background image

7. Obliczanie pierścieni wzmacniających otwory w ściankach zbiornika i w dnach 

 
Powierzchnie walcowe. Największa  średnica otworu na króciec, właz, wziernik itd. d

n

 nie wymagająca 

wzmocnienia nie może przekroczyć  żadnej z podanych poniżej wartości d

1

, d

2

 i d

3

, które są opisane 

zależnościami: 

z

D

d

= 35

.

0

1

 [m]  ,           

 [m]         i       

2

.

0

2

=

d

(

) (

)

3

1

1

81

.

0

3

rz

z

c

rz

g

w

D

=

d

[m] , 

gdzie: 
D

w

 i D

z

 [m] – wewnętrzna i zewnętrzna średnica ścianki walczaka, 

g

rz

 [m] – rzeczywista grubość ścianki, w której jest otwór,  

c

1

 [m] – naddatek na korozję,  

z

rz

 [ - ] – rzeczywisty współczynnik wytrzymałościowy elementu osłabionego otworem opisany wzorem: 

(

)

(

)

1

1

0

3

.

2

c

g

k

c

g

D

p

z

rz

r

rz

w

rz

+

=

α

 

Powierzchnie stożkowe. Największa  średnica otworu w elemencie stalowym nie wymagająca 

wzmocnienia nie powinna przekroczyć żadnej z podanych wartości:  

 

(

) (

)

3

1

1

,

81

.

0

1

rz

z

c

rz

g

o

st

D

d

=

 [m],           

2

.

0

2

=

d

 [m]     i   

 [m] 

o

st

D

d

,

3

35

.

0

=

gdzie: 
D

st,o

 [m] – jest średnicą zewnętrzną elementu stożkowego przechodzącą przez środek otworu, 

z

rz

 [ - ] – rzeczywisty współczynnik wytrzymałościowy elementu osłabionego otworem opisany wzorem: 

(

)

α

cos

2

1

,

0

=

c

g

k

D

p

z

rz

r

o

st

rz

 

α – [

o

] – jest kątem nachylenia tworzącej stożka do jego osi. 

 
Definicje powierzchni osłabienia i wzmocnienia

.. 

F

F

g

rz

 

g

kr

g

s

 

g

p

  b

h

kr

Fragment blachy powłoki 
zbiornika 

 
 

Fragment blachy powłoki 
osłabiony otworem 

Fragment blachy powłoki 
z króćcem i 
spawem jedno- lub 
dwustronnym 

Fragment blachy powłoki 
z króćcem, pierścieniem i 
spawami z jednej lub z 
dwóch stron 

a

b

d

c

F

h

kr

h

kr

Przy wzmacnianiu powłoki osłabionej otworem należy kierować się zasadą,  że powierzchnia przekroju 

poprzecznego usuniętego z otworu materiału musi być zastąpiona taką samą powierzchnią przekroju 
poprzecznego materiału w formie: króćca i spawu jedno- lub dwustronnego lub króćca i pierścienia 
wzmacniającego w

 

 

 
 

raz ze spawami po jednej lub po dwóch stronach powłoki (patrz rysunek). 

 

 

ozróżniamy następujące powierzchnie: 

- powierzchnia bez osłabienia (Rys.a)   
- powierzchnia materiału (blachy) usuniętego z otworu (Rys.b):       

A

 = g

rz

 

.

 d 

- wprowadzona przez króciec (Rys.c):   

A

k

 = 2 

.

 h

kr

 

.

 g

kr

 

(lewy rysnek) lub  

A

k

 = 4 

.

 h

kr

 

.

 g

kr

  

(prawy rysunek) 

- pie ścienia wzmacniającego (Rys.d): 

A

p

 = 2 

.

 g

p

 

.

 b

(lewy rysunek) lub  

A

p

 = 4 

.

 g

p

 

.

 b

(prawy)

 

- powierzchnia wprowadzona przez jeden obwodowy spaw:   A

s

 = 2

.

