Межгосударственный стандарт ГОСТ 34233.5-2017 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1993-ст)

Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Calculation of shells and bottoms under Influence of support loads

МКС 71.120
75.200
Г02
ОКП 36 0000

Дата введения - 1 августа 2018 г.
Введен впервые

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 Разработан Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (АО "ВНИИНЕФТЕМАШ"); Закрытым акционерным обществом "ПЕТРОХИМ ИНЖИНИРИНГ" (ЗАО "ПХИ"); Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие ЦЕНТРХИММАШ" (ООО "НТП ЦЕНТРХИММАШ"); Акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" (АО "НИИХИММАШ")

2 Внесен Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 523 "Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа"

3 Принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 июля 2017 г. N 101-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Армения	AM	Минэкономразвития Республики Армения
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Россия	RU	Росстандарт
Украина	UA	Минэкономразвития Украины

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1993-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34233.5-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 августа 2018 г.

5 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов:

- ISO 16528-1:2007 "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 1. Требования к рабочим характеристикам" ("Boilers and pressure vessels - Part 1: Performance requirements", NEQ);

- ISO 16528-2:2007 "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 2. Процедуры выполнения требований ISO 16528-1" ("Boilers and pressure vessels - Part 2: Procedures for fulfilling the requirements of ISO 16528-1", NEQ)

6 Подготовлен на основе применения ГОСТ Р 52857.5-2007*

7 Введен впервые

------------------------------

* Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1993-ст ГОСТ Р 52857.5-2007 отменен с 1 августа 2018 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на сосуды и аппараты, применяемые в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, и устанавливает нормы и методы расчета на прочность и устойчивость сосудов и аппаратов, работающих в условиях статических* нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом, наружным давлением или без давления, от воздействия локальных нагрузок в местах крепления несущих ушек, опорных лап, седловых опор, опорных стоек и др.

------------------------------

* Если число циклов повторного статического нагружения и размах нагрузок превышают значения, при которых по ГОСТ 34233.6 не проводят расчет на малоцикловую прочность, необходимо дополнительно к расчету по настоящему стандарту провести проверку сосуда на малоцикловую прочность в местах крепления опор.

Нормы и методы расчета на прочность применимы при условии, что отклонение от геометрической формы и неточности изготовления рассчитываемых элементов сосудов не превышают допусков, установленных нормативными документами. Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ 34233.1 и ГОСТ 34233.2.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 34233.1-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ 34233.2-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ 34233.6-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ 34283-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность при ветровых, сейсмических и других внешних нагрузках

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

A₀ - длина опорной плиты седловой опоры в поперечном направлении горизонтального сосуда, мм;

А_б - площадь поперечного сечения фундаментного болта по внутреннему диаметру резьбы, мм²;

А_к - площадь поперечного сечения кольца жесткости, мм²;

А_оп - минимальная площадь горизонтального сечения седловой опоры, а также минимальная площадь поперечного сечения пластины опорной стойки, мм²;

А_ш - расчетная площадь углового сварного шва приварки опорного узла и/или подкладного листа. Определяется как произведение длины сварного шва на 0,7 высоты меньшего катета сварного шва, мм²;

A_s - площадь поперечного сечения седловой опоры с учетом подкладного листа и примыкающего участка обечайки аппарата общей длиной , мм²;

а - длина выступающей цилиндрической части сосуда, включая отбортовку днища, мм;

В₀ - расстояние между фундаментными болтами неподвижной седловой опоры в поперечном направлении горизонтального сосуда, мм;

b - ширина седловой опоры, мм;

b₀ - длина плиты основания опорной стойки, а также длина несущего ушка на рисунках 5 и 6, мм;

b₁ - длина несущего ушка в основании, мм;

b₂ - ширина подкладного листа, мм;

b₃ - длина подкладного листа, мм;

b₄ - ширина плиты основания опорной лапы, а также ширина кольца жесткости, мм;

b₅ - расстояние между ребрами опорной лапы, мм;

b_1max - максимальная длина ребра опоры, мм;

с - сумма всех прибавок к расчетной толщине стенки, мм;

D - внутренний диаметр цилиндрической обечайки или выпуклого днища, мм;

D_к - внутренний диаметр конической обечайки в сечении, соответствующем половине линии контакта опорного узла, мм;

D_p - расчетный диаметр, мм;

d - диаметр окружности фундаментных болтов, мм;

d₀ - диаметр окружности, вписанной в шестигранник гайки фундаментного болта, мм;

d₁ - диаметр окружности опорных стоек, мм;

d₂ - наружный диаметр опорной стойки, мм;

d₃ - диаметр подкладного листа, мм;

d₄ - диаметр опорной окружности (диаметр сечения, проходящего через середину линии контакта опоры с днищем), мм;

d_e - эффективный диаметр опорной стойки, мм;

Е - модуль упругости материала опоры, МПа;

е - длина свободно выступающей части эквивалентного сосуда, мм;

е₁ - расстояние между точкой приложения усилия и обечайкой или подкладным листом, мм;

е₂ - расстояние между осью отверстия и средней линией ушка, мм;

е₃ - расстояние между точкой приложения усилия и нейтральной осью кольца жесткости, мм;

е₄ - расстояние между стенкой сосуда и нейтральной осью кольца жесткости при пластическом изгибе, мм;

е_1э - эквивалентное плечо нагрузки, мм;

