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TRD 301 - Zylinderschalen unter innerem Überdruck *^, **
- Berechnung -
Technische Regeln für Dampfkessel (TRD)

Ausgabe April 1975
(ArbSch. 7-8/1975 S. 293; 4/1976 S. 135; 1-2/1978 S. 59; BArbBl. 5/1981 S. 68; 4/1984 S. 60; 7-8/1996 S. 78; 10/1997 S. 85; 12/1997 S. 71aufgehoben)

1 Geltungsbereich

1.1. Die nachstehenden Berechnungsregeln [1] gelten für Zylinderschalen ohne und mit Ausschnitten (Rohre, Trommeln, Trenngefäße Sammler, Mäntel, Schosse und dgl.) unter innerem Überdruck, bei denen das Verhältnisd_a/d_i< 1,7 ist. Darüber hinaus sind Durchmesserverhältnissed_a/d_i bis 2,0 zulässig, wenn die Wanddickes_v< 80 mm beträgt. Die Berechnung von Armaturengehäusen ist in TRD 110 geregelt.

1.2. Die Berechnungsregeln gelten in erster Linie für verformungsfähige Werkstoffe (δ₅> 14 % ¹). Sie können für Ausführungen nach den Bildern 1 bis 6 auch bei weniger verformungsfähigen Werkstoffen angewendet werden, wenn dem geringeren Verformungsvermögen durch einen höheren Sicherheitsbeiwert Rechnung getragen wird (siehe TRD 300 Tafel 6) und die Wanddicke des Grundkörperss_v< 50 mm ist.

1.3. Die Berechnungsregeln berücksichtigen nur durch inneren Überdruck hervorgerufene Beanspruchungen. Zusätzlichen Kräfte und Momente nennenswerter Größe müssen gesondert berücksichtigt werden ². In diesem Fall gibt der Kesselhersteller die Größe der Kräfte und Momente an und weist nach, daß diese beachtet sind.
Systemschwingungen werden durch die folgende Rechnung nicht erfaßt. Ihnen ist beispielsweise durch konstruktive Maßnahmen zu begegnen.

1.4 Bei Zylinderschalen ohne Ausschnitte, die nach diesen Regeln berechnet werden, tritt bei Anwendung der angegebenen Sicherheitsbeiwerte nur im Bereich zeitunabhängiger Festigkeitskennwerte kein nennenswertes Fließen ein. Bei Zylinderschalen mit Ausschnitten können an den höchstbeanspruchten Stellen, insbesondere bei der ersten Belastung, plastische Verformungen auftreten, die bei Anwendung dieser Berechnungsregeln in tragbaren Grenzen bleiben ³.

1.5. Für Zylinderschalen unter äußerem Überdruck gilt TRD 306.

2. B erechnungsgrößen und -einheiten

Siehe TRD 300 Abschnitt 2. Darüber hinaus gilt Tafel 1.

3. Allgemeines

3.1. Bei Zylinderschalen ohne Ausschnitte ist gegebenenfalls die Verschwächung durch die Schweißnaht zu berücksichtigen.

3.2. Bei Zylinderschalen mit Ausschnitten kann der Verschwächung des Grundkörpers durch folgende Maßnahmen Rechnung getragen werden:

Allgemein ist auf sanfte Übergänge besonderer Wert zu legen. Wanddickenübergänge sind unter einem Winkel < 30 auszuführen; siehe Bilder 2, 3, 4.

Ausschnittverstärkungen durch innen aufgeschweißte Ringe bzw. Scheiben sind nicht zulässig.

3.3. Die unterschiedliche Wirksamkeit der Verstärkungen ist gemäß dem Bewertungsfaktorf₁ nach Tafel 2 in der Rechnung zu berücksichtigen.

3.4. Bei elliptischen Ausschnitten für Befahr- und Besichtigungsöffnungen wird vorausgesetzt, daß das Verhältnis von großer Achse zu kleiner Achse 1,5 nicht übersteigt. Bei elliptischen Ausschnitten gilt als Berechnungsdurchmesser die in Richtung der Mantellinie liegende Achse. (Schrägstutzen siehe Abschnitte 5.2 und 5.3).

3.5. Das Berechnungsverfahren setzt Übergänge mit weitgehend kerbfreier Oberfläche ⁵ voraus. Kanten müssen abgerundet sein.

3.6. Ausschnitte sollen ausreichenden Abstand von den Schweißnähten (Längs- oder Rundnähte) den Grundkörpers haben. Der Abstand ist ausreichend, wenn der äußere Rand eines Abzweiges oder einer aufgeschweißten Verstärkung bei einer Grundkörperwanddicke s_v< 25 mm einen Abstand von 2 · s_v und bei s_v > 25 mm von mindestens 50 mm vom Rand der Schweißnaht hat.

