяжки и при введении действительной температуры нагрева t_н (расчет для определения усилий воздействия на оборудование);

без учета монтажной растяжки и при введении фиктивной температуры t_р.ф согласно п. 5.2.3.6 (расчет для оценки прочности трубопровода).

При этом требуется обосновать благоприятное воздействие монтажной растяжки на напряженное состояние трубопровода в рабочем состоянии.

5.2.8.8. Если для высокотемпературного трубопровода величина монтажной растяжки превышает величину, указанную в п. 5.2.8.4, то необходимо (независимо от качества выполнения монтажной растяжки) выполнить дополнительный расчет трубопровода по этапу IV с учетом монтажной растяжки, но без учета саморастяжки (т.е. при тех же расчетных условиях, которые принимаются при выполнении расчета низкотемпературного трубопровода по этапу IV).

5.2.8.9. Усилия воздействия низкотемпературного трубопровода на оборудование в холодном состоянии можно определять по формуле п. 5.2.4.3 и при учете монтажной растяжки.

5.2.8.10. Учет монтажной растяжки в расчете трубопровода производится путем введения соответствующих взаимных смещений стыкуемых сечений (т.е. смещений стыкуемых сечений при выполнении растяжки).

ПРИЛОЖЕНИЕ

Справочное

Значения коэффициента линейного расширения, коэффициента теплопроводности, модуля упругости и коэффициента температуропроводности

6. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЖАРОТРУБНЫХ И ДЫМОГАРНЫХ КОТЛОВ

6.1. Общие положения

6.1.1. Настоящая методика распространяется на горизонтальные и вертикальные конструкции котлов с двумя фиксированными трубными решетками, в которых имеются жаровые трубы, жаровые и газовые трубы одновременно или газовые трубы, по которым проходят продукты сгорания топлива или отходящие газы химического, металлургического и других производств.

Нормы устанавливают методы расчета трубных решеток, жаровых труб, огневых поворотных камер, дымогарных труб, днищ, деталей укрепления при проектировании новых котлов; они могут быть использованы для проведения поверочных расчетов элементов котлов, находящихся в эксплуатации, а также для оценки их долговечности при переменных режимах работы.

В нормах учитывается действие двух основных нагружающих факторов: внутреннего давления среды в межтрубном пространстве и различных температурных расширений деталей котла. Для трубных решеток толщиной до 30 мм температурные напряжения могут не учитываться.

6.1.2. Основой расчета является оценка прочности по следующим предельным состояниям:

разрушение (вязкое и хрупкое);

появление микротрещин при циклическом нагружении.

6.1.3. Все формулы для расчета основаны на гипотезе о линейно-упругом деформировании металла. Вследствие этого напряжения, превышающие по величине предел упругости и текучести материала, являются условно-упругими.

6.1.4. Расстояния между укрепляющими элементами трубной решетки (рисунок 6.1) устанавливаются с учетом двух основных нагружающих факторов:

действия внутреннего давления на неукрепленные участки плоской стенки трубной решетки;

усилия изгиба от разности температурных удлинений соседних труб или других элементов.

Рисунок 6.1

1 - угловая связь; 2 - анкерная тяга; 3 - жаровая труба; 4 - дымогарные трубы; 5 - обечайка корпуса

6.1.5. Расчетные формулы, связывающие максимальные напряжения в зоне просветов а, b, e, h, c, g (см. рисунок 6.1) с толщиной трубной решетки, с размерами указанных просветов и с температурными смещениями, получены на основании следующей упрощенной расчетной схемы: кольцевая пластина жестко защемлена по наружному и внутреннему контурам и испытывает относительное смещение кромок от температурных расширений соответствующих продольных связей на величину w.

6.2. Условные обозначения

6.2.1. Основные обозначения параметров, используемых при расчете на прочность (расчетное давление, допускаемое напряжение, номинальная толщина стенки, прибавки к расчетной толщине), указаны в подразделе 1.1 Норм.

6.2.2. Просветы - это наименьшие расстояния между укрепляющими элементами трубной решетки (см. рисунок 6.1); их обозначения представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

6.2.3. Обозначения параметров расчетной кольцевой пластины представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2

6.2.4. Обозначения расчетной нагрузки и деформации, а также физические константы металла рассматриваемых элементов представлены в таблице 6.3.

Таблица 6.3

6.3. Расчетная температура

6.3.1. Область применения

6.3.1.1. Температура металла трубной решетки и связей определяется на основании уравнений теплопередачи и данных теплового расчета котла, который производится в соответствии с нормами теплового расчета.

6.3.1.2. Формулы и графики для определения средних и максимальных температур металла трубной решетки получены для труб D_a´s=32´3 и 50´3 мм с разбивкой отверстий по треугольнику. Для других диаметров вводится поправочный коэффициент на диаметр труб.

6.3.1.3. Расчетная и максимальная температуры металла трубной решетки определяются для безнакипного режима работы котла.

При наличии накипи вычисленные согласно п. 6.3.4 значения температур должны быть увеличены на 40%.

6.3.1.4. Расчетная и максимальная температуры металла труб поверхностей нагрева определяются с учетом накипи согласно подразделу 6.3.3.

6.3.2. Условные обозначения

При определении температурного состояния плоских днищ используются следующие параметры, представленные в таблице 6.4.

Таблица 6.4

6.3.3. Температура металла труб поверхностей нагрева

6.3.3.1. За расчетную температуру принимается средняя температура стенки трубы.