F - расчетная осевая растягивающая или сжимающая сила (сжимающая сила со знаком минус), действующая на полную площадь сечения обечайки в направлении оси цилиндрической или конической обечайки (без учета нагрузки, возникающей от внутреннего избыточного или наружного давления) в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, Н;

F₁ - расчетное усилие, действующее на несущее ушко, на опорную лапу или опорную стойку, Н;

F_i - расчетное усилие, действующее на i-ю седловую опору (i = 1, 2, ..., n/2, ..., n), Н;

F_s - распорная нагрузка, действующая в расчетном поперечном сечении седловой опоры вертикальной плоскостью, проходящей через ось аппарата, Н;

F_оп - расчетная нормальная сила, действующая по нормали к корпусу аппарата в месте приварки опорного узла, Н;

F_max - максимальная расчетная вертикальная сила, действующая на седловые опоры, Н;

F_min - минимальная расчетная вертикальная сила, действующая на седловые опоры, Н;

[F] - допускаемое осевое усилие из условия устойчивости, Н;

[F]₁ - допускаемое опорное усилие на несущее ушко, допускаемое вертикальное усилие на опорную лапу и опорную цилиндрическую стойку, а также допускаемое нормальное усилие на опорную пластинчатую стойку, Н;

[F]₂ - допускаемое опорное усилие на опору в продольном направлении, Н;

[F]₃ - допускаемое опорное усилие на седловую опору в окружном направлении, Н;

[F]_оп - допускаемое вертикальное сжимающее усилие, действующее на опору, Н;

[F]_E - допускаемое сжимающее усилие из условий устойчивости в пределах упругости, Н;

[F]_п - допускаемое сжимающее усилие из условий прочности, Н;

f_тр - коэффициент трения между опорой и основанием;

G - собственный вес с содержимым в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, Н;

g - расстояние между средними линиями ребер, мм;

Н - высота выпуклой части днища по внутренней поверхности без учета цилиндрической отбортовки, мм;

h - расстояние от центра тяжести опорной лапы, приваренной к стойке, до верхнего обреза фундамента, мм;

h₁ - высота опорной лапы, мм;

h_р - максимальная высота ребра, мм;

h_c - расстояние от оси горизонтального аппарата на седловых опорах до основания, мм;

J_оп - минимальный момент инерции горизонтального сечения седловой опоры, а также минимальный момент инерции пластины, мм⁴;

K₁-K₂₃ - коэффициенты;

K - скос ребра опорной пластинчатой стойки, мм;

k₁, k₂ - коэффициенты;

L - длина цилиндрической части сосуда, включая длину цилиндрической отбортовки днища, мм;

l - длина линии контакта опоры с днищем, мм;

l₁ - длина опорной лапы (см. рисунок 7), а также расстояние между седловыми опорами для сосуда, опирающегося симметрично на три и более опоры (см. рисунок 10б); мм;

l_р - длина поперечного сечения ребра седловой опоры, мм;

l_е - эффективная несущая длина стенки сосуда, мм;

l_i - расстояние между двумя соседними седловыми опорами, мм;

М - расчетный изгибающий момент, действующий на обечайку в сечении, где расположены опорные узлы, в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, ;

М₀ - расчетный изгибающий момент, действующий на консольную часть обечайки, ;

М_сх - изгибающий момент, действующий на нижнюю часть седловой опоры, ;

M_i - расчетный изгибающий момент над i-й седловой опорой (i = 1, 2, ..., n/2, ..., n), ;

M_ij - расчетный изгибающий момент между i-й и j-й опорами (i = 1, 2, ..., n/2, ..., n; j = i + 1, ..., n - 1), ;

М_оп - расчетный изгибающий момент относительно оси, перпендикулярной к нормали к корпусу аппарата в месте приварки опорного узла, ;

[М] - допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости, ;

[М]₁ - допускаемый изгибающий момент для опорной стойки, ;

[М_т] - допускаемый изгибающий момент для кольца жесткости, ;

N - дополнительная горизонтальная сила, направленная вдоль оси аппарата, например сила при сейсмическом воздействии или нагрузка, возникающая при монтаже-демонтаже трубного пучка кожухотрубчатого теплообменного аппарата с плавающей головкой или U-образными трубами, Н;

n - количество опор;

n_б - количество анкерных или фундаментных болтов в каждой опоре;

n_y - коэффициент запаса устойчивости [см. ГОСТ 34233.1 (раздел 9)];

р - расчетное внутреннее избыточное или наружное давление (наружное давление со знаком минус) в условиях эксплуатации или испытания, МПа;

[р] - допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление, МПа;

Q - расчетная поперечная сила, действующая на полную площадь сечения обечайки в направлении, перпендикулярном к оси цилиндрической или конической обечайки (без учета нагрузки, возникающей от внутреннего избыточного или наружного давления), в условиях монтажа, эксплуатации или испытания, Н;

Q₁ - горизонтальное усилие, действующее в основании опорной лапы или в основании стойки, в случае приварки к ней опорной лапы, Н;

Q_н - действующая на опору расчетная горизонтальная перерезывающая сила, перпендикулярная к оси аппарата, вызванная ветровой, сейсмической и/или другими внешними нагрузками, Н. В случае аппаратов на седловых опорах сила Q_н приложена в точке пересечения плоскости опоры с осью аппарата;

