ГОСТ 30780-2002 Сосуды и аппараты стальные. Компенсаторы сильфонные и линзовые. Методы расчета на прочность

ГОСТ 30780-2002

Сосуды и аппараты стальные

КОМПЕНСАТОРЫ СИЛЬФОННЫЕ
И ЛИНЗОВЫЕ

Методы расчета на прочность

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

Минск

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее»» Российской Федерации

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 21 от 30 мая 2002 г.)

За принятие проголосовали

3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 16 сентября 2002 г. № 332-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30780-2002 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2003 г.

4 ВЗАМЕН СТ СЭВ 4351-83

СОДЕРЖАНИЕ

ГОСТ 30780-2002

Сосуды и аппараты стальные

КОМПЕНСАТОРЫ СИЛЬФОННЫЕ И ЛИНЗОВЫЕ

Методы расчета на прочность

Дата введения 2003-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на однослойные сильфонные и линзовые компенсаторы (далее - компенсаторы) с параллельными или наклонными (до 8°) пластинчатыми участками волны, которые используют в сосудах и аппаратах химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, нагруженные внутренним или наружным избыточным давлением, а также нагрузкой от осевых перемещений, и устанавливает методы расчета на прочность, жесткость и малоцикловую прочность.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ 25859-83 Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках

3 Обозначения

В настоящем стандарте применяют следующие обозначения:

d - расчетный диаметр впадины волны компенсатора, мм (рисунок 1);

h - высота волны компенсатора, мм (рисунок 1);

r - радиус тороидального перехода в верхней и нижней части компенсатора, мм (рисунок 1);

s - исполнительная толщина стенки компенсатора, мм (рисунок 1);

t - присоединительная длина цилиндрической части компенсатора, мм (рисунок 2);

с - сумма прибавок к расчетной толщине, мм;

[s] - допускаемое напряжение, определяемое по ГОСТ 14249, МПа;

Р - внутреннее или внешнее давление, МПа;

s_V(P) - максимальное эквивалентное напряжение при действии внутреннего (наружного) давления, МПа;

R_(P) - расчетные значения коэффициентов для определения напряжений при нагружении давлением Р = 0,1 МПа;

s_V(W) - максимальное растягивающее (сжимающее) эквивалентное напряжение при осевом перемещении одной волны компенсатора, МПа;

R_(W) - расчетные значения коэффициентов для определения напряжений при нагружении осевым перемещением W = 1,0 мм;

Е - модуль упругости при расчетной температуре, МПа;

W - осевое перемещение одной волны компенсатора, мм;

s_um - средние окружные напряжения, МПа;

l - ширина волны компенсатора, мм (рисунки 1, 2);

j - коэффициент прочности сварного шва;

C_W - коэффициент жесткости одной волны компенсатора при осевом растяжении, Н/мм;

R_(CW) - расчетные значения коэффициентов при определении жесткости одной волны компенсатора при перемещении W = 1,0 мм;

s_AW - амплитуда максимального эквивалентного напряжения от перемещения одной волны, МПа;

s_AP - амплитуда максимального эквивалентного напряжения от давления, МПа;

[s]_AW - допускаемая амплитуда напряжений для числа циклов N_W, МПа;

[s]_AP - допускаемая амплитуда напряжений для числа циклов N_P, МПа;

N_W - число циклов нагружения осевым перемещением;

N_P - число циклов нагружения давлением;

К_s - эффективный коэффициент концентрации;

r - коэффициент, учитывающий обработку сварного шва;

x - коэффициент, учитывающий тип сварного шва;

Т - расчетная температура, °С;

a - размер углового сварного шва (рисунок 2).

4 Общие положения

4.1 Модели компенсаторов приведены на рисунке 1, виды их присоединения к стенке сосуда - на рисунке 2.

Рисунок 1 - Модели компенсаторов

Рисунок 2 - Виды присоединения компенсаторов к стенке сосуда

4.2 Расчетные формулы применимы, если выполняются следующие соотношения:

(Поправка, ИУС № 12-2005).

4.3 Общие требования к расчету - по ГОСТ 14249 (за исключением 1.8.1).

4.4 Расчеты на прочность компенсаторов действительны только, если прилегающие к компенсатору элементы удовлетворяют условиям прочности при нагружении давлением.

Длина сопряжения t (рисунок 2) должна отвечать условию

в противном случае проверяют несущую способность элемента сопряжения Р по формуле

(Поправка, ИУС № 12-2005).

4.5 Расчеты на прочность действительны при условии полностью проваренных окружных сварных швов (рисунок 2). Размер углового сварного шва а (рисунок 2в) должен быть 0,7s.

4.6 Расчетные формулы, приведенные в разделе 5, применимы при условии, если расчетная температура не превышает значений, при которых возникает ползучесть материалов, т.е. при температуре, когда допускаемое напряжение определяется в соответствии с ГОСТ 14249 только по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности).

