OK 66.023:539.4.001.24 Fachbereichstandard Deriis~he Behälter und Apparate

o~lhe FESTIGKEITSBERECHNUNG

. "!\.~- -. RQP~R Flanschverbindungen

-

Vessels and Equipments; Calculation.of Strength; Bolted Flange Connections

Deskriptoren! Flanschverbindung; Festigkeit; Dichtigkeit

Um:fang 35 Seiten

Dezember 1983

TGL 32903/13

Gruppe 131000 921 010

Verantwortlich/bestätigt: 30.12.1983, VEB Chemieanlagenbaukombinat Leipzig/Grimma, Grimma

Verbindlich ab 1 .1 • 1985 ft:JafJ2 fii fj} ,? 6 Q . · f}, 41 ±=

Dieser Standard -g i l t. für die Fe-stigkei ts- und D-ichtigkei tsberechnung von

: Flanschverbif1dungen mit.kreisförmigem-Anschlußquerschnitt, lie~tehend aus zwei Flanschen ~oder etnem Flansch und einem Deckel, vier oder mehr gleichmäßig auf einem Lochkreis ver­ii teilten gleichen Schrauben und einer kreisringförmigen Dichtung, die durch inneren oder ~ äußeren Oberdruck, Temperaturdifferenzen und äußere axiale Zusatzkräfte und Bi ege111omente­o

11.. belastet sind. in .„ Cl. :!! Dies er Standard g i l _t nur für Flansche aus Stahl und Stahlguß in Verbin-~ dung mit TGL 32903/0°2 1 aus Gußeisen in Verbindung mit TGL 32903/03 und aus Nichteisen­

~ metallen in Verbindung mit TGL 32903/04. -0 c 0 i Dieser Standard gilt nicht für Flanschverbindungen mit Dichtungen, die i zug~eich innerhalb und außerhalb des Lochkreises aufliegen, sowi~ für flanschverbin~ungen, -

.g deren flansche .nicht nur durch Schrauben und Dichtung verbunden sind. c Cl v; CJl ::. ;: m '1

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Inhaltsverzefchnis

1. Bezeichnungen 2. Geltungsbereich der Berechnungsformeln unn

Berechnungsgrund~ätze

3. Hi 1 fsgröBi:m 4. Kraftgrößen- und Dichtigkeitsberechnungen 5. Tragfähigkeitsnachweise

6. Angaben zur Montage ?· Vereinfachte Berechnung

Seite

2

12

13

19

21

24 25

1

-------------------------------------------------~----------~~~--, -'7 ~L-__ _;,_ _________________________________________________ ~__,

Seite 2 TGL 32903/13

1. BEZEICHNUNGEN

1.,1. Prinzipbilder

Oie Bilder dieses Standards legen nicht die Konstruktion fest, sie- dienen nur zur Angabe der für die_ Berechnung -notwendigen Maße. Die ~zeichnungen "Dichtung-innen· und "Dichtung außen" sind Abkürzungen für "Dichtung innerhalb des Lochkreises· und "Dichtung außerhalb des Lochkreises'.

d

di

• N

Vors

Bild 1a

eiftflansche , Dichtung innen d4

dg

N -'

Bild 1b

\tJrschweiHflansche mit angeschweißtem Hals Dichtung innen -

Bild 2a Bild 2b

"' L

d3

d =dl

Bild 3a

Bild 3c

Bild Sa

::J Bild Sd

TGL 32903/13 Seite 3

Anschweißflansche, Dichtung innen

"' ..c.

1 d4

d • d

.., ..c.

Bild 3b

Deckel, Dichtung innen

-Bild"

Schnitte X, Dichtung innen d

~--·--

dx1 dx

Bild Sb Bild Sc

Bild Se Bild Sf

"' ..c.

Seite 4 TGL 32903/13

Vorschweirmansche , Dichtung außen

~ -_d....:!ll.: ___ -k"--~ .........

r---- d3

Bild Sa

Anschweißflansch , Dichtung aunen

d4

Bild 7

1 d1 - d2 ~ d4

1 dg = dl)

do

Bild Sb

Deckel, Dichtung aunen

d4

Bild 8

Schnitte X , Dichtung auflen

d

Bild 9a Bild 9b Bild 9c

· .. -1to

1

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1

TGL 32903/13 Seite 5

Losflonsche mit Bund, Dichtung innen

d

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Bild 100

Bild 11 o

b4

Losflonsche mit Börde!, Dichtung innen

d4

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S1 = Sz

Bild 10b

Bild llb

Losflonsche mit Bund , Dichtung aunen

d4 -Sc:, s,

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Bild 12a Bild 12b

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Seite 6 TGL 290 /1

Aufschraubflansch mit Dichtung am d

4 als Festflansch zu bereclvlen Flansch,

dJ

ld 1 =d ·d ·da

' edg•d1J

Bild 13

"' .c.

Quadrat- Aufschraubt lansch mit Dichtung am Flansch1 als Festflansch

d1• d

2 zu berednen

Bild !i

"' .r:.

Aufschroubflansch mit Dichtung am Rohr, als Losflansch zu berechnen

d4

d

Bild 14

Quadrat- Lostlansch mit Börde!

Bild 16

Schraubenbolzen , Schrauben

Bild 17a

Flachdichtung, massiv _

d

Bild 18a Ov~ldichtung 1)

Ring- Joint-Dichtung, achteckig

Bild 18g Schweißdichtung 1 flach

1. d

Bild 18k

Bild 17b

Flachdichtung, gewickelt

Bild 18b Runddichtung

-~1 Bild 18e

Ring-Joint-Dichtung, oval

Bild 18h Schweißdichtung , profiliert

Bild 181

TGt 32903/13 Seite ?

z

Bild 17c

Kammprofildic:htung

~~J 1 dp2 „1

Bild 1Bc Linsendichtung

Bild 18 f

Bild 18i Nebenschluß-Weichstoff­dichtung 1 wie Schweißdichtung berechenbar

... 1

Bild 18m

~chdichtung zwischen ballig gekrümmten Dichtflächen mit Krümmungsradius r 2 darf wie ovaldichtung berechnet werden.

Seite 8 TGL 32903/15

1.2. For•elzeichen

Q

d 10

Schweißnahtdicke in••· siehe Bilder 1, 3, 6a, 7, 10, llb und 12

- Bei verschiedenen Schweißnähten a1 , a2 siehe Bilder 2 und 6b

Breite der Anfasung._~~er Abrundung in mm an der losf l ansch-Aufl age,

siehe Bilder 10, 11, 12 und 16

rechnerische Breite des Flanschring.es, Bundes oder Bördels in lil• nach Formel (8)

Breiten von Ringzonen _a• Flansch, Deckel, Bund oder Bördel in ••• die den

Höhen h zugeordnet sind. I -= 1. •. 4, 5. Siehe Bilder 1 bis 4, 6 tlis .8, 10 bis 16 . I ·Festliegende Nu•erierung: b3 z Breite der Dichtfläche, einschließlich benach-

barter Zon~n gleicher Höhe h3 ; b5 = Breite der Zone mit _den Schraubenlöchern „

Bei variabler Breite gilt der Mittel-wert .innerhalb der zugehöri_gen Höhe.

rechnerische Breite des Losflansches in 1n11 nac_h For•el (11)

effektive Breite' ·der Dichtung in 1111 nach Formel (32) und (37) theoretische Breite der Dichtung in mm nach Formel (29)

Su•me aller Zuschläge_zur rechnerisch erforderlichen Höhe (Dicke)des Deckel-Mittelteiles i~ mm

Montagezus_chlag für Schrauben in •m nach Formel (26) Summe eHer Zuschläge zur Wanddicke der anschließenden Zylinderschale in mm Summe aller Zuschläge in mm zur Fl anschhel sdicke SE oder Flanschringbreite Summe aller Zuschläge in mm zur Flanschring-, Bund- oder Bördel dicke ·hf Summe aller Zuschläge in mm zur Dicke des .Losflans_ches hK

Innendurch•esser des Flansches oder. der Zyl i-nderschale, des Bundes -oder

·Bördels bzw. Außendurch•esser, des Deckel-MLttelteiles2) in mlil; ·siehe BLlder 1 bis 4, 6 bis 8, 10 bis 16

Außendurchmess~r des Flanschhalses am dünnen Ende in mm, siehe Bilder 1 bis 3, 6, 7, 10 bis 13, 15, 16

Außendurchmesser des Flanschhal.ses a• dicken Ende in 11iii, siehe Bilder 1 bis 3, 6, 7, 10 bis 13, 15, 16

Lochkreisdurchmesser in ••, siehe Bilder 1 bis 16

bF

effektiver Lochkreisdurct)•esser des Flansches in •• nac.h Formel' (7)

Außendurchmesser des Flansches in-•11, siehe-Bilder 1 bis 4, 6 bis 8, 10 bis 16 effekti_ver Außendurchmesser des _Flansches in •• nach- Fo-rmel (6)

-Schraubenlochdurchmesser iri mm, siehe Bilder 1 bis 4, 6 bis 8, 10 bis 16~

Bei radial geschlitztem Flansch, für Klappschrauben, siehe Bild 3b, bezeichnet d5 die radiale Schlitzlänge in mm

effektiver Schraubenlochdurchmesser in mm nach Formel (5}

Innendurchmesser des Losflansches3) in mm, siehe Bilder 10, 11, 12„ 14

Außendurchmesser des Bundes3

) o~er Bördels in mm, siehe Bilder 10, 11, 12, 14 Innendurchmesser des Flanschhalses am dünnen Ende i_n mm, siehe Bilder 1 bis 3, 6, 7, 10, 11, l3 bis 16

Innendurchmesser des Flanschhalses am dicken Ende fn 1111, siehe Bilder 1 bis 3, 6, 7, 10, 11, 13 bis 16

Nenndurch•esser der Schrauben bzw. des Schrauben-Gewindes in mm, siehe Bilder 17 -Schaftdurchmesser der Schrauben in 1111,-siehe Bilder 17

Flankendurchmesser des Schrauben-Gewindes in mm, siehe Bild 17c Kerndurchmesser des Schrauben~Gewin<tes in mm, siehe Bild 17c

effektiver Durchmesser des Schrauben-Gewindes in mm nacn Formel (27)

rechnerischer Durchmesser der effektiven Zylindersehare in •• noch Formel (4) rechnerischer Durchmesser des Flanschringes, Bundes.oder Bördels in mm nach Formel (9)

dK rechnerischer Durchmesser des Losflansches in mm nach For•el (12)

dPO Berührungskreisdurchmesser bei balligen und runden Dichtungen in mm, siehe Bilder 18d bis 18f und 18i

2) Wenn bei einem Deckel do konstruktiv nicht eindeutig festgelegt ist, z.s~ Bild 8, wird do = dPt eingesetzt.

