Fachbereichstandard April Rohrleitungen aus Stahl FESTIGKEITSBERECHNUNG /07 Vereinfachter Festigkeitsnachweis. [a]

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Ralf Buchholz
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1 N - a.: ö: -: >< 0 _.; :. DK ßelZl!ie ore Qp-< Facbereicstandard April 98 TGL Rorleitungen aus Stal FESTIGKEITSBERECHNUNG 60/07 Vereinfacter Festigkeitsnacweis Gruppe 900 r; ; o Tpy6onpoeoAbl CTanbHble Pac.eT Ha npo"ihoctb YnpolJ.!eHHblM pac.et Hanpn<eHMM :::.: Steel Piping; Calculation of Strengt; Simplified Analysis of Stresses! Deskriptoren: Stalrorleitung Festigkeitsberecnung Wärmedenung ii Umfang: SeTten Verantwortlic/bestätigt: VEB Kombinat Kraftwerksanlagenbau Berlin :. ci Verbindlic ab..985 ;:; a. 0 Dieser Standard g i t nur für die Berecnung spezieller -Festpunkt-systeme auf -ö ausreicende Elastizität beztiglic Wärmedenung. c Dieser Standard g i t nict für Rorleitungen in Kesseln nac TGL 30 30/0 in Druckgefäßen nac TGL /0 und in Kernkraftwerken soweit für diese Anlagen spezielle Vorscriften verbindlic-sind sowie für Sciffsrorleitungen.! g "O c. FORMELZEICHEN Längsspannung infolge inneren Überdrucks in N/nm Toleranzzusclag in mn Korrosionszusclag in mn mittlerer Rordurcnesser in mn (d = da - s) Roraußendurcmesser Nenndurcmesser in liid Kraftbeiwert für Kraft F Kraftbeiwert für Kraft r H Denungsbeiwert Y Elastizitätskennzal von Rorbogen gestreckte Länge der Rorleitung zwiscen den Festpunkten in mn Berecnungsdruck in MPa (tt) Nennwanddicke des Rorbogens in rrm Verscwäcungsbeiwert von Rorbogen nac TGL 60/03 räumlicer Festpunktabstand in mn Festpunktabstand in x-rictung in rrm C Spannungsbeiwerte nac TGL 60/06 3 Elastizitätsmodul bei Raumtemperatur in N/lIID Elastizitätsmodul bei Berecnungstemperatur in N/lIID Festpunktkraft in -Rictung in N Festpunktkraft in )-Rictung bzw. Querkraft am zwangsgefürten Gleitlager in N Ausladung des Denungsausgleicers in mn Trägeitsmoment des Rorwandquerscni tts in rrm Biegeradius des Rorbogens in mn Kaltvorspannfaktor nac TGL 60/06 Wärmedenung nac TGL 60/0 in mn/m vorandene Wärmedenung in llld Wärmedenung in x-rictung in mn zulässige Warmedenung in nm Auslastungsgrad infolge inneren Überdrucks Berecnungsbeiwert Biegespannung in N/nm [a] zulässige Spannung nac TGL 60/0 bei Berecnungstemperatur in N/rrm. BERECHNUNGSGRUNDSÄTZE Der vereinfacte Festigkeitsnacweis für spezielle Systeme erfolgt in der Form daß die auftretende Wärmedenung einer Rorleitung mit dem zulässigen Wert verglicen wird. Die zulässige Wärmedenung[] wird mit Hilfe von Näerungsformeln berecnet in die neben Werkstof fkennwerten und geometriscen Größen auc ein von der Geanetrie des Systems ab- ängiger Denungsbeiwert f einget. Die Näerungsformeln sind aus dem Nacweis gegen Rückplastizierung (Iastf all C nac TGL 60/06) an der öcstbeanspructen Stelle der Rorleitung abgeleitet: avc = c a P + c 3 ob 5 [a] () wobei die Elastizitäts- und Spannungsbeiwerte der versciedenen Rorbogenarten nac TGL 60/06 one die versteifende Wirkung des inneren Uberdrucks berücksictigt werden. Für die Anwendbarkeit des vereinfacten Festigkeitsnacweises müssen folgende Bedigungen erfüllt sein: - Die angeordneten Roralterungen dürfen die Wärmedenung nict beindern. Die Lagerreibung darf keinen wesentlicen Einfluß auf die Verformung der Rorleitung aben. Durc die Vernaclässigung dieses.. Einflus. - werden - insbesondere bei dünnwandigen Großrorleitungen DN die Reaktionskräfte F und F infolge Wärmedenung um 5 bis 5 3xunterllwertet. II... I

