Расчет укрепления отверстий проводится по СТ СЭВ 1639—79.

11.2.1. Область применения и основные формулы. Расчет распространяется на укрепление круглых и овальных отверстии в стенках цилиндрических обе­чаек, конических переходов и днищ, а также эллиптических' и сферических днищ, изготовленных из пластичных в условиях эксплуатации сталей.

Пределы применения метода расчета и значения расчетных диаметров Dp для различных укрепляемых элементов приведены в табл. 11.1, а значения расчет­ных диаметров отверстий dp — в табл. 11.2.

Отверстия в краевой зоне обечаек и днищ, как правило, не допускаются, поэтому расстояние (по проекция образующей) от оси штуцера до края цилин­дрической обечайки или конического перехода должно быть

(11.1)

где В0 — ширина зоны укрепления, прилегающей к штуцёру при отсутствии накладного кольца, определяемая по формуле (11.6), а расстояние (по проекции образующей от оси штуцера на плоскость основания днища): для эллиптических днищ

х0 >0,05 (D—d); (11.2)

для сферических днищ

х0 ^ max [0,1 (D -| - 2s) у 0,09/) s} -|- 0,5d. (11.3)

Пределы применения метода расчета укрепления отверстий
и значения D# для различных укрепляемых элементов,

СТ СЭВ 1639—79

Ук репляемыД ' элемент	Пределы применения	dr
dR/D	S/D
Цилиндрическая обе­чайка	£=1,0	5=0,1	D
Конические переход или днище	- 0,1	£>к
"" cos а	cos а
Эллиптическое днище	г£0,5	5=0,1
То же стандартное (Яд = 0,250)	“/■-«(-в-)1
Сферическое днище	2 R
Примечание. Величина х — расстояние от центра укрепляемого отверстия до ос» эллиптического днища (рис. 11.3).

Отверстия в краевой зоне выпуклых днищ допускаются при условии

d. R < max ((s — с); 0,2 V^Dr(s — c)- (И-4)

Для наклонных штуцеров с круглым поперечным сечением (рис. 11.2,6) формулы расчета применимы, если угол у < 45°, а отношение осей овального отверстия удовлетворяет условию

1' Dr (s — с)

Эти ограничения не распространяются пн тангенциальные и наклонные штуцера, оси которых лежат п плоскости поперечного сечения обечайки. Для нецентральных (смещенных) штуцеров на эллиптических днищах у < 60°.

Расчетные параметры. Расчетные толщины стенок укрепляемых элементов обечаек, конических днищ п переходов определяются по соответствующим фор­мулам к гл. 6 п 7. Для эллиптических днищ, нагруженных внутренним избы­точным давлением, расчетная толщина стенки определяется по формуле

Расчетная толщина стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяется по формуле

Р (d + 2с)

2 МіФі — Р

Формулы для определения расчетных диаметров отверстий и штуцеров в зависимости от вида и направления штуцеров, присоединяемых к обечайкам, переходам и днищам Вид отверстия и направление штуцера Формулы для расчета dц Отверстие в стенке обечайки, перехода или днища при наличии штуцера круглого поперечного сечения, ось которого совпа­дает с нормалью к поверхности в центре отверстия, отверстие и штуцер, оси кото­рых лежат в плоскости поперечного сече­ния цилиндрической или конической обе­чайки и направлены к поверхности под некоторым угдом (тангенциальные шту­цера), а также круглое отверстие без шту­цера (рис. 11.1, а—и, рис. 11.2, в, г) d+ 2 с Отверстие смещенного штуцера* на эл­липтическом днище (рис. 11.3) d + 2c Отверстие овального профиля при нали­чии наклонного штуцера круглого попереч­ного сечения, когда большая ось овального отверстия составляет угол (о с образующей обечайки (рис. 11.2, а) (d + 2с) (1 - f - tg2 у cos2 (о) Отверстие овального профиля при нали­чии наклонного штуцера круглого сече­ния, когда ось штуцера лежит в плоскости продольного сечения обечайки (со = 0) рис. 11.2, б, а также отверстия в сфериче­ских днищах d-- 2с cos2 у Овальное отверстие, у которого большая ось составляет угол а с образующей обе­чайки (рис. 11.2, а) 2с) X x[s, n2“+(d21+2c) cos2“] Овальное отверстие, у которого боль­шая ось находится в плоскости продольного сечения обечайки (со ----- 0) (di + 2с)2 -j- 2 с Овальное отверстие, у которого меньшая ось находится в плоскости продольного сечения обечайки (ш == 90°) ct2 1 * 2c Отверстие для штуцера круглого попереч­ного сечения, ось которого совпадает с нор­мальнее поверхности в центре отверстия, при наличии отбортовки или торообразной вставки (рис. 11.1, г и ж) d + 1,5 (Rn — sK) -|- 2c * Для выпуклых днищ принимается со = % = 0.

