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IV. Berechnung der Wannddicken zylindrischerrömisch vier. Berechnung der Wannddicken zylindrischer
Wandungen für inneren Überdruck
Längen in mm, Spannungen in kp/mm2, Temperaturen in Grad C
D ..................... Innendurchmesser der zylindrischen Wandung
i
D ..................... Außendurchmesser der zylindrischen Wandung
a
d ..................... größter Innendurchmesser eines Ausschnittes
i
s ..................... erforderliche Mindestwanddicke
o
Sigma ............... höchste zulässige Beanspruchung
zul
Sigma .............. 0.2%-Dehngrenze (garantierter
0.2 t Mindestwert) bei der Temperatur t
Sigma .............. 1%-Dehngrenze (garantierter Mindestwert)
1.0 t bei der Termperatur t
Sigma ................ Zugfestigkeit (garantierter Mindestwert
B
Sigma ........ Mittelwert der Spannung, die bei der
Bt 100.000 Temperatur t in 100.00 Stunden Bruch
bewirkt. Wenn das Streuband der
Versuchsergebnisse bereiter ist als +/- 20%
des Mittelwertes, ist das 1.25-fache der
Mindest-100.000-Stunden-Bruchfestigkeit bei
der Temperatur t zu nehmen.
Sigma ........ Mittelwert der Spannung, die in 100.000
1% 100.000 Stunden bei der Temperatur t eine Dehnung
von 1% bewirkt.
p ...................... Berechnungsdruck (Überdruck in at)
v ...................... Schweißnahtwertigkeit
t ...................... Berechnungstemperatur
c ...................... Wanddickenzuschlag
2. Zulässige Beanspruchung:
a) Stähle:
Die höchste zulässige Beanspruchung (Spannung) ist gleich
dem niedrigsten der folgenden fünf Werte:
Sigma )
0.2 t )
1. Sigma = -------------- ) Für Reaktordruckgefäße
zul W ) und für befeuerte
) Druckgefäße
) w = 1.6, x = 2.7
Sigma ) Für unbefeuerte Druckgefäße
B ) w = 1.5, x = 2.4
2. Sigma = -------- )
zul x )
Sigma
Bt 100.000
3. Sigma = -----------------
zul 1.6
Sigma
1% 100.000
4. Sigma = -----------------
zul 1.0
Sigma
B (t+15) 100.000
5. Sigma = -----------------------
zul 1.0
(bei t+15 Grad C)
Bei austenitischen rostfreien Stählen darf zur Ermittlung
der zulässigen Beanspruchung in Formel 1 die 1%-Dehngrenze
Sigma in Rechnung gestellt werden.
1.0t
b) Aluminium-Werkstoffe:
Die höchste zulässige Beanspruchung ist der untenstehenden
Tabelle zu entnehmen:
Die zulässigen Beanspruchungen sind für Al 99.98 R, Al 99.8,
Al 99.7 und Al 99.5 auf Sigma, für Al Mg 3, Al Mg Mn und
1.0t
Al Mg 4.5 Mn auf Sigma bzw. für Temperaturen über
0.2
100 Grad C auf Sigma 5 mit einem Sicherheitsbeiwert
Bt 10
1.5 bezogen.
Zwischenwerte sind linear zu interpolieren.
c) Messingwerkstoffe:
Die höchste zulässige Beanspruchung ist aus folgenden
Formeln zu errechnen:
Für Temperaturen bis 100 Grad C:
Sigma
B
Sigma = --------
zul 4
Für Temperaturen über 100 Grad C:
2
Sigma = Sigma (0.05 + 0.004 t - 0.00002 t )
zul B
Aluminium-Bronze:
Die höchste zulässige Beanspruchung ist durch Multiplikation der garantierten Mindestzugfestigkeit mit den in der nachstehenden Tabelle enthaltenen Koeffizienten
Sigma
zul
---------- für die jeweilige Temperatur zu errechnen.
Sigma
B
t Grad C ! bis 200 ! 300 ! 400
-----------------!---------!------!------
Sigma / Sigma ! 0.12 ! 0.11 ! 0.05
zul B!
Zwischenwerte sind linear zu interpolieren.