 ¼ 

π 

g

s

2

 = ½ 

π 

g

s

2

 (dla wypukłego),

 

gdzie: 
g

rz

 [m] – rzeczywista grubość powłoki po uwzględnieniu naddatków c, 

g

kr

 [m]

d [

ieszczenie w nim króćca o średnicy zewnętrznej d

z

R

r

 – rzeczywista grubość ścianki króćca, 

m] – średnica otworu umożliwiająca um

 

37

background image

h

kr

 w otwór, przyjmuje się,  że 

b

p

 

g

b

 

 szerokość, wysokość spawu, a dla wypukłego jego promień równy  ≈ 0.8 g

b

 lub  ≈ 0.8 g

rz

i spełniać warunek: 

 

sposobu jego wspawania, wymiary pierścienia wzmacniającego, 

ć że nie zawsze jest on konieczny.  

ozciągających 

promieniowych i osiowych, wywołanych siłą ciśnienia wewnątrz zbiornika F, już zostały uwzględnione przy 
liczeni
 
 

Przyk

lat]. Z dotychczasowych obliczeń otrzymano: V

nom

 = 3.2 [m ],  

w

 =1.6 [m], p

o

= 0.1 [MPa], t

o

 = 50 [ C], k

= 125.5 [MPa] dla powłoki walcowej i k

r

 = 145.8 [MPa] dla dennicy 

yoblonej i dla stali St3S, średnica króćca d

z

 = 0.133 [m], grubość blachy walczaka g

rz 

= 0.004 [m] i grubość 

ennicy wyoblonej g

rz 

= 0.006 [m]. 

 

 [m] – czynna wysokość króćca do jakiej ulega on rozciąganiu po wspawaniu

przyjmuje on mniejszą z następujących dwóch wartości:    h

kr

  = 2.5 

.

 g

rz

  lub    h

kr

  = 2.5 

.

 g

kr

   

[m] – szerokość pierścienia wzmocnienia,  
[m] – grubość pierścienia, g

b

 ≤ g

rz

 

g

s

 [m] –

 

Prawidłowo dobrane wzmocnienie mus

 

.

.

A

o

 < A

k

 + A

kr

 +  n

p

   A

p

 +  n

s

   A

s

 , 

z którego wyznacza się, dla zadanego króćca i 
przy czym obliczenia mogą wykaza , 

Rozważania dla powłoki walcowej i sferycznej są identyczne, gdyż różnice w naprężeniach r

u grubości powłok dla tych przypadków. 

 

Przykłady obliczania pierścieni wzmacniających 

 

ład I.

 Tematem projektu jest cylindryczny, pionowy i bezciśnieniowy zbiornik przeznaczony do 

magazynowania 2 ton oleju opałowego. Zbiornik ma być umieszczony 2.5 [m] nad poziomem gruntu, na 
zewnątrz i ma być eksploatowany przez 

τ = 5 [

3

o

D
w
d

Dane/Założenia: 

Obliczenia: 

Wyniki: 

 

7. Obliczanie pierścieni wzmacniających 

 

     7.1. Sprawdzenie warunku dla d

1

 ścianki  

w

 = 1.6 [m],  

rz 

= 0.004 [m],  

 

D

z

 = D

w

 + 2g

rz

 = 1.6 + 2 

.

 0.004 = 1.608 [m]  

571

.

0

632

.

1

35

.

0

35

.

0

1

=

=

=

z

D

d

  [m]    czyli    d < d

 

 
 
 

 
D
g
 

    7.2.  Sprawdzenie warunku dla d  dla ścianki i dennicy 

2

d = 0.14 [m], 
d

d < 0.2 [m] 
 

 
 
p

= 0.1 [MPa] 

D

=1.6 [m], 

z

 = 1.608 [m], 

Pa], 

],  

c

1

 = 0.0005 [m], 

d = 0.14 [m]. 
 

 

 = D

z

/D

w

=1.608/1.6 = 1.005,    

β < 1.4   więc    α = 1 

D
k

r

 = 125.5 [M

g

rz

= 0.004 [m

 

 

β
 

(

)

(

)

(

)

(

)

159

.

0

0005

.

0

004

.

0

5

.

125

3

.

2

0005

.

0

004

.

0

6

.

1

1

.

0

1

1

0

=

+

=

+

c

g

k

c

g

D

p

rz

r

rz

w

α

 

3

.

2

=

z

rz

(

) (

)

071

.

0

3

1

81

.

0

=

=

z

c

g

D

d

 [m

1

3

rz

rz

w

 
ponieważ: d > d

3

 więc otwór teoretycznie powinien być wzmocniony, ale 

ponieważ obliczenia grubości  ścianek zostały przeprowadzone dla 
założenia, że 

ω > 0, więc pierścień wzmacniający nie jest konieczny. 

 
 

 

 

2

 = 0.2 [m] 

 

 

    7.3  Sprawdzenie warunku dla d

3

 dla ścianki 

 

38

background image

    7.4. Sprawdzenie warunku dla d

1

 dla dennicy

 

 
 
 
 
D

=1.6 [m], 

g

rz

 = 0.006 [m], 

 
d

przeprowadzono dla dwóch wariantów: z otworem i bez
ta

564

.