Q_оп - расчетная сдвигающая сила, действующая в плоскости, перпендикулярной к нормали к корпусу аппарата в месте приварки опорного узла, Н;

Q_i - максимальная поперечная сила, действующая в сечении над i-й седловой опорой (i = 1, 2, ..., n/2, ..., n), Н;

[Q] - допускаемое поперечное усилие, Н;

q - распределенная весовая нагрузка для балки, Н/мм;

R - радиус сферической обечайки или сферического сегмента торосферического днища, мм;

r - радиус нейтрального волокна кольца жесткости (см. рисунки 3 и 9), мм;

r_m - радиус кривизны срединной поверхности днища у опорной окружности, мм;

s - исполнительная толщина стенки обечайки, мм;

s₁ - исполнительная толщина стенки выпуклого днища, мм;

s₂ - исполнительная толщина подкладного листа, мм;

s₃ - толщина ребра седловой опоры, мм;

s₄ - толщина полки кольца жесткости, перпендикулярной к стенке сосуда, мм;

s₅ - толщина полки кольца жесткости, параллельной стенке сосуда, мм;

s₆ - толщина нижней полки опорной лапы, мм;

s₇ - толщина вертикального ребра опорной лапы, мм;

s_e - эффективная толщина обечайки с кольцом жесткости, мм;

s_ef - эффективная толщина обечайки с подкладным листом, мм;

t - ширина участка кольца жесткости в месте приварки к стенке обечайки, мм;

W₁ - момент упругого сопротивления кольца жесткости при изгибе, мм³;

W_к - момент упругого сопротивления кольца жесткости при кручении, мм³;

W_оп - минимальный момент сопротивления горизонтального сечения седловой опоры, мм³;

W_п - пластический момент сопротивления площади поперечного сечения кольца жесткости с включением прилегающей к нему части обечайки, мм³;

W_ш - момент сопротивления сечения сварного шва (рассчитывается для сечения, форма и размеры которого совпадают с формой и размерами периметра сварного шва, а ширина равна 0,7 высоты меньшего катета сварного шва), мм³;

W_s - момент сопротивления поперечного сечения седловой опоры вертикальной плоскостью, проходящей через ось аппарата, с учетом подкладного листа и примыкающего участка обечайки аппарата общей длиной , мм³;

х - расстояние между осью эллиптического днища и серединой опорного узла, мм, а также параметр для определения коэффициентов K₅, K₇ и K₈;

- угол между направлением усилия и нормалью к стенке обечайки, град;

- угол наклона меридиональной касательной у опорной окружности, град;

- угол между осью опорной стойки и вертикалью, град;

- угол охвата седловой опоры, град;

- угол охвата сосуда подкладным листом, град;

- коэффициент прочности сварных швов обечайки, расположенных в области опорного узла;

- коэффициент прочности сварных швов приварки опорного узла к подкладному листу или корпусу аппарата и подкладного листа к корпусу;

- коэффициент, представляющий отношение местных мембранных напряжений к местным напряжениям изгиба;

- коэффициент, учитывающий степень нагрузки общими мембранными напряжениями;

- эквивалентное напряжение в фундаментном болте, МПа;

- напряжение изгиба в седловой опоре, МПа;

- напряжение сжатия в седловой опоре, МПа;

- расчетное нормальное напряжение в сварном шве, МПа;

- напряжение растяжения в фундаментном болте, МПа;

- общие мембранные напряжения, МПа;

- общие мембранные меридиональные напряжения, МПа;

- общие мембранные кольцевые напряжения, МПа;

[] - допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;

[]_б - допускаемое напряжение для фундаментного или анкерного болта, МПа;

[]_к - допускаемое напряжение для материала кольца жесткости, МПа;

[] - предельное напряжение изгиба, МПа;

[]_оп - допускаемое напряжение для материала опорного узла, МПа;

- среднее расчетное напряжение сдвига в сварном шве, МПа;

- напряжение сдвига в фундаментном болте, МПа;

- коэффициент.

4 Общие положения

4.1 Принцип расчета

При расчете сосудов и аппаратов на прочность в местах крепления опорных узлов проверке подлежат прочность корпуса в месте крепления опорных узлов и прочность сварных швов приварки опорных узлов к корпусу.

Расчетные нагрузки, действующие на сосуд или аппарат в местах крепления опорных узлов, определяют в соответствии с настоящим стандартом и ГОСТ 34233.1.

Для обечайки, нагруженной опорными реакциями в местах крепления несущих ушек, опорных лап или седловых опор, определяют местные допускаемые усилия [F]₁, [F]₂, [F]₃. В основу расчета оболочек, нагруженных локальными усилиями, положено предельное напряжение изгиба, определяемое из условия достижения предельного состояния условной балки-полоски прямоугольного сечения, имеющей единичную ширину и вырезаемой из оболочки двумя параллельными сечениями. Методика определения предельного напряжения изгиба приведена в 4.2.

Для днищ, установленных на опорные стойки, используют решение по определению предельной нагрузки этого узла.

Методики расчета на прочность корпуса в месте крепления несущих ушек, опорных лап, седловых опор, опорных стоек приведены в разделах 5-9.

Методика расчета на прочность сварных швов приварки опорных узлов к корпусу приведена в разделе 10.