Nickel:
Die höchste zulässige Beanspruchung ist durch Mulitplikation der garantierten Mindestzugfestigkeit und dem in der
-------------------------------------------------------------------
Werkstoff + Zustand ! -195 Berechnungstemperatur Grad C
! bis 20 ! 50 ! 100 ! 150 ! 200 ! 250
-------------------------!--------!------!------!------!------!----
Al 99.98 Rw und F 4 ... ! 1.13 ! 1.00 ! 0.87 ! - ! - ! -
Al 99.8 w und F 6 ... ! 1.47 ! 1.33 ! 1.20 ! - ! - ! -
Al 99.7 w und F 6 ... ! 1.67 ! 1.53 ! 1.33 ! - ! - ! -
Al 99.5 w und F 7 ... ! 2.00 ! 1.93 ! 1.80 ! 1.20 ! 0.73 ! 0.53
Al Mg 3 w und F 18 .. ! 5.33 ! 5.33 ! 4.67 ! 3.00 ! - ! -
Al Mg Mn w ........... ! 5.33 ! 5.33 ! 4.67 ! 3.20 ! 1.47 ! 1.07
Al Mg 4.5 Mn (s <= 30mm)! 8.67 ! 8.67 ! 8.00 ! - ! - ! -
Al Mg 4.5 Mn (s > 30mm) ! 8.00 ! 8.00 ! 7.33 ! - ! - ! -
Al Mg 4.5 Mn F 28 ..... ! 8.67 ! 8.67 ! 8.00 ! - ! - ! -
Al Mg 4.5 Mn F 26 ..... ! 7.33 ! 7.33 ! 6.67 ! - ! - ! -
-------------------------------------------------------------------
nachfolgenden Tabelle enthaltenen Koeffizienten
Sigma
zul
---------- für die jeweilige Temperatur zu errechnen.
Sigma
B
t Grad C ! bis 300 ! 400 ! 450 ! 500 ! 600
--------------------!---------!------!-----!------!-------
Sigma / Sigma ! 0.2 ! 0.15 ! 0.1 ! 0.06 ! 0.03
zul B
Zwischenwerte sind linear zur interpolieren.
f) Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen mit mehr als 30%
Nickel-Kupfer-Legierungen mit mehr als 60% Nickel:
Die höchste zulässige Beanspruchung ist durch
Multiplikation der garantierten Mindestzugfestigkeit und
dem in der nachfolgenden Tabelle enthaltenen Koeffizienten
Sigma
zul
---------- für die jeweilige Temperatur zu errechnen.
Sigma
B
t Grad C ! bis 100 ! 200 ! 300 ! 400 ! 450 ! 500
--------------------!---------!------!------!------!------!-------
Sigma / Sigma ! 0.25 ! 0.23 ! 0.21 ! 0.19 ! 0.17 ! 0.04
zul B
Zwischenwerte sind linear zu interpolieren.
Gußwerkstoffe der unter lit. b bis f genannten Nichteisenmetalle:Gußwerkstoffe der unter Litera b bis f genannten Nichteisenmetalle:
Die höchste zulässige Beanspruchung darf nur mit 80% der unter lit. b bis f angegebenen Werte in Rechnung gestellt werden.Die höchste zulässige Beanspruchung darf nur mit 80% der unter Litera b bis f angegebenen Werte in Rechnung gestellt werden.
Berechnungstemperatur:
Die Wandtemperatur t ist für befeuerte Wandungsteile in der Wandmitte vom Hersteller zu ermitteln, darf aber nicht niedriger als 250 Grad C angenommen werden und muß mindestens der höchsten Temperatur des eingeschlossenen flüssigen bzw. verdampfenden Mediums plus 25 Grad C, wenn die Wärme überwiegend durch Konvektion übertragen wird, bzw. plus 50 Grad C, wenn die Wärme überwiegend durch Strahlung übertragen wird, entsprechen. Für Heißdampf führende Wandungen ist die Wandtemperatur t gleich der höchsten Heißdampftemperatur plus 45 Grad C bei Konvektion bzw. plus 65 Grad C bei Strahlung, jedoch mindestens 250 Grad C zu setzen.
Für unbefeuerte Wandungsteile und solche, die entsprechend isoliert sind, ist die Wandtemperatur t gleich der höchstmöglichen Temperatur des eingeschlossenen Mediums zu setzen.
Berechnungsdruck:
Als Berechnungsdruck ist der festgesetzte höchste Betriebsdruck in Rechnung zu stellen, wobei unter den ungünstigsten Bedingungen auftretende strömungsbedingte Druckerhöhungen sowie durch das Beschickungsmittel hervorgerufene statische Drücke zu berücksichtigen sind. Bei äußerem Unterdruck (Vakuum) ist der Berechnungsdruck um 1 at zu erhöhen.
Berechnung der Wanddicke:
Die Wanddicke zylindrischer Wandungen ist nach einer der beiden folgenden Formeln zu ermitteln.
p x Da
s = ---------------------- + c
o 200 Sigma v + p
zul x
p x D
i
s = ---------------------- + c
o 200 Sigma v - p
zul x
Bei dünnwandigen Druckgefäßen ist die Wanddicke ferner so zu wählen, daß äußere Beanspruchungen, wie z. B. Stöße, Schläge, Auflagerdrücke, die Festigkeit des Druckgefäßes nicht beeinträchtigen.
