ГОСТ Р 52857.9-2007. Национальный стандарт Российской Федерации. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров с обечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок на штуцер
(утв. и введен в действие Приказом Ростехрегулирования от 27.12.2007 № 503-ст)
Внимание
Документ утратил силу с 1 августа 2018 года в связи с изданием Приказа Росстандарта от 14.12.2017 № 1991-ст. Взамен введен в действие ГОСТ 34233.3-2017. Документ утратил силу с 1 августа 2018 года в связи с изданием Приказа Росстандарта от 14.12.2017 № 1991-ст. Взамен введен в действие ГОСТ 34233.3-2017. Документ введен в действие с 1 апреля 2008 года.
ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ
flowchart LR n0["РДМУ 94-77"]:::rst n1["РД 50-332-82*"]:::rst n2["РД 50-217-84"]:::rst n3["Р 50-106-88"]:::rst n4["РД 50-696-90"]:::rst click n4 "https://bukva.ai/docs/muk-4-1-3603-20" "РД 50-696-90. Руководящий нормативный документ. Методические указания. Порядок проведения экспертизы государственных стандартов (утв. Постановлением Госстандарта СССР от 30.08.1990" n5["ГОСТ Р 52857.9-2007"]:::rst click n5 "https://bukva.ai/docs/gost-r-52857-9-2007" "ГОСТ Р 52857.9-2007. Национальный стандарт Российской Федерации. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение напряжений в местах пересечений штуцеров... (ут" n6["ГОСТ 34233.3-2017"]:::doc click n6 "https://bukva.ai/docs/normy-gost-34233-3-2017" "ГОСТ 34233.3-2017. Межгосударственный стандарт. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и наружном давления" n5 --> n6 n4 --> n5 n3 --> n4 n1 --> n3 n2 --> n3 n0 --> n1 classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000; classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000; classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;
Утвержден и введен в действие
Приказом Федерального агентства
по техническому регулированию
и метрологии
от 27 декабря 2007 г. № 503-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В МЕСТАХ ПЕРЕСЕЧЕНИЙ ШТУЦЕРОВ С ОБЕЧАЙКАМИ И ДНИЩАМИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ДАВЛЕНИЯ И ВНЕШНИХ НАГРУЗОК НА ШТУЦЕР
Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Determination of stresses at nozzle-to-shell and head junctions under action of pressure and external loads on the nozzle
1 апреля 2008 года
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения».
Сведения о стандарте
1. Разработан Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения» (ОАО НИИХИММАШ); Закрытым акционерным обществом «Петрохим Инжиниринг» (ЗАО Петрохим Инжиниринг); Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения» (ОАО ВНИИНЕФТЕМАШ); Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор).
2. Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее».
3. Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. № 503-ст.
4. В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных и европейских стандартов: Директивы 97/23 ЕС Европейского Парламента и Совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающейся оборудования, работающего под давлением; ЕН 13445-3:2002 «Сосуды, работающие под давлением. Часть 3. Расчет» (EN 13445-3:2002 «Unfired pressure vessel — Part 3: Design»).
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет.
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает методы расчета напряжений в местах пересечения штуцеров с цилиндрическими обечайками и сферическими днищами при нагружении внутренним давлением и внешними статическими нагрузками на штуцер. Методы расчета применимы при расположении штуцеров перпендикулярно к стенке сосуда.
Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ Р 52857.1, ГОСТ Р 52857.3.