0

612

.

1

35

.

0

35

.

0

1

=

=

=

z

D

d

     7.5. Sprawdzenie warunku dla d

3

 dla dennicy

 

 
 
p

= 0.1 [MPa] 

D

=1.6 [m], 

D

z

 = 1.612 [m], 

k

r

 = 145.8 [MPa], 

rz

= 0.012 [m], 

1

 = 0.0005 [m]  

 = 0.14 [m], 

g
c
d

 

β = D

z

/D

w

=1.612/1.6 = 1.007,    

β < 1.4   więc    α = 1 

(

)

(

)

(

)

(

)

087

.

0

0005

.

0

006

.

0

8

.

145

3

.

2

3

.

2

1

1

0

=

=

=

c

g

k

rz

r

rz

w

rz

 

0005

.

0

006

.

0

6

.

1

1

.

0

+

+

c

g

D

p

z

α

(

) (

)

=

=

3

1

1

81

.

0

3

d

rz

z

c

rz

g

w

D

0.255 [m] 

ponieważ: d < d

3

 , 

więc dennica nie wymaga wzmocnienia. 
 

 

 
 

Przykład II

   Cylindryczny, poziomy zbiornik o pojemności V = 4.5 [m

3

], ciśnieniu p = 15 [at] i temperaturze t 

= 15 - 50 [

o

C] prz

hczasowych obliczeń otrzymano: V

nom

 = 5.0 

[m

3

],  D

w

 =1.6 [m], l

z

 ≈ 2.8 [m] i p

o

= 1.6 [MPa], t

o

 = 50 C], k

= 125.5 [MPa] dla powłoki walcowej i k

r

=147.8 

en 

],  g

rz

= 0.016 [m] dla walczaka z 

iem osłabienia otworem i g

rz

= 0.012 [m] dla dennicy bez uwzględnienia osłabienia otworem. 

awanego w dennicę króćca: DN = 0.125 [m], d

z

 = 0.1397 [m] i g

kr

 = 0.0071 [m]. 

 

eznaczony do magazynowania amoniaku. Z dotyc

o

 [

[MPa] (dla d

wypukłych) i dla stali 1H18N9T, d

z

 = 0.1397  [m

uwzględnien
Parametry wsp
 

Dane/Założenia

 

ych 

    7.1. Wprowadzenie     

 

 

 

 = 0.14 [m], 

Dennica płaska. Dla dennicy lub pokrywy płaskiej obliczenia 

 otworu w dennicy, 

k więc wynikowa grubość dennicy uwzględnia już osłabienie otworem i 

jego wzmocnienie nie jest już potrzebne. 

Dennica wyoblona.    

D

z

 = D

w

 + 2g

rz

 = 1.6 + 2 

.

 0.006 = 1.612 [m] 

 [m]  czyli     d < d

 

Obliczenia: 

Wyniki: 

7. Obliczanie pierścieni wzmacniając

 

Powłoka walczaka nie wymaga wzmocnień otworów, ponieważ jego 

ścianka była liczona dla 

ω > 0, czyli w obliczeniach osłabienie  ścianki 

otworem zostało już uwzględnione.  

Dennica wyoblona była obliczona dwoma sposobami: 

 

- przy 

ω > 0 i wówczas obliczona grubość  ścianki i g

rz

= 0.014 [m] nie 

wymaga wzmocnienia oraz  

- przy 

ω = 0, w tym wypadku otrzymano g

rz

= 0.014 [m] a dennica wymaga 

sprawdzenia czy potrzeba wzmocnić występujące w niej otwory.  

 
     7.2. Sprawdzenie warunku dla d

1

  

 
D  =1.6 [m], 

 = 0.14 [m] 

 
D  = D  + 2g  = 1.6 + 2 

.

 0.01

w

g

rz

= 0.012, 

d

z

w

rz

2 = 1.624 [m], 

568

.

0

624

.

1

35

.

0

35

.