Если отношение толщины стенки к расчетному диаметру или другие соотношения размеров элемента сосуда выходят за пределы границ применения расчетных формул, установленных в разделах 5-9, допускается использовать для определения напряженно-деформированного состояния корпуса в месте крепления опорных узлов численные или другие специальные методы расчета. При этом оценку прочности обечаек в местах крепления несущих ушек, опорных лап и седловых опор проводят, исходя из предельного напряжения изгиба или достижения предельного состояния описанной выше условной балки-полоски прямоугольного сечения, имеющей единичную ширину и вырезаемой из оболочки двумя параллельными сечениями.

4.2 Предельное напряжение изгиба

Предельное напряжение изгиба в месте крепления опор вычисляют по формуле, которая ограничивает местные напряжения изгиба в зависимости от местных мембранных напряжений и степени нагрузки общими мембранными напряжениями

,

(1)

где ;

;

[] - допускаемое напряжение элемента сосуда или аппарата, к которому крепится опора, определяемое по ГОСТ 34233.1 для рабочих условий и для условий испытания и монтажа.

Коэффициент , представляющий отношение местных мембранных напряжений к местным изгибным напряжениям в местах крепления опорных устройств, приведен в 5.4.4, 6.4.4, 6.4.8, 7.1.7.3.

Коэффициент вычисляют по формуле

.

(2)

При  < 0 принимают  = ||, а знак коэффициента меняют на обратный.

Если расстояние между опорным узлом и ближайшим сварным швом более , то принимают равным 1. Общие мембранные напряжения определяют в соответствии с 4.3, 5.4.4, 5.4.5, 6.4.4, 6.4.8, 7.1.7.2.

4.3 Общие мембранные напряжения

4.3.1 Общее мембранное меридиональное напряжение в цилиндрической обечайке вычисляют по формуле

.

(3)

4.3.2 Общее мембранное меридиональное напряжение в конической обечайке вычисляют по формуле

.

(4)

4.3.3 Общее мембранное кольцевое напряжение в цилиндрической и конической обечайках вычисляют по формуле

.

(5)

4.3.4 Общее мембранное напряжение в сферической обечайке, сферическом сегменте торосферического днища и эллиптическом днище вычисляют по формуле

.

(6)

4.3.5 Расчетный диаметр D_p вычисляют по формулам:

- для цилиндрической обечайки

D_p = D;

(7)

- для конической обечайки

;

(8)

- для сферической обечайки и сферического сегмента торосферических днищ

D_p = R;

(9)

- для эллиптического днища

;

(10)

- для эллиптического днища с H/D = 0,25

.

(11)

5 Несущие ушки

5.1 Расчетные модели

Основные размеры несущих ушек приведены на рисунках 1-4, причем несущие ушки применяются как с подкладным листом, так и без него.

5.2 Условия применения расчетных формул

5.2.1 Формулы применяют, когда (s - c)/D_p  0,05.

При наличии подкладного листа формулы применяют, когда b₃  1,5b₁, s₂  s.

5.2.2 Нагрузка F₁ действует в плоскости несущего ушка.

5.2.3 К торосферическим днищам несущее ушко должно быть приварено в области сферического сегмента, к эллиптическим днищам - в области 0  х  0,4D.

5.2.4 При определении нагрузки F₁ для сосудов и аппаратов с несущими ушками ветровые и сейсмические воздействия не учитывают.

Рисунок 1 - Несущее ушко с подкладным кольцом, приваренное в меридиональном направлении цилиндрической обечайки, не укрепленной кольцом жесткости

Рисунок 2 - Несущее ушко с подкладным кольцом, приваренное в окружном направлении к цилиндрической обечайке, не укрепленной кольцом жесткости

а - в окружном направлении	б - в продольном направлении

Рисунок 3 - Несущее ушко, приваренное к укрепленной кольцом жесткости цилиндрической обечайке

Рисунок 4 - Примеры применения несущих ушек

5.3 Расчет усилия

Нагрузку F₁, действующую на несущее ушко, определяют по специальным методам расчета.

Для симметричного сосуда, закрепленного на двух симметрично расположенных несущих ушках, нагрузку на несущее ушко вычисляют по формуле

.

(12)

5.4 Проверка несущей способности обечайки, не подкрепленной элементами жесткости

5.4.1 Несущая способность обечайки в месте приварки несущего ушка без подкладного листа должна удовлетворять условию

.

(13)

5.4.2 Несущая способность обечайки в месте приварки несущего ушка с подкладным листом должна удовлетворять условию

.

(14)

5.4.3 Коэффициенты K₃ и К₄ определяют по графикам, приведенным на рисунках 5 и 6, в качестве длины несущего ушка в месте приварки к обечайке b₀ принимают:

.

Рисунок 5 - Коэффициент K₃

Рисунок 6 - Коэффициент K₄

Коэффициент K₅ вычисляют по формулам:

- для несущих ушек, приваренных в продольном направлении K5 = min {exp (1,0882 - 1,4216x + 0,26544In z + 1,11In x) + 1; 2,0};		(15)
- для несущих ушек, приваренных в окружном направлении K5 = min {ехр (1,0848 - 2,0892х + 0,32775In z + 1,09In х) + 1; 1,8},

где параметры ; .

