Техническая информацияРасчет прочности конструкции защитных гильзWIKA типовой лист IN 00.15

Применение■■ Расчет прочности конструкции (частотытурбулентности) защитных гильз позволяетматематически рассчитать статическую идинамическую нагрузку в зависимости от рабочейтемпературы и давленияОсобенности■■ Расчет прочности конструкции производится пометодике ASME PTC 19.3 TW-2016 для стандартныхцельноточеных защитных гильз в рамкахпредоставления инженерных услуг■■ Выдача рекомендаций о структурных изменениях
защитной гильзы в случае возможного превышенияее предельных характеристик

Иллюстрация распределения нагрузки (МКЭ) нанаконечнике и у основания находящейся в потокезащитной гильзыОписание
Расчет прочности конструкции по
ASME PTC 19.3 TW-2016 используется для расчетацельноточеных защитных гильз конической,цилиндрической и ступенчатой формы, например,моделей TW10, TW15, TW20, TW25 и TW30 или кованых.
Для выполнения расчета ASME PTC 19.3 TW-2016требуются следующие данные о процессе:ДругиеЕдиницы Английскиеизмеединицырениясистемы измеренияСИРасходПлотность средыТемператураДавлениеДинамическаявязкость 1)

м/с
кг/м³°C
бар
мм²/с

ft/s
lb/ft³°F
psi
ft/1000s--------сП

WIKA гарантирует выполнение расчета на основе
ASME PTC 19.3 TW-2016. Конечный пользовательнесет ответственность за полноту и соответствиепредоставленных данных для расчета данным ореальном процессе. В общем случае WIKA не даетгарантий за полученные результаты расчетов по
ASME PTC 19.3 TW-2016. Такие результаты носят
информационный характер.
Для выдачи рекомендаций об изменениях конструкции,которые могут произойти в результате превышения
допустимых характеристик защитной гильзы,дополнительно требуются следующие данные:■■ Внутренний диаметр сопла

■■ Высота сопла (длина экранирования)■■ Внутренний диаметр и толщина стенок трубопровода/резервуара1) Опционально для ASME PTC 19.3 TW-2016

WIKA типовой лист IN 00.15 ∙ 01/2019Страница 1 из 7Основная информация о ASME PTC 19.3 TW-2016Стандарт ASME PTC 19.3 TW-2016 состоит из двухчастей - динамического и статического расчета.
Для газов низкой плотности предельное значение
относительной частоты rмакс = 0,8. Для другихгазообразных сред стабильная эксплуатация вдиапазоне r = 0,4 ... 0,6 в зоне продольных колебаний
невозможна. Во многих случаях для расчета продольных
колебаний в жидких средах обычно применяется
введенное недавно предельное значение rмакс = 0,4.
Продольный резонансr = 0,5 (колебание, вызванное силойсопротивления)
rmax

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Основной резонансr = 1 (колебание, вызванноеподъемной силой)
rmax

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

r = fs/fnРаздел 6-8.2:
0,8Газы низкой плотности NSC > 2,5 и Re < 105Разделы 6-8.3 и 6-8.4:
Условие циклической нагрузки0,40,60,8

Все другие случаи:0,4Оценка результатов расчета динамической нагрузки
производится с учетом коэффициента демпфированияNSC (число Скрутона NSC прямо пропорциональнодопустимому значению относительной частотыrмакс, рассчитываемому как отношение частоты
турбулентности fs к частоте собственных колебаний fn).
Для газообразных сред характеристическая величинаNSC > 2,5; для жидкостей обычно NSC < 2,5.

Расчет статической нагрузки по ASME PTC 19.3
TW-2016 производится, исходя из максимальнодопустимого давления измеряемой среды (зависящегоот температуры среды и геометрии защитной гильзы)и усилия изгиба у основания гильзы. Сила изгиба
возникает в результате воздействия на гильзу
набегающего потока и зависит от длины экранированияфланцевого сопла.

В расчетах число Скрутона NSC зависит откоэффициента демпфирования, плотности материала
защитной гильзы, измеряемой среды, а такжедиаметров наконечника и отверстия защитной гильзы.
Относительная частота r < 0,8 также можетиспользоваться как предел для оценки другихрабочих сред, что определяется с учетом допустимой
нагрузки материала защитной гильзы в зависимостиот действующей нагрузки в условиях резонанса.
Кроме того, выполняется оценка стойкости материала
защитной гильзы в зависимости от напряжения
усталости при изгибе в зоне крепления гильзы.

