РД 10-249-98. Госгортехнадзор россии

• Название: Госгортехнадзор россии
• Дата: 18.12.2022
• Размер: 1.39 Mb.
• Имя файла: РД 10-249-98.docx
• Тип: Документы; #850282
• страница: 20 из 28

8.8.2. Определение напряжений по расчетным сечениям

8.8.2.1. Моменты сопротивления фланца с коническим переходом определяются по формулам:

для сечения А - А



для сечения В - В

 если yh_f;

 если y<h_f,

где 

для сечения С - С



Расчет производится, если h_f=s₂.

Примечание. Если в рассматриваемом сечении расположен сварной шов, то расчет производится с введением коэффициента прочности сварного шва на изгиб согласно разделу 4.

8.8.2.2. Момент сопротивления плоского ^* фланца определяется по формуле



^* Приварка плоского приварного фланца к изделию (труба, сосуд) одним сварным швом не допускается.

8.8.2.3. Момент сопротивления фланца с нажимным кольцом определяется по формулам:

для опорного бурта



для нажимного кольца



8.8.2.4. Для фланцевых соединений значение редуцированного диаметра отверстия следует принимать:

d_0R=0,5d₀ при D_y500 мм;

d_0R=d₀(1-0,001D_y) при D_y<500 мм.

8.8.2.5. Напряжение во фланцах во всех сечениях определяется по формуле

=M/W,

где М - изгибающий момент для трех состояний фланцевого соединения, Нмм; определяется согласно пп. 8.8.1.2 - 8.8.1.4;

W - момент сопротивления, мм³; определяется в соответствии с пп. 8.8.2.1 - 8.8.2.3.

Проверка напряжений производится во всех расчетных сечениях при всех видах нагружения.

8.8.2.6. Для всех сечений и всех видов нагружения должно выполняться условие прочности

[_f].

Допускается превышение расчетного напряжения в сечениях над допускаемым на 5%.

8.8.2.7. Для оптимизации размеров фланцев рекомендуется:

для фланцевого соединения с коническим переходом

изменить значение s₂ в   раз, но s₂ должно быть не менее чем 1,1₁ , если расчетные напряжения по сечению А - А отличаются от допускаемых более чем на 5%. Расчет фланцевого соединения при новом значении s₂ следует повторить начиная с п. 8.7.4.1 до выполнения условия прочности;

изменить значение s₂ в   раз и повторить расчет начиная с п. 8.7.4.1, если расчетные напряжения по сечению С - С отличаются от допускаемых более чем на 5%;

изменить значение h₂ в   раз и расчет при новом значении следует повторить начиная с п. 8.8.2.1 до выполнения условия прочности, если расчетные напряжения по сечению В-В отличаются от допускаемых более чем на 5%.

По окончании проверки выполнения условия прочности необходимо проверить условие



Если h₂/(s₂-s₁)>5, то расчет фланца следует повторить начиная с п. 8.7.4.1 при значении s₂=s₁+h₂/5. Если h₂/(s₂-s₁)<2, то расчет фланца следует повторить начиная с п. 8.8.2.1 при значении h₂=2(s₂-s₁);

для плоского фланцевого соединения

увеличить значение h_f в   раз; при этом 2h_f должно быть не более, чем значение выражения D_f-D-2s₁, если расчетные напряжения по сечению А - А превышают допускаемые более чем на 5%. Расчет плоского фланца при новом, значении h_f следует повторить начиная с п. 8.8.2.2 до выполнения условия прочности.

Если обеспечить выполнение условия 2h_fD_f-D-2s₁ не удается, то рекомендуется перейти на фланец с коническим переходом.

8.8.3. Проверка толщины тарелки фланцев по предельному состоянию

8.8.3.1. Вычисление вспомогательных величин:

для фланцев с прокладочным уплотнением



где 



для фланцев с коническим переходом

при 1,0                                                  

при <1,0                                                  

где 

для плоских фланцев



для опорного бурта

в формулах вычисления вспомогательных величин A,, В заменить l₁ на l₆, l₂ на l₅:



для нажимного кольца



Если при затяге шпилек используется гидравлическое или другое устройство (без применения крутящего момента), обеспечивающее надежный контроль за усилием затяга, то вместо допускаемого напряжения [_s] в формулу вычисления коэффициента А подставляется максимальное расчетное напряжение в шпильках, по которому выбран диаметр шпилек;

для фланцев с коническим переходом и мембранным уплотнением



Коэффициенты В, Y, С определяются по формулам для фланцев с коническим переходом и прокладочным уплотнением.

8.8.3.2. Толщина тарелки фланца, определяемая методом предельных нагрузок, равна



Если АВ, то принимается h_f2=h_f.