2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер
Примечание. При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3. ОБОЗНАЧЕНИЯ
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
\text{С}_{1} ; \text{С}_{2} ; \text{С}_{3} — коэффициенты;
D_{c} — средний диаметр обечайки у отверстия, мм;
d_{c} — средний диаметр штуцера, мм;
L — ширина накладного кольца, мм;
M_{x} — изгибающий момент в окружном направлении обечайки, Н · мм;
M_{y} — изгибающий момент в продольном направлении обечайки, Н · мм;
M_{B} — изгибающий момент, действующий на штуцер сферического днища, Н · мм;
N_{\rho} — число циклов нагружения давлением;
N_{F} — число циклов нагружения от осевого усилия;
p — расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;
R_{c} — средний радиус оболочки около отверстия, мм;
s — толщина стенки обечайки или днища, мм;
s_{1} — толщина стенки штуцера, мм;
s_{2} — толщина стенки накладного кольца, мм;
s_{3} — эквивалентная расчетная толщина стенки, мм;
\alpha_{\rho} ; \alpha_{F} ; \alpha_{M} — коэффициенты концентрации напряжений около штуцера;
\lambda_{c} — геометрический параметр для цилиндрической обечайки;
\lambda_{s} — геометрический параметр для сферического днища.
4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Приведенный в настоящем стандарте метод расчета по определению напряжений в месте пересечения штуцеров с обечайками и днищами применяется в качестве дополнения к расчету по ГОСТ Р 52857.3, когда по тем или иным условиям неприменим метод расчета по предельным нагрузкам. Такие условия возникают, когда сосуд работает при переменном режиме нагружения и возможно разрушение из-за накопления пластических деформаций или усталости металла либо под воздействием агрессивной среды в аппарате снижаются пластические свойства материала.
В связи со сложностью расчета напряжений в местах пересечения штуцеров с корпусом сосуда допускается применять другие методы расчета, например численные методы исследований напряжений, основанные на методе конечных элементов или экспериментальные методы определения напряжений.
5. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБЕЧАЙКЕ (СМ. РИСУНОК 1)
5.1 Условия применения расчетных формул
Формулы применимы при следующих условиях:
а) 0,001 \leq s/D_{c} \leq 0,1;
б) \lambda_{c} = \frac{d_{c}}{\sqrt{D_{c}s_{3}}} \leq 10;
в) штуцер расположен на расстоянии не менее \sqrt{R_{c}s_{3}} от других местных нагрузок;
г) толщина штуцера, равная s_{1} , должна сохраняться на длине l \geq \sqrt{d_{c}s_{1}} .
5.2 Определение эквивалентной толщины стенки обечайки около штуцера
Эквивалентную толщину стенки обечайки около штуцера вычисляют по формулам:
а) если накладного кольца нет, то
б) если установлено накладное кольцо, то при L \geq \sqrt{R_{c}(s + s_{2})} s_{3} = s + s_{2} ,
5.3 Определение максимальных напряжений
5.3.1 Определение максимального напряжения от внутреннего давления
Максимальное напряжение от внутреннего давления вычисляют по формуле
\sigma_{p} = (\frac{pD_{c}}{2s_{3}}) \frac{2 + 2 \frac{d_{c}}{D_{c}} \sqrt{\frac{d_{c}s_{1}}{D_{c}s_{3}}} + 1,25 \frac{d_{c}}{D_{c}} \sqrt{\frac{P_{c}}{s_{3}}}}{1 + \frac{s_{1}}{s_{3}} \sqrt{\frac{d_{c}s_{1}}{D_{c}s_{3}}}} .(1)
5.3.2 Определение максимального напряжения от осевого усилия
Максимальное напряжение от осевого усилия вычисляют по формуле
Коэффициент \text{С}_{1} определяют по графику, приведенному на рисунке 2, или вычисляют по формуле
\text{С}_{1} = a_{0} + a_{1}\lambda_{c} + a_{2}\lambda_{c}^{2} + a_{3}\lambda_{c}^{3} + a_{4}\lambda_{c}^{4}.