(1R=min{/1; 1,251^(4 + 2с) (sx — с)}; І-—""'" (П.8)

12r =min іг 0,5 V(d-- 2c) (s2 — 2c)l - (4.9)

В случае проходящего штуцера одной толщины (рнс. 11.1, б и в) принимается $2 ^1*

Ширина зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах определяется по формуле

В„ = VDR(s~c). (11.10)

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки, перехода или днища в окрестности штуцера определяется по формуле

blR = min {(„; В0}, (И И)

где 1К — расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего конструктивного элемента на укрепляемом элементе (кольца жесткости, фланца, опоры и т. п.).

Расчетная ширина зоны укрепления blR учитывается только при наличии внутреннего избыточного давления в аппарате, при наличии наружного давле­ния blR =0.

Расчетная ширина накладного кольца-(рис. 11.1, е и д) определяется'по формуле

Ь2$ — min b2, VDr (sH s — с)j • (П-12)

Расчетная ширина врезной бобышки (рис. 11.1, з) рассчитывается по фор­муле

62Я=тіп{г>а; VDR(h — c). (11.13)

Расчетная ширина накладной бобышки (рис. 11.1, и) определяется по формуле

62я = min ba; ^Dfiih + s — с)}- (11.14)

Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки аппарата, рассчитывается по формуле

d(jR ~ 0,4Вд. (11.15)

Коэффициент прочности сварных соединений. Если ось сварного соединения удалена от наружной поверхности штуцера на расстояние больше 3s, то коэф­фициент прочности сварного соединения при расчете укрепления отверстия сле­дует принимать ф= 1. В исключительных случаях, когда сварной шов пересе­кает отверстие или удален от наружной поверхности штуцера на расстояние меньше 3s, принимается ф < 1 в зависимости от вида и качества сварного шва;

Если плоскость, проходящая через продольный шов, и ось штуцера обра­зуют угол не более 30 °С с плоскостью поперечного сечения цилиндрической или конической обечайки, то принимается фх = 1. В остальных случаях принимается Фх С 1 в зависимости от вида и качества сварного шва.

Отношение допускаемых напряжений. Для внешней части штуцера

Xj = min {1,0; [o]i/[o]}; (11.16)

для накладного кольца или бобышки

х2 =min (1,0; [а]2/[сг]}; (П.17)

для внутренней части штуцера

x3 = min{l,0; [сг]3/[ст]}. (11.18)

П.2.2. Одиночные отверстия. Отверстие считается одиночным, если ближай­шее к нему отверстие не оказывает на него влияния, что имеет место, когда рас-

стояние между наружными поперхностями соответствующих штуцеров удов­летворяет условию

Ь >- у D'R (s^, + s — с) - f - у D'r (s" - f - s — с) . (II. 19)

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки укрепляемого элемента (обечайки, перехода или днища) определяется по формуле

daR = ^ ----- 0,8)д„. (11.20)

Если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию

dR<daR, (11.21)

то дальнейших расчетов укрепления отверстия не требуется.

Условия укрепления отверстий. Расчетная площадь вырезанного сечения определяется по формуле

FR^0,5(dR~daR)sR. (11.22)

Расчетная площадь укрепляющего сечения укрепляемой стенки определяется по формуле

FsR=blR(s — sR—c). (11.23)

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера (рис. 11.1, а—ж) определяется почформуле

Fir = tiR (sir ~ siR с) xi‘ (41 '24)

Расчетная площадь укрепляющего сечения накладного кольца жесткости (рис. 11.1, д, е)

^2R — b2RsHy.,. (11.25)

Расчетная площадь укрепляющего сечения врезной или накладной бобышки (рис. 11.1,з, и) определяется по формуле

FoR=b2Rhn2. (11.26)

