РД 10-249-98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды

(утв. Постановлением Госгортехнадзора РФ от 25.08.1998 № 50)

(ред. от 13.07.2001)

от 25 августа 1998 г. № 50

СЕРИЯ 10

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ПО БЕЗОПАСНОСТИ, НАДЗОРНОЙ И РАЗРЕШИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ОБЛАСТИ КОТЛОНАДЗОРА И НАДЗОРА ЗА ПОДЪЕМНЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ

ВЫПУСК 6

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

РД 10-249-98

Утверждены Постановлением Госгортехнадзора России от 25.08.1998 № 50, с Изменением № 1 РДИ 10-413(249)-01, утвержденным Постановлением Госгортехнадзора России от 13.07.2001 № 31.

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).

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

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.

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.

Текст настоящего издания Норм включает Изменение № 1 (РДИ 10-413(249)-01), утвержденное Постановлением Госгортехнадзора России от 13.07.2001 № 31.

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 °C:

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.

1.1 Основные условные обозначения

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

Таблица 1.1

Символ	Название	Единица измерения
1	2	3
p	Расчетное давление	МПа
p_{h}	Пробное давление	МПа
t	Расчетная температура стенки	°C
t_{a}	Температура наружной поверхности детали	°C
[t]	Допустимая температура наружной поверхности детали	°C
[\sigma]	Номинальное допускаемое напряжение при расчетной температуре стенки	МПа
[\sigma]_{h}	Допускаемое напряжение при гидравлическом испытании	МПа
\sigma_{Bt},\sigma_{B}	Временное сопротивление металла разрыву при расчетной температуре и при 20 °C соответственно	МПа
\sigma_{0,2t},\sigma_{0,2}	Условный предел текучести металла при остаточной деформации 0,2% при расчетной температуре и при 20 °C соответственно	МПа
\sigma_{0,1t}	Условный предел текучести металла при остаточной деформации 1% при расчетной температуре	МПа
	Предел текучести при расчетной температуре	МПа
\sigma_{10^{4}t},\sigma_{10^{5}t}, \sigma_{2 \cdot 10^{5}t},\sigma_{3 \cdot 10^{5}t}	Условный предел длительной прочности при растяжении на ресурс 104, 105, 2·105 и 3·105 ч соответственно	МПа
\sigma_{110^{5}t}	Условный предел ползучести при растяжении, обусловливающий деформацию в 1% за 105 ч	МПа
s	Номинальная толщина стенки детали	мм
s_{R}	Расчетная толщина стенки детали	мм
s_{t}	Фактическая толщина стенки детали	мм
c	Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки	мм
c_{1},c_{2}	Производственная и эксплуатационная прибавки к расчетной толщине стенки соответственно	мм

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 — 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, 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 в целях 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 больше 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% 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 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% рабочего давления. Если это условие не соблюдается, то расчетное давление должно приниматься равным 90% давления при полном открытии предохранительных клапанов.

1.3.7. Расчетное давление в трубопроводах воды после насосов должно приниматься равным 90% 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 °C.

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 принимать среднеарифметическое значение температур наружной и внутренней поверхности стенки в 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 в ней 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 °C.

Допускается принимать расчетную температуру стенки необогреваемых деталей котлов и трубопроводов ниже 250 °C 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 настоящих 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% принятой окончательно номинальной толщины стенки.

1.5.3. Допустимая толщина стенки [s] должна определяться по расчетной толщине стенки с учетом эксплуатационной прибавки c_{2} , определяемой согласно пп. 1.5.5 и 1.5.7.

1.5.4. Фактическая толщина стенки s_{f} , полученная непосредственными измерениями 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 c_{1} (производственная прибавка), компенсирующую возможное понижение прочности детали в условиях изготовления детали за счет минусового отклонения толщины стенки полуфабриката, технологических утонений и др.;

на прибавку c_{2} (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 c_{2} только при выборе скорости газов, ограничивающих чрезмерный износ согласно «Тепловому расчету котельных агрегатов. Нормативный метод» (далее — «Тепловой расчет»). При большем износе прибавка на утонение из-за абразивного износа должна приниматься согласно «Тепловому расчету».

Сумма прибавок c = c_{1} + c_{2} должна быть не менее минимальных значений, указанных в разделе 3 и относящихся к расчету конкретных деталей.

1.5.6. Производственная прибавка c_{1} состоит из прибавки, компенсирующей минусовое отклонение c_{11} , и технологической прибавки c_{12} : c_{1} = c_{11} + c_{12} .

Значение прибавки c_{11} следует определять по предельному минусовому отклонению толщины стенки, установленному стандартами или техническими условиями на полуфабрикаты; значение прибавки c_{12} должно определяться технологией изготовления детали и принимается по техническим условиям на изделие.

Для прямых труб и обечаек, подвергающихся на предприятии-изготовителе механической обработке, c_{11} = 0 ; для деталей, деформирование которых при изготовлении не приводит к ослаблению стенки заготовки, c_{12} = 0 .

1.5.7. Эксплуатационная прибавка состоит из прибавок, компенсирующих понижение прочности по пароводяной стороне c_{21} и со стороны газов c_{22} .

Значение прибавки c_{21} 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, изготовляемых из углеродистой и теплоустойчивой сталей) значение прибавки c_{21} на расчетный ресурс 10 5 ч должно определяться по табл. 1.2.

Таблица 1.2

Прибавка c_{21} , 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 c_{21} от 1 до 3 мм в зависимости от опыта эксплуатации котла данного типа; для труб наружным диаметром 133 мм и более использование прибавки c_{21} менее 3 мм должно быть согласовано со специализированными научно-исследовательскими организациями.