Muß dieser Abstand aus konstruktiven Gründen unterschritten werden, na ist dies nur zulässig bei Schweißnähten, die im Einflußbereich des Ausschnitts zerstörungsfrei geprüft werden und dabei die Forderung fürv_N = 1 erfüllen. Arbeitsprüfungen werden nicht gefordert. Weiterhin soll die Schweißnahtdecklage im Gebiet des Ausschnittes kerbfrei überschliffen sein. Längs- und Rundnähte werden in diesem Falle hinsichtlich des Schweißnahtfaktorsv_N gleich behandelt,

3.7. Aushalsungen sind nur mitd_Ai/d_i< 0,8, solche, die mit Zeitstandfestigkeitswerten berechnet werden, jedoch nur mitd_Ai/d_i< 0,7 zulässig. Bei Aushalsungen ist darauf zu achten, daß die ausgeführte Wanddicke von der gezeichneten und der Rechnung zugrunde gelegten Wanddicke nicht nennenswert abweicht. Hinsichtlich des in der Berechnung zu berücksichtigenden Verschwächungsbeiwertesv_A wird auf Abschnitt 5.3.3 verwiesen. Bei ausgehalsten Abzweigen, die mit Zeitstandfestigkeitswerten berechnet werden, wird außerdem auf Abschnitt 9 verwiesen.

3.8. Für geschmiedete Abzweigstücke nach den Bildern 5 und 6 gelten die für ausgehalste Abzweige gemachten Einschränkungen nicht. sofern die hierbei unterstellten Materialanhäufungen auch sichergestellt werden können.

4. Erforderliche Wanddicken

Die erforderliche Wanddicke beträgt:

s = s_v+c₁ +c₂ bzw.    ( 1)

s_a= s_A0 +c₁ +c₂     ( 2)

wobeis bzw.s_v für den Grundkörper unds_A bzw.s_A0 für anschließende Stutzen gilt.

Für die Nachrechnung ausgeführter Bauteile mit der Wanddickes₀ bzw.s_Ae ist zu setzen

s_v= s₀ -c₁ -c₂   bzw. ( 3)

s_A0= s_Ae -c₁ -c₂   ( 4)

5. Berechnung gegen vorwiegend ruhende Innendruckbeanspruchung ⁶

5.1. Zylinderschalen ohne Ausschnitte

5.1.1. Die Wanddicke ohne Zuschläge beträgt

   ( 5)

oder

    ( 6)

Gl. (5) und Gl. (6) liefern nur gleiche Ergebnisse, wenn

d_i =d_a - 2s_v        ( 7)

gesetzt wird.

5.2. Zylinderschalen mit schrägem Einzelabzweig

5.2.1. Das nachfolgende Berechnungsverfahren ist zulässig, sofern der Winkel Ψ_A> 45° ist, Bild 9. Eine unmittelbare Berechnung der Wanddicke des Grundkörpers ist im allgemeinen Falle des schrägen Abzweigen ohne und mit zusätzlich aufgebrachter Verstärkung wegen der verschiedenen Einflußgrößen nicht möglich. Die Wanddickes_v muß zunächst auf Grund der Erfahrung angenommen und die Richtigkeit der Annahme nachgeprüft werden.

5.2.2. Mit einer druckbelasteten FlächeA_p (einfach schraffiert) sowie mit den tragenden QuerschnittsflächenA_σ, (kreuzschraffiert) lautet die Festigkeitsbedingung für den Bereich I,  Bild 9,

    ( 8)

für den Bereich II, Bild 9,

    ( 9)

Die mittragenden Längen dürfen höchstens eingesetzt werden für den Grundkörper mit

    ( 10)

und für den Stutzen mit

     ( 11)

Bei einem nach innen überstehenden Stutzenteil kann nur der Anteill_A2< 0,5e_A als tragend in die Rechnung einbezogen werden.

Der Bewertungsfaktorf₁ ist aus Tafel 2 zu entnehmen. Die auf Grund der Gl. ( 8) bzw. ( 9) ermittelte Wanddickes_v darf nicht kleiner sein als die Wanddickes₀, die für die Zylinderschale ohne Ausschnitte und ohne Zuschläge erforderlich ist.

5.2.3. Bestehen Grundkörper, Abzweig und Verstärkung aus Werkstoffen unterschiedlicher zulässiger Spannung, so ist, wenn der Werkstoff des Grundkörpers die kleinste zulässige Spannung σ_zul aufweist, diese für die Berechnung der gesamten Konstruktion maßgebend. Vorausgesetzt wird, daß das Verformungsvermögen von Abzweig und Verstärkung nicht nennenswert ⁷ kleiner ist als das des Grundkörpers.

5.2.4. Hat der Werkstoff des Abzweigs mit σ´_zul oder der zusätzlichen Verstärkung σ"_zul eine kleinere zulässige Spannung als der Grundkörper mit σ_zul, so kann die Bemessung auf Grund der Festigkeitsbedingung für den Bereich I

      ( 12)

und für den Bereich II sinngemäß durchgeführt werden.

weiter .