6.3.3.2. Расчетная температура стенки трубы определяется по формуле

где q и a₂ определяются из теплового расчета котла;

l_q=1,163 Вт/(м×К);

s_q=0,5 мм (при нормальных условиях эксплуатации);

s_q=1,5 мм ( при нарушении нормальных условий эксплуатации).

6.3.3.3. Максимальная температура стенки трубы

6.3.3.4. Температура металла корпуса и сплошных анкерных тяг принимается равной температуре насыщения.

6.3.4. Температура металла трубной решетки

6.3.4.1. За расчетную температуру металла трубной решетки принимается среднеарифметическое значение температур наружной и внутренней поверхностей плоского днища.

6.3.4.2. Расчетная температура t_рl трубной решетки определяется по формуле

где К_d=1 - для труб диаметром D_a=32 мм;

K_d=0,875 - для труб диаметром D_a=50 мм;

К_d=0,8 - для труб диаметром D_a=60 мм.

Величины К_t и q_m определяются по рисункам 6.2 и 6.3.

Критерий Био для трубной решетки определяется по формуле

Критерий Био для трубы определяется по формуле

Рисунок 6.2

Рисунок 6.3

6.3.4.3. Внутренняя поверхность трубы в сечении входа газов имеет максимальную температуру.

6.3.4.4. Максимальная температура трубной решетки равна

где значение  находим по рисунку 6.4.

6.3.4.5. При наличии изоляции расчет средней температуры и максимальной температуры t_p/max производится согласно пп. 6.3.4.2 и 6.3.4.4, в которых  и  определяются по рисункам 6.3 и 6.4 при Bi_pl=0.

6.3.4.6. При наличии выступающих в газовый объем концов труб высотой h максимальная температура трубной решетки определяется по формуле

где  находим по рисунку 6.5; К_d, К_t определяются согласно п. 6.3.4.2.

Рисунок 6.4

Рисунок 6.5

6.3.4.7. Расчетная температура  трубной решетки при наличии выступающих в газовый объем концов труб определяется по формуле

где  находим по рисунку 6.6.

Рисунок 6.6

6.3.4.8. Максимальные температуры стенок, вычисленные согласно пп. 6.3.3.3, 6.3.4.4, 6.3.4.6, сравниваются с предельно допустимой температурой для выбранной марки стали, установленной "Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов".

6.3.5. Температура металла жаровой трубы и огневой поворотной камеры

6.3.5.1. За расчетную температуру принимается средняя температура стенки, вычисляемая по следующим приближенным формулам:

для гладких жаровых труб t=t_s+4s+30°С,

для волнистых жаровых труб t=t_s+5s+30°С,

для огневой поворотной камеры t=t_s+3s+20°С.

В топках, работающих на газообразном или жидком топливе, не допускается превышать тепловую нагрузку жаровой трубы:

теплонапряжение сечения топки q_F=250 кВт/м²;

теплонапряжение топочного объема q_v=1000 кВт/м³.

6.3.5.2. Вычисленные согласно подразделам 6.3.3, 6.3.4 и 6.3.5 расчетные температуры металла труб и трубной решетки используются для определения допускаемого напряжения [s] согласно разделу 2 Норм.

6.4. Выбор основных размеров трубной решетки, днищ, обечаек и труб

6.4.1. Условные обозначения

6.4.1.1. В формулах для расчета трубных решеток приняты обозначения, представленные в таблице 6.5.

Таблица 6.5

6.4.2. Расчет плоских стенок и трубной решетки

6.4.2.1. Номинальная толщина плоской стенки, укрепленной распорными болтами, связями, анкерными трубами или косынками, должна быть не менее определенной по одной из следующих формул:

при равномерном размещении анкерных болтов, связей или труб (рисунок 6.7)

при неравномерном размещении анкерных болтов, связей или труб (рисунок 6.8)

при укреплении плоской стенки угловыми или иного вида креплениями

Рисунок 6.7

Рисунок 6.8

Коэффициент К принимается равным:

0,45 - при односторонней приварке болтов, связей или труб к стенке (рисунок 6.9);

0,42 - при двухсторонней приварке болтов, связей или труб к стенке;

0,39 - если распорные болты или связи имеют снаружи шайбу толщиной не менее 0,8 толщины укрепляемой стенки и наружным диаметром не менее 0,6 расстояния между центрами соседних связей (рисунок 6.10);

0,36 - если распорные болты или связи, ввернутые на резьбе, имеют снаружи гайку и шайбу толщиной не менее толщины укрепляемой стенки и наружным диаметром не менее 0,8 расстояния между центрами соседних укреплений.

Если плоская стенка имеет разные виды укреплений, то толщина ее должна приниматься наибольшей из вычисленных для разного вида укреплений.

6.4.2.2. Прибавка к расчетной толщине стенки должна приниматься в соответствии с подразделом 1.5.

6.4.2.3. При закреплении труб в трубной решетке с применением вальцовки толщина плоской стенки должна быть не менее определенной по формуле s=0,125d+5 мм, но не менее 13 мм.

6.4.2.4. После выбора толщины стенки проверяются максимально и минимально допустимые размеры просветов согласно подразделам 6.4.3 и 6.4.4.

Если значение просветов не соответствует установленным максимальным и минимальным значениям, то толщина стенки должна быть увеличена или уменьшена.