5.4.4 При определении [] по формуле (1) коэффициент K₁ вычисляют со следующими значениями и :

- для несущих ушек цилиндрических и конических обечаек, приваренных в продольном направлении, принимают равным 0,2; вычисляют по формуле (2), , равное , вычисляют по формуле (5);

- для несущих ушек цилиндрических и конических обечаек, приваренных в окружном направлении, принимают равным 0,3; вычисляют по формуле (2), , равное , вычисляют по формуле (3) или (4) соответственно.

5.4.5 Для несущих ушек, приваренных к выпуклым днищам, расчет следует проводить отдельно для несущего ушка, приваренного вдоль обечайки, и для несущего ушка, приваренного в окружном направлении обечайки, вычисляя в обоих случаях по формуле (6). Решающим будет меньшее значение [F]₁.

5.4.6 Для условий монтажа при отсутствии общих мембранных напряжений предельное напряжение изгиба принимают:

- для несущих ушек, приваренных к цилиндрическим и коническим обечайкам в продольном направлении [] = 2,09[];		(16)
- для несущих ушек, приваренных к выпуклым днищам или к цилиндрическим и коническим обечайкам в окружном направлении [] = 2,09[].

5.5 Проверка несущей способности цилиндрической обечайки, подкрепленной кольцом жесткости, расположенным непосредственно под несущим ушком

5.5.1 При расчете r, е₃, W₁ и W_к учитывают эффективную несущую длину l_е обечайки, вычисляемую по формуле

.

(17)

5.5.2 Несущая способность должна удовлетворять условию

.

(18)

Коэффициент K₆ вычисляют по формулам:

- для несущих ушек, приваренных к цилиндрическим и коническим обечайкам в продольном направлении ;		(19)
- для несущих ушек, приваренных к выпуклым днищам или к цилиндрическим и коническим обечайкам в окружном направлении .

Если []_к > [], то вместо []_к подставляют [].

6 Опорные лапы

6.1 Расчетные модели опорных лап

6.1.1 Основные размеры опорных лап приведены на рисунке 7, причем опорные лапы применяют как с подкладным листом, так и без него.

Рисунок 7 - Основные типы опорных лап

6.1.2 Сосуды и аппараты с опорными лапами устанавливают либо на специальные строительные металлоконструкции, либо на межэтажные перекрытия.

6.2 Условия применения расчетных формул

6.2.1 Опорные лапы присоединены к цилиндрическим или коническим обечайкам. Направление действия усилия принимают параллельно оси обечайки.

6.2.2 Расчетные формулы применяют при условиях:

,

,

,

,

,

,

,

.

6.3 Расчет усилий

6.3.1 Вертикальное усилие, действующее на опорную лапу, вычисляют по формуле

.

(20)

Если неизвестно точное значение расстояния между точкой приложения усилия и обечайкой или подкладным листом, то е₁ принимают равным 5/6/l₁.

6.3.2 При наличии внешнего изгибающего момента М допускается устанавливать аппарат на две опорные лапы при условии, что момент действует в плоскости опор.

6.3.3 При n, равном 4, обеспечивающем равномерное распределение нагрузки между всеми опорными лапами (точный монтаж, установка прокладок, подливка бетона и т.д.), вертикальное усилие вычисляют по формуле

.

(21)

6.3.4 Если необходимое число опорных лап превышает 4, рекомендуется применять кольцевую опору.

6.3.5 Горизонтальное усилие, действующее в основании опорной лапы или в основании стойки, в случае приварки к ней опорной лапы вычисляют по формуле

.

(22)

6.3.6 Эквивалентное плечо нагрузки е_1э в случае приварки опорной лапы к стойке вычисляют по формуле

.

(23)

6.4 Проверка несущей способности обечайки

6.4.1 Несущая способность обечайки в месте приварки опорной лапы без подкладного листа должна удовлетворять условию

.

(24)

6.4.2 При значение [F]₁, полученное по формуле (24), необходимо умножить на .

6.4.3 Коэффициент K₇ вычисляют по формулам:

- для конструкции опорной лапы типов А и С (см. рисунок 7)

;

(25)

- для конструкции опорной лапы типа В (см. рисунок 7)

;

(26)

- для конструкции опорной лапы типа D (см. рисунок 7)

,

(27)

где .

6.4.4 Предельное напряжение изгиба [] вычисляют по формуле (1).

При этом K₁ вычисляют при , равном 0,3, - по формуле (2), где , равное - по формуле (5) для конструкций опорных лап типов А, В и С и , равное , - по формуле (3) или (4) для конструкции опорных лап типа D.

6.4.5 Несущая способность обечайки в месте приварки опорной лапы с подкладным листом должна удовлетворять условию

.

(28)

6.4.6 При b₂/b₃ < 0,6 значение [F]₁, полученное по формуле (28), необходимо умножить на (0,4 + b₂/b₃).

6.4.7 Коэффициент K₈ вычисляют по формуле

,

(29)

где ; ; .

6.4.8 Предельное напряжение изгиба [] вычисляют по формуле (1).

При этом K₁ вычисляют при , равном 0,4; вычисляют по формуле (2), где , равное , согласно формуле (5).

7 Седловые опоры

7.1 Расчетные модели

7.1.1 Расчетные модели сосудов на седловых опорах приведены на рисунках 8 и 9.