Коэффициенты a_{0} — a_{4} определяют по таблице 1.
| a_{0} | a_{1} | a_{2} | a_{3} | a_{4} |
|---|---|---|---|---|
| 0,60072181 | 0,95196257 | 0,0051957881 | -0,001406381 | 0 |
5.3.3 Определение максимального напряжения от изгибающего момента M_{x}
Максимальное напряжение от изгибающего момента M_{x} вычисляют по формуле
Коэффициент \text{С}_{2} определяют по графику, приведенному на рисунке 3, или вычисляют по формуле
\text{С}_{2} = a_{0} + a_{1}\lambda_{c} + a_{2}\lambda_{c}^{2} + a_{3}\lambda_{c}^{3} + a_{4}\lambda_{c}^{4}.
Коэффициенты a_{0} — a_{4} определяют по таблице 2.
| a_{0} | a_{1} | a_{2} | a_{3} | a_{4} |
|---|---|---|---|---|
| 4,526315 | 0,064021889 | 0,15887638 | -0,021419298 | 0,0010350407 |
5.3.4 Определение максимального напряжения от изгибающего момента M_{y}
Максимальное напряжение от изгибающего момента M_{y} вычисляют по формуле
\sigma_{M_{y}} = \frac{2,25}{C_{3}} (\frac{4M_{y}}{s_{3}^{2}d_{c}}).(4)
Коэффициент \text{С}_{3} определяют по графику, приведенному на рисунке 4, или вычисляют по формуле
\text{С}_{3} = a_{0} + a_{1}\lambda_{c} + a_{2}\lambda_{c}^{2} + a_{3}\lambda_{c}^{3} + a_{4}\lambda_{c}^{4}.
Рисунок 4. График для определения \text{С}_{3}
Коэффициенты a_{0} — a_{4} определяют по таблице 3.
| s_{1}/s_{3} | a_{0} | a_{1} | a_{2} | a_{3} | a_{4} |
|---|---|---|---|---|---|
| <= 0,2 | 4,8844124 | -0,071389214 | 0,79991259 | -0,024155709 | 0 |
| >= 0,5 | 6,3178075 | -3,6618209 | 4,5145391 | -0,83094839 | 0,050698494 |
5.4 Условия прочности при совместном действии статических нагрузок
Для пластичного в условиях эксплуатации материала условия прочности выполняются, если
\sqrt{(\sigma_{p} + \sigma_{F})^{2} + (\sigma_{M_{x}}^{2} + \sigma_{M_{y}}^{2})} \leq 3[\sigma].(5)
При направлении F_{z} от поверхности стенки сосуда \sigma_{F} имеет знак плюс.
Если материал не обладает достаточной пластичностью (удлинение при разрыве стандартного образца составит менее 14%, а ударная вязкость на образцах KCV менее 27 Дж/см2), то допускаемое напряжение определяют на основании специальных исследований.
5.5 Условия прочности при малоцикловой нагрузке
Условия прочности при циклическом нагружении давлением p, осевым усилием на штуцер F_{z} и изгибающими моментами (M_{x},M_{y}) проверяют по ГОСТ Р 52857.6.
Допускаемое число циклов определяют по ГОСТ Р 52857.6. Амплитуды напряжений, необходимые для определения допускаемых чисел циклов, равны:
\sigma_{a_{My}} = \frac{\sigma_{M_{y}}}{2} .(6) \sigma_{a_{Mx}} = \frac{\sigma_{M_{x}}}{2} ; \sigma_{a_{F}} = \frac{\sigma_{F}}{2} ; \sigma_{a_{p}} = \frac{\sigma_{p}}{2} ;
5.6. Проверку прочности штуцера от меридиональных напряжений выполняют по ГОСТ Р 52857.3.
6. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ В СФЕРИЧЕСКОМ ДНИЩЕ <*>
<*> Расчет может быть применен для эллиптического днища, если расстояние от наружной кромки штуцера до центра днища, измеренного по хорде, не более 0,4 наружного диаметра днища. Средний радиус R_{c} принимается равным среднему радиусу в вершине днища.