3,) Bei Aufschraub:flanschen._ siehe Bilder 13, 14, 15, gilt d7 • da = Gewinde-Flankendurch• •esser.

dP1

dpJ

dPd d~ dpt dx eB

AP

TGL 32903/13

minimal möglicher Innendurchmesser der Dichtungsauflagefläche in ••, siehe.Bilder 18·

maximal möglicher Außendurch~esser der Dichtungsauflagefläche in mm, siehe Bilder 18

Seite 9

· Durchmesser der Dichtnaht von Schweißdlchtungen in nim oder wirksamer Dichtdurch­messer- von Nebenschluß-Weichstoffdichtungeri in mm, siehe Bilder 18k bis 1811

Druckwirkungsdurchmesser in mm nach Formel (46)

effektiver Dichtungsdurchmesser in mm nach Formel (33) theoretischer Dichtungsdurchmesser in mm nach Formel (30) mittlerer Ourchmes.ser des Schnittes X in mm, siehe Bilder 5 und 9 Hebelarm Schraubenkraft bzw. Kraftüberleitung - effektive Zylinderschale

in mm nach Formel (24) Hebelarm Schraubenkraft bzw, Kraftüberleitung - Dichtungskraft in mm nach

Formel (39) Hebelarm Schraubenkraft - Kraftüb~rl~itung am Losflansch in m• nach For•el (20) Hebelarm Dichtungskraft effektive Zylindersch~le in mm nach For•el (4ti)

H~belarm-Korrekt~r in mm für Belastung mit FQ nach Formel (16) bzw. (97) Hebelarm für seitliche Direktbelastung in mm nach Formel (18) Hebelarm zwischen Dichtungskr_aft und Schnitt X in 1111 nach Formel (79) Hebelarm zwischen zwei Schweißnähten in mm, siehe Bilder 3, 7, lOb

Hebelarm-Korrektur in mm für Belastung mit Fz nach Formel (17)

Montagefaktor der Dichtung nach Formel (53) kriechfaktor der Dichtung allein, gültig für das Kriechen der Dichtung zwi­

schen absoiut starren Dichtflächen, Dichtungskennwert nach Tabelle 1 effektiver Kriechfaktor der Dichtung, gültig für das Kriechen der Dichtung

Jn der elastischen Flanschverbindung, nach Formel (45)' Formfaktor für die Festigkeit der Dichtung nach_ Formel (65) Höhe_ (Dicke) des Deckel-Mittelteiles in mm, siehe Bilder 4, 8 Höhe (Dick~) des Losflansches in mm, siehe Bilder 10, 11, 12, 14, 16 rechneris·che Höhe des Flanschringes, Bundes oder Bördels in mm nach Formel (lo)

Höhen von Rin_gzonen am Flans.eh, Deckel, Bund oder Bördel in m11, die den Breiten bI

zugeordnet sind. I = 1 ... 4, 5. Siehe Bilder 1 bis 4, 6 bis 8 und 10 bis 16 Festliegende Numerierung: h3 = Höhe über der Dichtung, h5 = Hö~e in der Zone

mit-den Schraubenlöchern. Bei variabler Höhe gilt der Mittelwert innerhalb der zugehörigen Breite.

Kur~bezeichnung der Höhen aller in lB verspannten Teile von Flanschen und

Dichtung in mm~ ~iehe Formel (49) rechnerische Höhe des Losflansches.in mm, nach Formel (13)

Höhe de~ Dichtung in mm am Durchmesser dPe' siehe Bilder 18 Höh.e (Länge) des Schnittes X, in mm, siehe Bilder 5 und 9

Abstandsänderung in mm nach Abschnitt 6.3. Korrekturfaktor für die Tragf.higke1t der effektiven Zylinderschale nach

Formel (69) bzw. (106) Korrektur.faktor für Schweißnähte aa oder im ·Flanschhals nach Formel (71) Länge des zylindrischen Ansatzes am Flanschhals in mm, sjehe Bilder 2 Länge des verstärkten Teiles des Flanschhalses in m•, auf kegelförmigen Hals

bezogen, siehe Bilder 1, 2, 6, lOa und 12a Seitenlänge des äußer~n Quadrates bei Quadratflansch, siehe Bilder 15, 16

Berechnungslänge der Schrauben = Klemmlänge in mm, siehe· Bi 1 der 17

Einschraublärige der Schrauben i~ mm, siehe Bild_17c Schaftlänge der Schrauben in mm, siehe Bilder 17

Dichtungsfaktor .nach Tabelle 1 effektiver.Dichtungsfaktor nach Formel (54) Anzahl der Schrauben in der Flanschverbindung Anzahl der Zähne (Kä••e) i•·Bereich bPt einer Ka••profildichtung, siehe Bild 18c Berechnungsdruck „ Oberdruck i• Rechnungszustand in MPa. Innerer Oberdruck

p , o; äußerer Oberdruck P < O • "h d des Betriebes in MPa Änderung des Druckes wa ren

[q] zulässige Dichtungspressung in MP8; entweder nach Angaben des Herstellers der

Dichtung oder [q] = q2 nach Tabelle 1.

•ini•ale Dichtungspressung in MPa; Dichtungskennwert nach Tabelle 1

charakteristische o.ichtungspressung in-MPa; Dichtungskennwert nach Tabelle 1

maximale no•inelle Dichtungspressung in MPa;. Dichtungskennwert nach Tabelle 1

vorhandene Dichtungspressung i• Montagezus-tand in MPa nach For•el (36) bzw. (52)

Bördelradius in 11m, siehe Bilder 11 und 16

Krümmungsradius der Auflagefläche baliiger Dichtungen in 1111, siehe Bilder 18d bis

18f und 18i

rechnerische kleinste Wanddi·cke des flanschhalses in 1111 nach Formel (2)

ausgeführt~ kI~ins_te Wanddrcke des flanschhalses in m•, siehe Bilder 1 bis 3,

6, 7, 10 bis 12, 14. s 1 =·0,~ • (d1 - d9 )

ausgeführte größte Wanddicke des Flanschhalses in 1111_, siehe Bilder 1 bis 3,

6, 7, 10 bis 12, 14. s 2 = o,s · (d 2 - d10)

ausgeführte_ Wanddicke der anschUe6enden Zylinderschale in m•, siebe Bilder

1 bis 3; 6, 7, 10 6is 1~ rechnerische Wanddicke der effliktiven ZyHnderschaie in mm nach For•el (3)

rechnerische Wanddicke einer modifizierten Zylindersch~le in m• nach Formel (75) Temperatur allgemein in K oder °C

tM, tR Temperatur im Montagezustand, Rechnungszustand in f oder 0 c ~t Temperaturänderung in K: lH = tR - tM

~t 8 Temperaturänderung der Schrauben in K

~tJ Temperaturänderung der in lB verspa.nnten Teile, siehe hJ, in K

A 8 kleinste rechnerische Querschni ttsfliiche aller ·schrauben in mm 2 nach Formel (25)

APe effektive ~uflagefläche der Dichtung in·mm2 Rach Formel. (34).

Apt t.heoretische maximal' mögliche Auflagefläche der Dichtung in mm 2 nach Formel (31) c1 Berechnungsbeiwert nach den Bildern 20 und 21 .

E E} Elastizitätsmoduln der durch Index bezeichneten Bauteile in MPa -8' F · . EK ,Ep Es gHt jeweils de: arithmetische Mittelwert der Elastizitätsmoduln bei tM

und bei tR . ·

ED,E'·q Konstanter Teil, pressungsabhängiger Teil .des Elastizitätsmoduls der Dichföng in MPa nach Tabelle 1

MA MT N

äußere axiale Zusatzkraft in N, FAM im Montagezustand, !AR im Rechnungszustand, Zugkraf~. positiv, Druckkraft.. negativ

Schraubenkraft in N nach Abschnitt 4., Summe der Kräfte aller Schrauben· einer

Flanschverbindung, FBM im Montagezustand, FBR im Rechnungszustand

Dichtungskraft in N nach Abscllnitt 4., FPM im Montagezustand, FPR im Rechnungs­zustand

axiale Kraft des Überdruckes in N nach Formel (47), FQM im Montagezustand, FQR im Rechnungszustand

Temperaturkraft in N nach Formel (49)., FTM im Montagezustand, FTR im Rechnungs-zustand

Zusatzkraft in N nach Formel (48}, FZM im Montagezustand, FZR im Rec;hnungszustand Verschwächungsbeiwert für Deckel nach TGL 32903/09

Drehmoment für kontrolliertes Anziehen der Schrauben, bezogen auf eine Schraube, in N·mm nach Formel (92}

äußeres· Gesamt-Biegemoment in N•mm, MA~I im Montagezustand, MAR im Rechnungszustand Tangentialmoment-Ober-schuß in N·mm nach Formel (73} Anzahl der Lastzyklen

Q K~aftänderun~ bei Belastungsänderung in N nach Formel (50)

Via Biegewiderstand der Schrauben in mm3 nach Formel (76)

Vtlo Widerstand des Deckels in mm3 nach Formel (82)

VIF Widerstand des Festflansches, Bundes oder Bördels nach Formel (74) Vt/K Widerstand des Losflansches in 11111

3 nach Formel (84)

Vtlx Widerstand des Schnittes X in mm3 nach Formel (80)

Vs, YF }' Elastizitätsparameter ~er durch Index bezeichneten Bauteile,

YK ,Yp in ••/N bei Y6 nach For•el (2~) und YP nach Formel (41), ·

Ys in 1/(N·m•) bei YF nach Formel .(14) und YK nach Formel (15) Suaaen-Elastizitätsparameter in ••/N~nach For•el (42)

0(,8 0(. J

~ ö ;p 60.. 6z

" rta."tz ae JJS

~ [0"]9

[o-Jc (O"]E -[O")F (o']K

'Pa lfF

TGL 32903/13 Seite 11

Temperilturau_sdehntingskoeffizient der Schrauben. in K-l Temperaturausdehnungskoeffizient der in lB verspannten Wanddickenverhältnis am Flanschhals-iq Bild 19

flanschringbreitenparameter in Bild 20

-1 Teile., siehe hJ , in K

Dichtungskraftparameter nach Formel (102) Belastungsparameter nach Formeln (67), (68) Flanschringhöhenp-arameter in Bild 20 El!istizitätsparameter der gesamten Flanschverbindung nach Formeln (43), ~44)

Wanddickenparameter d_er effektiven Zylinderschale nach Bild 19 Reibungskoeffizient an den Schrauben- bzw. Muttern-Auflageflächen nach Formel: (94) ' -Hilfsgröße für Bördel-Berechnung nach Formel (86)·

zulässige Spl!imung für Scllrauben in MPa

zulässige Spannung für anschließende Zylinderschale in MPa

zulässige S_pannung für effektive Zylinderschale nach Formel

zulässige Spannung für Festflansch, _Deckel, Bund oder Börde!

zulässige Spannung für Losflansch in MPa Gütefaktor der Schrauben nach Formel (63)

(66) in MPa

Nahtwertigkeit einer radialen Schweißnaht im Festflansch, Deckel, Bund

oder -Bördel Naht-wertigkei t einer radialen Schweißnaht im Losflansch Nahtwertigkeit~iner tangenitialen Schweißnaht (Rundnaht) am oder im Flanschhals

Nahtwertigkeit einer Rtindnaht_ im Schnitt X Längenparameter für Fl~nschhals in Bild 19 Neigµngswinkel der Dichtfläche nach den Bildern 18f und 18i

Auslas-tungsgrad_für Schrauben nach Formel (62) Auslastungsgrad für _Festflansch, O_eckel, Bund oder Bördel nach Formeln (77),

(81) oder (87) bzw. (107), (108) oder (110) Grenzwert für-Auslastungsgrade nach Formel (f)

Auslastungsgrad für Flanschhalsanschluß nach For111el (70) bzw. (105) Ausiastungsg'.ad für Losfiansch nach- Formel (83) bzw. (109) maximaler Auslastungsgrad im t,fontagezustand nach Formel (BS-a)

"Auslastung~grad für Dichtung nach Formel (64) maxi111aler Auslastungsgrad von allen Rechnungszustilnden nach Formel -(88b) Auslastungsgrad f_ür Schnitt X im Festflansch oder -Deckel nach Formel (78)

/

Indizes:

e m t A B c D_ E

F G

effek.ti v

mittel theoretisch Außenbelastung Schrauben (bolty, bolts) Zylinderschale (cylinder)

Deckel Effektivwert od~r-Einschraublänge

Festflansch, Deckel, Sund oder Bördel

Grenzwert

H I,J K M p Q R T

X -Z

Flanschhals Zählindex Losflansch (-Ring = kolzo) Montagezustand Dichtung (prokladka) Oberdruckbelastung Rechnungszustand Temperaturb-elastung oder Tangentialrichtung Schnitt X = eventuelle Schwachstelle

Zus atzb ei"as tun g

Zusatzsymbol:_ . h u"ber Formelzeichen oder Formelnummer zur Unterscheidung der beiden

Kennze1c en _ -, b 1 Verbindung ungleicher Flansche.

flansche e

1.3. Oie _Größen co• cc, cE, cF' cK' p, [o']B' [ojc' [ajF' [cr]K' ltF' lfK' lfr, 'Px sind entspre-

ff nach TGL ~2903/02, TGL 32903/03 oder TGL 32903/04 zu besti•men, c~end dem verwendeten werksto

Seite 12 TGL 32903/13

2. GELTUNGSBEREICH DER BERECHNUNGSFORMELN

UND BERE<;;HNUNGSGRUNOSÄTZE 2.1. Notwendigkeit der- Be_rechnung

Für standardisierte flanschverbindung~n •it standardisierten Einsatzbedingungen ist bei

- · · t B d" ungen eine Berechn_ung nicht erforderlich. Einhaltung aller standar~1s1er en e 1ng

2.2. Geltungsbereich der Berechnungsfor•eln

2.2.1. Ote Geo•etrie der flansche- •uß folgende Bedingungen erfüllen:

Ö,2 :;; hF ~ 50 -~ .. s.o-

nach Abschnitt 3.~ •.