а - сосуд, опирающийся симметрично на две седловые опоры	б - сосуд, опирающийся симметрично на три или более опоры
в - сосуд, опирающийся несимметрично

Рисунок 8 - Схемы расположения седловых опор для сосудов аппаратов

а - цилиндрическая обечайка, не подкрепленная элементами жесткости

б - цилиндрическая обечайка, подкрепленная кольцами жесткости

Рисунок 9 - Расчетная схема седловой опоры

7.1.2 Условия применения расчетных формул

Расчетные формулы применимы при выполнении условий:

,

,

,

,

.

7.1.3 Расчетная схема определения усилий

В качестве основной расчетной схемы для определения опорных усилий, моментов и поперечных усилий принимают балку переменного кольцевого сечения, шарнирно опертую в местах расположения опор и нагруженную в общем случае распределенными и сосредоточенными усилиями в зависимости от конструкции сосуда. Расчетные усилия и моменты определяют методами строительной механики.

На рисунке 10 представлены возможные расчетные схемы для цилиндрического сосуда постоянного сечения с эллиптическими днищами, симметрично опертого на две, три и более опоры.

а - однопролетная балка

б - многопролетная балка

Рисунок 10 - Расчетные схемы эквивалентного сосуда для определения усилий

Если применяются симметрично расположенные опоры, то нагрузку от массы сосуда и его содержимого принимают распределенной равномерно, даже если одна опора даст большую осадку, чем другая.

Весовые нагрузки для приведенной на рисунке 10а балки вычисляют по формулам:

;

(30)

.

(31)

Примечание - При определении М₀ допускается учитывать только вес жидкости в сосуде без учета собственной массы сосуда.

7.1.4 Определение реакции опор

Опорное вертикальное усилие F_i в общем случае определяется методами технической механики и учитывает суммарную массу сосуда и его содержимого.

Для симметричных схем расположения опор, приведенных на рисунке 10а, опорное вертикальное усилие без учета дополнительных внешних сил определяют по формуле

.

(32)

7.1.5 Изгибающие моменты и поперечные усилия

Изгибающие моменты следует вычислять в сечениях обечайки над опорами M_i и между опорами М_ij в сечениях, где они имеют наибольшие значения.

Поперечные усилия следует вычислять в сечениях обечайки над опорами Q_i.

В общем случае изгибающие моменты и поперечные усилия определяют методами строительной механики. Если опоры расположены несимметрично (см. рисунок 8с), то поперечные усилия Q_i следует определять в сечениях обечайки над опорами по эпюре поперечных усилий с обеих сторон от опоры и выбирать наибольшие.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "рисунок 8в"

7.1.5.1 Для схемы балки, приведенной на рисунке 10а:

- опорное усилие вычисляют по формуле

;

(33)

- изгибающий момент над опорами вычисляют по формуле

;

(34)

- максимальный изгибающий момент между опорами вычисляют по формуле

;

(35)

- поперечное усилие в сечении оболочки над опорой вычисляют по формуле

.

(36)

7.1.5.2 Для схемы, приведенной на рисунке 10б:

- изгибающие моменты М₁ и М_n над 1-й и n-й опорами вычисляют по формуле

;

(37)

- изгибающий момент M_i над опорами (i = 2, 3, ..., n - 1) вычисляют по формуле

;

(38)

- поперечное усилие в сечении оболочки над опорами вычисляют по формуле

.

(39)

Максимальный момент М_ij между опорами для схемы расположения опор, представленной на рисунке 10б, определять не требуется.

7.1.6 Проверка несущей способности обечайки в сечении между опорами

Несущую способность обечайки в сечении между опорами [см. точку (1) рисунок 8а] следует проверять при условии

.

(40)

7.1.6.1 Сосуды, работающие под внутренним избыточным давлением, и сосуды без давления

Условие прочности:

,

(41)

где M_ij - изгибающий момент, вычисляемый по 7.1.5;

K₉ - коэффициент, учитывающий частичное заполнение жидкостью, вычисляют по формуле

,

(42)

где ; .

Если расстояние между расчетным сечением и ближайшим кольцевым сварным швом более , то в формуле (41) принимают равным 1.

Условие устойчивости:

.

(43)

7.1.6.2 Сосуды, работающие под наружным давлением

Условие устойчивости:

,

(44)

где [М] - допускаемый изгибающий момент;

[р] - допускаемое наружное давление.

В случае обечайки, укрепленной кольцами жесткости, допускаемое наружное давление определяют в области между двумя соседними кольцами жесткости.

7.1.7 Проверка несущей способности обечайки, не укрепленной кольцами жесткости в области опорного узла

Несущую способность обечайки следует проверять у краев опорного узла, где возникают наибольшие местные напряжения:

- в меридиональном направлении в нижней точке опирания [см. точку (2) рисунок 9а];

- в окружном направлении у гребней седловой опоры [см. точку (3) рисунок 9а].

При симметричном расположении опор проверку проводят только в области неподвижной опоры.

Для несимметричного опирания сосуда проверку проводят в области всех опорных узлов.

7.1.7.1 Вспомогательные параметры и коэффициенты

Параметр, определяемый расстоянием от середины опоры до днища, вычисляют по формуле

.

(45)

Параметр, определяемый шириной пояса опоры, вычисляют по формуле

.

(46)

Коэффициенты, учитывающие влияние ширины пояса опоры, вычисляют по формулам:

;

(47)

.