Рисунок 6.9

Рисунок 6.10

Рисунок 6.11

6.4.3. Наибольшие допустимые размеры неукрепленных участков трубной решетки

6.4.3.1. Диаметр наибольшей окружности, которая может быть вписана касательно к расположенным на трубной решетке связям, корпусу или трубам (рисунок 6.11), должен удовлетворять условию

6.4.3.2. Размеры просветов (см. рисунок 6.1) между волнистой жаровой трубой и корпусом а, дымогарными трубами b, угловой связью e или анкерной тягой h должны удовлетворять условию

6.4.3.2.1. Коэффициент К при 0,1£r₀/r₁<0,8 определяется по рисунку 6.12 в зависимости от вида просвета (см. рисунок 6.1).

При 0,8£r₀/r₁<1 коэффициент К для просветов а, b,e и h равен 0,58.

6.4.3.2.2. В случае укрепления трубной решетки анкерной тягой как при волнистой, так и при гладкой жаровой трубе для просвета h должно выполняться условие (см. рисунок 6.1)

где r₁^(h)=r₀^(h)+h.

6.4.3.3. Расчет по п. 6.4.3.2 производится в зависимости от назначения расчета.

6.4.3.3.1. Если размеры а (или b, е, h), r₀ и r₁ заданы, то производится проверка выполнения условия п. 6.4.3.2.

6.4.3.3.2. В том случае, когда при проектировании новых котлов требуется определить наибольшие допустимые размеры указанных просветов, расчет по п. 6.4.3.2 ведется методом последовательных приближений.

При определении размеров а или b задается (или задано) значение r₀.

В первом приближении размер просвета а или b принимается равным

Определяется наружный радиус в первом приближении:

По отношению r₀/r₁ и графику на рисунке 6.12 находят значение К и определяют размер просвета и радиус r₁⁽²⁾ во втором приближении:

.(илиК,⁰¹/!;

По отношению r₀/r₁⁽²⁾ определяют новые значения K₁⁽²⁾ , а⁽³⁾, r₁⁽³⁾ и т.д.

Рисунок 6.12.

1 - для просветов а и b; 2- для просветов е и h.

Для просветов е и h в первом приближении принимают

и расчет производят последовательными приближениями аналогично предыдущему случаю; при этом задано значение r₁.

Радиусы r₀^(e) и r₀^(h), изображенные на рисунке 6.1, определяются на основании величин просветов, найденных в каждом приближении:

r₀⁽¹⁾=r₁-e⁽¹⁾ (или h⁽¹⁾);

r₀⁽²⁾=r₁-e⁽²⁾ (или h⁽²⁾);

Процесс приближения быстро сходится.

6.4.3.3.3. Вместо последовательных приближений можно задаваться меньшими размерами просветов по сравнению с их первоначальными значениями и производить проверку согласно п. 6.3.3.2.

6.4.4. Наименьшее допустимое расстояние между укрепляющими деталями трубной решетки

6.4.4.1. Для просветов a, b, е, h (гладкая жаровая труба), с, g (см. рисунок 6.1) должно выполняться условие

где K₂ - коэффициент, зависящий от отношения r₀/r₁; при 0,1£r₀/r₁<0,8 K₂ определяется по рисунку 6.13; при 0,8£r₀/r₁<1 К₂ вычисляется по формуле

w - относительное смещение кромок расчетной кольцевой пластины, определяемое по формуле

Здесь |........| - знак абсолютной величины.

Рисунок 6.13

6.4.4.1.1. Температуры t_0max, t_1max, t_pl определяются согласно подразделу 6.3. Величины E^t, a₀, a₁ определяют согласно приложению к главе 5; E^t берется для металла решетки при температуре t_pl; a₀ и a₁ определяются для металла продольных связей в интервале температур (20-t_0max) и (20-t_1max) соответственно.

6.4.4.1.2. Допускаемое напряжение [s] определяется для металла трубной решетки согласно разделу 2 при температуре t_pl.

6.4.4.1.3. При определении размеров просветов а, b, с, е, g, h следует выбрать положение условной кольцевой пластины для каждого случая. Указания по выбору радиуса внутренней кромки пластины r₀ приведены на рисунке 6.1. Например, для просвета а внутренней кромке пластины соответствует гладкая жаровая труба, а наружной кромке пластины - обечайка корпуса, для просвета g - кромка косынки и дымогарные трубы соответственно и т.д.

6.4.4.1.4. Значения коэффициента в зависимости от вида просвета принимаются: 0,80 для просветов а, b; 0,75 для просвета с; 1,50 для просветов e, g; 1,00 для просвета h.

6.4.4.2. При проектировании новых котлов минимально допустимые размеры просветов проверяют по формуле

6.4.4.2.1. Коэффициент К₃, зависящий от отношения r₀/r₁, при 0,1£r₀/r₁<0,9 определяется по рисунку 6.14. При 0,9£r₀/r₁<1 коэффициент К₃=1,8.

Рисунок 6.14

6.4.4.2.2. После того как определены размеры просветов, определяют радиусы расчетной кольцевой пластины:

r₀=r₁-а (или b, c, e, g, h), если задан наружный радиус;

r₁=r₀+а (или b, c, e, g, h), если задан внутренний радиус.

6.4.4.2.3. Для полученных размеров расчетных пластин проверяется выполнение условия п.6.4.4.1. Если это условие не выполняется, то размер просвета несколько увеличивают, определяют радиус расчетной кольцевой пластины согласно п. 6.4.4.2.2 и повторяют проверку.