Anwendung der Berechnungsfor•eln für d4/d0 >- 2,0 ist z_uliissig, w_enn die Auslastungsgrade

~ ~ ~ ~ ~- - siehe Abschnitt 5. bzw. 7. - nicht nur kleiner gleich 1, sondern auch v9'~p'~F'VK'TX . -klein~r gleich ~G nach Formel (1) sind. (Oie_se verschärfte Forderung gilt nicht für ~H;

dies ist bei der Auswertung naeh Abschnitt 5.7. zu beachten.)- -

<!>G -0,6+-v .(d )2' 525~ ~-1 , da

( 1)

2.2.2. Bei Vorschweiß- _und Anschweißflanschen - i• folgen~en als Festflansche Dezeichnet -

sowie bei Losflansch-Bunden und- -_Bördeln ist feste, unlösbare Verbindung mit e i n e r Schale vorausgesetzt, d-ie innerhalb des axialen Abstandes 'l/dE .. -sf:· vo•_ flamichring,

Bund oder Bördel nicht mehr als 30° gegenüber -einer Zylinderschale -geneigt ist. 4 )

2.2.3. Oie Berechnungsf~r11eln gelten nicht, wenn flansche, Bunde oder Börde!. mi't. mehr als

einer Schale verbunden sind,_ oder wenn die anschließende Schale nicht die Bedingungen nach Abschnitt 2.2.2. erfüllt.

2.2.4. Bei Blinaftanschen und Deckeln - i•- folgenden als Deckel bezeichnet - gelten die

Berechnungsfor-•eln nur dann, wenn äußere axiale Zusatzkräfte und Biegemo•ente nich~ do•i­

ni~rend sind, d.h. wenn max. { \FzMI· ; lFzRl }-<max IFQRI giit.

2.2.s. Quadratische flansche sind •it den Berechnungsfor.11eln nur dann berechenbar, wenn

sich die Abweichung von der Kreisfor• auf den Außenrand beschränkt (d4

, 14

). Innerhalb des Lochkreisdurcheessers •Üssen auch diese flansche kreisföriiig s.ein.

2.3. Berechnungsgrundsätze

2.3.1. O_!e Berechnungs•ethode berücksichtigt einen Montagezustand - das ist

der Zustand un•i ttelbar nach de• Anziehen aller Schrauben - und ei_nen oder •ehre r e

Re c h n u n g_ s z u s t ä n de • Dabei wird •i.t dem Begriff Rechnungszustand jeder vom Montage­

zustand abweichende und möglicherweise' kritisctie Belastungszustand bezeichnet, d.h. ,pr-üf­

zustand, Betriebszustände und eventuell~ Havariezustände. Alle diese Zustände beeinflussen sich gegenseitig und sind deshalb in einer gemeinsa•en Berechnung zu erfassen.

Oie Montagekräfte können wahlweise vorgegeben sein-oder erst durch iterative Berechnung be­sti••t werden; siehe Abschnitt 6.

2.3.2. Außere axiale Zusatzkräfte und Biege•o•ente sind für den' Montage--

zustand und alle Rechnungszustände durch gesonderte statische Berechnungen; z.B. nach TGL 22160/06 zu er•itfeln und vorzeichenbehaftet in die Berechnung einzusetzen.

Wenn •ax { 1 FZMI ; 1FzR1} < 0, 15 • •ax 1 FQRI gilt, dürfen die Zusatzkräfte- vernachlässigt werden. · ·

2.3.3. Oie Berechnungste•peraturen zur Besti••ung der zulässigen Spannungen

der einzelnen Bauteile sind nach TGL 32903/02, 03 oder 04 zu besti••en. für die Er.ittlung

der Elastizi täts•oduln und der Temperaturkraft. Fr ist von den wirklichen Temperaturen in den Rechnungszuständen auszugehen.·

•) l• genannten Abstand sind die Längen 11 + 12 des Flan-Sehhalses enthalten. falls 11 + 12 > VdE • sE' gilt, darf de•nach Oie anschließende Schale beliebig gestaltet sein.

TGL 32903it3 Seite 13

2.3.4. Die effektive Dichtungsbreite b hat oft erheblichen Einfluß auf - pe die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse. Die in Abschnitt 3.3. angegebene erste Näherung ist nicht immer zulässig. Die ~enauere Berechnung von b ' ist von der Montagekraft F ab-Pe PM hängig und bei FlachdJchtung und Schweißdichtung nur iterativ möglich. Die genauere Be-

rechnung von bPe ist immer zulässig-, aber nicht iin111er erforderlich. Es gilt:

a) Für Jpl ·· d0 < 100 MPa · mm· ist genauere Berechnung bPe nicht erforderlich.

b) F~r 100 MPa-~mm ~ IPI • d0 < 1000 ~Pa· mm wird genauere Berechnung bPe empfohlen. c),fur. lp~ • d0 = 1000 MPa · mm ist genauere Berechnung bPe erforderlich. Diese Begren.zungen von lpl · d0 beziehen s.ich nicht auf die vereinfachte Berechnung nach Absc.hnitt 7.

2.3.5. Ermüdungsfestigkeitsnachweise siehe TGL 32903/02, Abschnitt Kontrolle auf Ermüdungsfestigkeit. Zusätzlich gilt: Für. Flanschverbindungen mit Änderungen des Druckes l'.p und einem maximal c:n Betrag de.s Be­

rechnungsdruckes IP~ sind Ermüdungsfesiigkeitsnachweise auch d~nn n~cht erforderlich, . wenn insgesamt ni·cht mehr als N = rn3 · (p/l'.p) 2/(rt0 - 1) 2 Lastzyklen auftreten.

~.3.6. Aufschraubflansche mit Oichturig am Flansch, siehe Bilder 13 und 15, sind Vie Fest-

· flansche mit sE = O_zu berechnen. Aufschraubflansche mit Dichtung am Rohr, siehe Bild 14, sin~ wie Losflansche mit Bund zu berechnen, wobei als Bund das Rohrstück zwischen der

·Mitte der Aufschraublänge und der Dichtung gilt. Diese Hinweise werden bei Fallunter­

scheidungen in den Berechnungsformeln'nicht wiederholt.

3. HILFSGRÖSSEN 3.1. Flanschparameter Bei Verbindung ungleicher Flansche iSt dieser Abschnitt z'weimal abzuarbeiten.

3 .. 1.1. Effektive Zyli-nderscl}ale . Für Deckel und Losflansch werden s0 und sE nicht benötigt. Für Aufschraubflansch mit

Dichtung am Flansch gilt sE.= 0.

S, ~ { ~~n'.ls,- c, für

für

sE = ae: s0·

" cie nach Bi 1 d 19 . :1 I'

Wenn keine Halsverstärkung vorhanden ist, z.B. bei Anschweißflanschen und Anschweißbunden,

gilt~=l.

2,0

o_ -1

~

1,0 0

- Wanddickenpara~eter der effektiven_ Zylinderschale

12 x---~

o.s Bild 19 1.0 X 1,S

.\ '.\

(2)

~

(3)

Seite 14 TGL· 32903/13

3.1.2. Effektivwerte des Flanschringes

für

für

Halsverstärkung nur außen oder nur innen oder fehlend, siehe Bilder 1, 2, 3, 6a, 7, io, 11, 12, 14 und 16

Halsverstärkung beiderseits sym•etrisch, siehe Bild 6b, oder fehlend, siehe Bilder 3, 7', lOb, 118, 12b, 14 und 16

für· Deckel •.. siehe Bilder 4 und 8

für Aufschraubflansch mit Dichtung a• flansch, siehe Bilder 13 und 15

(4)

(5)

- (6)

(7)

für Festflansch und De-ekel

für Bund und Börde! · (8)

für fes_tflan-s~h und Deck,.el

für Burid und Bördel (9)

für festfl ans eh und Deckel 5)_

( 10)

für AufschraubfYan~ch ~lt Dichtun~ am Rohr, siehe Bild 14, ist hf aus der Zeichnung zu ermitteln.

bK

dK

hK

0,5 ·(d4e-d7)

O,S·(d4e+d7)

h7 - Cl<

für Losfl ansch

für. Los_fl ansch -

für losflansch G)

(11)

.(12)

(13) Wenn sich zwei flansche einer Verbindung nur hinsichtlich hf oder h~ untersihefden, ~st es zu­

lässi~, mit dem jeweils kleineren der beiden entsprechenden Werte ~eide flansche gl~ich zü_ berechnen.

3.1.3. Elastizitätsparameter der flansche

c1 nach Bild 20 oder 21

3.1.4. Hebelar•-Korrekturen

{

+ (0,85- 0 )-e5

ea.- + do/6

e = 1- 0,15 · e. 5

z + do/8 .

__ 1+"9' --~ ·h e5- 1.10 l+!'·{t V dE F

(t,~wie in Bild 2(}

5) 6) siehe Seite 15

für Festflansch, Öeckel, Bund oder Börde!

für Festflansch und Öeckel

. für Losflansch

für festfl ansch, Bund oder f!ördel für Deckel

für festflarisch, Bund oder Börde!

für Deckel

(14)

(15)

(16>

(17)

(18)

TGL 32903/13 Seite 15'

Bild 20

Berechnungsbeiwert C1 für Deckel

o L_j._J__-i--+.-....,er,f-5 -.l---4--l---+---;1,u~~ -+---+--+--+--;-1,+:"5-:-+--,-:10---:c::-

0+-_.-2:;-:,o Bild 21

,J,,o hc

- i"st b A bz + b3 + b4 + (b5 - d5p) = bf. Hei b1 is~ dPshalb Cf ebenso zu 5) Zu beachten 1 r • -

.. k · · >igen wie beI bi:. , . !ieruc sicn, Flansch' oder Deckel ist zu unterscr.e1den: Jel quadratischem 2 • d sind bl bis bs auf einem Uiagonalschnitt definiert, der ds a) Für ~4f = d4 - 5e -

i:nthal · 1 . d bl bis bs auf einem Axialschni tt d_efini_ert und in For111el (10) b} fur d4 = 4 sin

ent~ölt dse~nsch Absätze oder eine Abschrägung hat, ist dafür analog zu hF für den 6) Wenn ein tosf~ "ttlere Dicke hK zu berechnen.

Festflansch eine m1

Seite 16 TGL 32903/13

3 .1. 5. Losfl ansch-Hebe l arme

-für Festflansch, Deckel, Aufschraub­flansch mit Dichtung am Flansch

filr Aufschraubflansch mit Dichtung am Rohr - ·

Für Losflansch mit Bund oder Bördel _wird eK in dem- durch Formel (20) festgelegten Bereich gewählt. Jeder entsprechende Wert ist zulässig. Durch Variation von eK kann mittels mehr­

maliger Durchrechnung ein_optimale~ Ergebnis erzi~lt werden.

eKI 'li: eK ~ eKJI[ für Dichtung innen, siehe_ Bilder 10 und 11

e ~ eK :l eKI für Dichtung außen, siehe Bilder 12 Kif

eKI bis eKII~ n-ach Formeln (21) bis (23)

• ~ { 0,5 . {d,.- d,,l für Dichtung innen - KI 0,5 . ( d3e - da). für Oichtung außen

{ 05 •{d - d l - b . für Dichtung innen • 3e 7 D-eKI-

0,5 ·(d3e - d4) +b

0 für Dichtung außen

r· für (Fii +~) ~ 0

e = min { eK][; 0,5·(~e- dp1l} für (F. + F) < 0 Dichtung innen Kll

Q - z max{ eKl; 0,5·(d3e - dP2)}- für %. + ~) < 0 Dichtung außen

F0

, Fz nach Formeln (47)r (48)

(19)

(20)

(ii)

(22)

(23)

In Formel (23) sind b_ei (F 0 + Fz) alle Rechnungszustände und der Montagezustand zu beachten. Es gilt derjenige Wert eKIII' der dem Wert eKI ~•-nächsten liegt.