WIKA типовой лист IN 00.15 ∙ 01/2019Страница 2 из 7Корректирующие действия с помощью изменений конструкции для случая,когда превышено допустимое значение относительной частоты rмаксПри превышении максимально допустимой
относительной частоты rмакс в случае продольногоили основного резонанса в качестве решения могут
применяться следующие конструктивные изменения:a) Уменьшение глубины погружения

Этот метод является наиболее эффективным(рекомендуется ASME PTC 19.3 TW-2016) дляоптимизации относительной частоты r.
б) Увеличение диаметра основанияПри увеличении диаметра основания возрастает

частота собственных колебаний fn, оптимизируяотносительную частоту r.
в) Увеличение диаметра наконечникаПри увеличении диаметра наконечника частотаобразования вихрей fs снижается, опимизируяотносительную частоту r.

г) Поддерживающие муфтыДействие стандарта не распространяется наподдерживающие муфты и другие элементыконструкции. В общем случае поддерживающиемуфты не рекомендуются к использованию, посколькужесткая конструкция может обеспечиватьсятолько с помощью жесткой связки между муфтойи трубопроводом при посадке внатяг (ASME PTC19.3 TW-2016 пункты 6-7-(e)). По запросу заказчикамогут использоваться поддерживающие муфты,спроектированные для обеспечения плотной посадкипри присоединении к процессу. Защитная гильзабудет рассчитана в соответствии с конструкциейи критериями расчета по ASME PTC 19.3 TW-2016,однако такой расчет не подпадает под действие
ASME PTC 19.3 TW-2016. Пользователь несетполную ответственность за жесткость конструкциимуфты в сопле, что может подразумевать внесениедополнительных изменений в конструкцию самой
муфты. WIKA не дает каких-либо гарантий прииспользовании конструкций с поддерживающими
муфтами!

WIKA типовой лист IN 00.15 ∙ 01/2019д) Конструкция ScrutonWell®
Конструкция ScrutonWell® может использоваться дляцельнометаллических защитных гильз с фланцевымприсоединением, для конструкции Vanstone,для приварных или резьбовых технологическихприсоединений. Данная конструкция позволяетснизить амплитуду колебаний более, чем на 90 % 1) иобеспечивает удобный и быстрый монтаж защитнойгильзы без необходимости выполнения дорогих идлительных работ на площадке. Конструкция WIKAScrutonWell® прошла все необходимые лабораторныеиспытания, выполненные Институтом механики идинамики жидкостей университете во Фрайберге.
Более подробная информация приведена в типовом
листе SP 05.16.
Расчет конструкции ScrutonWell® на основе
стандарта ASME PTC 19.3 TW-2016■■ Максимально допустимая нагрузка по давлениюпри исходных размерах штока■■ Максимально допустимое усилие изгиба приизмененных размерах штока■■ Благодаря демпфированию колебаний более, чемна 90 %, динамическая часть расчета надежности
конструкции не требуется

Защитная гильза модели TW10, конструкция ScrutonWell®

Для составных защитных гильз (сварных трубок)стандарт ASME PTC 19.3 TW-2016 не применим.
Пожалуйста, свяжитесь с представительствомWIKA для выполнения расчетов по методу Дитриха/Клоттера.
1) Журнал по механике шельфового и арктического инжиниринга, ноябрь 2011,том 133/041102-1, издание ASME

Страница 3 из 7Выполнение стандартного расчета частоты турбулентности
по ASME PTC 19.3 TW-2016На упрощенной диаграммепоказана пошаговая процедуравыполнения стандартногорасчета частоты турбулентностив соответствии с требованиями
ASME PTC 19.3 TW-2016.
Диаграмма показывает толькоошибку расчёта относительнойчастоты. Полный список возможных
кодов ошибок приведен вруководстве по эксплуатации WIKA.
Из-за вибрации защитной гильзыв сочетании с различнымипараметрами процесса не всерасчеты частоты турбулентностимогут выполняться согласно данной
стандартной процедуре.
В случае, когда выполнениеприведенной здесь процедуры недает положительного результата,пожалуйста, проконсультируйтесьв ближайшем представительствеWIKA, поскольку можетпотребоваться индивидуальноеконструктивное решение.