6.4.4.3. Если условие п. 6.4.4.1 не выполняется, то производится расчет на малоцикловую усталость согласно подразделу 6.6.

6.4.5. Толщина стенки выпуклых днищ

6.4.5.1. Номинальная толщина стенки выпуклого днища газотрубного котла должна быть не менее определенной по формуле

s=s_R+c,

где s_R=pR/[s].

Формула пригодна при соблюдении условия R=1,2D.

6.4.5.2. Величина прибавки с должна определяться согласно подразделу 1.5 Норм.

Утонение стенки при штамповке днища не должно учитываться в том случае, если оно не превышает 5% расчетной толщины.

В случае превышения расчетная толщина днища должна быть увеличена на разницу между фактической толщиной и пятипроцентным допускаемым утонением.

6.4.5.3. Толщина стенки, вычисленная по п. 6.4.5.1, должна округляться до ближайшего большего размера листа, имеющегося в стандарте на сортамент.

Во всех случаях номинальная толщина стенки днища должна приниматься не менее 6,0 мм.

6.4.6. Расчет жаровых труб

6.4.6.1. Номинальная толщина стенки гладкой жаровой трубы должна быть не менее определенной по формуле

s=s_R+c,

где

Значение коэффициента К_F следует принимать:

3,10 - для горизонтальных жаровых труб;

1,85 - для вертикальных жаровых труб.

При наличии жестких креплений в поперечном направлении за расчетную длину L_F следует принимать наибольшее расстояние между соседними креплениями (рисунок 6.15).

Рисунок 6.15

Вычисленная согласно п. 6.4.6.1 номинальная толщина стенки должна округляться до ближайшего большего размера листа, имеющегося в стандарте на сортамент.

Номинальная толщина стенки волнистой жаровой трубы должна быть не менее определенной по формуле

s=s_R+c,

где s_R=pD_F/[s] (для волн высотой 50 мм и более).

Прибавка с должна определяться согласно подразделу 1.5 Норм, но должна быть не мене 2 мм.

6.4.6.2. Номинальная толщина стенки жаровых труб должна приниматься не менее 7 мм и не более 20 мм.

6.4.6.3. Допустимое рабочее давление при контрольных расчетах жаровых труб определяется по следующим формулам:

для гладких труб

для волнистых труб (с высотой волны 50 мм и более)

6.4.7. Расчет дымогарных труб

6.4.7.1. Номинальная толщина стенки прямой трубы с наружным диаметром не более 200 мм, находящейся под наружным давлением, должна быть не менее определенной по формуле

где величина прибавки с должна приниматься согласно подразделу 1.5 Норм.

6.4.7.2. Номинальная толщина стенки труб, находящихся под внутренним давлением, определяется согласно разделу 3 Норм.

6.4.7.3. Номинальная толщина стенки труб с учетом наружного давления должна быть не менее значений, приведенных в таблице 6.6

Таблица 6.6

6:4.8. Расчет обечаек корпуса

6.4.8.1. Номинальная толщина стенки обечаек корпуса определяется согласно разделу 3 Норм .

6.5. Выбор основных размеров анкерных и угловых связей

6.5.1. Условные обозначения

Дополнительные обозначения представлены в таблице 6.7.

Таблица 6.7

6.5.2. Расчет анкерных связей и труб

6.5.2.1. Площадь сечения анкерной связи или анкерной трубы, подвергающейся растяжению, должна удовлетворять условию

Если труба подвергается сжатию, то вместо наружного диаметра трубы D_a следует использовать внутренний D.

6.5.2.2. Площадь сечения угловой анкерной связи должна удовлетворять условию

где a - угол между угловой анкерной связью и трубной решеткой.

6.5.2.3. Площади F, укрепляемые анкерными связями или трубами, определяются по рисункам 6.15 и 6.16.

6.5.2.4. Если плоская стенка укрепляется только развальцованными трубами, то величина усилия q₁ определяется по формуле

которая должна удовлетворять условию:

q₁=30 Н/мм при развальцовке труб без отбортовки концов и без канавок;

q₁=50 Н/мм при развальцовке труб без отбортовки концов, но при наличии двух канавок с общей высотой не менее толщины стенки трубы;

q₁=70 Н/мм при развальцовке труб с отбортовкой обоих концов.

6.5.2.5. Необходимая длина развальцованного участка трубы l_m должна определяться из условия

где F_m=(D_a-D)l_m;

q₂ - допустимое усилие на вальцованной поверхности:

     150 МПа - при развальцовке труб без отбортовки и без канавок;

     300 МПа - при развальцовке труб без отбортовки, но при наличии канавок с общей высотой не менее толщины стенки трубы;

     400 МПа - при развальцовке труб с отбортовкой.

Рисунок 6.16

а - разбивка по треугольнику; б - разбивка по прямоугольнику

6.5.2.6. Расчетная площадь вальцованной поверхности должна удовлетворять условию

Длина развальцованного участка l_m должна быть не менее 12 мм; в расчете должна приниматься не более 40 мм.

6.5.2.7. При использовании сварки для закрепления труб и анкерных связей в трубной решетке расчетное сечение сварного шва D (рисунок 6.17) должно быть не менее определенного по формуле

где величина [s] должна приниматься по материалу трубы или решетки с наименьшим значением расчетной характеристики прочности при расчетной температуре стенки.

Кроме того, для указанных типов сварных швов должно выполняться условие D³s.