3.1.6. Schraubenkraft-Hebelarm

d3e nach Formel (7)

dE nach Formel (4)

3.2~ Schraubenparameter

3.2.1. Schraubengeometrie

A8 = n8·: {min(d81 -c8 ; d8e-3·c8)}2 C -{O - für kontrolliertes Anziehen der Schrauben

B 0,Smm für unkontrolliertes Anziehen der Schrauben

3.2.2. Elastizitätsparameter der Schrauben

*7)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

*7) Wenn zusätzlich bei 1'eder Schraube e1'ne Oehnhu-lse d L" er ange lH un_ d der Querschn1"ttsf1a·che AH eingebaut ist, wird in Formel (28) 0,5 d 0,5 1r·lH . statt <J::- er Ausdruck G::' + 4='A.: eingesetzt.

BO BO 0

H

TGL 32903/13 Seite 17

3.3. Dichtungsparameter

3.3.1. Theoretische Dichtungsgeometrie

bPt = 0,S. (dP2- dP1)

dpt = o,s. ( dP2 + dPl)

Apt= r·d ·b Pt .pt

3.3.2. Effektive Dichfung~breite, erste Näherung

min{bPti 0,1·\f Apt } für Flachdichtung und Schweißdichtung

b,,e = min {bpt j 10 · q1 · r2 · COS lfl / EPm} für Dva.l - , Rund- und Linsendichtung

b . ,. 001+ 0•6 pt • Oz für Kammprofildichtung

1 bPt ·-r

für Ring-Joint-Dichtung

Dichtungskennwerte nach Tabelle 1, EPm nach Formel (35) für t = tM.

·3.3.3. Effektive Dichtungsgeometrie

dP2 :__bPe für

dP1 + bPe für d =

Pe d PO für

dPt für

Ap;= :r~ dpe·~

3.3.4.

Flachdichtung innen und Schweißdichtung innen

Flachdich_tung außen und Schweißdichtung außen

Oval.,-, Rund- und Linsendichtung

Kammprofil- und Ring-Joint-Dichtung

bei bekannter Montagekraft FPM nach Formel (51)

bei noch unbekannter Montagekraft

3.3.5. Effektive Dichtungsbreite, genauere Berechnung

Bei Näherungsrechnungen~ iiehe Abschnitt 2.3.4. - und im Falle noch unbekannter Montage­

. kraft FPM bei genaueren ~erechnungen ist ·dieser Abschnitt zu übergehen un~mit Abschnitt

(29)

(30}

(31}

(32)

(33)

(34)

(35)

(36) .

3

·' ·•· '~P:::~r max ( A:"1q]M ; y 1 •h·e,• YF ~-EPm Ap,-bR/hp }" ) } ~c:::: 8)

. { / FpM 6·FpM·r2·cos'i'_ )} bpt"min 1; max\Apt:Cq]M EPm·APt.bPt

b„· !>,, rr;+ max(A:~M 2 0,01• ~ ) }

t>,, mi+ max(~~;~)}

für Oval-, Rund­und Linsendichtung

für Kammprofil -dichtung

tür Ring- Joint-Dichtung 9}

Ep nach Formel (35) für t = tM; eF' eF nach Formel (39) m - --------:- innerhalb des Lochkr~is~s muß gelten (YF·eF+YF·eF) ~ 0, bei Dichtung

8) Bel D~c~~u~~s Lochkreises (YE·eF+Yf·ef) ~ O. Bei ~ichterfüllung dieser Voraussetzung =~~~rg:eignete Parameter, z.B. eK und/oder eK zu an~ern •.

· kO struktiven Einzelheiten der Ring-Jo1nt-D1chtung sind genauere Berech-9) Abhängig.von n · 14 nungen zulässig, auch mit bPe < bPt .

(37)

s it 18 e e TGL 32903/13

Tabelle 1 Dichtungskennwerte 10) -

ilichtungsart t *11) fl

*12) qo ql q2 EO

*13) E'*13) m *14)

in oc in MPa in MPa in MPa in MPa

Gummi 0 bis 20 0,9 1 3 20 200 lQ, 1,0 -

weich 100 0,7 - - 5 100 5

Weichstoff-PTFE 0 bis 20 0,9 2 20' 40 600 30

30 500 25 1,;; 100 0,7 dichtungen, 200 0,5 - - 20 ' 400 20--

f!'ach lt O bis 20 0,9 6 30 ,160 - 400 25 1','5

ioo 0,7 700 25 1 5 200 0,5 1 000 25 2,0 300 0,4 160 1 300 25 2 5 -- 400 0,35 - - 1 600 ,· 25 3 0 500 0,30 1 ,900 35 3 5 600 0,25 2 200 47 4,0

Al 0 bis 20 0,9 25 50 130, 550 , ___ 100 0 8 110 800 '

Weichstoff- 200 0,7 - - 95 _l 100 25 2_,0 300 - 0,6 85 - 1 400

dichtungen Cu 0 bis 20 0,9 30 60 180 600 --mit

100 0,8 170 900 -metallischer 200 0,7 - 155 - 1 200 25 2,0 300 0,6 - 130 ;1 500 Ummantelung

400 0,5 100. 1 800 St o bis 20 0-,9 40 80 280 800

' 100 o,8- 260 i 100 - 200 0,7 230 1 400 300 0,6 - - 200 1 700

25 2,0 400 0,,5 170 2 000 500 0,4 - . '140 2 250 t>OO U,3: 110 - 2 500

Al 0 bis 20 1,0 50 100 100 75 000 weich 100 0,9 60 65 000, -

Metall- 200 0,8 - - 30 .55 000. 0 3,0 3UO 0,7 lU 45 000

dichtungen, Cu O bis 20 1,0 100 200 200 115 000

flach und 100 1 0 180 110 000 Cu-Sn 200. 1,0 150 105 000' oder weich 300 0,9 - - 100 100 000 0 3,0

profiliert 400 0,7 - 40 - 95 000' -

ltl5) St O bis 20 1,0 200 400 ' - 400 210 000

~ 400 MPa o-8 100 .1,0 360 205 000 .. 200 1,0 300 200 000 ,jUU- 1,0 - - 240 - 190 000

0 3,0 ... oo Oi~_g 180 180 006 500 -~·'-7-~ 120 170 000 ouu 0,5 OU_ loO 000

Schweißdichtungen beliebig 1,0 0 0 wie Metalldichtungen 0

10) Alle Angaben sind Richtwerte. Zwischenwerte sind linear zu interpolieren *11) Für Temperaturen unter 0 °C ist Anwendung der Werte für 0 bis 20 °C zulässig,

falls grundsätzliche Eignvng des Dichtungswerkstoffes gewährleistet ist._ *12) Wenn Schrauben im laufe der Betriebszeit nachgezogen werden, erstmals spätestens

nach 1000 h, gilt fl = 1,0

*13) Es gilt Ep = E0 + E_'· q *14) Angegebene Dichtungsfaktoren gelten bei Flüssiikeiten allgemein, bei Gasen nur für

zulässige Leckmengen der Größenordnung 100 µg/ m·s). Für zulässige Leckmenge11 der , Größenordnung 1 µg/(m•s) sind lOfache m-Werte anzusetzen. -

1115) Anstelle der hier angegeben~n Werte q2 dar,:f die ·eruchfesti~lsei t a'~ ies Oi~htin%swerk-stoffes eingesetzt weraen, Jedoch keine hoheren Werte als ie ru h est1g e1 er Dichtflächenwerkstoffe bei der jeweiligen Temperatur. _

'

TGL 32903/13 Seite 19

ße·i Flachdichtung und Schwei6dichtung, und falls Ep11

von qM abhängt auch bei· Oval-, Rund- und

Linsendichtung, ist die genauere Berechnung von bPe nur iterativ möglich·. Dabei wird der zuletzt

nach Formel (37) berechnete Wert als bPe(neu) be,zeichnet und nach Formel (38) mit dem bisherigen

Wert bPe(art) verglichen. Ein beliebig· wählbares Such- oder Iteratiensverfahren ist solange durchzuführen, bis die Abbruchbedingung nach Forme,l (38) er.füllt ist: Berechnung mit größerer

Geniiuigkei t_ ist zulässig. Der Such- oder Iterationszyklus erstreckt sich bei konstanter Monta-

gekraft FPM auf dte ·Formeln (33) bis (39). _

Bei Kammprofil- und· Ring-Joint-Dichtung ist. diese Iteration nicht erforderlich.

jbPe(neu) ./ bPe(alt) -11 :li 0~05 (38)

3.3.6. Flans~h- un<!Dtchtungs-Hebelarme 16)

eF ~ 0,5; (d3•- dPe) -eK

ep ~ 0,5 · ( dPe - dE) 3.3.7. Elastizität'!parameter der Dic'1tung

h:.. ~+0.5·~ Vi - __ • 'P_,___ ·. P _ EPrn·Apt bp9 +0,S·hp

Ep11

nach Formel (35), Mittelwert zwischen t • tM und t. "' tR

3 .4. Elastizi tätsP,arameter der gesamten Flanschverbindung

Diese Psrameterlkönnen für verschiedene Rechnungszustände verschieden sein. 2 - -2 . 2 - -i

Vs"" Yr/\."eKtYK·eK .tYF·eF.+YF·eF+YP

. '1a. -l Ye+YK. e~ ... YK. e~ t YF. eF·(e9.+'o_)+ YF. eF(eB ... eQ)}/Ys

ri -{V. +YK: e~ t YK. ~ + YF· eF ·(~tez)+YF.;F.( ee+~)l! vs Z B . .

3.5. Effektiver Kriechfak.tor.

Für verschiedene Rechnungszu.stände gelten im allgemeinen verschiedene Werte.

/{·. l-f1 Yp }.

f =1 1+--·-le f; Ys .

f 1 nach Tabelle 1

4. KRAFTGRÖSSEN- .UND DICHTIGKEITSBERECHNUNGEN In den folgenden Berechnungen werden a l 1 e Rechnungszustände und ein zugehöriger Montagezustand gemeinsam berücksichtigt; siehe Abschni t 2.3.1.

4.1. Ausgangsgrö~en

d ""{dp3 Pd d

Pe

F. = 0 QM

für Schweißdichtung und Nebenschluß-Weichstoffdichtung

. für alle anderen Dichtungen

4 . ~M - FAM ! d.j. MAM

FTM-0 v5 nach Formel (42)­

Für Formel (48) gilt das jeweils ungünstigste Vorzeichen. Im Zweifelsfalle sind verschie-

dene Varianten durchzurechnen.

Q =- +f1Q· FQR+qz·(FzR·-FzM)-FTR "IQ• Ilz nach Formeln (43), (44)

---Als rechnerische Kontroll'e gilt: eF + ep • e8

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

. (48)

(49)

(50)

16)

*17) Bei Anwendung :von Formel ('.49) ist fh · • lB zu gewährleisten. Wenn Temperaturänderung und/oder Teap{raturauedehnungs,koeffizient der Dlchtµng nicht bekannt sind, dürfen die entsprechenden Werte eines der beiden Flansche. oenutzt werden.

Seite 20 TGL 32903/13

4.2. Montagezustand

4.2.1. Schraubenkraft i• Montagezustand

Wenn die Schraubenkraft im Montagezustand FBM durch äußere Vorgaben festgelegt-ist - siehe Abschnitt 6.1. - wird sie im folgenden konstant gehalten. Anderenfalls ist nach Abschnitt 6.1. ein geeigneter Ausgangswert zu wählen und in der weite~en Berechnung nach Abschnitt 4.2.5~

zu präzisieren.