Расчет частотытербулентности по
ASME PTC 19.3 TW-2016Гильза внезоны действия
PTC 19.3 TW-2016ДаСвяжитесь с ближайшим представительством WIKA

Наплавка изстеллита, шероховатая поверхность, поддерж.
муфта, спирально-секторная
конструкция, ступенчатое отв. ?
НетРасчет частотытурбулентности поASME PTC 19.3 TW-2016Поддерживающая
муфта илиScrutonWell®

ДаРезультат ОК?
НетРекомендуемый
вылет (L) > проекция сопла+ толщина стенки +2" (50 мм)ДаНетВНИМАНИЕ!
В случае "зацикливания", пожалуйста,свяжитесь с WIKA дляконсультации.

Измените вылет
на Lopt и повторитерасчет

Результат ОК?

ДаНетУвеличьте диаметр
наконечника и/илиоснования и повторитерасчет

Результат ОК?

Нет

Да

КОНЕЦ расчета частотытурбулентноси
Гильза рассчитанаWIKA типовой лист IN 00.15 ∙ 01/2019Страница 4 из 7Элементы кострукцииОпределение положения первой поддерживающеймуфты
Положение поддерживающей муфты защитной гильзырассчитывается следующим образом: проекция
гильзы -1" (25,4 мм)Пример:Длина выступающей части сопла 14" (355,6 мм).
Положение первой поддерживающей муфты будет науровне 13" (330,2 мм) от рабочей поверхности фланца.

Выступающая часть соплаДлина выступающейчасти соплаДлина выступающей части сопла определяется какрасстояние от внешней поверхности стенки трубыдо фитинга (рабочей поверхности фланца, гнездовойбобышки и т.д.)Определение числа поддерживающих муфт и ихположения
Если расстояние до первой поддерживающей муфтыот основания составляет менее 5" (127 мм), требуетсятолько одна муфта.
Если расстояние до первой поддерживающей муфтыот основания составляет 5" (127 мм) и более, требуетсявторая муфта, расположенная на расстоянии в двараза меньшем, чем расстояние до первой муфты. Вслучае применения сопел длиной более 30" (762 мм),пожалуйста, свяжитесь с офисом WIKA.
Пример № 1 – Две поддерживающие муфты
Длина сопла 14" (356 мм). Поддерживающая муфтарасположена на расстоянии 14" (356 мм) – 1" (25,4 мм) =13" (330 мм). Поскольку это расстояние больше 5"(127 мм), требуются две муфты. Поэтому 13" (330 мм)/ 2 = 6,5" (165 мм). Вторая поддерживающая муфтарасположена на расстоянии 6,5" (165 мм).

Поддерживающаямуфта 2Поддерживающая
муфта 1Пример № 2 – Одна поддерживающая муфтаДлина сопла 4,5" (114 мм). Поддерживающая муфтарасположена на расстоянии 4,5" (114 мм) – 1" (25,4 мм) =3,5" (89 мм). Поскольку это расстояние меньше 5"(127 мм), требуется одна муфта.

WIKA типовой лист IN 00.15 ∙ 01/2019Страница 5 из 7Типовой монтаж с помощью соплаФрагмент
плотнаяпосадка междуподдерживающей
муфтой и внутреннимдиаметром сопла

≥ 45 мм (1,75")
12.7 мм (½")

см. "Фрагмент"4-точечная поддерживающая муфта"A"части Uredдлина конической"A"Среда

Сечение A-AОпределение внешнего диаметра поддерживающей муфты в зависимостиот размера и спецификации трубыРазмер
трубы1"
1 ½"2"

ЕдиницыВнешний диаметр поддерживающей муфты
измерения SCH.10
SCH.40
SCH.STD
SCH.80

SCH.XS

SCH.160

SCH.XXS

мм

24,6

21,0

15,5дюймы

дюймы

мм

дюймы

мм

1,107

28,1

1,692

43,0

2,167

55,0

1,059

26,9

1,620

41,1

2,077

52,8

1,059

26,9

1,620

41,1

2,077

52,8

0,967

24,6

1,510

38,4

1,949

49,5

0,967

1,510

38,4

1,949

49,5

0,825

0,609

1,348

1,110

34,2

28,2

1,697

1,513

43,138,4Определение рекомендованного максимального диаметра основания взависимости от размера и спецификации соплаРазмер
трубы1"
1 ½"2"