При расчетном ресурсе более 105 ч прибавку c_{21} следует увеличить с учетом скорости коррозии; при ресурсе до 2 \cdot 10^{5} ч допускается принимать (впредь до уточнения) значение этой прибавки такой, как при ресурсе 105 ч.

При расчетном ресурсе менее 105 ч прибавку c_{21} допускается принимать уменьшенной пропорционально ресурсу.

Значение прибавки c_{22} для необогреваемых деталей равно нулю.

Значение прибавки c_{22} для обогреваемых деталей должно приниматься в зависимости от температуры наружной поверхности детали, вида топлива и металла детали. Для определения прибавки c_{22} температура наружной поверхности детали должна сравниваться с допустимой температурой, значения которой приведены в табл. 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], °C

Примечание. Допустимая температура наружной поверхности экранных труб из стали 12Х1МФ, расположенных в зоне максимальных тепловых нагрузок более 407 кВт/м2 ( 350 \cdot 10^{3} \text{ккал}/(\text{м}^{2} \cdot \text{ч}) ), при сжигании сернистых мазутов не должна превышать 545 °C 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 °C.

Значение прибавки c_{22} для ресурса 105 ч должно приниматься минимальным из условий:

при температуре наружной поверхности t_{a} < ([t] — 40) °C

c_{1} + c_{2} \geq 0,5\text{мм} ;

при температуре согласно условию ([t] — 40) °C < t_{a} <= [t]

c_{1} + c_{2} \geq 1,0\text{мм} .

Для обогреваемых углеродистых труб общего назначения (например, из стали марки Ст3) прибавка c_{22} 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 c_{22} на 0,5 мм в первом случае и на 0,3 мм во втором на каждые 10 °C повышения температуры.

Для ресурса эксплуатации менее 105 ч значение прибавки c_{22} 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 c_{22} 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 [\sigma] 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 при использовании металлов и полуфабрикатов, которые разрешены правилами Госгортехнадзора.

Уровень расчетных характеристик используемых металлов и полуфабрикатов должен быть подтвержден 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 табл. 2.1 - 2.5.

Таблица 2.1

Номинальные допускаемые напряжения [\sigma] для углеродистой и марганцовистой сталей, не зависящие от расчетного ресурса, МПа

Таблица 2.2

Номинальные допускаемые напряжения [\sigma] 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 \cdot 10^{5} 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 [\sigma] 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 \cdot 10^{5} и 3 \cdot 10^{5} 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 2.4

Номинальные допускаемые напряжения [\sigma]

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 \cdot 10^{5} и 3 \cdot 10^{5} 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 [\sigma] для стали 10Х9МФБ, МПа

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

2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 104 и 2 \cdot 10^{5} 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.

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% 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.

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

2.4 В качестве расчетных характеристик прочности металла следует принимать:

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

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

3.1 Условные обозначения

3.2 Цилиндрические барабаны и коллекторы

3.2.1 Расчет толщины стенки

s_{R} = \frac{pD_{a}}{2\varphi[\sigma] - p} , если расчет выполняется по внутреннему диаметру.

Формулы пригодны при соблюдении следующих условий:

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

\frac{s - c}{D_{a}} \leq 0,2 или \frac{s - c}{D_{a}} \leq 0,3 ;

для коллекторов, содержащих перегретый пар:

\frac{s - c}{D_{a}} \leq 0,25 .

Для криволинейных и торовых коллекторов при \frac{R}{D_{a}} \leq 5 расчет толщины стенки должен производиться с учетом п. 3.3.2.

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

3.2.1.3. Для барабанов, изготовляемых 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 c 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 c_{11} = 0 . Если наибольшее минусовое отклонение по толщине листа превышает 3%, то в прибавке c_{11} следует учесть это превышение.

Для коллекторов, изготовляемых из труб, прибавка c_{11} должна определяться по формуле

c_{11} = \frac{\Delta}{100} (1 + \frac{\Delta}{100})s_{R} ,

если неизвестна номинальная толщина стенки, и по формуле

c_{11} = \frac{\Delta}{100} s ,

если номинальная толщина стенки известна или предварительно принята.

Для обечаек барабанов и прямолинейных коллекторов c_{12} = 0 .

Для криволинейных коллекторов при R/D_{a} \leq 5 значение прибавки c_{12} должно приниматься так же, как для колен.

Для обечаек барабанов из стали повышенной прочности при \sigma_{B} \geq 550\text{МПа} и рабочем давлении более 8 МПа прибавка \text{с}_{21} 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, изготовляемых 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 табл. 3.2, но не менее значений, полученных в результате расчетов на прочность;

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 °C;

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

Таблица 3.2

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, изготовляемых 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

s_{0} = \frac{pD_{a}}{2[\sigma] + p} .

Расстояние между выходом расточки (обточки) под сварку и кромкой ближайшего отверстия по продольной оси коллектора должно быть не менее \sqrt{D_{m}(s - c)} . Если это условие не соблюдается (но выполняются требования правил Госгортехнадзора по расположению отверстий), то вместо s_{0} следует принять s_{R} . Коэффициент прочности \varphi_{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 \sqrt{D_{m}(s - c)} + 0,5d 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:

[p] = \frac{2(s - c)\varphi[\sigma]}{D_{a} - (s - c)} ,

если расчет выполняется по наружному диаметру;

[p] = \frac{2(s - c)\varphi[\sigma]}{D + (s - c)} ,

если расчет выполняется по внутреннему диаметру.

Примечания. 1. Коэффициент прочности \varphi следует принимать в соответствии с п. 3.2.1.2.

2. Значение прибавки c следует принимать в соответствии с п. 3.2.1.4, при этом c_{1} = (\Delta/100)s .

