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

ГОСТ 30780-2002

Группа Г47

     
     
МЕЖГОСУДАРСТBEННЫЙ СТАНДАРТ


Сосуды и аппараты стальные

КОМПЕНСАТОРЫ СИЛЬФОННЫЕ И ЛИНЗОВЫЕ

Методы расчета на прочность

Steel vessels and apparatus. Bellows-type expansion joints.
Strength calculation methods

МКС 71.120
ОКП 36 1500

Дата введения 2003-07-01

     
     
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 N 21 от 30 мая 2002 г.)

За принятие проголосовали

Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Республика Армения	Армгосстандарт
Республика Беларусь	Госстандарт Республики Беларусь
Республика Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Кыргызская Республика	Кыргызстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Республика Таджикистан	Таджикстандарт
Туркменистан	Главгосслужба "Туркменстандартлары"
Республика Узбекистан	Узгосстандарт

3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 16 сентября 2002 г. N 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

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 12, 2005 год

Поправка внесена юридическим бюро "Кодекс"

1 Область применения

     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:

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

- высота волны компенсатора, мм (рисунок 1);

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

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

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

- сумма прибавок к расчетной толщине, мм;

- допускаемое напряжение, определяемое по ГОСТ 14249, МПа;

- внутреннее или внешнее давление, МПа;

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

- расчетные значения коэффициентов для определения напряжений при нагружении давлением =0,1 МПа;

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

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

- модуль упругости при расчетной температуре, МПа;

- осевое перемещение одной волны компенсатора, мм;

- средние окружные напряжения, МПа;

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

- коэффициент прочности сварного шва;

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

- расчетные значения коэффициентов при определении жесткости одной волны компенсатора при перемещении =1,0 мм;

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

- амплитуда максимального эквивалентного напряжения от давления, МПа;

- допускаемая амплитуда напряжений для числа циклов , МПа;

- допускаемая амплитуда напряжений для числа циклов , МПа;

- число циклов нагружения осевым перемещением;

- число циклов нагружения давлением;

- эффективный коэффициент концентрации;

- коэффициент, учитывающий обработку сварного шва;

- коэффициент, учитывающий тип сварного шва;

- расчетная температура, °С;

- 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 1 - Модели компенсаторов

Рисунок 2 - Виды присоединения компенсаторов к стенке сосуда

Рисунок 2 - Виды присоединения компенсаторов к стенке сосуда

4.2 Расчетные формулы применимы, если выполняются следующие соотношения:

; ; .

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 (рисунок 2) должна отвечать условию

,

в противном случае проверяют несущую способность элемента сопряжения по формуле

.

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

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 определяют по формуле

. (1)

5.2.1.2 Максимальные эквивалентные напряжения при осевом перемещении одной волны компенсатора рассчитывают по формуле

. (2)

5.2.2 Средние окружные напряжения рассчитывают по формуле

. (3)

Примечание - Необходимые для формул (1-2) значения коэффициентов и определяют по таблицам приложения А в зависимости от геометрических параметров , и . Промежуточные значения коэффициентов определяют линейной интерполяцией. В таблицах А.1 и А.2 приложения А для каждого значения первая строка соответствует , вторая строка - и третья строка - .


Коэффициенты и для определения максимальных эквивалентных напряжений на стороне большего диаметра компенсатора приведены в таблице А1.

Коэффициенты и , применяемые при определении максимальных эквивалентных напряжений на стороне меньшего диаметра компенсатора, приведены в табли

це А.2.

5.3 Определение коэффициентов жесткости компенсатора

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

. (4)

5.3.2 Необходимые для формулы (4) значения коэффициентов определяют по таблице А.1 в зависимости от , и . Промежуточные значения 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)

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 рассчитывают по формуле

. (9)

5.5.3 Амплитуду максимального эквивалентного напряжения от давления определяют по формуле

. (10)

5.5.4 Эффективный коэффициент концентрации рассчитывают по формуле

, (11)

где - по ГОСТ 14249;

=1,0 для шлифованной поверхности сварного шва;

=1,1 для необработанной поверхности сварного шва;

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

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

5.5.5 Допускаемые амплитуды напряжений (для числа циклов перемещений ) и (для числа циклов давлений ) определяют по формулам:

, (12)

, (13)

при числе циклов не более 0,5·10.

