Пособие по расчету на прочность технологических стальных трубопроводов на Р_у до 10 Мпа

Пред. Главная

5. ТРОЙНИКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПОД

ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ

5.1. Расчетную толщину стенки магистрали (черт. 3,а) следует определять по формуле

(37)

или

(38)

Черт. 3. Тройники

а - сварной; б - штампованный

5.2. Расчетную толщину стенки штуцера следует определять в соответствии с п.2.1.

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОЧНОСТИ МАГИСТРАЛИ

5.3. Расчетный коэффициент прочности магистрали следует вычислять по формуле

, (39)

где t ³ t₇ +C.

При определении S А площадь наплавленного металла сварных швов допускается не учитывать.

5.4. Если номинальная толщина стенки штуцера или присоединенной трубы равна t_0b + С и отсутствуют накладки, следует принимать S А= 0. В этом случае диаметр отверстия должен быть не более вычисленного по формуле

. (40)

Коэффициент недогрузки магистрали или корпуса тройника следует определять по формуле

(41)

или

(41а)

5.5. Укрепляющую площадь штуцера (см. черт. 3,а) следует определять по формуле

. (42)

5.6. Для штуцеров, пропущенных внутрь магистрали на глубину hb1 (черт. 4.б), укрепляющую площадь следует вычислять по формуле

А_b2 = А_b1 +А_b. (43)

Величину А_b следует определять по формуле (42), а А_b1 - как наименьшее из двух значений, вычисленных по формулам:

А_b1 = 2h_b1(t_b -C); (44)

. (45)

Черт. 4. Типы сварных соединений тройников со штуцером

а - примыкающим к наружной поверхности магистрали;

б - пропущенным внутрь магистрали

5.7. Укрепляющую площадь накладки А_n следует определять по формуле

А_n = 2b_nt_n. (46)

Ширину накладки b_n следует принимать по рабочему чертежу, но не более величины, вычисленной по формуле

. (47)

5.8. Если допускаемое напряжение для укрепляющих деталей [ s ] _d меньше [ s ] , то расчетные значения укрепляющих площадей умножаются на [ s ] _d/[ s ] .

5.9. Сумма укрепляющих площадей накладки и штуцера должна удовлетворять условию

S А³ (d-d₀)t₀. (48)

РАСЧЕТ СВАРНОГО ШВА

5.10. Минимальный расчетный размер сварного шва (см. черт. 4) следует принимать по формуле

, (49)

но не менее толщины штуцера t_b.

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК ТРОЙНИКОВ С ОТБОРТОВАННЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ

И ВРЕЗНЫМИ СЕДЛОВИНАМИ

5.11. Расчетную толщину стенки магистрали следует определять в соответствии с п.5.1.

5.12. Коэффициент прочности j _d следует определять по формуле (39). При этом вместо d следует принимать величину d_eq (черт. 3.б), подсчитанную по формуле

d_eq = d + 0,5r. (50)

5.13. Укрепляющую площадь отбортованного участка необходимо определять по формуле (42), если h_b> . При меньших значениях h_b площадь укрепляющего сечения следует определять по формуле

А_b = 2h_b[ (t_b - C) - t_0b] . (51)

5.14. Расчетная толщина стенки магистрали с врезной седловиной должна быть не менее значения, определенного в соответствии с п.2.1. при j = j _w.

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

5.15. Расчетное напряжение от внутреннего давления в стенке магистрали, приведенное к нормальной температуре, следует вычислять по формуле

(52)

или

(53)

Расчетное напряжение штуцера следует определять по формулам (14) и (15).

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

5.16. Допустимое внутреннее давление в магистрали следует определять по формуле

. (54)

6. ПЛОСКИЕ КРУГЛЫЕ ЗАГЛУШКИ

ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ЗАГЛУШКИ

6.1. Расчетную толщину плоской круглой заглушки (черт. 5,а,б) следует определять по формуле

(55)

или

, (56)

где g ₁ = 0,53 при r =0 по черт.5,а;

g ₁ = 0,45 по черт.5,б.