Толщина нажимного кольца, определяемая методом предельных нагрузок, равна



8.8.3.3. Во всех случаях окончательная толщина тарелки фланца должна быть не менее толщины тарелки, определенной расчетом по предельному состоянию (см. п. 8.8.3.2).

Для оптимизации размеров фланца производится проверка ранее полученной толщины тарелки фланца сопоставлением значения h_f2 окончательным значением h_f, рассчитанным в соответствии с п.8.8.2.6:

L=h_f2/h_f.

При L1,03 для дальнейшего расчета принимается ранее полученное значение толщины тарелки фланца, равное h_f . Если L>1,03, то расчет следует повторить начиная с п. 8.7.4.1 при значении 1,05s₂ для фланцев с коническим переходом и начиная с п. 8.8.2.2 при значении h_f, равном h_f2 для плоских фланцев, до тех пор, пока не будет получено L1,03.

8.9.Проверка прочности шпилек на растяжение и изгиб

8.9.1. Угол поворота фланца с коническим переходом под действием внутреннего давления и усилия со стороны шпилек



где М - максимальный изгибающий момент (определенный в разделе 8.8) при температуре гидравлического испытания, при 20°С и рабочей температуре.

Угол поворота плоского фланца определяется по этой же формуле с заменой суммы s₁+s₂на 2s₁.

8.9.2. Напряжение в шпильках от изгиба фланца



Окончательные значения d_s и h_f - принимаются в соответствии с подразделами 8.7.6 и 8.8.3.

8.9.3. Для проверки условия прочности определяется суммарное приведенное напряжение от растяжения (определенное в подразделе 8.7) и изгиба



которое сопоставляется с допускаемым напряжением



8.10. Выбор размеров и расчет мембраны

8.10.1. Исходные данные

Длина (ширина) мембраны принимается равной



Толщина мембраны (s₄)_j принимается в соответствии с рекомендуемым рядом размеров 4, 5, 6, 7, 8, 10 мм^*.

^* Значения толщины мембраны s₄ приняты по опытным данным ПО "Красный котельщик".

Нерасчетные размеры фланца, обеспечивающие возможность уплотнения мембран (приварка ее к фланцу и сварка мембран между собой), рекомендуется принимать следующими: угол скоса фланца ₁=9°, высота выступа фланца h₃=10 мм.

Мембраны должны изготавливаться из листа конструкционной стали марки 20К по ГОСТ 5520. Конструкция мембранного уплотнения представлена на рисунке 8.7.



Рисунок 8.7

8.10.2. Вычисление вспомогательных величин:







8.10.3. Напряжение от внутреннего давления



8.10.4. Напряжение от поворота и раскрытия фланца



8.10.5. Суммарное напряжение в мембране



Задаваясь значениями отношения s4/b₄ от 0,2 до 0,1 с интервалом 0,01 для каждого из значений толщины мембраны (см. подраздел 8.10.1). следует найти минимальное значение напряжения _0m, которое и определит оптимальную толщину мембраны s₄.

8.10.6. Для углеродистых сталей расчетное число циклов мембраны определяется по формуле



Циклом нагружения мембраны следует считать пуск-останов сосуда, гидравлическое испытание и любую разгрузку с последующим нагружением, если при этом величина давления снижается более чем на 30% по сравнению с величиной рабочего давления.

При необходимости выполнения уточненного расчета следует определять напряжения по каждому из указанных трех видов циклов нагружения. Допустимое число циклов каждого вида нагружения может быть установлено по принципу линейного суммирования повреждаемости согласно разделу 5 Норм. Напряжение, приведенное в п. 8.10.3, определяется только по расчетному давлению в рабочих условиях.

Расчетное число циклов соответствует минимальному количеству циклов до разуплотнения мембраны на отдельном участке сварного шва (определенному с запасом 10 по числу циклов) при сохранении плотности на всем остальном периметре шва.

Разуплотнение отдельного участка сварного шва мембраны устраняется сваркой в соответствии с инструкциями предприятия-изготовителя.

Если расчетное число циклов лежит в пределах 100 - 200, это значение должно быть специально занесено в паспорт сосуда.

Во всех случаях расчетное число циклов должно быть не менее 100. При невозможности обеспечить указанное число циклов должна быть применена другая конструкция мембранного уплотнения.

9. МЕТОДИКА РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ЦЕЛЬНОСВАРНЫХ ГАЗОПЛОТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

9.1. Основные понятия и определения

9.1.1. Цельносварная газоплотная конструкция (рисунок 9.1) образована мембранными экранами, представляющими собой сваренные друг с другом плавниковые трубы или гладкие трубы с проставками (рисунок 9.2). Конструкция может быть как опертой, так и подвесной и в соответствии с компоновкой котла иметь П-, Т-, Г-образную или башенную конфигурацию.