Grenze der Anwendbarkeit der Formeln:
Die vorstehenden Zylinder-Formeln sind nur anwendbar für
Wandungen mit einem Verhältnis von D : D <= 1.5.
a i
Wanddickenzuschlag:
Zur Berücksichtigung von Abnützungen und Korrosionen ist der Wanddickenzuschlag mit c >= 0.75 mm in Rechnung zu stellen. Er kann entfallen wenn die Wanddicke 30 mm und mehr beträgt, oder wenn die Druckgefäße im Inneren ausreichend besichtigt werden können, im Betrieb keine Wanddickenverringerung durch mechanischen Verschleiß zu erwarten ist und die Druckgefäße aus einem gegen das Beschickungsgut (Inhalt) korrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt oder mit einer vor Korrosion zuverlässig schützenden Auskleidung versehen sind. Als derartige Auskleidungen sind nur vollständig dichte, hinreichend starke und chemisch beständige Schichten (wie z. B. Plattierung, Emaillierung und ähnliche Schichten, deren Lebensdauer der Verwendungsdauer des Gefäßes mindestens gleichkommt), nicht aber dünnwandige Überzüge (wie Farbanstriche, galvanische Überzüge Verzinnung (Anm.: Richtig Verzinnung,) Verzinkung, Verbleiung usw.) sowie solche Überzüge und Auskleidungen anzusehen, die erfahrungsgemäß während der Verwendungszeit des Gefäßes mehrmals erneuert werden müssen. Bei Kunststoffüberzügen muß in jedem Fall die Eignung des Kunstoffes nachgewiesen sein. Bei stark korrodierenden Rauchgasen bzw. Beschickungsmitteln oder bei zu erwartendem hohem mechanischem Verschleiß ist vom Überwachungsorgan ein höherer Wanddickenzuschlag als 0.75 mm festzulegen. Sind nach den Maßnormen der verwendeten Bleche Minustoleranzen vorgesehen, so sind diese bei der Festlegung des Wanddickenzuschlages gesondert zu berücksichtigen.Zur Berücksichtigung von Abnützungen und Korrosionen ist der Wanddickenzuschlag mit c >= 0.75 mm in Rechnung zu stellen. Er kann entfallen wenn die Wanddicke 30 mm und mehr beträgt, oder wenn die Druckgefäße im Inneren ausreichend besichtigt werden können, im Betrieb keine Wanddickenverringerung durch mechanischen Verschleiß zu erwarten ist und die Druckgefäße aus einem gegen das Beschickungsgut (Inhalt) korrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt oder mit einer vor Korrosion zuverlässig schützenden Auskleidung versehen sind. Als derartige Auskleidungen sind nur vollständig dichte, hinreichend starke und chemisch beständige Schichten (wie z. B. Plattierung, Emaillierung und ähnliche Schichten, deren Lebensdauer der Verwendungsdauer des Gefäßes mindestens gleichkommt), nicht aber dünnwandige Überzüge (wie Farbanstriche, galvanische Überzüge Verzinnung Anmerkung, Richtig Verzinnung,) Verzinkung, Verbleiung usw.) sowie solche Überzüge und Auskleidungen anzusehen, die erfahrungsgemäß während der Verwendungszeit des Gefäßes mehrmals erneuert werden müssen. Bei Kunststoffüberzügen muß in jedem Fall die Eignung des Kunstoffes nachgewiesen sein. Bei stark korrodierenden Rauchgasen bzw. Beschickungsmitteln oder bei zu erwartendem hohem mechanischem Verschleiß ist vom Überwachungsorgan ein höherer Wanddickenzuschlag als 0.75 mm festzulegen. Sind nach den Maßnormen der verwendeten Bleche Minustoleranzen vorgesehen, so sind diese bei der Festlegung des Wanddickenzuschlages gesondert zu berücksichtigen.
Ausschnitte:
Für Ausschnitte in zylindrischen Schüssen sind die in der ÖNORM M 7301, Ausgabe 1977 (Verstärkung von Ausschnitten in Wandungen von Druckgefäßen und Druckbehältern) festgelegten technischen
Regeln einzuhalten. Für Ausschnitte mit d >= 0.8 D darf die
i a
erforderliche Ausschnittsverstärkung nur durch Verstärkung der Wanddicke des ganzen Schusses erfolgen. Für Ausschnitte, für welche die ÖNORM M 7301 nicht anwendbar ist, muß durch genaue Spannungsanalyse oder durch Dehnungsmessungen nachgewiesen werden, daß die Umfangsspannung am Ausschnitt die zulässige Spannung um nicht mehr als 30% überschreitet.