4.2.2. Vorhandene Dichtungskraft im.Montagezustand

FPM =~-FZM

4.2.3. Vorha~dene Dichtungsparameter

APe nach Formel (34)

ist Dichtigkeit nicht gewährleistet

{1 qw(q, -qo)} max ; q . (q -q )

1 M 0

f0 ·m

max{t ·m · S·hp} . 0 J bpe

nach Tabelle 1

wenn.Herausschleudern der Dichtung infolge Direkteinwirkung des Überdruckes konstruktiv unmöglich ist

in alleß anderen Fällen

nach Formel (32} bzw. (37}

(51)

(52}

(53)

(54)

4-.2.4. Rechnerisch erforderliche_ D'ichtungskraft, zu bestimmen für alle Rechnungszustände

F = .1: · max {Q t ~ • I p 1 · A . Q. - F - F · -F: · 0} . ( 55) PO f e Pe• QR ZR 1 ZM1

le - - -APe nach Formel (34)

4.2.5. Erforderliche und vorhandene Schraubenkraft im Montagezustand \

Zur Gewährleistung der Kraftschlüssigkeit und Dichtigkeit in allen Rechnungszuständen darf

die vorhandene Schraubenkraft im Montagezustand FBM nicht kleiner sein als die erforderliche Schraubenkraft im Montagezustand FBO nach Formel (56).

~M ~ FBO =max {F-PO; 1,1 ·qo-APe} t FZM (~)

FPO größter ·aller Werte FPO nach Abschnitt 4.2.4.

Wenn die Bedingung nach Formel (56) nicht erfüllt ist, muß FBM erhöh~~und die Berechnung ab for•el (51) wiederholt werden. lS)

4.3. Genauere Berechnung

Wenn die genauere Berechnung unter Beachtung von Abschnitt 2.3.4. nicht durchzuführen ist, erfolgt Fortsetzung mit Abschnitt 4.4.

Bei Durchführung genauerer Berechnungen - zur Präzisierung von_bPe und FBM - erfolgt Fortsetzung in Abschnitt 3.3. - Formeln (35) (mit t • tM), (37) usw. - und erneute Durchrechnung bis zum Abschnitt 4.3.

Der zuletzt nach For•el (56) berechnete oder gewählte Wert18} wird als FBM(neu) bezeichnet

und nach Formel (57) •it dem bisherigen Wert FBM(alt) verglichen. Eine weitere Präzisierung mit größerer Genauigkeit ist zulässig.

jF8M(neu)FBM(alt) - 1\ ~ 0,05 (57}

18} Wenn eine Flanschverbindung nur auf ihre Eignung für bestimmte Rechnungszustände zu überprüfen ist, kann fBM 'I:< (1,1 .•. 1,3) • fBo relativ groß~ügig gewählt und konstant gehalten werden, wenn nicht der Montagezustand kritisch wird. Wenn dagegen die maxi-· male Belastbarkeit der Flanschverbindung zu berechnen ist, muß a• Ende FBM • F

00 gelten.

TGL 32903/13 Seite 21

4.4. Rechnungszustände

4.4.l. Dichtungskraft in den Rechnungszuständen

t=: =t ·F -Q PR le PO .

Fpo größter aller Werte FPO nach Abschnitl 4.2.4.

4.4_.2. Schraubenkraft in den Rechnungszuständen

4.5; Kraftschiüssigkeits- und Dichtigkeitsnachweise

Bei Mcntagekräften nach Abschnitt 4.2.5. sind diese Nachweise stets erfüllt.

4.5.1. Kraftschlüssigkeitsnachweise

FPM > 0 FBM> 0

fle · fi,M - Q > O fle • FPM - Q + ~R + FzR > O 4-;5.2. Dichtigkei tsnachweise

t -F ~a s..m ·l!ll·Ap te PM e e

Wenn die Dichtigkeit der Flanschverbindung nicht gewährleistet sein muß, können die

Dichtigkeitsnachweise entfallen.

5. TRAGFÄHIGKEITSNACHWEISE

(58)

(59)

(60a}

(60b)

(61)

Alle Tragfähigkeitsnachwe.ise,·sind für den Montagezustand und alle Rechnungszustände zu führen. Die in Abschnitt 4. benutzten Zusatz-Indices M und R sind i• folgenden weggelassen.

Die zulässigen Spannungen [CJ\, [ojc• [a:J E' [O'j F' [o']K ~nd die zulässige Dichtungspressung [q] sind den Belastungszuständen entsprechend einzusetzen.

5.1. Tragfähigkeitsnachweise-für S~hrauben 19)

FB nach Abschn.i.tt 4.2 .• bzw. 4.4.

·. AB nach For•el. (25)

- {1,00 t· B

O]S

für parallele, z.B. •echanisch bearbeitete Auflage­. flächen, Schrauben und Muttern Ausführung • und •g

oder besser nach TGL 10826

für alle übrigen Fälle

5.2. Tragfähigkeitsnachweise -für Dichtung. 20>

Fp ~ 1

Fp nach Abschnitt 4.2. bzw. 4.4.

APt nach For•el (31) [qJ = q

2 nach Tabelle 1, abhängig von Werkstoff und Te•peratur

f2 - 1 +min { 20~p j 1 J

(62)

(63)

(64)

(65)

19) lenn Schrauben in einen Flansch oder Deckel eingeschraubt sind, siehe Bilder 2b, 6a, 7, •uß die Einschraublänge lE, siehe Bild 17c,folgende Bedingung erfüllen: lE l; 0,8 • dBO • [er] B/00 f •

20) Bei Dichtungen, die so gut eingeschlossen (geka•mert) sind, daß sich in ihnen ein homogener hydrostatischer Druckspannungszustand ausbilden kann - z.B. Nut-Feder ohne Radialspiel - darf auf diese Tragfähigkeitanachweiae verzichtet werden.

Seite 22 TGL 32903/13

5.3. Tragfähigkeitsnachweise für Festflansch 21 )

Bei Flanschen •it sE • 0 entfallen die Abschnitte 5.3.1., 5.3~2., 5.3.3. und die weitere

Rechnung erfolgt 11i t kE • ks • 0, cl> H • O

5.3.1. Hilfsgrößen

[a-J • [a-Jc + ~a']F '. 3 ·X E 1+3·X,

IPI· dE ~ - 2·SE· [<1]E

IFzl Öz .... dE· SE. [O'JE X nach Bild 19 „. Fz nach Abschnitt 4.1.

BE. dE nach Formeln (3), (4)

02 2

kE 1-0,75· Q-Öz

-V1-0,75· cS~ 1

-~ nach Bild 19

5.3.2. Auslastun~~grad Flanschhalsanschluß

<t>H -"\/o,75 · 6~ + 6~+{( ~ )2 ~1}(0,so · 6a. + ~z{ 5.3.3. Schweißnähte

(66)

(67)

(68)

(69)

·(70)

' Für Flansche, Bunde oder BöFdel, die in einem Querschnitt angeschweißt .sind, siehe Bil-der 1, 6a, lOa, llb ~nd· 12, ist. in der Berectin~ng ein durchgeschweißter Querschnitt voraus­gesetzt. Zugehöriger rechnerischer Korrekturfaktor:

"{ 2} *22) ks - 1 - ( 1 - <f>T )· m_in 1 j ( ~E) . . ..,

(71) Für Flansche, die in einem Querschnitt· angeschweißt und in elnem zweiten Querschnitt zusammen­geschweißt sind, siehe Bilder 2 und 6b, gelten für jeden dieser Querschnitte Vor~ussetzung

und Berechnung gemäß Formel (711. Der klein~re der beiden wert~ks ist maßgebend.

Flansche oder Bunde, die in zwei getren.nten, parallel wirkenden Schweißnähten an die Zy_linderschale angeschwe.ißt sind, siehe Bilder 3 und lOb,. sind mit ks = 1 zu berechnen,

wenn beide Schweißnähte die Bedingung von Formel (72) in allen Belastungszuständen erfül)en.

a > 5= E

MT = max{A8"[a]8·0,S-(d3@dE)- r ·(d4e-dE)·h~·1f>F· [O']F

sE, dE, d4e, hF nach Formeln (3), (4), (6), (10)

o}

5.3.4. Flanschwiderstand

WF - ; {2·bF·h~·1f>F+min(2·~-h~·cpF;2,2·~·kE·SE·VdE·sE') +ks·k~dE·s~} s~, dE' bF, hF nach Formeln (3), (4); (7), (10)

~0 nach Formel (2)

~~-ß_.x wie in Bild 19

für allgeaeine Anwendung

für Halsverstärkung außen, ZyL'ldersch;ii-o und Flanschhals innen bündig, Oicht0nq inne••. siehe Bi-lder la, 2a, lOa, bei Belastung mit l•.-!)•Fz) ~ o

21) liilt unter Beachtung von Abschnitt 5.6. auch für Bund urttl Börde!_. •22) Schweißnähte an oder in der Zylinderschale, deren axialer Abstand vom dünnen Ende der

Halsverstärkung größer als 0,5 · ydE • sE' ist, sind nicht zu berücksichtigen.

-(73)

.., (74)

(75)

TGL 32903/13 Seite 23

5.3.5. Biegewiderstand der Schrauben

w8 = 0,4-A8-~-min{4>8 ;1-4>8}. Ae nach Formel (25)

Es ist· stets zulässig,. WB.= 0 einzusetzen. Bel Bund oder Bördel •u8 in For•el (71) •i t

WB = o gerechnet werden.

5 .3 .6. Auslastungsgrad Flansch insgesa•t ·

(76)

4>F =max { IFe· "E+(F~;Fzl·epl ,· l(FQ+ f'L)-e,I } ~ 1 .·(77)

. · WF. [~F + W9 {0']9 Wr:. [O']F

nach Abschnitt 4~1.

nach Abschnitt 4.2. bzw. 4.4. nach Formeln (39), (40)

5 ~3. 7. Zusätzliche Tragfähigkei tsnachweise bei dünne• Flanschring (• Flanschteller )° folgende· zusätzliche Nachweise· für alle eventuell kritischen. Querschnitte X sind erf,order-

1- ich für hx ~ s 2 , bei Deckeln für hx ~ h0 .oder für (F0

+ F1 ) < o bei Dichtung_ i'nnen oiier

für· (_FQ '+ F1

) _>. O bei Dichtung außen. · ·

Die·werte.hx und dx sind nach Bild~ bzw. Bild 9 so zu bestimmen; ·da8 cl>x nach den For•eln (78)-bis (80) maximal wird.

<l>x

für cfx< d3e 1 für dx> d3e.

nach Abschnit~ 4.2. bzw. 4.4. nach Formeln (6), (10) ·

· 5 •. 4. Tragfähigkeitsn·achweise für Deckel

.... (78)

(7g)

(So)

Für Deckel •it. Dichtung. innen .unter innere• Oberdruck, gilt TGL 32903/09, wobei für die dort

benötigten Oberdruck-, Dichtungs-. und Schraubenkräfte die hier berechneten· Werte einzu­

setzen sind. Hierbei ist Abschnitt 5.4 • .tu übergehen.·

Für alle. anderen Deckel gilt folgende Berechnung„ Zusätzlich ist Abschßi;t;t q.3.7. zu be-

achten.

4> = ·F { 1Fs·-0-fü·c4>e/&I .• IFa· dpe/611 ~1

max 'Wo·[O']j=+~· lCS'.la • Wo· ~JF

[ -{2 · bF·h~-td0·(h0-cc/}·crF/~ nach Abschnitt 4.1.

ef' dPe

bF' hF·

Ko

nach Abschnitt 4.2. bzw. 4.4.

nach Formeln (39), (33)

nach Formeln (8), (10) -

nach TGL 32903/09. Für Deckel ohne Ausschnitt gilt K0 = 1.

5.5. · Tragfähigkei tsnachweise für Losflansch

4> . - Fe . eK ;::!! 1 K - WK .[O']K + W9 {0']9

11' 2 V/K • l. bK· hK· 'PK

nach Abschnitt 4.2. bzw.

nach For•el (20)

bK, hK nach.For•eln (11), (13) -

WB nach Formel (76)

4.4.