Под термином оребренная труба в дальнейшем понимается либо плавниковая труба, т.е. труба, изготовленная металлургическим способом вместе с плавниками как единое целое, либо гладкая труба с приваренными к ней ребрами.



Рисунок 9.1

1 - жесткий диск каркаса; 2 - тарельчатые пружины; 3 - хребтовая балка; 4 - подвески; 5 - потолок котла; 6 - фестон; 7 - пояса жесткости; 8 - площадка обслуживания; 9 - переходный газоход; 10 - конвективная шахта: 11 - трубы вертикальные; 12 - горелки; 13 - колонна каркаса; 14 - холодная воронка







Рисунок 9.2

а - мембранный экран из плавниковых труб; б - мембранный экран из гладких труб; в - схема приложения усилий и моментов к оребренной трубе

Условные обозначения представлены в таблице 9.1.

Таблица 9.1

Символ	Наименование	Единица измерения
da	Наружный диаметр трубы	мм
d	Внутренний диаметр трубы	мм
s	Номинальная толщина стенки оребренной трубы	мм
tat	Шаг оребренной трубы	мм
h	Высота ребра	мм
s1	Толщина ребра в корне	мм
s2	Толщина ребра в вершине	мм
=arcsin s1/da	Угол	рад.
	Отношение наружного диаметра трубы к внутреннему
2A	Ширина фронтового (заднего) экрана	мм
2B	Ширина фронтового экрана	мм
2L	Расстояние между поясами жесткости	мм
x=(A; B)	Расчетная ширина экрана	мм
,	Воспринятый тепловой поток при одностороннем и двухстороннем обогревах экрана	Вт/м2
1	Коэффициент линейного расширения при расчетной температуре	1/°С
1	Коэффициент теплопроводности при расчетной температуре	Вт/(мK)
2	Коэффициент теплоотдачи	Вт/(м2K)
a1	Коэффициент температуропроводности при расчетной температуре	мм2/с
Ti (i=16)	Температура в расчетной точке	°С
tm	Температура среды	°С
	Коэффициент Пуассона
Et	Модуль упругости при расчетной температуре	МПа
p	Внутреннее давление в трубах	МПа
pa	Величина аварийного разрежения в топке (газоходе)	МПа
pT	Расчетное давление в топке (газоходе) при хлопке	МПа
X, Y, Z	Прямоугольные координаты
r, 	Полярные координаты
Px, Py, Pz	Усилия на оребренную трубу, действующие по осям X, У, Z	Н
px, py	Погонные усилия на ребра оребренной трубы по осям X, Y	Нмм
Mzy, Mxy	Погонные изгибающие моменты в мембранной стенке, отнесенные к единице длины	Н
Q	Поперечная сила, сила сдвига	Н
m	Общие мембранные напряжения	МПа
mL	Локальные мембранные напряжения	МПа
b	Общие изгибные напряжения	МПа
bL	Локальные изгибные напряжения	МПа
[]	Допускаемые напряжения	МПа
1, 2, 3	Главные напряжения	МПа
	Окружные напряжения	МПа
z	Осевые напряжения	МПа
r	Радиальные напряжения	МПа
X	Поперечные напряжения	МПа
z; xz	Касательные напряжения	МПа
e	Эквивалентные напряжения	МПа
sm	Напряжения смятия	МПа
sr	Напряжения среза	МПа
[N]	Допускаемое число циклов
[a]	Допускаемая амплитуда напряжений	МПа
w, 2w	Коэффициенты прочности сварных соединений
	Критерий Био

9.2. Общие положения

9.2.1. В основу расчета положен принцип оценки прочности конструкции по несущей способности, которая определяется предельным состоянием перехода наиболее нагруженного сечения из упругого состояния в пластическое. При этом напряженное состояние определяется по гипотезе Треска-Сен-Венана наибольшими касательными напряжениями. Характеристики пластичности сталей, применяемых при изготовлении оребренных труб, позволяют проводить оценку прочности по упруго-пластическим напряжениям, т.е. выполнять расчет по упругой схеме.

Обычно под расчетом на прочность понимается поверочный расчет, служащий для проверки выполнения условий прочности при заданных основных размерах конструкции и расчетных нагрузках.

9.2.2. Допускается использование других методов расчета на прочность цельносварных мембранных конструкций при условии согласования метода расчета с разработчиком и при обеспечении нормативных запасов прочности.