3.2.2.2. При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s — c следует применять s_{f} - c_{2} . 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 [\sigma] на [\sigma]_{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:

\sigma = \frac{p[D_{a} - (s - c)]}{2\varphi(s - c)} ,

если расчет выполняется по наружному диаметру;

\sigma = \frac{p[D + (s - c)]}{2\varphi(s - c)} ,

если расчет выполняется по внутреннему диаметру.

При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s — c следует применять s_{f} - c_{2} согласно п. 3.2.2.2.

Значения коэффициентов прочности \varphi и прибавки c 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 °C

t = t_{m} + 1,2s + 10^{\circ}C ;

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

t = t_{m} + 2,5s + 20^{\circ}C ;

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

t = t_{m} + 4s + 30^{\circ}C .

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} + x\Delta t ;

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

при температуре в газоходе не выше 600 °C

t = t_{m} + s + x\Delta t + 10^{\circ}C ;

при температуре в газоходе от 600 до 900 °C

t = t_{m} + 2s + x\Delta t + 20^{\circ}C ;

при температуре в газоходе выше 900 °C

t = t_{m} + 3s + x\Delta t + 30^{\circ}C .

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 \Delta t должна приниматься по тепловому расчету или по данным испытаний, но не менее 10 °C. 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} + c ,

где s_{R} = \frac{pD_{a}}{2\varphi_{w}[\sigma] + p} .

Формула пригодна при соблюдении условия (s - c)/D_{a} \leq 0,25 .

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

3.3.1.2. Величина прибавки c 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 табл. 3.3, но не менее значений, полученных в результате расчетов на прочность.

Таблица 3.3

Номинальная толщина стенок труб, обогреваемых газами с температурой выше 900 °C, 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

3.3.2 Расчет толщины стенки колен и змеевиков

для штампованных колен, изготовляемых в закрытых штампах, или для гибов, изготовляемых на станках с нагревом токами высокой частоты и осевым поджатием, прибавка c_{12} к s_{R1} должна приниматься в пределах от 0,05s до 0,1s; в этих двух случаях (для гибов из труб, изготовляемых на трубогибочном оборудовании методом наматывания на сектор, и для штампованных колен) прибавка c_{12} к s_{R3} равна нулю, а расчет по внутренней стороне гиба не производится;

для колен, изготовляемых на рогообразном сердечнике, прибавка c_{12} равна нулю;

для секторных колен прибавка c_{12} равна нулю;

для штампосварных колен с расположением двух продольных сварных швов по внутренней и внешней стороне колена прибавка c_{12} к s_{R2} должна приниматься в пределах от 0,05s до 0,1s с учетом \varphi_{w} , если его значение менее единицы;

для штампосварных колен с расположением поперечного сварного шва в середине длины колена прибавка c_{12} к s_{R3} равна нулю, а прибавка c_{12} 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 K_{2} .

Если определение прибавки c_{12} 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} + c_{2} ,

для прямых труб [s] = s_{R} + c_{2} .

При определении [s] в условиях эксплуатации значение прибавки c_{2} , 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 \alpha \leq 0,03 прибавку c_{2} 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

[p] = \frac{2\varphi_{w}[\sigma]}{D_{a} - \frac{s - c}{K_{i}Y_{i}}} \frac{s - c}{K_{i}Y_{i}} .

При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s — c следует применять s_{f} - c_{2} .

Коэффициент прочности \varphi_{w} следует принимать согласно разделу 1.

Коэффициенты K_{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 c следует принимать согласно пп. 3.2.1.4 и 3.3.2.8. При этом прибавка c_{1} 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 [\sigma] на [\sigma]_{h} .

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

3.3.4 Расчетная температура стенки

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

3.3.5 Приведенное напряжение

3.3.6 Требования к конструкции

3.3.7 Дополнительные напряжения

3.3.8 Поверочный расчет на усталость

3.4 Конические переходы

3.4.1 Расчет толщины стенки

3.4.2 Допустимое давление

3.4.3 Приведенное напряжение

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

3.4.4 Расчетная температура стенки

3.4.5 Требования к конструкции

3.4.6 Поверочный расчет на усталость

3.5 Выпуклые днища

3.5.1 Расчет толщины стенки эллиптического

3.5.2 Расчет толщины стенки торосферического днища

3.5.3 Допустимое давление

3.5.4 Приведенное напряжение от внутреннего давления

3.5.5 Расчетная температура стенки

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 <= 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 \varphi = 1 .

Если длина цилиндрической отбортованной части днища удовлетворяет условию: l>0,8 \sqrt{D_{m}(s - c)} — для эллиптического и торосферического днища или условию l>0,3 \sqrt{D_{m}(s - c)} — 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 \varphi = 1 .

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

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

3.6 Плоские крышки и днища

3.6.1 Расчет толщины круглых плоских днищ

3.6.1.1 Номинальная толщина круглого днища должна быть не менее определенной по формуле

s_{1} = s_{1R} + c ,

где s_{1R} = \frac{KD}{K_{0}} \sqrt{\frac{p}{[\sigma]\varphi_{w}}} .

Для днищ с отбортованной цилиндрической частью, которые соответствуют рис. 3.4, е, вместо D в формулу следует подставлять величину (D — r).

Рис. 3.4. Типы плоских днищ

Коэффициент K следует принимать равным:

для днищ, конструкция которых дана на рис. 3.4, а, при l \geq \sqrt{D_{m}s} K = 0,42K_{1} , но не менее 0,35;

для днищ той же конструкции, но при l< \sqrt{D_{m}s} , а также для днищ конструкции, данной на рис. 3.4, б, в, K = 0,45K_{1} , но не менее 0,35;

для днищ, конструкция которых дана на рис. 3.4, г, при полном проваре толщины днища односторонним швом K = 0,55K_{1} и двусторонним швом K = 0,45K_{1} ;

для днищ, конструкция которых дана на рис. 3.4, д, K = 0,53;

для днищ, конструкция которых дана на рис. 3.4, е, K = 0,35.