(81)

(si)

(84)

Seite 24 TGL 32903/13

5.6. Tragfähigkeitsnachweisr für Bund und Bördel /

5.6.1. Tragfähigkeitsnachwe1se für Bunde nach Abschnitt 5.3. mit ·~

0

5.6.2. Tragfähigkeitsnachweise für Bördel nach Abschnitt 5.3. mit WB 0

Bei Dichtung innen darf nach Formel (87) gerechnet werden, wenn die Bedingung nach Formel (85) für den jeweiligen Rechnungszustand erfüllt ist. Dabei ist es zulässig, abweichend vom gewähl­

ten Wert eK nach Formel (20) hier mit eK = eKIII nach Formel (23) zu rechnen und deri zu­gehörigen Wert eB nach Formel (24) anzuwenden. Diese Abweichung mu6 au c-h in Formel (84) berücksichtigt werden. ~

0,5·(dp2- d3e) + eK

hF

~=

nach Abschnitt 4.1. nach Formeln (20), (Z4) nach Formel (4)

5.7. Auswertung der Tragfähigkeitsnachweise

:i. 1

5.7.1. Maximale Auslastungsgrade für den Montagezustand bzw. die Rechnungszus-tände sind in Formel (88a) bzw. (88b) definiert.

4>M = max { 4>9 <Pp; cl>F j ci>H j <Px i 4>K }M

4>R - max { 4>s 4>p i cl>F i 4>H i <l>x i ~K}R 5.7.2. Nach Berechnung mit Montagekräften gemä6 Abschnitt 4.2.5. sind folgende Situationen möglich:·

-(85)

(86)

(87)

(88a)

(88b)

a) cJ>M :i 1

b)4>M~1

Dichtigkeit und Festigkeit der Flanschverbindung sind gesichert.

Dichtigkeit der Fl~nschverbindung ist wegen zu geringer Festigkeit im Rechnungszustand nicht gesic_hert. Neuberechnung ab Formel (51) mit verändertem FBM kann positives Result.at bringen.

c) ~ >1

d) ~M > 1

Dichtigkeit der Flanschverbindung ist wegen zu. geringer Festigkeit i• Montagezustand nicht gesichert. Neuberechnung ab Formel E51) mit vermindertem FBM kann positives Resultat bringen.

<l>R > 1: Dicotigkeit der flansetiverbindung ist wegen zu geringer Festigkeit nicht gesichert.

- -5.7.3. Wenn Dichtigkeit der Flanschverbindung nicht gesichert sein mu6, darf mit. vermin-derten Dichtungskennwerten m und q0 gerechnet werden, i• Extremfall mit m = o, q0 = o. Neuberechnung hiermit ab Formel (51). Hiernach 11u6 <PM ~ 1 und <l>R ~ 1 nachgwi~sen werden; anderenfalls ist die Flanschverbindung-wegen nicht gesicherter Festigkeit unzulässig. Bei Rohrleitungsflanschen nac·h TGL 20370 darf<PFR ~ 1,15 zugelassen werden, wenn alle anderen Auslastungsgrade kleiner gleich eins sind.

6. ANGABEN ZUR MONTAGE

6.1. Wahl der Schraubenkraft i• Montagezustand

Die Schraubenkraft im Montagezustand FBM kann durch äußere Vorgaben festgelegt.sein, z.B. über .. ein Dreh8011ent Md, siehe Abschnitt 6.2. Ist das nicht der Fall, wird .die Berechnung mi.t einem nach Formel (89) gewählten Wert gestartet. Di~ Obergrenze nach Formel (90) ist in jedem Falle einzuhalten, bei unkontrolliertem Anziehen außerdem di_e Untergrenze nach Formel (91).

TGL 32903/13 Seite 25

FBM = A;:.e:(l,1 ·qo··· q,)+~M

FaM ~As· lfls . [o:']BM *23)

FBM ~ o.~·Aa· [o']BM AB' Ape· nach Formel (25), (34)

q0 , q1 . nach Tabelle 1

. F2111 • nach Formel (48)

6.2. Kontrolliertes Anziehen mit Orehm011enienschlüssel· 24)

(89)

(90)

(91)

Für e1ne gegebene Schraubenkraft FBM ergibt sich das erforderliche Drehmoment Md nach

Formel (92). Aus einem gewählten Drehmoment Md erhält man die zugehörige Schra.ubenkraft FBM

nach Formel (93). Oie Formeln (92), (93) und die zugehörige Formel (94) liefern Richtwerte.

Genauere Berechnung ist nach TGL 38512 möglich.

Md= 1,2· deo·f.la·FaM ne

FaM= . 2 ns·Md.

1, ·dao· Jls

{

0,15 }19 = 0,20

. 0,30

bei glatten Oberflächen mit guter Schmierung'

bei mittleren Bedingungen

bei rauhen Oberflächen ohne Schmierung

·. 6 .3. Verformungen bei der Montage

Gegenüber dem unverformten Zustand.der kräftefrei zusammengefügten Flanschverbindung ver­

ntindert ·sich infolge der Kräfte im Monta.gez11stand der axiale Abstand zwischen den beiden

Außenkanten (gleiche Durchmesser ~ = d4 vorausgesetzt) um den Betrag öh.

(92)

(93)

(94}

Für elas~ische Verformlmgen liei zwei. Festflanschen bzw. einem Festflansch und eine11 Deckel

gilt Formel. (95.). Oie tatsächlichen - teilweise plasti sehen - VerformUngen können größer sein.

( -) (. ~-d~ . .1h_ = FaM· YF + YF ·e( eF+ 2 . )+ FPM. Yp (95)

Der konstruk ti ve .. <l.:dJ1.le„'.Abs.t.ancL.z\tl.s.chen den bei den Außenkanten soll mindestens 2·llh betl"'agen.

D.ie Anderung dieses Abstandes während. der Montage kann zur Kontro.Ile des Montagevorganges

·-' benutzt werden:z5 ) Diese KontroUe sichert, daß die vorgesehene Montagekr_aft. insgesamt auf-

. gebracht wird, garantiert jedoch ni,cht das richtige Anziehen jeder, einzelnen Schraube.

Formel (91) ·muß in diesem Falle nicht eingehalten sein, aber in Formel (26) ist unkontrol­

liertes Anziehen anzunehmen, wenn nicht tatsächlich kontrolliertes Anziehen jeder einzelnen

Schraube erfol~t •

•

7. VEREINFACHTE BERECHNUNG

7.1. Geltungsbereich Abschnitt 7. gilt nur. für Flanschverbindungen llfit Dichtung innerhalb des Lochkreises, siehe

Bilder 1, 2, 3, 4, 5, lo', 11, ·13, 14, 15 und 16.

Es wird n11r Belastung durch inneren Überdruck (p > 0) berücksichtigt, d.h., es muß

FzM = FzR = FTM = FTR = O gelten oder gemäß Abschnitt 2.3.2. angenommen werden dürfen.

Die vere-infachte Berechnung gilt für Flanschverbindung.en, deren Dichtigkeit gewährleistet

sein 111uß·, unabhängig von den Begrenzungen nach Abschni tt/2.3.4.

*23)

24)

2!i)

unkontrolliertes Anziehen der Schrauben ist möglichst zu vermeiden. Es kann unvermeidbar sein z.B. bei konstruktiv bedingtem Platzmangel oder bei nicht gesicherten Montage-, Rev,isions- o<ter Reparatur-Bedingungen. Kontrolliertes Anziehen mit anderen Hilfsmitteln - z.B. elektrisch, hydraulisch -erfordert ~n.wendUng der jeweils spezifischen Berechnungsmethoden. . Alle Arten des kontrollierten Anziehens der Schrauben müssen so angewendet wercfen, daß am Ende des Montagevorganges a~le Schrauben der Flanschverbindun~ gleichmäßig angezo­gen sinef, wobei eine Toleranz von !:. 10 % anzi:istre~en !st,. Bei Fzu + 0, d.h. Fpw * fBM.• kann es notwendig sein, in Formel (95) "PM durch FsM oder umgekehrt zu ersetzen, u~ ~h den Montage- und Meßbedingungen entsprechend zu berechnen.

Seite 26 TGL 32903/13

7.2. Berechnungsgrundsatz

Sind mit der vereinfachten Berechnung alle Nachwe-ise erfüllt, so ist keine weitere Berech­nung erforderlich. Andernfalls ist die genauere Berechn~ng durchzuführ,n. Der Befund, daß nicht alle Nachweise der vereinfachten Berechnung erfüllt sind, ist allein keine Begründung für Konstruktions- oder Belastungsänderung.

7.3. Hilfsgrößen Formeln (2) bis (13),- (24). (25) bis (27), (29), (30), (33), _(34) urid (39), _(40) ,- sind

auszuwerten, soweit sie für die gegebene Flansch~erbindung (10) darf Formel (96) benutzt werden. Ferner sind anstelle (32), (43), (45) die Forme.In (97) bis (100) anzuwenden.

zutreffen. Anstelle von Formel der Formeln (16), (19), (20),

- min (h ) hF "' I-1...5 I -cF

bPe - bpt

11.a_ 0,94 + 0,06

f2 f1e 1

7.4. Kraftgrößen

·max {1,

für Festflansch, Bund oder Börde!

für Deckel

für Festflansch und Decket

für Losflansch mit Bund oder Bördel

e8 + ea. es+ eo. 1 ---;

eF -eF

For•eln (46), (47) und (53), (54) sind auszuwerten, wobei zunächst qM nach Formel _(101)

verwendet wird.

( - dpe· p )

qM =max 1,1·q0 j 4 .bpe-

S = 4 · bPe · me p dPe-_. t,

FBM=~M= ( ~: +~p) ·FQR

F. = F.: + ( 1 - 'lQ) . F. BR BM f1e Q.R

Bei mehreren Rechnungszuständen gilt de~ größte Wert FBM = FPM" Wenn qM nach Formel (52) größer ist als nach Formel (101), dann können nach Formeln (52), (53t, (54), (102), (103) und (104) präzisierte_ Kraftgrößen berechnet werden.

!'/eitere Präzisierungen - insbesondere für Oval-, Rund-,_-Linsen-', Kanimprofil- und Ring­Jojnt-Dichtungen ratsa~ - sind nach Abschnitt 3.3.5. erzielbar.

7.5. Tragfähigkeitsnachweise

7.5.1. Tragfähigkeit Schrauben

Nachweise nach Formel (62) für Montageiustand und Rechnungszustände.

7.5;2· Tragfähigkeit Dichtung Nachweis nach Formel (64) nur für Montagezustand.

7.5.3. Tragfähigkeit Festflansch

. p.dE _/1 21

~ 1 <t>H- 4·5<J· [o'JE · V'f} + ae2

[c']Enach Formel (66), ae nach Bild 19

(97)

( 98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

(105)

TGL 32903/13 Seite 27

,/ ( p·dE )2 1

kE = V 1-0,75· 2·5f{O'}E

Bei mehreren Rechnungszuständen gilt der kleinste. Wert kE

<II~ Fe·eF+FQ·ep ;;: 1 F WF. (a)F

WF nach Formel (74) mit ks - nac,h Formel (71) bzw, ks " 1 bei zwei parallel wirkenden Schweißnähten, fal}.s a ~ 0,6 • sE und ey ~ .. sE

Schnitte.X sind nicht kritisch, wenn hx > s 2 bzw. hx > h0 vorausgesetzt wird. Anderen­falls Nachrechnung nach Abschnitt 5.3.7.

1:5.4. Tragfähigkeit Deckel

(106)

(107)

Fe ·eF + FQ.. dPe/6 s 1 <l>F = Wo . [a']F (108)

WD nach Formel (82)

7.5.5. Tragfähigkeft Losflansch

...,. fä ·eK 't'K= ~1

. WK· [O']K

WK nach-Formel (84)

7.5.6. Tragfähigkeit Bund oder Börde! Nachweise für ·eunde nach Abschnitt 7.5.3.

Nachweise für Bördel,nach Abschn~tt 7.5.3. oder - wenn Bedingung nach Formel (85) erfüllt ist - nach Formel (110).

(109)

~ = {7+.!;)·Fg,·ee j. 1 F r 2

(110) (12 + 5>. 8 . ~E . (so+hF) [a']F

S nach Formel (86)

HINWEISE Gemeinsam mit TGL 22160/09 Ersatz für, TGL 20360, Ausg. 2.77

Änderungen gegenüber TGl 20360:

- Redaktionelle Neufassung mit Bezeichnungen unter Berücksichtigung von RGl-Arbei ten. - Genauere Berechnung im Standard als Normalfall (programmierbar) dargestellt. - Keine Berücksichti.gung von ovalen flanschen mit zwei Schrauben. - Zusätzliche Berücksichtigung von Sonderformen, z.B. Dichtung und/oder flanschhals

außerhalb des Lochkreisdurchmessers. - Präzisierung··einiger Dichtungskennwerte nach Messungen, z.B. q2 ; verä!lderte Näherungs­

formeln für bPe und f 0 ; genauere Formel für Elastizität der Dichtung. - Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen verschiedenen Belastun~szuständen durch

Berechnung der Kraftgrößen mit mehreren Rechnungszuständen. - Berücksichtigung unterschiedlicher Temperaturausdehnungen von Flanschen und Schrauben

•i ttels Temperaturkraft FT (fehlt in. TGL 20360).