Расчетная площадь укрепляющего сечения внутренней части штуцера (рис. 11.1, б, в)

F3r=12r(s2~2c)k3. (11.27)

В случае проходящего одной толщины штуцера (рис. 11.1, бив) принимается

= si-

В формулах (11.6)—(11.27) значения рассчитываются по формулам, при­веденным в табл. 11.1; значения dR — по формулам, приведенным в табл. 11.2; SR — по соответствующим формулам гл. 6 и 7, а для эллиптического днища — по формуле (11.6); slR — по формуле (11.7); doR — по формулам (11.15) и (11.20); В0 — по формуле (НЛО); llR и 12r — по формулам (11.8) и (11.9); blR — по фор­муле (11.11), b2R— по формулам (11.12)—(11.14); значения коэффициентов хь и Xj—по формулам (11.16)—(11.18).

ч - Если dR < doR, то конструкция штуцера, толщина его стенки и другие размеры принимаются из конструктивных и технологических соображений, в частности, по табл. '10.2 для тонкостенных штуцеров. Если dR > doR, то про­веряется достаточность укрепления тонкостенным штуцером, выбранным по табл. 10.2, для чего определяются значения: llR по формуле (11.8), а если шту­цер или труба вводится внутрь аппарата, liR — по формуле (11.9). Затем после­довательно определяются значения blR по формуле (11.11), FR — по (11.22), Fsr — по (11.23), FjK — по (11.24) и F3r — по (11.27).

Далее, проверяется условие

Fir + F3r^Fr-F^ (11.28)

при соблюдении которого толщина стенки выбранного тонкостенного штуцера является исполнительной.

Если условие (11.28) не-соблюдается, то методом последовательных прибли­жений увеличивается si (из условия сварки в пределах до st ■< 1,45s) с соответ­ствующим увеличением lR и 1.2к до соблюдения условия (11.28).

Результаты расчета рекомендуется записывать в форме табл. 11.3 с интер­валом >• 0,15s.

Исполнительная толщина стенки штуцера принимается ближайшая большая по табл. 10.4 для толстостенных штуцеров.

При определении по (11.8) и 12г< по (11.9) длины и /2 отсчитываются от наружной или внутренней поверхности аппарата соответственно.

Если при Si = 1,45s условие (11.28) все же не соблюдается, то для укреп­ления отверстия следует ввести накладное кольцо или в месте расположения штуцера соответственно увеличить толщину укрепляемой стенки.

Предварительно принимая sH = 0,7s и определяя b2R из формулы (11.12), находим расчетную площадь укрепляющего сечения накладного кольца по фор­муле

F-iR = Fr. — (FsR + fiR + F3R) . (11-29)

и исполнительную площадь накладного кольца — по формуле

__________ (П. ЗО)

Если Ьгц < VDr (s„ + s — с), то b2 принимается равным Ь2ц, а в каче­стве исполнительной толщины стенки штуцера ближайшее большее значе­ние Sj по табл. 10.4, при котором соблюдается условие

fiR + FsR^Fr — (fsR + F2R)- (11.31)

Если b2R > Vdк (sH + s — c), то методом последовательных приближе­ний увеличивается sH до соблюдения условия (11.31) при ближайшем b2R < < VDr (sh+ s — c).

Результаты расчета рекомендуется записывать в форме табл. 11.4 с интер­валами % > 0,15s.

Если sH > 1,45s, то рекомендуется, если это конструктивно возможно, вместо одного накладного кольца устанавливать два кольца снаружи и изнутри общей толщиной, равной sit -|- с.,. .

Форма накладных колец для эллиптических и сферических днищ — круг­лая, и для цилиндрических обечаек и конических переходов и днищ — овальная (допускается круглая при d + 2b2 < 0.6D).

При отсутствии штуцера и укреплении отверстия врезной или накладной бобышкой (рис. 11.1,з, и) или утолщением стенки аппарата при расчете условия укрепления принимается = l2R— 0, расчетная ширина бобышки определяется по формулам (11.13) или (11.14), значение F2r определяется по формуле (11.26) и проверяется условие

f2R + FsR>fR - (П-32)

Для случая укрепления отверстия врезной бобышкой Fsr = 0, так как в месте нахождения бобышки blR = 0 (стенка укрепляемого элемента здесь от­сутствует).