Коэффициент K_{1} следует определять по формуле

K_{1} = 0,5 + \sqrt{0,25 - \frac{s - c}{s_{0}} \frac{0,5 \sqrt{p[\sigma]}}{2[\sigma]_{z} - p}} ,

где [\sigma]_{z} — номинальное допускаемое напряжение для металла цилиндрической детали, МПа.

Допускается коэффициент K_{1} определять по номограмме (рис. 3.5), если [\sigma]_{z} = [\sigma] .

Рис. 3.5. Номограмма для определения коэффициента K_{1} при расчете круглых плоских днищ

Значение коэффициента K_{1} должно быть не менее 0,76.

При отрицательном значении подкоренного выражения следует принять K_{1} = 0,76 .

Минимальная толщина стенки s_{0} должна определяться по формуле

s_{0} = \frac{pD}{2[\sigma] - p} .

Толщина стенки цилиндрической детали в месте присоединения плоского днища или цилиндрической части плоского днища должна быть не менее s_{0} .

Коэффициент K_{0} следует принимать равным следующим значениям:

для днища без отверстия K_{0} = 1,0 ;

для днищ с отверстием

K_{0} = \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{d}{D} + (\frac{d}{D})2}} ;

для днища с двумя и более отверстиями

K_{0} = \frac{1}{\sqrt{1 + \frac{\Sigma d_{i}}{D} + (\frac{\Sigma d_{i}}{D})2}} .

Величина \Sigma d_{i} должна приниматься как максимальная сумма диаметров отверстий или их хорд в наиболее ослабленном диаметральном сечении днища (рис. 3.6):

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

Прибавка c должна приниматься согласно разделу 1.

3.6.1.2. Для днищ, сваренных из двух частей, коэффициент прочности сварного соединения \varphi_{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 рис. 3.4, б и в, толщина днища в месте кольцевой выточки должна удовлетворять условию

s_{2} \geq \frac{p}{0,77[\sigma]} (\frac{D}{2} - r) + c .

Указания по выбору величины r приведены на рис. 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

s_{1} = s_{1R} + c ,

где s_{1R} = K_{m}D_{k} \sqrt{\frac{p}{[\sigma]}} .

Для крышек, конструкция которых соответствует рис. 3.7, расчетный диаметр D_{k} и коэффициент K_{m} следует принимать согласно табл. 3.4.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 3.7. Круглые плоские крышки (заглушки)

Таблица 3.4

Прибавка c должна приниматься согласно разделу 1.

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

s_{3} \geq 0,7s_{1} .

3.6.2.3. Конструкция крышки, показанная на рис. 3.7, г, при D_{u} > 500 мм к применению не рекомендуется.

3.6.2.4. Для крышек, конструкция которых соответствует рис. 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 (рис. 3.8) должна быть не менее определенной по формуле

s_{1} = s_{1R} + c ,

где s_{1R} = K_{m}Ym \sqrt{\frac{p}{[\sigma]}} .

Рис. 3.8. Овальная (прямоугольная) плоская крышка

Коэффициент K_{m} следует принимать согласно п. 3.6.2.1.

Коэффициент Y следует определять по формуле

Y = \frac{1,41}{\sqrt{1 + (\frac{m}{n})2}} .

Прибавка c 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

[p] = (\frac{K_{0}}{K} \frac{s_{1} - c}{D})^{2}\varphi_{w}[\sigma] ;

для круглых крышек

[p] = (\frac{1}{K_{m}} \frac{s_{1} - c}{D_{k}})^{2}[\sigma] ;

для овальных и прямоугольных крышек

[p] = (\frac{1}{K_{m}Y} \frac{s_{1} - c}{m})^{2}[\sigma] .

При выполнении контрольных расчетов по данным измерений толщины стенки вместо s_{1} - c следует применять s_{1f} - c_{2} .

3.6.4.2. Величина пробного давления при гидравлическом испытании не должна превышать значения, полученного согласно п. 3.6.4.1 при замене [\sigma] на [\sigma]_{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 п. 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 рис. 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 рис. 3.4, е, 3r — для днищ конструкции по рис. 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 рис. 3.4, а и б, с соблюдением условия l \geq \sqrt{D_{m}s} .

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 рис. 3.4, е, радиус закругления должен приниматься в соответствии с табл. 3.5, но не менее r >= s/3.

Таблица 3.5

4.1 Общие положения

4.1.1 Условные обозначения

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 \varphi 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 \varphi_{w} представляет собой отношение предельной нагрузки, действующей в направлении, перпендикулярном к направлению сварного соединения (т.е. при \alpha_{w} = 0 ), к предельной нагрузке бесшовной детали.

4.1.3.3. Коэффициент прочности \varphi_{d} или \varphi_{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 \varphi принимается равным либо минимальному из значений коэффициентов прочности сварных соединений \varphi_{w} и отверстий \varphi_{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 0,5 \sqrt{D_{m}(s - c)} , или менее 50 мм, или кромка отверстия пересекает (полностью или частично) сварной шов (рис. 4.1), то расчетный коэффициент прочности следует определять по формуле

\varphi = \varphi_{d} \frac{\varphi_{w}}{\sqrt{1 - 0,75sin^{4}\alpha_{w}}} .