(48)

Коэффициенты, учитывающие влияние угла охвата, вычисляют по формулам:

;

(49)

;

(50)

.

(51)

Коэффициенты, учитывающие влияние расстояния от середины опоры до днища и угла охвата, вычисляют по формулам:

;

(52)

.

(53)

Коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры и угла охвата, вычисляют по формуле

.

(54)

При вычислении коэффициентов K₁₂-K₁₇ размерность угла в формулах (49)-(54) принимают в радианах.

7.1.7.2 Общее мембранное меридиональное напряжение

Общее мембранное меридиональное напряжение изгиба от весовых нагрузок, действующее в области опорного узла, вычисляют по формуле

,

(55)

где М_i - изгибающий момент, вычисляемый по 7.1.5.

7.1.7.3 Цилиндрическая обечайка без подкладных листов в месте опоры

Условие прочности:

,

(56)

где [F]₂ - допускаемое опорное усилие от нагружения в меридиональном направлении [точка (2) рисунок 9а], вычисляемое по формуле

,

(57)

[F]₃ - допускаемое опорное усилие от нагружения в окружном направлении [точка (3) рисунок 9а], вычисляемое по формуле

,

(58)

где []₂, []₃ - предельные напряжения изгиба [] в меридиональном [точка (2) рисунок 9а] и окружном [точка (3) рисунок 9а] направлениях соответственно, вычисляемые по формуле (1).

Коэффициенты и для вычисления коэффициента K₁ приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Коэффициенты и

Направление изгиба
Меридиональное в точке (2) (см. рисунок 9а)
Окружное в точке (3) (см. рисунок 9а)		0

Для принимают одно из значений или , для которго предельное напряжение изгиба будет наименьшим. Коэффициент K₂ вычисляют так же, как в формуле (1).

Напряжение вычисляют по формуле (55).

Проверку устойчивости проводят по формуле

,

(59)

где p - расчетное наружное давление (для сосудов, работающих под внутренним избыточным давлением, принимают р равным 0);

[р] - допускаемое наружное давление (для обечайки, укрепленной кольцами жесткости, допускаемое наружное давление определяют в области между двумя соседними кольцами жесткости);

F_e - эффективное осевое усилие от местных мембранных напряжений, действующих в области опоры, вычисляемое по формуле

.

(60)

7.1.7.4 Цилиндрическая обечайка с подкладными листами в месте опоры

Проверку прочности и устойчивости стенки сосуда проводят по 7.1.7.3, принимая следующие положения:

- подкладной лист рассматривают как седловую опору шириной b₂ с углом охвата ;

- во всех формулах вместо b следует принимать b₂, вместо следует принимать , толщину подкладного листа не учитывают;

- подкладной лист рассматривают как усиление стенки сосуда, во всех формулах вместо (s - с) следует подставлять s_ef, вычисляемую по формуле

.

(61)

7.1.8 Проверка несущей способности обечайки с кольцом жесткости в области опорного узла

7.1.8.1 Проверка прочности и устойчивости стенки сосуда:

а) сосуды, работающие под внутренним избыточным давлением, проверяют:

- по условию прочности

,

(62)

где M_i - изгибающий момент по 7.1.5;

- по условию устойчивости следует проверять по формуле (59), принимая р и F_e равными 0;

б) сосуды, работающие под наружным давлением, проверяют по условию устойчивости по формуле (59), принимая F_e равным 0.

7.1.8.2 Кольцо жесткости должно удовлетворять условию прочности

,

(63)

где K₁₈ - коэффициент, приведенный в таблице 2.

Таблица 2 - Значение коэффициента K₁₈

Значение для угла охвата	Значение коэффициента K18 для угла охвата
60°	14	-
90°	21	20
120°	33	28
150°	56	50
180°	103	-

Значения [М_т], е₄ определяют по таблице 3 (е₄ > 0 во всех случаях).

При этом параметры s_e и l_е вычисляют по формулам:

,

(64)

.

(65)

Знак "+" в формуле (63) принимают для колец, расположенных снаружи сосуда, знак "-" - для колец, расположенных внутри сосуда.

В случае применения профиля, не представленного в таблице 3, [М_т] следует вычислять по формуле

,

(66)

где W_p - пластический момент сопротивления площади поперечного сечения профиля, включая площадь . Нейтральная ось (для определения е₄) разделяет площадь поперечного сечения профиля на две равные части.

Таблица 3 - Определение величин [М_т], е₄ в зависимости от сечения кольца

Сечение кольца	e4	[Mт]

8 Опорные стойки цилиндрические

8.1 Расчетные модели опорных цилиндрических стоек

Основные размеры цилиндрических опорных стоек приведены на рисунке 11.

а - вертикальная стойка	б - наклонная стойка

Рисунок 11 - Цилиндрические опорные стойки

8.2 Условия применения расчетных формул

8.2.1 Метод расчета днищ, установленных на наклонных опорных стойках, применяют, если их взаимное перемещение исключено.

8.2.2 Метод расчета применяют только для сосудов и аппаратов, работающих под внутренним избыточным давлением.

8.2.3 Формулы применяют при соблюдении условия b₃  1,6b₂.

8.2.4 К торосферическим днищам опорные стойки должны быть присоединены в области сферического сегмента, а к эллиптическим днищам - в области 0 < х < 0,4D.

8.3 Расчет усилия

8.3.1 Вертикальное усилие на опорную стойку вычисляют по формуле

.