- Detail-Verbesserungen bei Tragfähigkeitsnachweisen betr._Flanschbreite bF, Korrektur­faktor kE (~ kH in TGL 20360), Biegewiderstand der Schrauben w8 (in TGL 2036o nicht berücksichtigt) und des Fl"ansctihalses (hier z.T. sR > sE), Formel für Schweißnahtdicke a (~ ~N) und Gültigkeitsbedingung für alternative Bördel-Berechnung.

- Auswertung der Tragfähigkeitsnachweise i• Abschnitt 5.7. neu. - Angaben zur Montage im Abschnitt 6. neu bzw. erneuert. - Vereinfachte Berechnung i• Abschnitt 7. neu.

Im vorliegenden Standard ist auf folgende Standards Bezug gen~••en:

TGL 10826; TGL 20370; TGL 22160/06; TGL 32903/02, /03, /04, /09; TGL 38512.

Seite 28 TGL 32903/13

Erläuterungen:

Zur Titelergänzung: Flanschverbindungen mit ·durchgehender· Dichtung (Schraubenlöcher in

der Dichtung) oder Flanschverbindungen, deren Flansche ohne Dichtung voll aufeinander auf­

li~gen, und auch Flanschverbindungen mit einer schmalen Dichtung innerhalb des Lochkreises

und einer zusätzlichen gegenseitigen Abstützung außerhalb des ·Lochkreises oder umgekehrt,

sind außerhalb des Geltungsbereiches di~ser Berechnungsmethode.

Zu Abschnitt 3.1.: Für Deckel werden die ~ebelarm-Korrekturen e0

und ez·und der Elastizi­

tätsparameter YF ohne Berücksichtigung etwaiger Ausschnitte berechnet.

Zu Abschnitt 3·.2.: In der Berechnung benötigte Schraubend.urchmesser können Tabelle 2 ent­nommen werden:

Gewindebezeichnung nach TGL RGW 181-75; dBe berechnet nach TGL RGW 182-75; dß1 nach

TGL 33033 (für M 6 bis M 48) bzw. TGt 11947 (für M12 bis M 56).und darüber extrapoliert •

. Tabelle 2: Schraubenkennwerte

Gewinde- dßo 'd ·dBl fü~ Schraubenbolzen

Be ohne Dehnschaft mit Dehnschaft bezeichnung mit gerolltem Ge-

winde aus Rundstahl TGL 33033 . T<~L 11947

in mm in mm in mm in mm

M 6 6 . 5,04 5,3 -M 8 8 6,83 7,1 -M 10 10 8,39 9,0 -M 12 12 10,,36 10,8 8,5

(M 14) 14 (12,12) (12,6) -M 16 16 14,12' 14,6 12,0

(M 18) 18 (15,65) (16,3) -M 20 20 17,65 18,3 15,0

(M 22) 22 (19,65) .

(20,3) -M 24 24 21,19 22,0 18,0

(M 27) 27 Ü4,19) (25,0) (20,5) M 30 30 26,72 27,7 23,0

(M'33) 33 (29,72) (30,7) (25,5) M 36 - 36 32,25 33,3 27,5·

(M 39) 39 {35,25) (36,3) (30,5) M 42 42 37,78 39,0 32,5

(M 45) 45 (40,78) (42,0) (35,5) M 48 48 43,31 44,7 37,5

(M 52) 52 (47,31) (48,7) (41,0) M 56 56 50,84 52,4 44,0

(M 60) 60 (54,84) (58,4) -,,. 64 64 58,37 60,0 51,0

(M 68) 68 (62, 37) (64,0) -M 72x6 72 66,37 68,0 58,0

(M 76) - 76 (70,37) (72,0) -M 80x6 80 74,37 76,0 65,0

(M 85x6) 85 (79,37) (81,0) -M 90x6 90 84,37 86,0 74,o

(M 95x6) 95 (89,37) (91,0) -M 100x6 100 94,37 96,0 83,0

Zu Abschnitt 5.4.: Die in TGL 32903/09, Ausg. 10.79 i11 Abschnitt 4. benutzten Größen stehen

mit den hier verfügbaren in folgende• Zusa••enhang: D1 = dPe' o0 z F0 , Rp = Fp, '= FB/FQ

Zu Abschnitt 6.2.: For•eln (92) bis (94) gelten für übliche Schrauben-Gewinde entsprechend

Tabelle 2. Der geringe Einfluß der Steigung ist dabei durch leicht angehobene Reibwerte

llB erfaßt.

r

1

TGL 32903/13

Bild 22: Zwei Beispiele zur Veranschaulichung der Hebelarme e 9 , eF ,eP ,e K, dargestellt für cE = 0

Zu Abschnitt 7.:

Seite 29

Fe

Wenn n i c h t alle Nachweise der vereinfachten Berechnung nach Abschnitt 7. erfüllt sind,

kann folgende umgekehrt vereinfachte Berechnung die Entscheidung über genauere Berechnung

bzw. Konstruktions- oder Belastungsänderung erleichtern: Berechnungsgang wie in-Absc~~itten 7.3. und 7.4. einschließlich Formeln (97), (98), (102),

( 103) 1 ( 104). . For_meln (96), (99), (100), (101) sind durch folgende Formeln zu ersetzen, FQR wird unver-

ändert übernommen.

max dpt. p

hf ~ I=l: .• 5 (hl) - CF bPe = 4 (q) M

..,

} 'lo { 1;

eB + eQ e, + eg 0,8 • min

B qM ql

ri; eF eF

Tragfähigkeitsnachweise für Montagezustand nur für Dichtung nach.Formel (64).

Tragfähigkeitsnachweise für Rechnungszustände nach Absc_hnitt 7.5.

Diese umgekehrt vereinfachte Berechnung liefert_in der Regel unvorsichtige Ergebnisse. Wenn hiernach n-i c h t alle Nachweise erfüllt sind, ist genauere Berechnung wenig erfol gve~sprechend (Ausnahme z.B. Losf lansch mit großer eK-Var iationsbrei te nach Formel (20)) und Konstruktionsänderung zu erwägen. Wenn alle Nachweise erfüllt sind, ist genauere Bere~hnung angebracht. Erst wenn diese negatives Ergebnis bringt, ist Änderung der Kon­

struktion oder der Belastung notwendig.

Seite 30 -TGL 32903/13

Anwendungsbe·ispiel:

Flanschverbindung, bestehend aus zw~i annähernd gleichen Vorschweißflanschen an Zylinderschalen,

alles Werkstoff H 52-3, 64 Schraubenbolzen

24 CrMo5 und lt-Flachdichtung, ist für inneren

Überdruck nachzurechnen. „ ...... Gegeben: Formen und Abmessungen nach Bild 23.

Belastungen:

Montagezustand: +20 °e

Prüfzustand: ; p =

Betriebszustand: { + 20} Oe +250 {.

+5,2}

' +4,0

Es sind keine äußeren Belastunge_n FA,MA vorhan­den .. Für An- und Abfahren sollen· bei der genaue­

ren Berechnung zwischen Flänschen und Schrauben

maximal ~ 25 K Temperaturdifferenz angenommen

werden.

Schraubenanzug mit Orehmomentenschlüssel.

Abmessungen und zugehörige Parameter:

do 1000 mm ;ro = dg = dlO SC

dl 1032 mm dl sl

d3 1100 mm d3 s2

d4 1150 mm d4 12

d5 27- mm d5 a

24 mm 24 mm

16 mm

16 mm

25 mm

22 mm 16'mm

214 mm

180 mm

MPa

~G sl

52

21,19 mm o nB

- .1'11150

.1'11100

64

Bild 23

1,8 mm

1,0 mm 0,5 mm cF 0,8

64X M 24

24 CrMo5

0 ~-

1,0 (gewalzte Ringe)

4 mm 1006 mm

1043 mm

Werkstoffkennwerte: Jeweils obere Zahlen für Montage- und Prüfzust~nd (+20 °C) und untere Zahlen für Betriebszustand (+250 °C); bei Elastizitätsmoduln_ bzw.

Temperaturausdehnungskoeffizienten Mittelwerte.zwischen +20 °C und

+250 °C als untere bzw. einzige Zahlen.

[O'] {300} [O'.J F [O'] { 400} [q] H:g} MPa '; :~ 6 MPa F 153 MPa B 260 MPa

30 MPa

{206}. 103 ,..,

{206}. 103 EF MPa EF EB MPa Ep {400} {0,90} 196 199 = 775 MPa+25•q fl 0,45

~F 12,50•10-6 K-1 = otF ~- „ 12,50•10-6 K-1 O(p ... o(.F m {l, 50} 2,25

lctlc {318} MPa 163 [dJc

TGL, 32903/13 Seite 31

Vereinfachte Berechnung nach Abschnitt 7.:

Hil fs2rößen: Formeln (2) bis (13):

so min {16 - 1,0; 16 1,8} = 14,2 Ilm

f> 25 - 1,0 1,690 X= 22 14,2

iJ1032 14,2,0

0,182 - ae.. 1,168

SE = 1,168 • 14,2 = 16,6 Ilm dE • 11ax ( 1032 - 16,6; 1000 + 2 • 1,0 + 16,6} " 1018,6 Ilm

d = 27· v27 ·.64. = 19 1 Se ~ ' mm; d 4e = 1150 - 2•19,l sUll,8 mm; d3e" 1100·(1 - ~) • 1099-,5 mm 64

bf =. 0,5•(1111,8 - 1000) - 1,0 = 54,9 mm • bf

dF = 0,5·(1111,8 + 1000) + 1,0 = 1056,9 1111. dF

hF = ~· (20,5 • 108 + 34,4 • 100) - q,s • 102,5 11m

hF =s~· (20,5 · 102 + ~4,4 • 108) - o,s „ 105,3 11m

Vereinfachte Berechnung nach Formel (97) mit hF = hf = 100 mm

Formeln (97), (98):

eo= (~. 16,6 + v'10rn:f · 100). (o,9 - ~~:g) „ 12159 Ilm ;

Formeln (24), (25) bis (27), (29), (30~, (33), (34), (39), (40):

eB 0,5 · (1099,5 - 1018,6) - O "' +40,45 mm • eB

AB 64 ·~·{min(24 - O; 21,l9 - 3•o)} 2

= 22 570 11m2 (cB • O)

bPt 0,5 • (1043 - 1006) = 18,5 mm „ bPe nach Formel (99)

dPt 0,5 • (1043 + 1006) = 1024,5 1111 = dPe --- APe • 59 543 mm2

eF 0,5 • (1099,5 - 1024,5) - 0 •, +37,50 1111 • !F ep 0,5 --(1024,5 - 1018,6) = + 2,95 1111 • ep

Formel (100):

,~ = --Jo,94 le

• + 0,06. max (l,· 40,45 + 12,59} „ {1,424} für [Prüfzustand }

37 ,SO 1,573 . Betrie.bszustand f 12 '

· Kraftgrößen: Formeln (46), (47), (101), (53), (54), (102), (103):

dPd = 1024,5 mm; FQM," O; "' 2 - {4' 287 6 FQR = ~ • 1024,5 · p "' 31297 ·10 N für {Prüfzustand } Betr iebs,zustand

{ 6 . 1024,5•p} • qM = max 1,1· ' 4•18,5 f 72,0} MPa \55,4

{ qM • (30 - 6) ]

max 1; 30 • ( q _ 6) " , - M

{1,000} 1,000 f {

1, 50} { 1, 500} ,- (Prüfzu-stand } 11e • o· 2;25 • 2,250 ur Betriebszustand

>- , 4·18,5·•e - {o 120} -'=>p = = . 1

• FBM • F PM • 1ö24,5·f1 0,361' ' ({1,424} {0,120}) [4,287}·l06 {6,619} l06N 1 '573 + 0. 361 • 3. 297 „ 6. 376 •

Iterative Präzisierung nach Formeln (52), (53), (54),(102), (103) bringt hier keine Ver­

änderung, weil ohnehin schon qM > q1 und f 0 • 1,0 gilt.