Рис. 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

В остальных случаях для расчетного коэффициента прочности должно выполняться условие

\varphi = min\{\varphi_{d}; \frac{\varphi_{w}}{\sqrt{1 - 0,75sin^{4}\alpha_{w}}} \} .

При наличии укрепленных отверстий в формулах следует принимать \varphi_{c} взамен \varphi_{d} .

4.1.3.6. Для бесшовных деталей расчетный коэффициент прочности \varphi следует принимать равным коэффициенту прочности деталей, ослабленных отверстиями \varphi_{d} или \varphi_{c} .

4.1.3.7. Для деталей, не имеющих отверстий, или с одиночным отверстием, размеры которого должны удовлетворять условию d \leq 0,25 \sqrt{D_{m}(s - c)} , или с рядами полностью укрепленных отверстий ( \varphi_{c} = 1 ), расчетный коэффициент прочности \varphi следует принимать равным коэффициенту прочности сварного соединения \frac{\varphi_{w}}{\sqrt{1 - 0,75sin^{4}\alpha_{w}}} .

4.1.3.8. Во всех случаях коэффициенты прочности \varphi , \varphi_{w} , \varphi_{c} , а также \frac{\varphi_{w}}{\sqrt{1 - 0,75sin^{4}\alpha_{w}}} не должны приниматься более единицы.

Сварные соединения с коэффициентом прочности \varphi_{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 (рис. 4.2).

Отверстие A в направлении слева направо входит в ряд отверстий, так как угол \alpha<15^{\circ} , и расчет допускается производить без учета угла как для продольного ряда. Отверстие A в направлении справа налево не входит в продольный ряд отверстий, так как угол \gamma>15^{\circ} , и расчет производят как для косого ряда

Рис. 4.2

4.1.3.10. Рядом одиночных отверстий называется ряд отверстий, расстояния между кромками которых составляют не менее 2 \sqrt{D_{m}(s - c)} .

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 \varphi_{w} = 1,0 ;

для хромомолибденованадиевой и высокохромистой сталей при ресурсе до 2 \cdot 10^{5}\text{ч} :

при электрошлаковой сварке \varphi_{w} = 1,0 ;

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

для расчетной температуры 510 °C и менее \varphi_{w} = 1,0 ;

для расчетной температуры 530 °C и более \varphi_{w} = 0,7 ;

при электронно-лучевой сварке:

для расчетной температуры 510 °C и менее \varphi_{w} = 1,0 ;

для расчетной температуры 530 °C и более \varphi_{w} = 0,9 .

При расчетной температуре от 510 до 530 °C значение коэффициента прочности сварного соединения \varphi_{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^{\circ} - \alpha_{w} \leq 15^{\circ} ), 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 \varphi_{bw} , значения которых для катаных и кованосверленых или центробежнолитых труб с механически обработанной внутренней поверхностью должны приниматься не более приведенных в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Значения коэффициента \varphi_{bw}

Примечание. При расчетной температуре от 510 до 530 °C 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 табл. 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 табл. 4.2 как для катаных труб.

4.2.1.7. Для хромомолибденованадиевых и высокохромистых сталей при расчетной температуре более 510 °C и ресурсе 3 \cdot 10^{5}\text{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 \cdot 10^{5} до 3 \cdot 10^{5}\text{ч} значения коэффициентов прочности сварного соединения определяются линейным интерполированием между указанными значениями.

4.2.1.8. Для хромомолибденованадиевых и высокохромистых сталей при расчетной температуре более 510 °C и ресурсе 4 \cdot 10^{5}\text{ч} значения коэффициентов прочности должны быть уменьшены на 0,1 по сравнению со значениями, указанными при ресурсе 3 \cdot 10^{5}\text{ч} в п. 4.2.1.7. Значения коэффициентов прочности могут уточняться по мере накопления экспериментальных данных.

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 \varphi_{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 \varphi_{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 \varphi_{d} или \varphi_{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 рис. 4.3;

а)

б)

в)

г)

Рис. 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

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

d_{y} = \frac{\Sigma d_{i}h_{i}}{s} ,

где i = 1, 2, 3, ..., n. В случае, если штуцер устанавливается в гнезде с полным проплавлением на глубину не менее h_{3} , расчет условного диаметра отверстия ( d_{y} ) допускается производить по значениям двух расточек ( d_{1} , h_{1} и d_{2} , h_{2} );

Рис. 4.4. Отверстие с различными диаметрами по толщине стенки

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;

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

d_{e} = d + 0,25r ,

где r — радиус закругления воротника или горловины по внутренней поверхности (по отношению к отверстию), мм (рис. 4.5, 4.6); должно быть r >= 5 мм;

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

Рис. 4.5. Вытянутая горловина

Рис. 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 d_{1} , расположенным под углом \omega 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

d = d_{1} \sqrt{1 - 0,75sin^{4}\omega} .

При эллиптической (или близкой к ней овальной) форме отверстия с максимальным размером d_{1} и с минимальным d_{2} (рис. 4.7) за расчетный диаметр одиночного отверстия должно приниматься наибольшее из следующих значений, определяемых по формулам:

d = d_{1}cos^{2}\omega + d_{2}sin^{2}\omega или d = d_{1} \sqrt{1 - 0,75sin^{4}\omega} .

Рис. 4.7

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

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 2 \sqrt{D_{m}(s - c)} .

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

\varphi_{0d} = \frac{2}{z + 1,75} ,

где z = \frac{d}{\sqrt{D_{m}(s - c)}} .

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

\varphi_{0c} = \varphi_{0d}[1 + \frac{\Sigma f}{2(s - c) \sqrt{D_{m}(s - c)}}] .

Величину коэффициента \varphi_{0d} следует определять согласно п. 4.3.2.2.