Коэффициенты , , и 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

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)

Таблица А.1 - Расчетные значения коэффициентов , для определения напряжений на стороне большего диаметра компенсатора и коэффициента для определения жесткости компенсатора

	3,0		0,500	0,475	0,450	0,425	0,400	0,350	0,300	0,250	0,200	0,150	0,100
			30,04	30,87	32,45	34,30	37,56	43,56	50,32	59,11	68,31	80,16	117,5
	0,018		265,8	239,9	220,7	201,3	184,4	156,7	134,9	116,6	100,3	87,62	91,60
			8,494	6,549	5,155	4,088	3,298	2,236	1,580	1,145	0,841	0,639	0,559
			26,30	26,76	28,10	29,50	32,24	37,14	42,66	49,83	57,08	67,88	97,03
	0,020		274,9	247,1	229,1	210,3	193,8	165,9	143,2	123,7	106,4	94,03	103,8
			10,35	8,078	6,423	5,142	4,179	2,865	2,036	1,478	1,089	0,843	0,753
			21,76	22,15	23,22	24,18	26,35	30,11	34,36	39,72	44,87	55,30	74,71
	0,023		286,2	256,4	239,8	222,1	206,0	178,0	154,1	132,9	114,7	103,5	121,7
			13,45	10,66	8,582	6,950	5,703	3,961	2,832	2,063	1,535	1,221	1,129
			18,44	18,78	19,65	20,46	22,11	25,07	28,43	32,50	36,22	45,60	59,07
	0,026		295,3	266,4	248,8	232,1	216,4	188,1	163,2	140,9	122,5	113,5	139,2
			16,91	13,57	11,04	9,023	7,459	5,233	3,762	2,754	2,076	1,698	1,614
			15,20	15,49	16,18	16,85	18,02	20,25	22,77	25,64	28,10	35,87	44,81
	0,030		304,3	278,3	258,6	242,9	227,7	199,3	173,2	150,1	132,3	131,1	162,2
			22,05	17,93	14,75	12,18	10,14	7,193	5,207	3,846	2,962	2,508	2,456
			12,35	12,59	13,12	13,66	14,46	16,07	17,88	19,77	21,28	27,30	33,88
	0,035		314,1	293,2	274,1	254,8	238,6	210,1	183,3	160,1	145,0	158,6	190,4
			29,25	24,09	20,03	16,69	14,01	10,05	7,344	5,510	4,368	3,846	3,870
			10,31	10,51	10,94	11,38	11,93	13,13	14,45	15,72	16,68	21,77	26,51
	0,040		324,2	304,4	285,8	266,9	249,1	218,3	191,6	169,4	159,1	185,4	218,2
			37,21	30,96	25,96	21,80	18,41	13,34	9,864	7,539	6,154	5,599	5,747
			08,78	08,96	09,03	09,67	10,05	10,95	11,93	12,79	14,19	17,91	21,32
	0,045		331,6	312,9	294,8	276,2	258,6	226,5	199,7	180,6	176,9	211,7	245,7
			45,85	38,46	32,47	27,44	23,31	17,07	12,79	9,975	8,374	7,828	8,153
			07,59	07,75	08,03	08,34	08,61	09,29	10,02	10,62	12,19	14,98	17,53
	0,050		336,9	319,2	301,7	283,5	266,2	234,6	208,8	191,8	201,8	237,4	272,8
			55,11	46,55	39,53	33,61	28,70	21,25	16,15	12,86	11,08	10,59	11,15
			05,88	06,00	06,20	06,42	06,53	06,93	07,36	07,66	09,24	10,94
	0,060		343,6	327,5	311,3	294,3	278,0	248,7	226,1	216,1	250,2	287,6
			75,32	64,36	55,24	47,46	40,97	31,05	24,34	20,19	18,17	17,96
			04,71	04,81	04,95	05,10	05,17	05,39	05,63	06,16	07,24	08,35
	0,070		349,2	332,6	317,9	302,3	287,5	261,5	245,4	260,6	297,1	336,6
			97,70	84,32	73,06	63,42	55,33	42,98	34,77	29,91	27,87	28,19
			03,88	03,94	04,04	04,16	04,21	04,33	04,45	05,08	05,83
	0,080		358,1	341,3	325,7	310,8	297,7	277,8	271,2	304,3	342,6
			122,3	106,5	93,14	81,66	72,02	57,35	47,79	42,42	40,60
			03,27	03,31	03,37	03,46	03,49	03,55	03,79	04,27	04,80