FBM = FPM = 6,619·106

N

für {Prüfzustand } Betriebszustand

Seite 32 TGL 32903/13

Tragfähigkeitsnachweise: L-.

~B = 1,000 (angenommen) - cj)B 22510·1. ooo . lOJB l0,73} 0,53 für 0,81 {

Montagezustand } Prüfzustand Betr iebszu_stand

6,619•106 0,56 für Montagezustand

59543 · 1, 231 · 1_60

= [<TJc+LolF·3·0,182 ={31_2}MPa--<P [o~ 1 + 3·0,182 159 H

p·1018,6 •. / 1 2 '= {0,52}-r {Prüfzustand 1 4·14~2·[ö]E "V~1 , 1682 0,79 ur ~etriebszustandJ

ks 1-(1-0,8)•11in{1;(~) 2 }= 0,814 _; kE

sR 14,2·min(l + 3·0,182; i,690) = 22,0 mm

./ (··p·1018,6)2 v1-o,7s· z,16,6·toJE { 0,897 }· - 0, 744

0,744 -

(2·54,9 ·1002-1,0; 2, 2· 100· o, 744 ·16,6 ·V1or8,6·l6,6 ) +

+ 0,814·0,744•,}.-018,6·22,02 } = 1,374·106 mm 3

1

FB·37,5+F0 ·2,95

1, 374 · lOb• (ojF { 0,60}

- 0,47 0,89

für {

Mo~tagezustandJ. Prufzus.tand Betriebszustan J

Alle Tragf ätii gkei tsnachwei se sind erfüllt.

1,2·24·0,2·6,619~106 Schrauben-Drehmoment (.Formel (92)): Md = ------,,,.,.----- 596·103 N•mm..:600 N·m

Genauere Berechnung nach Abschnitten 3. bis 5. :··

Oie genauere Berechnung ist wegen der Temperaturdifferenzen.6tF ~ ~tB = + 25 K erforderli~h.

Für die Montage wird das Drehmoment Md = 720 N 11 und ein Reibwert µB = 0,20 als gegeben ange­

nommen.

Hilfsgrößen nach Abschnitt 3.:

Formeln (2) bis (13) von vereinfachter Berechnung übernommen:

so i4,2 11111 ; 13 = 1,690; x= 0,182; cie. = 1,168

SE

bF

Bild

16,6 mm; dE 1018,6 11111; d3e

54, 9 1111 i dF 1056,9

20 und Formeln (14),

16,6·1056,9 - 0 314 54,9·1018,6 - '

llll; hF

(15):

1099,5 mm

102,5 1111

o 55· V101s,6·16,6 o 698 c o 348 ' 102' 5 ' ; 1 = '

3•1056,9•0,348

YF = 1r·EF·54,"9·102,53 = {28,8}. 10-12 . 1

30,3 N·mm

YK = 0

Formeln (16) bis (24):

1 10·1+0,698 '~·102,5 es = ' 1+0,314·0,698~ 20,05 mm

+(0,85 - 0,314)·20,05 = +10,75 1111

ez wird hier nicht benötigt, weil Fz • O ./

el< = 'O

_ eB = 0,5•(1099,5 - 1018,6) - 0 = +.40,45 1111

5 0 14, 2 mm; .ß = 1, 690; X:= 0, 182; ~= 1, 168

16,6 mm; dE = ·1018,6 .mm; d3e 1099,5 mm

b_F ·= 54,9 mm; df = 1056,9 mm; hF 105,3 mm

r a = 0,314

"' 0,55. V101s, 6·16. 6. 0,679; Cl 0,360 105,$

3·1056,9•0,360

t"·EF·s4,9·105,33 {27,5}. 10--12 ·• l 28,9 ~

0

1 10·1+0,679 ; ~-105 ·3 es = • I+0,314·0,679"\'~ ' 20r46mm

+(0,85 - 0,314). 20,46 +10,97 1111

eK ·= 0

e6 = e 6 = +40,45 1111

TGL 32903/13 Seite 33

Abschnitt 3.2.:

AB= 64· ~·(111in \24 - O; 21,19 - 3·0)}2 = 22 570 mm2

y B = 4 { 180 + 34 + ~ J = { 39, 5} . io-9 • 1111111 r·Ea ·64 • ~ 21, 192 , 24 40, 9 r

Abschnitt 3.3.:

bPt = 0,5·(1043 - 1006) = 18,5 11111

dPt 0,5•(1043 + 1006) 1024,5 11111

11,Pe min {18,5; 0,1 ·V5954JJ = 18,5 mm (erste Näherung)

1043 - 18,5 = 1024,5 mm --Montagekräfte nach Formel (93) und Formel (51):

3 F - 64 •7 20 -,lO = 8 000 •106N F

BM - l,2•24•0,20 ' = PM

Formeln (36), (35), (39), (37), (38):

8,000·106/5~543-= 134,4 MPa -- EPm = 400 + 0,5·25•134,4 = 2080 MPa

eF 0,5•(1099,5 - 1024,5) - 0 = +37,50 m111 = ef

..

bPe. = 18,5'min{1;11aj~~ggg:fg~; 4 -1 .\!= 15,5 mm

~ . \li+{c20,8+21 ,5) -10-12 • 37 ,50·2080 ·59543 ·18,5/4,0}2'/

115,5/18,5 - 11 = 0,16 ~ 0,05

Iteration Formeln (33) bis (39):

dPe = 1043 - 15,5 = 1027,5 mm --qM 159,9 MPa -- Ep

11 =-2399°MPa

eF 0,5•(1099,5 - 1027,5) - 0 = +36,00 11111 eF

18 5 •. {1· ,8,000•106

. 1 >}-• aun ,max 59543-160' 4 • - 15,5 •11 _ · "'V' 1+ ( (28,8+27, 5)-10-12 • 36,00· 2399·59543·18, 5/4, o} 2 ---

115,5/15,5 - 1 1 = 0,00 < 0,05 -- Iteration beendet.

·Formeln (40), (41):

ep = 0,5•(1027,5 - ~018,6) = +4,45 ·~ = ep

y 4,0 18,5+2,0 ·{32,8}. 10-9,mm P = E P1t • 59543 • 15 , 5+ 2, 0 "' 28 , 4 - Ir

- {Prüfzustand, Ep11

400+12,5·159,9 = 2399 MPa} fur Betriebszustand, EP• • 775+12,5•159,9 = 2774 MPa

Abschnitte 3.4. und 3_.5.:

-. "s „ {!~:~}-10-9+o+o+({ig:n·{~~:~}) ·10-12 .36,002.g~:!}-10-9 • {~:~:~} ·10-9 ·N! q0 =~!~:~}·({;g:~}·36,oo·C_40,~5+10,75)+{~~;~}·36,00·(40,45+10,97~ ·10-

3}/{~:~:~} „

~l wird hier nicht benötigt, weil Fz a 0

0,988} 1,029

Seite 34 TGL 32903/13

Kraftgrößen nach Abschnitt 4.:

(

+5,2} +4 0 . p = +4 ; 0 MPa -

+4,0 ~ • 1027 ,5

2 • p = ( :iJ~~}. 10

6N

+3,317

für l Prüfzustand l Anfahren Betriebs. zustand Abfahren

{ 0 } {""'"'""' mit .6tF = litp = tit8 = o

FTM 0 FTR = +0,458 io6N für Anfahren _ mit litF = litp : +230K.;tit

6 . 0 Betriebszustand mit litF = litp = .6tB = +230 K

-0,458 Abfahren mit litF = litp = +205 K, lit6 =

({

0,988} { +4,312 l Q = 1,029 •. +3,317 +

1,029 +3,317 1,029 +3,317

0 -{ +g. 458] \ • 106

-0,458 / {

+4, 260} = +2,955 •l06N +3,413 +3,871

(bereit:; bekannt) - ·

<205K} +230K

8,000•106/50034 159,9 MPa ----.; f 0 = 1,0 , (

1,50] 2,25 .. m = 2 , 25 fur

. 2,25 !Prüfzustand } Anfahren Betriebszustand Abfahren .

\! +4,260] {1,50] +2,955 •106. 2,25 max +3,413 + 2,25

+3,871 2,25

1+4,770} +4, 214 .• l06N +4, 781 +5,348

{

+5,2} +4 ' 0 ·50034 . +4,0 ' +4,0

. . {

+4,260] +2,955 •106-+3,413 +3,871

. 6 +5,348•10 N

[

+4,312} ?i/{0,975} +3,317 •106_0 . 0 . 0 . o,808 +3,317 . ' ' '0,808 +3,317 . 0,808

FBM ~ F80 - Kraftschlüssigkei ts- und Oichtigkei tsnachweise .sind erfüllt.

-\ g;~.~~ }·5 345.106 -.l:~:~~~1- 10

6 - 0,808 • +3,413

0,808 . +3,871

= { :~:~~:1. 106N +0,908 ~ +0,450

i +0,954} F " +1,366 • 106 ~R +0,908

+0,450 ~

{

+4,312} f +5,266} + +3,317 • 106 + O = +4,683 •l06N +3,317 +4,225 +3,317 +3,767

für Anfahren ·

f

Prüfzustand l Betriebszustand Abfahren

TGL 32903/13 Seite 35

Tragfähigkeitsnachweise nach Absch,nitt 5.:

lpB

[a'] E

1,000

l+min{ 18

·5 · l} ~,

l + 3•0,182

- <l>B

1,231 - cpp

1312 l 312

= 159 MPa 159 159

l 1 ,oool 0,897 0,744 =kE 0,144 . 0,744

0,58 Prüfzustand

22s10·1. ooo • ldla {

0,891 \Montagezustand l • 0,80 für ~nfahren

0,72 Betrie_bszustand 0,64 Abfahren-

0,08 Prüfzustand Fp = ~s~y~s~4w3-.~1-.~23~1..-.r.(q,.....Q !0,68 l {Montagezustand l

= 0, 12 für Anfahren 0,08 Betriebszustand

l o,oo}' 0,52 = 0,78

0,78 0,78

0,04 Abfahren

!o 1 0,511

= 4e1 -1018,6. o,772 . ·16,6•(a]E 0, 772

für

0,772

{

Montagezustand 1 Prüfzustand Anfahren Betriebszustand Abfahren

b "' 0 - z

sR 14,2·min {1+3•0,182; 1,690}':' 22,o_mm •'SR

{ · { 2·54, 9• 105, 32 • 1,0+min(l, 217 •106 ; 2, 2 •105,3·kE •16,6~1018, 6· 16„6)+o,814·kE •1018,6·22,02

}

F8·36,oo+F0 ·4,45

•F· Loi+wB • (aJ B

{

1,664] 1,591 • 1,463' ·10

6

1,483 1,483 .

10,59} Q,43

• 0,81 0, 72 0,64

für

"'s

!Montagezustand 1 Prüfzustand Anfahren Betriebszustand Abfahren

4>F < <l>F

'0,071 1~

10;019) . 0,034 • 3 0,047 1111 0,'061

Alle Tragfähigkeit_saachweise sind erfü-llt. Die maximalen Auslwstungsgrade sind ei,;iger11aßen

gleichwertig und ausreichend ho~h. Die erforderliche Montagekraft FPO ergab sich aus der Bedingung für das Abfahren. Dies hatte zur Folge, daß hiernach FBR für den Prüfzustand höher wurde als bei der vereinfachten Berech­nung, die das An- und Abfahren nicht berücksichtigt. Der relativ große Unterschied zwischen

q0/fle = 1,42 ••• 1,57 nach, vereinfachter Berechnung(~ vorsichtige Näherungen) und

q0/fle,,.. 1,01 ••• 1,2! nach' genauerer Berechnung ist hauptsächlich auf die hier große Nachgiebig­

keit der Dichtung (~p) zurückzuführen, die in der vereinfachten eerechnung vernachlässigt wird.

/