Сумму компенсирующих площадей \Sigma f 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

\varphi_{d} = \frac{t - d}{t} .

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

\varphi_{d} = 2 \frac{t_{1} - d}{t_{1}} .

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

в продольном направлении (для шага t = 2a) — по п. 4.3.3.1;

в поперечном направлении (для шага t_{1} = 2b) — по п. 4.3.3.2;

в косом направлении — по формуле

\varphi_{d} = \frac{1 - \frac{d}{a} \frac{1}{\sqrt{1 + m^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{m^{2}}{1 + m^{2}})2}} ,

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 2 \sqrt{D_{m}(s - c)} , то коэффициент прочности следует принимать по формуле

\varphi_{d} = \frac{2(1 - \varphi_{min}) + z\varphi_{min}}{2(1 + z) - (2 + z)\varphi_{min}} .

Для ряда из четырех отверстий (рис. 4.8), в котором минимальное значение коэффициента прочности \varphi_{min} имеет место у средней пары отверстий, а по обоим направлениям от этих двух отверстий располагаются отверстия на расстояниях, определяемых коэффициентами прочности \varphi_{1} и \varphi_{2} , значения которых удовлетворяют условию \varphi_{1}>\varphi_{2} \geq \varphi_{0d} , расчетный коэффициент прочности допускается определять по формуле

\varphi_{d} = \frac{(\varphi_{1} + \varphi_{2})(1 - \varphi_{min}) + z\varphi_{min}}{(\varphi_{1} + \varphi_{2} + 2z) - (\varphi_{1} + \varphi_{2} + z)\varphi_{min}} .

\varphi_{min} = \frac{t_{min} - d}{t_{min}} ; \varphi_{1} = \frac{t_{1} - d}{t_{1}} ; \varphi_{2} = \frac{t_{2} - d}{t_{2}} .

Рис. 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 \varphi_{min}<\varphi_{0d} , \varphi \geq \varphi_{0d} , расчетный коэффициент прочности допускается определять по формуле

\varphi_{d} = \frac{(1 + \varphi)(1 - \varphi_{min}) + z\varphi_{min}}{(1 + \varphi + 2z) - (1 + \varphi + z)\varphi_{min}} .

Если условие для коэффициентов прочности \varphi_{1} , \varphi_{2} или для одного из них не соблюдается, т.е. \varphi_{1} и \varphi_{2}<\varphi_{0d} , 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 \varphi_{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 \varphi_{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:

\varphi_{d} = 0,5(\varphi_{min} + \varphi_{max}) .

При косом несимметричном расположении отверстий коэффициенты прочности \varphi_{min} и \varphi_{max} должны вычисляться по формуле, приведенной в п. 4.3.3.3 соответственно при a = a_{1} и a = a_{2} . Кроме того, должен быть вычислен коэффициент прочности в продольном направлении для шага t = a_{1} + a_{2} 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

\varphi_{c} = \varphi_{d} + (1 - \varphi_{d}) \frac{\Sigma f}{(s - c)d} .

Величину коэффициента прочности \varphi_{d} следует определять согласно пп. 4.3.3.1 - 4.3.3.5.

Сумму компенсирующих площадей \Sigma f , 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 F_{0} к полной площади между центрами отверстий F_{t} . В общем случае расчетный коэффициент прочности \varphi_{d} следует определять по формуле

\varphi_{d} = \frac{F_{0}}{F_{t}} \frac{1}{\sqrt{1 - 0,75sin^{4}\alpha_{d}}} .