6.5.2.8. Если закрепление трубы осуществляется на вальцовке с использованием сварного шва по типу 1 (см. рисунок 6.17) для обеспечения дополнительной плотности, то сечение шва D должно быть не более 5 мм.

6.5.3. Размеры угловых связей

6.5.3.1. Размеры угловых связей (косынок) должны удовлетворять соотношению (см. рисунок 6.1) Н³1,8В.

Допускается применение косынок без уменьшения ширины средней части.

6.6. Поверочный расчет на усталость

6.6.1. Условные обозначения

6.6.1.1. Условные обозначения при расчете на малоцикловую усталость принимаются согласно подразделу 5.1.5 Норм.

Дополнительные обозначения:

t_0min, t_1min - температура металла продольных связей соответственно внутренней и наружной кромок расчетной кольцевой пластины (минимальная для данного режима работы котла, средняя по длине и толщине стенки), °С.

Остальные обозначения - согласно подразделу 6.2.

Рисунок 6.17

6.6.2. Требования к расчету на усталость

6.6.2.1. Расчет на усталость производится с учетом всех режимов эксплуатации котла, характеризующихся минимальными (t_0min, t_1min) и максимальными (t_0max, t_1max) температурами металла продольных связей в начале и конце цикла колебаний, а также числом циклов каждого типа.

Примером циклического нагружения котла являются циклы типа пуск - останов, при которых нагрузка изменяется от нуля, а температура металла от 20°С до номинальной величины и обратно.

Циклами второго типа могут служить циклические изменения нагрузки от заданного промежуточного значения до номинальной величины и обратно.

6.6.2.2. Расчет производится для всех просветов, имеющихся на трубной решетке и поворотной огневой камере.

6.6.2.3. Местные температурные напряжения в данном методе расчета не учитываются; интенсивность напряжений определяется только по изгибной составляющей напряжения Ds_е=s_В. Однако понятие интенсивности напряжений сохраняется для более удобного применения при оценке долговечности трубной решетки.

6.6.3. Определение размаха интенсивностей напряжений

6.6.3.1. Размах интенсивностей напряжений вычисляется по формуле

где j_w=0,8 - коэффициент снижения циклической прочности для углового сварного соединения вварки плоского днища в обечайку корпуса котла, плоского днища в обечайку огневой поворотной камеры, а также соединения плоского днища с жаровой трубой.

6.6.3.1.1. Относительное смещение кромок в рассматриваемом режиме

где |.....| - знак абсолютной величины.

6.6.3.1.2. Температуры t_0max, t_0min, t_1max, t_1min определяются согласно подразделу 6.3.

6.6.3.1.3. Остальные величины в формуле п. 6.6.3.1 определяются согласно п. 6.4.4.1. На основании найденной величины размаха интенсивностей напряжений Ds_е производится оценка долговечности в соответствии с подразделом 5.1.5 Норм.

6.7. Допустимое давление в котле при наличии отклонений от круглости жаровой трубы

6.7.1. Условные обозначения

6.7.1.1 .Дополнительные обозначения:

D_Fmax, D_Fmin - максимальный и минимальный наружные диаметры поперечного сечения жаровой трубы, мм;

а - коэффициент некруглости, %;

e - максимальный размер уплощения (рисунок 6.18) поперечного сечения жаровой трубы, мм.

s_f - фактическая толщина стенки жаровой трубы, мм.

Остальные обозначения - согласно таблицам 6.1 и 6.2.

Рисунок 6.18

6.7.2. Определения

6.7.2.1. В Нормах рассматриваются следующие отклонения от круглого поперечного сечения трубы:

овальность поперечного сечения, определяемая коэффициентом некруглости:

уплощение поперечного сечения (см. рисунок 6.18), определяемое приведенным коэффициентом некруглости:

6.7.3. Допустимое отклонение от круглости (овальность)

6.7.3.1. При изготовлении новых котлов коэффициент некруглости поперечного сечения рассматриваемых деталей не должен быть более 1% , т.е. а£1%.

6.7.3.2. При техническом диагностировании котлов, находящихся в эксплуатации, допускается некруглость поперечного сечения жаровых труб более 1%.

Допустимое рабочее давление для жаровой трубы с учетом овальности не должно быть более

где К=3,10 - для горизонтальных жаровых труб; К=1,85 - для вертикальных жаровых труб.

При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s-с следует применять s_f-с. Величина s_f должна приниматься равной наименьшему значению из четырех измерений толщины по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров в одном сечении при числе проверяемых сечений не менее одного на каждой метр длины жаровой трубы.

6.7.3.2.1. Если при измерении поперечного сечения получено а<1, в расчете принимается а=1,0.

6.7.3.2.2. Эксплуатация жаровых труб с некруглостью поперечного сечения более 3% не допускается.

6.8. Основные требования к конструкции

6.8.1. Расстояние между двумя соседними кольцами жесткости жаровой трубы не должно превышать 2D_f.

6.8.2. Для волнистых жаровых труб высота волны должна быть не менее 50 мм.

6.8.3. Не рекомендуется устанавливать конусные переходы на жаровых трубах.

6.8.4. Наличие зазора между трубами и трубной решеткой при некачественной вальцовке труб вызывает перегрев металла трубы и способствует развитию щелевой коррозии. Поэтому для увеличения надежности и срока службы котла рекомендуется подвальцовка труб после приварки их к трубной решетке.