2 Seite TGL 60/07 - Bei den Rorleitungselementen werden gleice Nennalmessungen vorausgesetzt. Die Rorbogen dürfen an den Enden nict durc Flansce.oder andere Bauteile versteift sein. - Frenrldenungen sind als zusätzlice wannedenung zu berücksictigen. - Beim Betrieb der Rorleitung dürfen keine wesentlicen stationären und instationären Wärmespannungen auftreten. J. VEREINFACHTER NACHWEIS MITTELS ELASTIZITÄTSKRITERIUM Rorleitungssysteme sind gegen Wärmedenung ausreicend dimensioniert wenn folgende Bedingung eingealten wird: fj. = aat B[!J.] () (!J.]= a (ls - B) (3) Eo+ Et. da Falls diese Bedingung nict erfüllt ist sind genauere Berecnungen nac Abscnitt. oder TGL 60/06 notwendig.. VEREINFACHTER NACHWEIS FlJR ROHRLEITUNGS- SYSTEME MIT U- Z- UND Ir-AUSGLEICHERN Diese Rorleitungssysteme nac Bild bis 3 sind gegen Wärmedenung ausreicend dimensioniert wenn folgende Bedingung eingealten wird: /J.x =a!j.t Bx [!J.] ) () [AJ= t&. f. fa (5) 0 t a mit { 6 - ß für U-Ausgleicer!:: = - ß für Z-Ausgleicer (6) - ß für Ir-Ausgleicer. p d ß : Cs - c - c )[o]vb C7 ) Die untersciedlicen Faktoren für!:: ergeben sic auf Grund des Reibungseinflusses auf die Spannungen. An den Festpunkten bzw. am ersten zwangsgefürten Gleitlager vor und inter dem Ausgleicer treten infolge Wännedenung folgende Kräfte auf: (EO + Et) I H 3 F = 6. f (8) (E F = 0 + Et) I /: f (9) y H 3 y Bei Rorleitungssystemen bei denen kein Kriecen des Rorwerkstoffs auftritt kann durc Vorspannen eine Verteilung der Kräfte auf den kalten und warmen Zustand erfolgen: = - V Eo F F F xk 0 E x xw t Eo Fy k = - v 0 E F ; F = ( - v 0 ) F t y yw Y (0) () Beiwerte ft:. wobei fx und fy nac Bild bis 0 d = SR () Dabei sind die Bedingungen nac Bild bis 3 einzualten. Bei größeren Abständen zwiscen zwangsgefürtem Gleitlager und Mitte Denungsausgleicer treten kleinere Kräfte Momente und Spannungen auf. Die Anordnung eines raden Rorstücks im Sceitel des U-Ausgleicers verbessert die Denungsaufname nur unwesentlic. 5.ie Wännedenung in y-rictung ist bei der Berecnung der Beiwerte r f und f berlickaictigt... u y

3 IUL 60/07 Seite j FP ---- Fx Glz T Lo H R R Glz FP L 0.iilt H BxH T -i Bild U-Ausgleicer mit Bx L 0 -Fx FP Fy Glz :z: Glz FP BxH Bild Z-Ausgleicer mit Bx :;i. La -- Fx FP Glz - :z: " Bx ;;ai: H Lo H N l5 u. )( m -ltl >. m FP Bild 3 -Ausgleicer mit Bx > La

4 Seite TGL 60/ s f : a.. Oß qs Of- Glalrorbogen \! l \ _«i p: \. 0 I 0 - ö \ J I " f I I I / V. / i/l / / /! - / / / / Ä / / V lt"/.. ; o/ / / l ( Ll jtj!! i i 0 GZ o.e.0 U.... J.0... U i! 0 Segmentkrümmer - \! I I I r 0. :;; <!!l 0 :J/ J/ #/ 0 _ I I I t :.. :: \ l I I I l " \ \! \ l J J I I j t l OJ 0 p t $ :I 3.0 J Bild Beiwerte f fur U-Ausgleicer