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

Таблица 4.3

Вариант	Характеристика расположения отверстий	Эскизы вариантов ослабления детали отверстиями	Формулы
1	Косой ряд с равными шагами		\varphi_{d} = \frac{1 - \frac{d}{a} \frac{1}{\sqrt{1 + m^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{m^{2}}{1 + m^{2}})2}} При m > 5 рекомендуется применять формулу \varphi_{d} = \frac{1 - \frac{d}{b} \frac{1}{\sqrt{1 + n^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{n^{2}}{1 + n^{2}})2}} где n = 1/m = a/b, m = b/a
2	Ряд отверстий с разными шагами (из углеродистой стали): продольный	t' = tmin — минимальный шаг	Наименьшее из двух значений: среднеарифметического для наихудшего сочетания двух соседних шагов: \varphi_{d} = 0,5(\varphi_{d}\prime + \varphi_{d}\prime\prime); для двух смежных отверстий с минимальным шагом продольного, поперечного и косого расположения отверстий: \varphi_{d} = \frac{(1 + \varphi_{d}\prime\prime)(1 - \varphi_{min}) + z\varphi_{min}}{(1 + \varphi_{d}\prime\prime + 2z) - (1 + \varphi_{d}\prime\prime + z)\varphi_{min}} , где \varphi_{min} = \varphi_{d}\prime = \frac{t\prime - d}{t\prime} , \varphi_{d}\prime\prime = \frac{t\prime\prime - d}{t\prime\prime} \varphi_{min} = \varphi_{d}\prime = 2 \frac{t_{1}\prime - d}{t_{1}\prime} , где \varphi_{d}\prime\prime = 2 \frac{t_{1}\prime\prime - d}{t_{1}\prime\prime} \varphi_{min} = \varphi_{d}\prime = \frac{1 - \frac{d}{a_{1}} \frac{1}{\sqrt{1 + m^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{m^{2}}{1 + m^{2}})2}} , где \varphi_{d}\prime\prime = \frac{1 - \frac{d}{a_{2}} \frac{1}{\sqrt{1 + m^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{m^{2}}{1 + m^{2}})2}} При m > 5 — см. вариант 1
	поперечный	t' = tmin — минимальный шаг
	косой	[m] = \frac{b_{1}}{a_{1}} = \frac{b_{2}}{a_{2}} = \frac{b_{3}}{a_{3}} ; a1 = amin — минимальный шаг
3	Зубчатый ряд с равномерным расположением отверстий:		Наименьшее из трех значений: для продольного ряда с шагом t (см. п. 4.3.3.1) для косого ряда при m = b/a (см. п. 4.3.3.3) для двух смежных отверстий (см. п. 4.3.3.4)
	продольный
	поперечный	m = b/a	Наименьшее из трех значений: для поперечного ряда с шагом t1 (см. п. 4.3.3.2) для косого ряда при m = b/a (см. п. 4.3.3.3) для двух смежных отверстий (см. п. 4.3.3.4)
4	Зубчатый ряд с неравномерным расположением отверстий (из углеродистой стали):	m_{1}\prime = \frac{b_{1}\prime}{a} ;m_{2}\prime = \frac{b_{2}\prime}{a}	Наименьшее из следующих значений: наименьшего из определенных для продольных рядов I — I и II — II согласно п. 4.3.3.1; наименьшего из определенных для двух соседних косых шагов: \varphi_{d} = 0,5(\varphi_{d}\prime + \varphi_{2}\prime\prime) , где \varphi_{d}\prime = \frac{1 - \frac{d}{a_{1}\prime} \frac{1}{\sqrt{1 + (m_{1}\prime)^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{(m_{1}\prime)^{2}}{1 + (m_{1}\prime)^{2}})2}} , \varphi_{d}\prime\prime = \frac{1 - \frac{d}{a_{2}\prime} \frac{1}{\sqrt{1 + (m_{2}\prime)^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{(m_{2}\prime)^{2}}{1 + (m_{2}\prime)^{2}})2}} ; наименьшего для двух смежных отверстий: \varphi_{d} = \frac{2(1 - \varphi_{min}) + z\varphi_{min}}{2(1 + z) - (2 + z)\varphi_{min}} , где \varphi_{min} — наименьшее значение для косого ряда согласно варианту 1
	продольный
	поперечный	m_{1}\prime = \frac{b_{1}\prime}{a} ;m_{2}\prime = \frac{b_{2}\prime}{a}	Наименьшее из следующих значений: наименьшего из определенных для поперечных рядов I — I и II — II согласно п. 4.3.3.2; наименьшего из определенных для двух соседних косых шагов: \varphi_{d} = 0,5(\varphi_{d}\prime + \varphi_{2}\prime\prime) , где \varphi_{d}\prime = \frac{1 - \frac{d}{a} \frac{1}{\sqrt{1 + (m_{1}\prime)^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{(m_{1}\prime)^{2}}{1 + (m_{1}\prime)^{2}})2}} , \varphi_{d}\prime\prime = \frac{1 - \frac{d}{a} \frac{1}{\sqrt{1 + (m_{2}\prime)^{2}}}}{\sqrt{1 - 0,75(\frac{(m_{2}\prime)^{2}}{1 + (m_{2}\prime)^{2}})2}} ; наименьшего для двух смежных отверстий: \varphi_{d} = \frac{2(1 - \varphi_{min}) + z\varphi_{min}}{2(1 + z) - (2 + z)\varphi_{min}} , где \varphi_{min} — наименьшее значение для косого ряда согласно варианту 1
5	Коридорное поле с неравномерным расположением отверстий		Наименьшее из двух значений: для продольного ряда с разными шагами согласно варианту 2; для поперечного ряда с разными шагами согласно варианту 2
6	Поле с пилообразным расположением отверстий	m = b/a	Наименьшее из двух значений: для продольного ряда с шагом согласно п. 4.3.3.1; для поперечного ряда с шагом согласно п. 4.3.3.2; для косого ряда при m = b/a согласно п. 4.3.3.3

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

4.3.3.13. Для криволинейных коллекторов с кривизной R/D_{a} \leq 5 следует выявить значение расчетного коэффициента прочности, определяющего наименьшую величину номинальной толщины стенки с учетом требований п. 3.3.

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

l_{1} \geq \frac{d + d_{1}}{z} ;

расстояние между кромками любых других отверстий

l_{2} \geq \frac{d_{1} + d_{2}}{z} ,

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

z = \frac{d}{\sqrt{D_{m}(s - c)}} ;

d_{1} , d_{2} — 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 согласно 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

где [\varphi_{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;

[\varphi_{d}] = \frac{p(D_{a} - s_{f} + c_{2})}{2(s_{f} - c_{2})[\sigma]} ,

если расчет производится по фактической толщине стенки.

Для цилиндрических деталей, у которых номинальным является внутренний диаметр:

[\varphi_{d}] = \frac{p(D + s - c)}{2(s - c)[\sigma]} ,

если расчет производится по номинальной толщине стенки;

[\varphi_{d}] = \frac{p(D + s_{f} - c_{2})}{2(s_{f} - c_{2})[\sigma]} ,

если расчет производится по фактической толщине стенки.

Для эллиптических, торосферических и полусферических днищ

[\varphi_{d}] = \frac{p[\frac{D^{2}}{2h} + (s - c)]}{4(s - c)[\sigma]} ,

где c, c_{2} — 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 п. 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 \Sigma f укрепляющих деталей должна удовлетворять условию

\Sigma f = f_{s} + f_{n} + f_{w} \geq (d - d_{0})s_{0} ,

где f_{s} — компенсирующая площадь штуцера, мм2;

f_{n} — компенсирующая площадь накладки, мм2;

f_{w} — компенсирующая площадь наплавленного металла сварных швов, мм2;

s_{0} — минимальная расчетная толщина стенки детали при \varphi = 1 и c = 0, мм; определяется по формулам раздела 3.