6.8.5. Наружный сварной шов (рисунок 6.19, а) повышает температуру металла трубной решетки, которая у решеток с трубами, заделанными заподлицо, ниже, чем у решеток с наружными сварными швами (рисунок 6.19, б).

Рисунок 6.19

6.8.6. Изоляция толщиной более 50 мм неэффективна, так как дальнейшее увеличение толщины изоляции практически не снижает температуру металла трубной решетки.

6.8.7. Распорные анкерные связи должны быть расположены так, чтобы уменьшить изгибные напряжения. Анкерные связи должны иметь засверления с обеих сторон на длину не менее 30 мм и должны входить в водяное пространство (рисунок 6.20).

Рисунок 6.20

Продольные анкерные связи, соединяющие трубные решетки, должны иметь подкладные шайбы диаметром не менее 4D_a.

Если в результате расчета анкерной связи по подразделу 6.3.2 наружный диаметр связи получается таким, что не выполняется условие п. 6.2.3.2.2, то диаметр концов связей должен быть увеличен (см. рисунок 6.20).

7. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОЛЛЕКТОРОВ ОТ ДЕЙСТВИЯ НАГРУЗОК В ОПОРАХ И ПОДВЕСКАХ

7.1. Условные обозначения

7.1.1. В этом разделе приняты следующие условные обозначения, представленные в таблице 7.1.

Таблица 7.1.

7.2. Общие положения

7.2.1. Расчет на прочность коллекторов под действием весовых нагрузок является поверочным и выполняется после выбора основных размеров коллектора в соответствии с подразделом 3.2 Норм.

7.2.2. Используемые материалы и полуфабрикаты, а также технология изготовления и контроль коллекторов, штуцеров и деталей опор и подвесок должны соответствовать требованиям Правил Госгортехнадзора России.

7.2.3. Отношение наружного диаметра коллектора к толщине стенки должно удовлетворять условию D_a/s=9¸35.

Для коллекторов с отношением D_a/s<9 расчет на прочность от действия весовой нагрузки должен проводиться в соответствии с подразделом 5.1 Норм.

7.2.4. Настоящие Нормы рассматривают коллекторы с вертикальным подвесом экранов (см. рисунки 7.1, 7.2).

7.2.5. Схемы расположения подвесок или опор и нагружения коллектора указаны на рисунках 7.1, 7.2.

7.2.6. Для подвесных конструкций коллекторов направление действия усилия G, а также распределенной нагрузки q, приложенной к коллектору, совпадает с направлениями, указанными на рисунках 7.1, 7.2, 7.3. Для опорных конструкций направление усилия G и распределенной нагрузки q противоположно направлениям, указанным на рисунках 7.1, 7.2, 7.3.

7.3. Местные напряжения

7.3.1. Усилие G, действующее на подвеску или опору (см. рисунки 7.1, 7.2, 7.3). определяется как суммарный вес коллектора, его содержимого и присоединенного оборудования, приходящийся на одну подвеску или опору.

7.3.2. Для коллекторов цельносварных газоплотных экранов реактивная нагрузка q, действующая со стороны экрана на коллектор (см. рисунок 7.3), определяется по номограммам в зависимости от диаметра коллектора. Реактивная нагрузка, действующая на газоплотный экран со стороны коллектора, по величине равна q и противоположна по направлению.

7.3.3. Ширина участка h, на котором действует распределенная реактивная нагрузка q, при расчете напряжений в коллекторе принимается равной h=0,85d.

Длина участка 2l воздействия нагрузки для коллектора и газоплотного экрана определяется по кривым, приведенным на рисунке 7.3.

7.3.4. По размерам подвесок или опор a и b вычисляются коэффициенты

          

7.3.5. Для подвесных конструкций расчет максимальных усилий N_z, N_j и моментов M_z, M_j в коллекторе, вызванных действием весовых нагрузок, ведется по кривым, приведенным на рисунках 7.4 - 7.11.

Для опорных конструкций значения усилий N_z, N_j и моментов M_z, M_j в коллекторе, найденные по кривым рисунков 7.4 - 7.11., берутся со знаком минус.

7.3.6. Для подвесок или опор, удовлетворяющих условию a>b, значения N_z, N_j, M_z, M_j в коллекторе определяются по кривым, приведенным на рисунках 7.4 - 7.7. с использованием параметров k₁ и q.

Рисунок 7.1. Общий вид коллектора газоплотного экрана

Рисунок 7.2. Расчетная схема коллектора

Рисунок 7.3. Распределенная нагрузка, действующая на коллектор со стороны экрана

7.3.7. Для подвесок или опор, удовлетворяющих условию b>а, значения усилий и моментов N_z, N_j, M_z, M_j, действующих в стенках коллектора, определяются по кривым, приведенным на рисунках 7.8 - 7.11., с использованием коэффициентов k₁ и k₂.

7.3.8. В случае подвеса коллектора за штуцер при определении максимальных усилий и моментов в коллекторе по подразделам 7.3.4 - 7.3.7 принимается а=b=0,85d_s.

7.3.9. Наибольшие местные напряжения возникают в коллекторе (у краев подвесок или опор) в точках А или А^¢ при а>b и в точках В или В^¢ при b>а (см. рисунки 7.1, 7.2).

7.3.10. Значения максимальных местных окружных s_j и осевых s_z напряжений в стенках коллектора определяются по формуле:

Знак минус относится к внутренней поверхности (точки А^¢ или В^¢), знак плюс - к наружной (точки А или В).