Черт. 5. Круглые плоские заглушки

а - пропущенная внутрь трубы; б - приваренная к торцу трубы;

в - фланцевая

6.2. Расчетную толщину плоской заглушки между двумя фланцами (черт.5,в) следует определять по формуле

(57)

или

. (58)

Ширина уплотнительной прокладки b определяется по стандартам, техническим условиям или чертежу.

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

6.3. Допустимое внутреннее давление для плоской заглушки (см. черт. 5,а,б) следует определять по формуле

. (59)

6.4. Допустимое внутреннее давление для плоской заглушки между двумя фланцами (см.черт.5,в) следует определять по формуле

. (60)

7. ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ЗАГЛУШКИ

ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИМ

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ БЕСШОВНОЙ ЗАГЛУШКИ

7.1. Расчетную толщину стенки бесшовной эллиптической заглушки (черт.6) при 0,5³ h/D_{e ³} 0,2 следует вычислять по формуле

(61)

или

. (62)

Если t_R10 получается менее t_R при j = 1,0 следует принимать = 1,0 следует принимать t_R10 = t_R.

Черт. 6. Эллиптическая заглушка

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ЗАГЛУШКИ С ОТВЕРСТИЕМ

7.2. Расчетная толщина заглушки с центральным отверстием при d/D_e - 2t £ 0,6 (черт.7) определяется по формуле

(63)

или

. (64)

Черт. 7. Эллиптические заглушки со штуцером

а - с укрепляющей накладкой; б - пропущенным внутрь заглушки;

в - с отбортованным отверстием

7.3. Коэффициенты прочности заглушек с отверстиями (черт. 7,а,б) следует определять в соответствии с пп. 5.3-5.9, принимая t₀ =t_R10 и t³ t_R11+C, а размеры штуцера - по трубе меньшего диаметра.

7.4. Коэффициенты прочности заглушек с отбортованными отверстиями (черт. 7,в) следует подсчитывать в соответствии с пп. 5.11-5.13. Значение h_b следует принимать равным L-l-h.

РАСЧЕТ СВАРНОГО ШВА

7.5. Минимальный расчетный размер сварного шва по периметру отверстия в заглушке следует определять в соответствии с п. 5.10.

ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

7.6. Расчетное напряжение от внутреннего давления в стенке эллиптической заглушки, приведенное к нормальной температуре, определяется по формуле

(65)

или

. (66)

РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ

7.7. Допустимое внутреннее давление для эллиптической заглушки определяется по формуле

. (67)

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДА НА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ

РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК

1. Поверочный расчет трубопровода на дополнительные нагрузки следует выполнять с учетом всех расчетных нагрузок, воздействий и реакций опор после выбора основных размеров.

2. Расчет статической прочности трубопровода следует производить в два этапа: на действие несамоуравновешенных нагрузок (внутреннего давления, веса, ветровой и снеговой нагрузок и т.п.) - этап 1, а также с учетом температурных перемещений - этап 2. Расчетные нагрузки следует определять в соответствии с пп. 1.3. - 1.5.

3. Внутренние силовые факторы в расчетных сечениях трубопровода следует определять методами строительной механики стержневых систем с учетом гибкости отводов. Арматура принимается абсолютно жесткой.

4. При определении усилий воздействия трубопровода на оборудование при расчете на этапе 2 необходимо учитывать монтажную растяжку.

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ

5. Окружные напряжения s от внутреннего давления следует принимать равными расчетным напряжениям, вычисленным по формулам разд. 2-7.

6. Напряжение от дополнительных нагрузок следует подсчитывать по номинальной толщине стенки. Выбранной при расчете на внутреннее давление.

7. Осевые и касательные напряжения от действия дополнительных нагрузок следует определять по формулам:

; (1)

. (2)

8. Эквивалентные напряжения на этапе 1 расчета следует определять по формуле

. (3)

9. Эквивалентные напряжения на этапе 2 расчета следует вычислять по формуле

. (4)

РАСЧЕТ ДОПУСТИМЫХ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

10. Величина приведенных к нормальной температуре эквивалентных напряжений не должна превышать:

при расчете на несамоуравновешенные нагрузки (этап1)

s _eq£ 1,1[ s ^20] ; (5)

при расчете на несамоуравновешенные нагрузки и самокомпенсацию (этап 2)

s _eq£ 1,5[ s ^20] . (6)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДА НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТУ

1. Метод расчета на выносливость, установленный в настоящем Пособии, следует применять для трубопроводов из углеродистой и марганцовистой сталей при температуре стенки не более 400° С, а для трубопроводов из сталей других марок, перечисленных в табл. 2, - при температуре стенки до 450° С. При температуре стенки свыше 400° С в трубопроводах из углеродистой и марганцовистой сталей расчет на выносливость следует выполнять по ОСТ 108.031.09-85.