Для отверстия, укрепленного отбортовкой, в формулах, определяющих сумму укрепляющих площадей \Sigma f , вместо компенсирующей площади штуцера f_{s} следует использовать компенсирующую площадь отбортованного элемента f_{b} или f_{bs} .

4.3.6.4. При укреплении одиночного отверстия детали до заданного значения коэффициента прочности \varphi_{0c} сумма компенсирующих площадей укрепляющих деталей должна удовлетворять условию

\Sigma f = f_{s} + f_{n} + f_{w} \geq \frac{\varphi_{0c} - \varphi_{0d}}{1 - 0,875\varphi_{0d}} (s - c)d ,

где \varphi_{0d} — коэффициент прочности детали, ослабленной неукрепленным одиночным отверстием; определяется согласно п. 4.3.2.

4.3.6.5. При укреплении отверстий в ряду с одинаковыми диаметрами до заданного значения коэффициента прочности \varphi_{c} сумма компенсирующих площадей укрепляющих деталей должна удовлетворять условию

\Sigma f = f_{s} + f_{n} + f_{w} \geq \frac{\varphi_{c} - \varphi_{d}}{1 - \varphi_{d}} (s - c)d ,

где \varphi_{d} — коэффициент прочности детали, ослабленной рядом неукрепленных отверстий; определяется согласно пп. 4.3.3 и 4.3.4.

Если из двух соседних отверстий при равных значениях диаметров укрепляется до заданного значения \varphi_{c} только одно отверстие, то сумма компенсирующих площадей должна быть удвоена.

4.3.6.6 Величину компенсирующих площадей укрепляющих деталей следует определять по формулам:

для наружных штуцеров, конструкция которых соответствует рис. 4.9, а:

f_{s} = 2h_{s}[(s_{s} - c) - s_{0s}] ;

для пропущенных штуцеров, конструкция которых соответствует рис. 4.9, б:

f_{s} = 2h_{s}[(s_{s} - c) - s_{0s}] + 2h_{s1}(s_{s} - c) ;

для накладок, конструкция которых соответствует рис. 4.9, в:

f_{n} = 2b_{n}s_{n} ;

для отбортованного внутрь воротника в выпуклом днище, конструкция которого соответствует рис. 4.6:

f_{b} = 2h_{b1}[(0,7s_{b} - c) - s_{0b}] ,

где минимальная расчетная толщина стенки воротника должна быть определена по формуле

s_{0b} = \frac{pd_{e}}{2[\sigma] - p} ;

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

f_{bs} = 2(h_{bs} - h_{b})[(s_{s} - c) - s_{0s}] + 2h_{b}[(s_{b} - c) - s_{0b}] .

Рис. 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 сварных швов, присоединяющих 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 рис. 4.10, а, б, в.

а)

б)

в)

Рис. 4.10. Расчетная высота углового шва ( \Delta_{min} ): а — шов наружного штуцера; б — шов утопленного штуцера; в — шов проходного штуцера

Компенсирующая площадь шва накладки, удаленного от края отверстия на расстояние, превышающее b_{n} = \sqrt{D_{m}(s + s_{n} - c)} , 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

h_{s} = h_{bs} = 1,25 \sqrt{(d_{a} - s_{s})(s_{s} - c)} .

При одновременном укреплении отверстия штуцером и накладкой высота укрепленной части штуцера h_{s} принимается без учета толщины накладки.

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:

h_{s1} = 0,5 \sqrt{(d_{a} - s_{s})(s_{s} - c)} ;

h_{b1} = 0,5 \sqrt{(d + s_{b})(s_{b} - c)} .

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

b_{n} = \sqrt{D_{m}(s + s_{n} - c)} .

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 \varphi = 1 и c = 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 \Sigma f следует использовать среднеарифметическое значение площадей, вычисленных для каждой кромки.

4.3.6.8. Минимальные размеры сечения сварных швов \Delta_{min} , \Delta_{1min} , \Delta_{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 рис. 4.10, а, б

\Delta_{min} \geq 2,1 \frac{h_{s}s_{s}}{d_{a}} ; во всех случаях \Delta_{min} \geq s_{s} ;

высота штуцера h_{s} — по п. 4.3.6.6;

для накладок в соответствии с рис. 4.9, в

\Delta_{1min} + \frac{D_{n} - 2b_{n}}{D_{n}} \Delta_{2min} \geq \frac{2,1b_{n}s_{n}}{D_{n}} .

Ширину накладки b_{n} и ее наружный диаметр D_{n} следует принимать согласно рис. 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 рис. 4.11 условный диаметр конической детали следует определять по формуле

D_{m} = 2B_{k} + s ,

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.

Рис. 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

[\varphi] = \frac{p(D_{k} + s - c)}{2(s - c)[\sigma]cos\alpha} ,

где \alpha — угол конусности, равный половине угла у вершины конической детали, град;

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 \varphi_{d} \leq 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 \sqrt{D_{m}(s - c)} , где средний диаметр определяется согласно п. 4.3.7.1.

4.3.8.7. Максимальное значение диаметра отверстия в цилиндрической детали должно удовлетворять условию \frac{d}{D_{a} - 2s_{0}} \leq 0,75 .

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. табл. 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

4.4.2 Проверка толщины стенки тройниковых соединений

4.4.2.1 Выбранные размеры тройниковых соединений с нерадиальным ответвлением должны удовлетворять условию

4.4.3 Проверка толщины стенки развилок

5.1 Расчет барабанов, коллекторов и труб поверхностей

5.1.1 Условные обозначения