Если нет точных данных, то формулы применимы при условии, что расчетная температура стенки компенсатора не превышает, °С:

380 - из углеродистой стали;

420 - из низколегированной стали;

525 - из аустенитной стали.

5 Расчет напряжений в компенсаторе

5.1 При расчете напряжений в компенсаторе при действии внутреннего или наружного избыточного давления в формулы (1) - (6) подставляют толщину стенки компенсатора с учетом коррозии и технологических прибавок, а при расчете жесткости компенсатора - толщину стенки компенсатора без учета коррозии и технологических прибавок.

5.2 Определение эквивалентных напряжений

5.2.1 Максимальные эквивалентные напряжения в компенсаторе в зависимости от геометрических параметров возникают в зоне тороидального радиуса на стороне большего диаметра компенсатора или в зоне тороидального радиуса на стороне меньшего диаметра компенсатора.

5.2.1.1 Максимальные эквивалентные напряжения при действии внутреннего (наружного) давления s_V(P) определяют по формуле

                                                     (1)

5.2.1.2 Максимальные эквивалентные напряжения при осевом перемещении одной волны компенсатора s_V(W) рассчитывают по формуле

                                             (2)

5.2.2 Средние окружные напряжения s_ит рассчитывают по формуле

                                                (3)

Примечание - Необходимые для формул (1 - 2) значения коэффициентов R_(P) и R_(W) определяют по таблицам приложения А в зависимости от геометрических параметров d/h, r/h и s/h. Промежуточные значения коэффициентов определяют линейной интерполяцией. В таблицах А.1 и А.2 приложения А для каждого значения  первая строка соответствует R_(P), вторая строка - R_(W) и третья строка - R_(CW).

Коэффициенты R_(P) и R_(W) для определения максимальных эквивалентных напряжений на стороне большего диаметра компенсатора приведены в таблице А.1.

Коэффициенты R_(P) и R_(W), применяемые при определении максимальных эквивалентных напряжений на стороне меньшего диаметра компенсатора, приведены в таблице А.2.

5.3 Определение коэффициентов жесткости компенсатора

5.3.1 Коэффициент жесткости одной волны компенсатора при осевом растяжении C_W определяют по формуле

                                        (4)

5.3.2 Необходимые для формулы (4) значения коэффициентов R_(CW) определяют по таблице А.1 в зависимости от d/h, r/h и s/h. Промежуточные значения R_(CW) определяют линейной интерполяцией.

5.4 Расчет на прочность при статическом нагружении внутренним (наружным) давлением

При действии внутреннего (наружного) избыточного давления прочность проверяют по средним окружным напряжениям, определяемым по формуле (3). При этом должно выполняться условие

                                                            (5)

Кроме того, проверяют прочность по эквивалентным напряжениям от давления по формуле (1). При этом должно выполняться условие

                                                         (6)

(Поправка, ИУС № 12-2005).

5.5 Расчет компенсатора на малоцикловую прочность

5.5.1 Если компенсатор подвергнут циклам перемещений и циклам давления, то должно быть выполнено условие:

                                                      (7)

                                                     (8)

5.5.2 Амплитуду максимального эквивалентного напряжения от перемещения одной волны s_AW рассчитывают по формуле

                                                      (9)

5.5.3 Амплитуду максимального эквивалентного напряжения от давления определяют по формуле

                                                       (10)

5.5.4 Эффективный коэффициент концентрации К_s рассчитывают по формуле

                                                                   (11)

где j - по ГОСТ 14249;

r = 1,0 для шлифованной поверхности сварного шва;

r = 1,1 для необработанной поверхности сварного шва;

x = 1,1 для сварного шва по наружному диаметру компенсатора;

x = 1,2 для сварного шва по внутреннему диаметру компенсатора.

5.5.5 Допускаемые амплитуды напряжений [s]_AW (для числа циклов перемещений N_W) и [s]_AP (для числа циклов давлений N_P) определяют по формулам:

                                          (12)

                                            (13)

при числе циклов не более 0,5×10⁶.

Коэффициенты А, В, n_N и n_s определяют по ГОСТ 25859.

5.6 Допускается определять напряжения и жесткость компенсаторов более точными методами (например методом конечных элементов) или экспериментальными исследованиями.

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)

Расчетные значения коэффициентов для определения напряжений и жесткости

Таблица А.1 - Расчетные значения коэффициентов R_(P), R_(W) для определения напряжений на стороне большего диаметра компенсатора и коэффициента R_(CW) для определения жесткости компенсатора

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Окончание таблицы А.1

Таблица А.2 - Расчетные значения коэффициентов R(_P), R(_W) для определения напряжений на стороне меньшего диаметра компенсатора

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2

Продолжение таблицы А.2