2. Расчет на выносливость является поверочным, и его следует выполнять после выбора основных размеров элементов.

3. В расчете на выносливость необходимо учитывать изменения нагрузки за весь период эксплуатации трубопровода. Напряжения следует определять для полного цикла изменения внутреннего давления и температуры транспортируемого вещества от минимального до максимального значений.

4. Внутренние силовые факторы в сечениях трубопровода от расчетных нагрузок и воздействий следует определять в пределах упругости методами строительной механики с учетом повышенной гибкости отводов и условий нагружения опор. Арматуру следует считать абсолютно жесткой.

5. Коэффициент поперечной деформации принимается равным 0,3. Значения температурного коэффициента линейного расширения и модуля упругости стали следует определять по справочным данным.

РАСЧЕТ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

6. Амплитуду эквивалентных напряжений в расчетных сечениях прямых труб и отводов с коэффициентом l ³ 1,0 следует определять по формуле

, (1)

где s _zMN и t вычисляются по формулам (1) и (2) прил. 1.

7. Амплитуду эквивалентного напряжения в отводе с коэффициентом l < 1,0 следует определять как максимальное значение из четырех, вычисленных по формулам:

(2)

Здесь коэффициент x следует принимать равным 0,69 при М_х> 0 и > 0,85, в остальных случаях - равным 1,0.

Коэффициенты g _m и b _m находятся соответственно по черт. 1,а,б, а знаки М_х и М_у определяются указанным на черт. 2 положительным направлением.

Величину M_eq следует вычислять по формуле

, (3)

где a_R - определяются в соответствии с п. 3.3. При отсутствии данных о технологии изготовления отводов допускается принимать a_R=1,6а.

8. Амплитуды эквивалентных напряжений в сечениях А-А и Б-Б тройника (черт. 3,б) следует вычислять по формуле

, (4)

где коэффициент x принимается равным 0,69 при s _zMN> 0 и s _zMN/s < 0,82, в остальных случаях - равным 1,0.

Величину s _zMN следует вычислять по формуле

, (5)

где b - угол наклона оси штуцера к плоскости xz (см. черт. 3,а).

Положительные направления изгибающих моментов показаны на черт. 3,а. Значение t следует определять по формуле (2) прил. 1.

9. Для тройника с D_e/d_{e £} 1,1 следует дополнительно определять в сечениях А-А, Б-Б и В-В (см. черт. 3,б) амплитуду эквивалентных напряжений по формуле

. (6)

Величину g _m следует определять по черт. 1,а.

Черт. 1. К определению коэффициентов g _m (а) и b _m (б)

при и

Черт. 2. Расчетная схема отвода

Черт. 3. Расчетная схема тройникового соединения

а - схема нагружения;

б - расчетные сечения

РАСЧЕТ ДОПУСКАЕМОЙ АМПЛИТУДЫ ЭКВИВАЛЕНТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

10. Выносливость трубопровода следует считать обеспеченной, если выполняется условие

s _{a,eq£ [ s а]} . (7)

11. Допускаемую амплитуду напряжений следует подсчитывать по формулам:

для трубопроводов из углеродистой и легированной неаустенитной сталей

; (8)

или трубопроводов из аустенитной стали

. (9)

12. Расчетное число полных циклов нагружения трубопровода следует определять по формуле

, (10)

где N_c0 - число полных циклов нагружения с амплитудами эквивалентных напряжений s _a,eq;

n_c - число ступеней амплитуд эквивалентных напряжений s _a,ei с числом циклов N_ci.