0

1

=

=

=

D

d

 [m]  czy

z

 

li     d < d

 
 
 

z

 = 1.624 [m], 

D
 

     7.3. Sprawdzenie warunku dla d

2

 

 
d = 0.14 [m], 
d

2

 = 0.2 [m] 

 
d < 0.2 [m] 
 
 

 

 

39

background image

     7.4. Sprawdzenie warunku dla d

3

 

 

 

p

= 1.6 [MPa] 

D

=1.6 [m], 

D

z

 = 1.624 [m], 

k

r

 = 147.8 [MPa], 

g

rz

= 0.012 [m], 

c

1

 = 0.0005 [m]  

 
d = 0.14 [m], 

 

β = D

z

/D

w

=1.624/1.6 = 1.015,    

β < 1.4,   więc    α = 1 

(

)

(

)

(

)

(

)

659

.

0005

.

0

012

.

0

z

rz

 

0

0005

.

0

012

.

0

8

.

147

3

.

2

6

.

1

6

.

1

+

+

c

g

D

p

3

.

2

1

c

g

k

rz

r

α

1

0

=

=

=

rz

w

(

) (

)

095

.

0

3

1

1

81

.

0

3

=

=

rz

z

c

rz

g

w

D

d

 [m] 

 

Ponieważ d > d

3,

 więc otwór wymaga wzmocnienia. 

 

     7.5. Obliczanie pierścienia wzmacniającego otwór króćca 

 
 
g

rz

 = 0.012 [m], 

d = 0.14 [m],  

kr

 = 0.0071 [m], 

udział spawów 
pominięto 

Materiał wycięty z dennicy: 

 

m

2

ę tylko z jednej strony (lewy rysunek) 

 

k

 = 2(h

kr

 .

 g

kr

) = 2(2.5

 .

 0.0071 

.

 0.0071) = 0.00025 [m

2

Wymagana powierzchnia:   

A

p

o

A

k

 = 0.00143 [m

2

] = 

 

.

 g

p

 

,

 

 
stąd szerokość pierścienia: b

p

 = A

/ 2g

p

 = 0.00143/(2 

.

 0.01) = 0.0715 [m]. 

 

 
 
 
 

 
 
 
 
b

p

= 0.0715 [m] 

g
g

p

 = 0.010 [m]

 

 

A

o

 = d 

.

 g

rz

 = 0.14 

.

 0.012 = 0.00168 [

 

Dla króćca wspawanego w dennic

A
 

 

 =  A  - 

.

 b

 
 
 
 
 

 

o otw

 
 
Dla włazu DN = 
0.5 [m]:  

= d

z

 =0.508 [m], 

kr

=s = 0.010 [m], 

 

Zaplanowano zastosować właz: Właz PZ-1,6/500/200/N/ BN-83/2211-

4.

 

nie Rys.d. 

 ściance walczaka 

o

.

.

762 [m

2

 

owierzchni: 

k

.

 .

 .

2

 

n

.d): 

s

.

.

2

 

.

.

 0.01)

2

 = 0.0002 [m]  

A

p

o

 - A

k

 – A

s

 = 0.00642 [m

2

] = 

 2

 

.

 g

p

 

.

 b

trzymuje się :      b

p

 = A

/ 2g

p

 = 0.00642 /(2 

.

 0.01) = 0.321 [m] 

Dla wariantu z dwoma pierścieniami (prawa wersja Rys.d): 

A

s

 = 8   (

π / 4)    g

s

 

 = 2   

π   (0.8   0.01)  = 0.0004 [m]  

A

p

 =  A

o

 - A

k

 – A

s

 = 0.0062 [m

2

] = 

 4

 

.

 g

p

 

.

 b

p

 

 
Ich szerokość wyniesie: b

p

=A

/(4

.

g

p

) = 0.0062 /(4

.

0.01)= 0.155 [m] 

 

 
 
 
 

d
g
g

rz

= 0.015 [m], 

g

p

 = 0.010 [m]

 

g

s

= 0.8g

p

 = 

         = 0.008 [m

 

],

 

2 01 i zamocować go od góry w ściance walczaka, zgod

ateriał usunię

M

ty  podczas wykonywania otworu w

wynosi: 

   

A  = d   g

rz

 = 0.508   0.015 = 0.00

Króciec włazu wprowadza materiał o p

 
A  = 4(h

kr

   g

kr

) = 4(2.5  0.010  0.010) = 0.001 [m ]  

Dla waria tu z jednym pierścieniem (lewa wersja Rys

 

A  = 4   (

π / 4)    g

s

 

 = 

π   (0.8 

 =  A

 
o
 

 

.

.

2

.

.

.

2

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

p

= 0.321 [m] 

 
 
 b

p

= 0.155 [m] 

b

 
 
 
 

     7.6  Obliczenie pierścienia wzmacniająceg

ór włazu 

 

 

40