5 IDL 60/07 Seue 5 t 0 6 o s qe t f-- ;._.:: :3._ ==lllli:!ll-.::--=...j...:ll-- 5 J L----"----li I L..-_ i &.-...L..L-L o fx SegmentkrOmmer o t qa 0 fx 6 0. ild 5 Beiwerte f für U-Ausgleicer

6 Seite 6 TGL 60/07 t 0 s 3 Glatror bogen :;-+t--t f os---+-r t o.._...--_..._ Cl \6 f.a.._ Segmentkrümmer r-r-"tr...---r--r--.--:::;.--7" t.a Bild 6 Beiwert f ur Z-Asgleicer

7 TGL 60/07 Seite 7 Glattror bogen 0t-----T... r l-" l t--+r--- ; l----f-- &r----t r "or lli: t :t--t+-:7ii"""-:: ft-.- ;l--:co;"r-- 08 OfJ o& os 0 s 0 f )( S t : 3 - Segmentkrümmer :cl::id 0 o.s p f x... Bild 7 Beiwerte fx für Z-Ausgleicer

8 Seite 8 TGL 60/ i Glattrorbogen -s.f o oa 0 os o& 0 tp 6 8 fy 0 S egmentkrümmer J 0 0 o& f Bild 8 Beiwerte fy für Z-Ausgleicer

9 TGL 60/07 Seite 9 f Gl alro r bogen ol- 0J l----f G.IJ----+-" l--+--m t i o r: t o 0 03 Bi lrl 9 Beiwerte f für L-Ausgleicer

10 Seite 0 TGL 60/07 Glattro rbogen t I sf r t-----t---.r-w------t-r--"t------t t------r oit-: r c------:: 06& f t-----t-t ;-t L _._ fx fy - Segmentkrümmer 0t r r---.nr:--l """T" r t---- 8t-----t r---t--"IE:--t t f : t "lk _t fx fy - Bild 0 Beiwerte fx = fy für -Ausgleicer

11 TGL 60/07 Seite Hinweise Ersatz für TGL 60/07 Ausg..75 Änderungen.gegenüber Ausg..75: vollständig überarbeitet. Im vorliegenden Standard ist auf folgende Standards Bezug genonmen: TGL 60/0 /03 und /06; TGL 30 30/0; TGL /0 Rorleitungen aus Stal; Denungsausgleicer; Ausladung und Festpunktkräfte one Lagerreibung von U-Ausgleicern siee TGL 857/0 -; -; Ausladung und Festpunktkräfte one Lagerreibung von Z-Ausgleicern siee TGL 857/0 -; -; Ausladung und Festpunktkräfte one Lagerreibung von -Ausgleicern siee TGL 857/03 Anwendungsbeispiel Dimensionierung der U-Ausgleicer für eine Rorleitung bei Berecnungstemperatur t = 80 C und Berecnungsdruck p = 75 MPa unter Verwendung von Ror LC 60 x 6 nac TGL 7 603/0 aus St 38 b-. Ausgangsgrößen: 3 c = 08 nm c = 0 nm.d. = 6 nm [a] = 3 N/nm Et = 9 0 N/nm afi.t = 3 nm/m B = 00 m Segmentkrürrmer R t;>: 3 d nac TGL 38 8 R ::o 800 nm v.b =. a Auftretende Wärmedenung in x-rictung nac Fonnel (): b = Clbt B = 3 mm/m 00 m = 3 nm Festlegung von Recengrößen: 0 = 0 = 9; = 873; I = nm Ausladung gewält H = nm R/H = 030; nm fa = 56 nac Bild I"" = 08 nac Bild 5 Berecnung der zulässigen Denungsaufname nac Fonnel (5): [ti.]= nm = 6 nm d Ermittlung der Festpunktkräfte infolge Wci.rmedenung one Lagerreibung nac Formel (8) und (9): 3 F = N = 3 80 N F = 0 y

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