(67)

8.3.2 При n, равном 4, в случае обеспечения равномерного распределения нагрузки между всеми опорными стойками (точный монтаж, установка прокладок, подливка бетона и т.д.), усилие вычисляют по формуле

.

(68)

8.3.3 Действие момента М допускается только в том случае, если опорные стойки связаны между собой жесткой рамой, препятствующей взаимному перемещению стоек.

При этом следует выполнить условие:

.

(69)

8.4 Проверка несущей способности выпуклого днища

8.4.1 Несущая способность выпуклого днища должна удовлетворять условиям

,

(70)

,

(71)

где [F]₁ - допускаемое осевое усилие, вычисляемое по формуле (72);

[р] - допускаемое внутреннее избыточное давление в центральной зоне выпуклого днища по ГОСТ 34233.2;

d_e равно d₂ для опорных стоек без подкладного листа.

8.4.2 Допускаемое осевое усилие вычисляют по формуле

.

(72)

8.4.3 Радиус кривизны срединной поверхности днища у опорной окружности r_m и угол наклона меридиональной касательной у опорной окружности определяют согласно таблице 4.

Таблица 4 - Определение значений r_m и

Форма днища	Эллиптическое днище (H = 0,25D)	Торосферическое днище типа
		А	В	С
rm		D	0,9D	0,8D
sin

9 Опорные пластинчатые стойки

9.1 Расчет эллиптического днища в месте крепления опорной стойки

9.1.1 Расчетная схема

Основные размеры опорных пластинчатых стоек приведены на рисунке 12.

Рисунок 12 - Опорная стойка на эллиптическом днище

9.2 Условия применения расчетных формул

9.2.1 Метод расчета применяют только для эллиптических днищ, работающих под внутренним избыточным давлением.

9.2.2 Формулы применяют при соблюдении условий для эллиптических днищ:

,

,

,

,

,

.

9.3 Расчетные усилия

9.3.1 Вертикальное усилие на опорную стойку вычисляют по формуле

.

(73)

9.3.2 При n, равном 4, обеспечивающем равномерное распределение нагрузки между всеми опорными стойками (точный монтаж, установка прокладок, подливка бетона и т.д.), усилие вычисляют по формуле

.

(74)

9.3.3 Изгибающий момент, передаваемый опорой на днище, вычисляют по формуле

.

(75)

9.4 Проверка несущей способности эллиптического днища

9.4.1 Несущую способность днища в месте приварки опорной лапы следует проверять по формуле

,

(76)

где [р] допускаемое внутреннее избыточное давление в центральной зоне выпуклого днища по ГОСТ 34233.2, угол - согласно таблице 4.

9.4.2 Допускаемое нормальное усилие, действующее по нормали к неподкрепленному эллиптическому днищу, вычисляют по формуле

,

(77)

где d₄ - диаметр сечения, проходящего через середину линии контакта опоры с днищем, вычисляют по формуле

.

(78)

9.4.3 Допускаемый изгибающий момент для неподкрепленного эллиптического днища вычисляют по формуле

.

(79)

9.4.4 Коэффициенты K₂₀ и K₂₁ определяют по графикам, приведенным на рисунках 13 и 14 соответственно, в зависимости от относительной толщины днища (s₁ - с)/D и относительной длины линии контакта опоры с днищем l/D.

Рисунок 13 - Коэффициент K20	Рисунок 14 - Коэффициент K21

9.4.5 Длину линии контакта опоры с днищем вычисляют по формуле

.

(80)

9.4.6 Допускаемое нормальное усилие, действующее по нормали к подкрепленному подкладным листом эллиптическому днищу, вычисляют по формуле

.

(81)

9.4.7 Допускаемый изгибающий момент для подкрепленного подкладным листом эллиптического днища вычисляют по формуле

.

(82)

9.4.8 Коэффициенты K₂₂ и K₂₃ определяют по графикам, приведенным на рисунках 15 и 16 соответственно.

Рисунок 15 - Коэффициент K₂₂

Рисунок 16 - Коэффициент K₂₃

10 Расчет на прочность сварных швов приварки опорных узлов к корпусу сосуда

Расчету на прочность подлежат угловые сварные швы приварки опорного узла к корпусу или подкладному листу и швы приварки подкладного листа к корпусу сосуда или аппарата.

Расчетную нормальную силу F_оп, расчетную сдвигающую силу Q_оп и расчетный изгибающий момент М_оп определяют по правилам механики, руководствуясь результатами расчета нагрузок на элементы опорного узла, приведенными в разделах 5-9 и в ГОСТ 34283.

Расчетное нормальное напряжение в сварном шве рассчитывают по формуле

.

(83)

Если расчетное нормальное напряжение в сварном шве является напряжением сжатия ( < 0), его не учитывают при расчете прочности сварного шва. Среднее расчетное напряжение сдвига в сварном шве вычисляют по формуле

.

(84)

Если на сварной шов одновременно действуют моменты и/или сдвигающие силы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, результирующие значения нормальных напряжений и напряжений сдвига определяют по правилам механики.

Условие прочности угловых сварных швов приварки опорного узла к корпусу или подкладному листу и швов приварки подкладного листа к корпусу сосуда или аппарата:

.

(85)

Для угловых сварных швов коэффициент прочности принят равным 0,65.