7.3.11. Напряжения от внутреннего давления вычисляются по формулам:

7.4. Условия прочности

7.4.1. Для рассматриваемой точки коллектора (точки А или А^¢, В или В^¢) вычисляются три главных нормальных напряжения, которые представляют собой алгебраическую сумму действующих в одном направлении напряжений, вызванных весовыми нагрузками и внутренним давлением. Главные напряжения определяются по формулам:

7.4.2. Эквивалентное напряжение для рассматриваемой точки коллектора принимается равным

7.4.3. Величина эквивалентного напряжения в коллекторе от действия весовых нагрузок и внутреннего давления должна удовлетворять условию

Величина номинального допускаемого напряжения принимается в соответствии с разделом 2 Норм.

Рисунок 7.4. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_j в коллекторе при D_a/s=9¸13 и а>b

Рисунок 7.5. Номограммы для вычисления моментов M_z, M_j в коллекторе при D_a/s=9¸13 и а>b

Рисунок 7.6. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_j в коллекторе при D_a/s=14¸35 и а>b

Рисунок 7.7. Номограммы для вычисления моментов M_z, M_j в коллекторе при D_a/s=14¸35 и а>b

Рисунок 7.8. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_j в коллекторе при D_a/s=9¸13 и а<b

Рисунок 7.9. Номограммы для вычисления моментов M_z, M_j в коллекторе при D_a/s=9¸13 и а<b

Рисунок 7.10. Номограммы для вычисления усилий N_z, N_j в коллекторе при D_a/s=14¸35 и а<b

Рисунок 7.11. Номограммы для вычисления моментов M_z, M_j в коллекторе при D_a/s=14¸35 и а<b

8. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ФЛАНЦЕВ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ И ТРУБОПРОВОДОВ

8.1. Условные обозначения

8.1.1. В разделе приняты следующие условные обозначения, представленные в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Обозначения геометрических размеров фланцевых соединений приведены на рисунках 8.1 и 8.2.

Рисунок 8.1. Фланцы с коническим переходом

Рисунок 8.2. Плоские фланцы

8.2. Общие положения

8.2.1. В Нормах рассматриваются фланцы с коническим переходом (конической втулкой) и плоские фланцы, а также жесткие фланцы и свободные.

8.2.2. Деталями фланцевого соединения являются фланцы, кольцо свободного фланца, прокладка, мембрана, шпильки (болты), гайки, шайбы.

Под элементами фланца понимаются цилиндрическая часть фланца, конический переход, тарелка фланца, бурт свободного фланца, нажимное кольцо, отверстия под шпильки, выступы, впадины и др.

8.2.3. Применение болтов допускается до давления 3,0 МПа и температуры 300°С, для болтов по ГОСТ 20700 предельная температура допускается до 400°С.

8.2.4. Требования к конструкции, материалам и полуфабрикатам, а также к изготовлению и контролю качества рассматриваемых фланцев должны соответствовать требованиям соответствующих Правил Госгортехнадзора России (т.е. по котлам, сосудам или трубопроводам ТЭС в зависимости от назначения изделия, к которому привариваются рассматриваемые фланцы).

Дополнительно должны соблюдаться следующие условия:

расположение и конструкция опор на корпусе, днище или трубопроводе должны обеспечивать отсутствие передачи внешних нагрузок на фланцевое соединение, превышающих величину, приведенную в п. 8.7.6.5;

расстояние от конического перехода фланца или тарелки плоского фланца до кромки сварного шва приварки опоры должно быть более величины, рассчитанной по формуле , но не менее 100 мм;

величина предварительного затяга фланцев с приварным мембранным уплотнением не должна превышать 30% от расчетного усилия на шпильки при действии внутреннего давления;

величина подгрузки шпилек от разности температур между фланцами и шпильками не должна превышать 30% от расчетного усилия на шпильки при действии внутреннего давления.

8.2.5. Нормы содержат методику расчета на прочность фланцев с прокладочным и мембранным уплотнением для обоснования их основных размеров.

В основу расчета на прочность фланцевого соединения заложен метод предельных нагрузок с проверкой напряжений по наиболее напряженным сечениям фланца.

Поверочный расчет на усталость деталей фланцевого соединения должен выполняться для оборудования ТЭС в соответствии с требованиями раздела 5 Норм.

8.2.6. Допускается использование фланцевых соединений без расчета по обоснованию выбора основных размеров при изготовлении их в соответствии с ГОСТ 12815 - ГОСТ 12822.

8.2.7. Фланцевые соединения, рассчитанные по настоящей методике, гарантируют не менее 1000 циклов подъема и сброса давления при сроке службы 100 тыс. ч.

8.3. Расчетное давление

8.3.1. Под расчетным давлением фланцевого соединения следует понимать избыточное давление, на которое производится расчет на прочность фланцевого соединения.

8.3.2. Расчетное давление фланцевого соединения следует принимать не менее расчетного давления изделия.

8.3.3. Если давление гидравлического испытания изделия p_h превышает 1,3 расчетного давления изделия, то следует выполнить расчет фланцевого соединения на условия гидравлического испытания. Если p_h<1,3р, то такой расчёт можно не выполнять.

8.4. Расчетная температура

8.4.1. Под расчетной температурой металла рассчитываемой детали фланцевого соединения следует понимать температуру, по которой принимается значение допускаемого напряжения.