Предел выносливости s _а0 следует принимать равным 84/g для углеродистой, неаустенитной стали и 120/g - для аустенитной стали.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН

_At - температурный коэффициент;

A_p - площадь поперечного сечения трубы, мм²;

A_n, A_b - укрепляющие площади накладки и штуцера, мм²;

а, а₀, а_R - относительная овальность соответственно нормативная, добавочная, расчетная, %;

b_n - ширина накладки, мм;

b - ширина уплотнительной прокладки, мм;

С, С₁, С₂ - прибавки к толщине стенки, мм;

_Di, D_e - внутренний и наружный диаметры трубы, мм;

d - диаметр отверстия "в свету", мм;

d₀ - допускаемый диаметр неукрепленного отверстия, мм;

d_eq - эквивалентный диаметр отверстия при наличии радиусного перехода, мм;

E_t - модуль упругости при расчетной температуре, Мпа;

h_b, h_b1 - расчетная высота штуцера, мм;

h - высота выпуклой части заглушки, мм;

k_i - коэффициент увеличения напряжений в отводах;

L, l - расчетная длина элемента, мм;

М_x, М_y - изгибающие моменты в сечении, Н× мм;

M_eq - изгибающий момент от овальности, Н× мм;

N - осевое усилие от дополнительных нагрузок, Н;

N_c, N_cp - расчетное число полных циклов нагружения трубопровода соответственно внутреннего давления и дополнительных нагрузок, внутреннего давления от 0 до Р;

N_c0, N_cp0 - число полных циклов нагружения трубопровода соответственно внутреннего давления и дополнительных нагрузок, внутреннего давления от 0 до Р;

N_ci, N_cpi - число циклов нагружения трубопровода соответственно с амплитудой эквивалентного напряжения s _aei, с размахом колебания внутреннего давления D Р_i;

n_c - число уровней изменения нагрузок;

n_b, n_y, n_z - коэффициенты запаса соответственно по временному сопротивлению, по пределу текучести, по пределу длительной прочности;

Р, [ Р] , Р_у, D Р_i - внутреннее давление соответственно расчетное, допустимое, условное; размах колебаний i-го уровня, Мпа;

R - радиус кривизны осевой линии отвода, мм;

r - радиус скругления, мм;

R_b, R_0,2, , - временное сопротивление и условный предел текучести соответственно при расчетной температуре, при комнатной температуре, Мпа;

R_z - предел длительной прочности при расчетной температуре, Мпа;

Т - крутящий момент в сечении, Н× мм;

t - номинальная толщина в стенке элемента, мм;

t₀, t_0b - расчетные толщины стенок магистрали и штуцера при † j _w = 1,0, мм;

t_R, t_Ri - расчетные толщины стенок, мм;

t_d - расчетная температура, ° С;

W- момент сопротивления поперечного сечения при изгибе, мм³;

a , b , q - расчетные углы, град;

b _m, g _m - коэффициенты интенсификации продольных и кольцевых напряжений в отводе;

g - коэффициент надежности;

g ₁ - расчетный коэффициент для плоской заглушки;

D _min - минимальный расчетный размер сварного шва, мм;

l - коэффициент гибкости отвода;

x - коэффициент приведения;

S А - сумма укрепляющих площадей, мм²;

s - расчетное напряжение от внутреннего давления, приведенное к нормальной температуре, Мпа;

s _a,eq, s _aei - амплитуда эквивалентного напряжения, приведенная к нормальной температуре, соответственно полного цикла нагружения, i-й ступени нагружения, Мпа;

s _eq - эквивалентное напряжение, приведенное к нормальной температуре, Мпа;

s ₀=2s _а0 - предел выносливости при отнулевом цикле нагружения, Мпа;

s _zMN - осевое напряжение от дополнительных нагрузок, приведенное к нормальной температуре, Мпа;

[ s ] , [ s ^20] , [ s ] _d - допускаемое напряжение в элементах трубопровода соответственно при расчетной температуре, при нормальной температуре, при расчетной температуре для укрепляющих деталей, Мпа;

t - касательное напряжение в стенке, Мпа;

j , j _d, j _w - расчетные коэффициенты прочности соответственно элемента, элемента с отверстием, сварного шва;

j ₀ - коэффициент недогрузки элемента;

w - параметр внутреннего давления.