6.1 Условия применения расчетных формул
Формулы применимы при следующих условиях:
а) 0,001 \leq s/R_{c} \leq 0,1;
б) расстояние от штуцера до другого концентратора напряжений должно быть не менее \sqrt{R_{c}s_{3}} ;
в) толщина штуцера, равная s_{1} , должна сохраняться на длине l \geq \sqrt{d_{c}s_{1}} ,
г) штуцер расположен перпендикулярно к поверхности оболочки;
6.2 Определение эквивалентной толщины стенки днища около штуцера
а) если нет накладного кольца, то s_{3} = s ;
б) если установлено накладное кольцо, то при L \geq \sqrt{R_{c}(s + s_{2})} s_{3} = s + s_{2} , если L< \sqrt{R_{c}(s + s_{2})} ,
s_{3} = s + min(s_{2} \frac{L}{\sqrt{D_{c}(s + s_{2})}} ;s_{2}).
6.3 Определение максимальных напряжений
6.3.1 Определение максимального напряжения от внутреннего давления
Максимальное напряжение от внутреннего давления вычисляют по формуле
\sigma_{p} = \alpha_{\rho} \frac{pR_{c}}{2s_{3}} ,(7)
где \alpha_{\rho} — коэффициент концентрации, определяемый по графикам, приведенным на рисунках 5, 6.
Рисунок 5. Коэффициенты концентрации в месте пересечения штуцера со сферической оболочкой при внутреннем давлении
Рисунок 6. Коэффициенты концентрации в месте пересечения проходящего штуцера со сферической оболочкой при внутреннем давлении
6.3.2 Определение максимального напряжения от осевого усилия
Максимальное напряжение от осевого усилия вычисляют по формуле
\sigma_{F} = \alpha_{z}(\frac{F_{z}}{\pi d_{c}s_{3}}) \sqrt{\frac{R_{c}}{s_{3}}} ,(8)
где \alpha_{z} — коэффициент концентрации, определяемый по графикам, приведенным на рисунках 7, 8.
Рисунок 7. Коэффициенты концентрации в месте пересечения штуцера со сферической оболочкой при осевом усилии на штуцер
проходящего штуцера со сферической оболочкой при осевом усилии на штуцер
6.3.3 Определение максимальных напряжений от изгибающего момента
Максимальное напряжение от изгибающего момента вычисляют по формуле
\sigma_{M} = \alpha_{M}(\frac{4M_{B}}{\pi d_{c}^{2}s_{3}}) \sqrt{\frac{R_{c}}{s_{3}}} ,(9)
где \alpha_{M} — коэффициент концентрации, определяемый по графикам, приведенным на рисунках 9, 10.
Рисунок 9. Коэффициенты концентрации в месте пересечения штуцера со сферической оболочкой при нагружении штуцера изгибающим моментом
Рисунок 10. Коэффициенты концентрации в месте пересечения
проходящего штуцера со сферической оболочкой при нагружении
штуцера изгибающим моментом
6.4 Условия прочности при совместном действии статических нагрузок
\sqrt{\sigma_{p}^{2} + (\sigma_{F} + \sigma_{M})^{2}} \leq 3[\sigma].(10)
Если материал не обладает достаточной пластичностью (удлинение при разрыве стандартного образца составит менее 14%, а ударная вязкость на образцах KCV менее 27 Дж/см2), то допускаемое напряжение определяют на основании специальных исследований.
6.5 Условия прочности при малоцикловой нагрузке
Условия прочности при совместном действии малоцикловой нагрузки от давления p, осевого усилия F_{z} и изгибающего момента M_{B} выполняются по ГОСТ Р 52857.6.
\sigma_{aM} = \frac{\sigma_{M}}{2} .(11) \sigma_{aF} = \frac{\sigma_{F}}{2} ; \sigma_{ap} = \frac{\sigma_{p}}{2} ;
6.6. Проверку прочности штуцера от продольных напряжений выполняют по ГОСТ Р 52857.3.