8.4.2. Расчетную температуру металла фланца следует принимать равной расчетной температуре металла изделия в рабочих условиях. Если выполняется расчет на условия гидравлического испытания согласно подразделу 8.3.3, то в качестве расчетной температуры принимается температура гидравлического испытания.

Расчетную температуру металла фланцевого соединения, не обогреваемого горячими газами или надежно изолированного от обогрева извне, следует принимать равной температуре содержащейся в нем рабочей среды без учета допусков по отклонению температуры от номинального значения, установленных ГОСТ 3619, ГОСТ 21563, ГОСТ 22530.

8.4.3. Если температура металла ниже 80°С, то за расчетную принимается температура 20°С.

8.4.4. Расчетную температуру шпилек, в том числе ввертных, следует принимать равной 0,95 от расчетной температуры фланца.

8.4.5. Расчетную температуру металла мембран следует принимать равной расчетной температуре фланца.

8.5. Допускаемые напряжения

8.5.1. Допускаемое напряжение металла фланца следует принимать согласно разделу 2 Норм. Допускаемые напряжения для шпилек, изготовленных из широко используемых для крепежных изделий сталей, следует принимать по таблице 8.2.

Таблица 8.2

Допускаемое напряжение для шпилек из углеродистых и низколегированных сталей, МПа

Продолжение таблицы 8.2.

Для шпилек диаметром менее 24 мм допускаемые напряжения [s_s], принимаемые по таблице 8.2, необходимо умножить на величину поправочного коэффициента K₀, принимаемого по таблице 8.3 или по формуле .

Таблица 8.3

Выбор поправочного коэффициента

Шпильки диаметром менее 24 мм рекомендуется применять с контролируемым затягом.

8.5.3. Допускаемые напряжения для шпилек, изготовленных из марок сталей, не указанных в таблице 8.2 или по которым имеются специальные технические требования и данные по гарантированным характеристикам кратковременной и длительной прочности, следует определять по формуле

где  - минимальное значение условного предела текучести при остаточной деформации 0,2% при расчетной температуре металла шпилек (в том числе при t=20°C), МПа;

,  - среднее значение предела длительной прочности на заданный ресурс (10⁵ или 2×10⁵ ч) при расчетной температуре металла шпилек, МПа.

8.5.4. Допускаемые напряжения металла фланца и шпилек, имеющие номинальный диаметр резьбы больше номинального диаметра гладкой части, в условиях гидравлического испытания и монтажа принимаются равными

           

при наличии гарантированных характеристик металла или =1,80 и =1,36, где и  принимаются в соответствии с пп. 8.5.1 - 8.5.2.

Допускаемые напряжения металла шпилек с одинаковыми номинальными диаметрами резьбы и гладкой части в условиях гидравлического испытания принимаются равными

     или   

8.6. Номинальные и фактические размеры деталей фланцевого соединения

8.6.1. Номинальные размеры деталей фланцевого соединения и фактические размеры должны быть не менее расчетных.

8.6.2. Если при контроле фактических размеров фланцев обнаруживается отклонение какого-либо расчетного параметра в сторону понижения запаса прочности более чем на 5%, то следует выполнить расчет фланцевого соединения по фактическим размерам.

Фактическое значение шага между отверстиями не должно отличаться от принятого в расчете более чем на 5% в обе стороны.

8.7. Предварительный выбор размеров деталей фланцевого соединения

8.7.1. Исходные данные

8.7.1.1. Геометрические размеры изделия: толщина стенки s и внутренний диаметр D. Внутренний диаметр фланца следует принимать равным внутреннему диаметру изделия.

8.7.1.2.Расчетное давление фланцевого соединения р.

8.7.1.3. Допускаемые напряжения при расчетной температуре, при 20°С и при условии гидравлического испытания для металла фланца и шпилек, принимаемые по заданной или выбранной марке стали, обозначаются , , , , , .

8.7.1.4. Толщина стенки цилиндрического участка фланца с коническим переходом s₁, a также цилиндрическая часть плоского фланца

где Ds - плюсовое отклонение на толщину стенки. Во всех случаях Ds должно быть не менее 5 мм.

8.7.1.5. Высота цилиндрического участка фланца с коническим переходом h₁ должна приниматься равной s₁, но не менее 10 мм.

Допускается при s₁³20 мм принимать h₁³0,8s₁ при условии, что уменьшение цилиндрического участка не будет препятствовать контролю сварного соединения фланца с изделием.

8.7.1.6. Диаметры шпилек и отверстий под шпильки принимаются по таблице 8.4. Таблица составлена на основе применения шпилек с крупным шагом по ГОСТ 24705. При использовании других резьб следует внести соответствующие изменения в таблице 8.4.

Таблица 8.4

Размеры шпилек, рекомендуемые для фланцевых соединений

8.7.1.7. Рекомендуемые значения диаметров шпилек в зависимости от условного давления p_y и условного диаметра D_y приведены в таблице 8.5.

При выполнении расчетов на ПЭВМ рекомендуется выбор диаметра шпилек начать с меньшего значения d_0s.

Таблица 8.5

Рекомендуемые диаметры шпилек

8.7.1.8. Тип, конструкция, материал и основные размеры прокладок, а также их характеристики принимаются по таблицам 8.6, 8.7, 8.8 в соответствии с типом и конструкцией фланца.

Таблица 8.6

Значение пределов текучести s_0,2 для металлов плоских, профильных и зубчатых прокладок

Таблица 8.7

Размеры прокладок