ЕдиницыРекомендованный диаметр основания в зоне поддерживающей муфтыизмерения SCH.10
SCH.40
SCH.STD
SCH.80
SCH.XS
SCH.160
SCH.XXSдюймыммдюймыммдюймымм

0,938

23,8

1,500

38,1

1,875

47,6

WIKA типовой лист IN 00.15 ∙ 01/2019

0,875

22,2

1,375

34,9

1,750

44,50,875

22,2

1,375

34,9

1,750

44,50,813

20,6

1,250

31,8

1,625

41,30,813

20,6

1,250

31,8

1,625

41,30,688

17,5

1,125

28,6

1,500

38,10,500

12,7

1,000

25,4

1,250

31,8Страница 6 из 7Характеристики конструкции по ASME PTC 19.3 TW-2016ПараметрСтупенчатая конструкция63,5 мм (2,5")
3,175 мм (0,125")9,2 мм (0,36")
0,58
0,16
2609,6 мм (24")
20,9 мм (0,825")
46,5 мм (1,83")
10,71-

127 мм (5")
6,1 мм (0,24")
0,50,583
2609,6 мм (24")
6,7 мм (0,265")
0,80,875-

3 мм (0,12")-03 мм (0,12")0,6-Минимум

Глубина погружения LДиаметр отверстия dДиаметр наконечника BКонусность B/AСтупенчатость B/A при B = 12,7 ммСтупенчатость B/A при B = 22,2 ммОтношение диаметров d/BКоэффициент поперечного
сечения L/BОтносительная длина Ls/LМин. толщина стенок (B-D)/dМаркировка

Конусная и прямая конструкция

по ASME PTC
19.3 TW-2016в типовых
листах WIKALUДиаметр наконечника BVПогружная длинаДиаметр отверстияdBДиаметр основания AQМаксимум

МинимумМаксимумЕсли размеры защитной гильзы, на основе требованийзаказчика или конкретного применения, выходятза рамки требований ASME PTC 19.3 TW-2016, торезультаты расчетов могут использоваться только дляинформации.
В таких случаях WIKA не дает каких-либо гарантий.

Формат представления результатоврасчета
Примеры, приведенные в таблице ниже, показываюткак геометрические характеристики и характеристикипроцесса могут быть представлены в виде рабочихтаблиц для дальнейшей электронной обработки в WIKA.
Таблица выборки, включающая данные расчетов для 6 точек измерения
Тег

T

Pv

rho

TW-0301

220

1,5

23,6

2,4

TW-0305

235

10

19,6

6,1

TW-0303

TW-0307

TW-0309

07/2020 RU based on 01/2019 ENTW-0311

°C

220

220235400

бар
1,51030

31,5м/с

25,7138,931,9кг/м³Дин.
вязкость, сПМодель

Размеры, ммLØdØAØB

Tt

NIDNLМатериал (EN)

2,0

0,017

TW10

250

8,5

25

19

6,4

38,3

220

1.4435

8,928,310,1Условные обозначенияТег
№ точки измеренияTТемператураPДавлениеv
РасходrhoПлотность изм. средыLØdØAØB
Tt

0,013

0,015

0,014

0,013

0,017

TW10

TW10

TW10

TW10TW10Погружная длинаДиаметр отверстияДиаметр основанияДиаметр наконечникаТолщина наконечника

250

250

355

355

355

8,5

8,5

8,5

8,58,5

25

25

25

25

25

19

19

19

19

19

6,4

6,4

6,46,46,438,338,338,338,338,3220

220

220

220

220

1.44351.4435

1.45711.45711.4571Внутренний диаметр соплаNID
Длина соплаNLМодель Модель защитной гильзы WIKA

© 03/2004 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, все права защищены.
Спецификации, приведенные в данном документе, отражают техническое состояние изделия на момент публикации данного документа.
Возможны технические изменения характеристик и материалов.

WIKA типовой лист IN 00.15 ∙ 01/2019Страница 7 из 7

АО "ВИКА МЕРА"142770, г. Москва, пос. Сосенское,д. Николо-Хованское, владение 1011А,строение 1, эт/офис 2/2.09
Тел.: +7 495 648 01 80
info@wika.ru ∙ www.wika.ru