Исполнительная ширина бобышки Ь2 отсчитывается от края отверстия.

Графический расчет. Расчет укрепления отверстия для штуцера по рис. 11.1, а без использования накладного кольца и внутренней части штуцера Может производиться по номограммам (рис. 11.4—11.6) согласно табл. 11.5.

Рис. 11.4. Номограмма для графического

расчета укрепления отверстий при

= 3-8 и

расчета укрепления отверстий при

при

 

Определение толщины стенок штуцера
и укрепляемых элементов аппарата графическим методом
(рис. 11.4—11.6), СТ СЭВ 1639—79

Вариант укрепления	Исходные данные	Расчетные параметры	Опре­ деляе­ мые пара­ метры	Определяемая толщина стенки
Укрепление отверстия штуцером и укреп­ляемой стенкой	Dr, d, d% si, siR, c, cs *1, Ф. Фх Kit Ki, PR И	К2 ( ф 3'4/ d+2cs . У*! ф 1І V Dr )’ VSl* S1 — cs	V	s^-lT+c
Dr, d, dR s, sR, c, cs *1, Klt К2 PR, [a]	K2 ( ф 3/4 / d+2cs . 4/^ фі / Dr )' v= - s«- s — c	. Уг
Укрепление отверстия без штуцера	Dr, dR Кг, Ф, PR, [a]	iR V*i<P [al Dr V 1T PR V = 1,0	V	+ Л «5
Примечание. Для сферических и эллиптических стенок К і = 2; Кг = 1,68; для цилиндрических и конических стенок К і = К4 — 1,0. ср — коэф­фициент прочности сварных соединений обечаек и днищ; <pt — коэффициент ""прочности продольного сварного соединения штуцера*, с — сумма прибавки к рас­четной толщине стенки обечайки, перехода или днища, мм; cg — сумма прибавок к расчетной толщине стенки штуцера, мм.

Таблица 11.5

При расчете по номограммам должны быть выполнены следующие условия:

h ^ 1,25 у (d + 2cs) (sx — cs);

bR S& B0 •

Допускаемое внутреннее избыточное давление

гы - 2^i (s — с) <p [о]

Dr + s - c

Укрепление отверстий в аппаратах, работающих под наружным давлением.

Допускаемое наружное давление определяется по формуле

1где [р]р = [р] — по формуле (11.35); [р]є— определяется для соответству- /ющих укрепляемых стенок (обечайки, или днища) без отверстий см. гл. 6. и 7.

11.2.3. Учет взаимного влияния отверстий. Если условие (11.19) не соблю­дается, то после проведенного выше расчета укрепления каждого из отверстий проверяется достаточность укрепления перемычки между отверстиями опреде­лением допускаемого внутреннего избыточного давления на перемычку по фор­муле

г_1 (s с) ф [а] 17 /її чя

^ — б;із (Од~~ Djj)+*—с Vi (1L38)

где значение коэффициента К дано в формуле (11.35), и коэффициент V, учиты­вающий понижение прочности из-за взаимного влияния отверстий, определяется из условия

Коэффициент Кз для цилиндрических и конических обечаек определяется по формуле

1 + COS2p

где Р — угол между линией, соединяющей центры двух взаимновлияющих отверстий, и образующий обечайки. Для выпуклых днищ Кз = К "

Если ось сварного соединения обечайки удалена от наружных пове хностей обоих штуцеров более чем на 3s и не пересекает перемычку, то коэффицие вт проч­ности этого сварного шва в формулах (11.38) и (11.39) следует принимат 1<р = 1.

В остальных случаях принимается <р < 1 в зависимости от вида и качества свар­ного шва.

Коэффициенты прочности продольных сварных швов штуцеров <pj = 1 и <Pi = 1, если соответствующие сварные швы составляют на окружности штуцеров с линией, соединяющей оси штуцеров, угол не менее 60°. В остальных случаях ф] < 1 и ф; < 1 в зависимости от вида и качества соответствующего сварного шва.

На рис. 11.7 показаны конструкции укрепления взаимновлияющих отвер­стий общей накладкой. Укрепление может быть осуществлено также и местным утолщением укрепляемой стенки толщиной S + % + с.

fe's При укреплении двух близко расположенных отверстий другими способами необходимо, чтобы половина площади, требуемой для укрепления в продольном сечении, размещалась между этими отверстиями.