Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul NOLO ist ein Baustein für den Nachweis von Stutzen unter lokalen Lasten: Es ermittelt die Kenngrößen des Stutzens, die in die Berechnung der zulässigen örtlichen Beanspruchung am Ausschnitt eingehen. Dazu gehören die Berechnungsnennspannung des Stutzenwerkstoffs aus Festigkeitskennwert und Sicherheitsbeiwert, die um Wanddicken- und Korrosionszuschlag verminderten Berechnungswanddicken sowie die äquivalente Wanddicke aus Schale und Verstärkung (z. B. Verstärkungsscheibe).
Solche Kennwerte braucht man immer dann, wenn ein Stutzen nicht nur den Innendruck, sondern auch äußere Kräfte und Momente aus angeschlossenen Rohrleitungen aufnehmen muss – ein Standardfall im Apparatebau, da Rohrleitungsreaktionen aus Wärmedehnung und Eigengewicht direkt auf die Stutzen wirken. Die dimensionslosen Verhältnisse und der Beiwert für den Stutzen, die das Modul mit ihren Gültigkeitsbedingungen auswertet, entsprechen der Systematik der Regelwerksverfahren für lokale Lasten an Stutzen (etwa EN 13445-3, Abschnitt 16).
So läuft die Berechnung ab
- Werkstoffkennwerte des Stutzens bestimmen: Aus dem gewählten Stutzenwerkstoff, seinem Festigkeitskennwert bei Berechnungstemperatur und dem Sicherheitsbeiwert wird die Berechnungsnennspannung des Stutzens gebildet.
- Wirksame Wanddicken ermitteln: Nennwanddicken werden um Wanddickenzuschlag (Minustoleranz) und Korrosionszuschlag vermindert; für die tragende Wand am Ausschnitt wird die Berechnungswanddicke von Schale und Verstärkung zu einer äquivalenten Wanddicke zusammengefasst.
- Geometrieverhältnisse prüfen: Die dimensionslosen Verhältnisse (etwa Durchmesser- und Wanddickenverhältnisse) werden gebildet und gegen die Gültigkeitsbedingungen des Verfahrens geprüft – nur innerhalb dieser Grenzen sind die hinterlegten Beiwertkurven anwendbar.
- Beiwert für den Stutzen auswerten: Aus den Geometrieverhältnissen folgt der Beiwert für den Stutzen samt zugehöriger Bedingung; er geht anschließend in die Ermittlung der zulässigen lokalen Lasten bzw. Spannungen am Stutzenanschluss ein.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Lastfall Betrieb = 1 / Prüfung = 2 | Lastfall | – |
| Lastfall | text | – |
| Berechnungstemperatur | t | °C |
| Berechnungsdruck | P | MPa |
| Werkstoffbezeichnung | Schale | – |
| Kennwert | R | MPa |
| Sicherheit | S | – |
| Berechnungsnennspannung | f | MPa |
| Werkstoffbezeichnung | Stutzen | – |
| Kennwert | R | MPa |
| Sicherheit | S | – |
| Berechnungsnennspannung | f | MPa |
| Außendurchmesser der Schale | De | mm |
| Nennwanddicke der Schalen | en | mm |
| Außendurchmesser des Stutzens | de | mm |
| Nennwanddicke des Stutzens | enb | mm |
| Berechnungsnennspannung | f | MPa |
| Außendurchmesser der Verstärkungsplatte | d2 | mm |
| Breite der Verstärkungsplatte | L | mm |
| Axialkraft am Stutzen (bei Zug > 0) | FZ | N |
| Umfangsmoment am Stutzen | MX | Nm |
| Längsmoment am Stutzen | MY | Nm |
| resultierendes Moment | √(MX²+MY²) MB | Nm |
| kombinierte Berechnungswanddicke | ec | mm |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Lastfall | text | – |
| Berechnungswanddicke der Schale | en-c1-c2 ea | mm |
| Innendurchmesser der Schale | Di | mm |
| mittlerer Schalendurchmesser | D | mm |
| Berechnungswanddicke des Stutzens | enb-c1S-c2S eb | mm |
| Innendurchmesser des Stutzens | di | mm |
| mittlerer Stutzendurchmesser | d | mm |
| Berechnungswanddicke der Verstärkung | enV-c1V-c2V e2 | mm |
| Breite der Verstärkungsplatte | L | mm |
| zulässiger Berechnungsdruck (Modul EN09) | Pmax | MPa |
| zulässiges globales Moment (Modul EN16.14) | Mmax | Nm |
| zulässige globale Stutzenkraft (Modul EN16.14) | Fmax | N |
| Beiwert für Axiallast | C1 | – |
| Beiwert für Umfangsmoment | C2 | – |
| Beiwert für Längsmoment | C3 | – |
| Beiwert für Wechselwirkung | C4 | – |
| zulässige Axiallast | FZ,max | N |
| zulässiges Umfangsmoment | MX,max | Nm |
| zulässiges Längsmoment | MY,max | Nm |
| Bedingung | ΦP ≤ 1 | – |
| Auslastungsgrad Bedingung | ΦZ ≤ 1 | – |
| Auslastungsgrad Bedingung | ΦB ≤ 1 | – |
| Auslastung nach 16.5.6.4 Bedingung | ≤ 1 | – |
| Berechnungsergebnis | Festigkeitsbedingung | – |
Berechnungsoptionen
Option
Lokale Lasten an Zylinderstutzen ohne Verstärkungsplatte, Abschnitt 16.5 · Lokale Lasten an Zyinderstutzen mit Verstärkungsplatte, Abschnitt 16.5
Häufige Fragen
Was bedeutet die äquivalente Wanddicke aus Schale und Verstärkung?
Wird der Ausschnitt durch eine Verstärkungsscheibe oder eine örtlich dickere Schale verstärkt, darf die zusätzliche Wand innerhalb der mittragenden Länge angerechnet werden. Die Regelwerksverfahren fassen dies zu einer äquivalenten Wanddicke zusammen, mit der die Beiwerte und zulässigen Lasten berechnet werden – sie ist stets kleiner oder gleich der Summe der Einzeldicken, da die Verstärkung nur begrenzt mitträgt.
Warum werden Korrosions- und Wanddickenzuschlag abgezogen?
Der Nachweis muss für den ungünstigsten Zustand über die Lebensdauer gelten: Die Minustoleranz der Wanddicke kann von Anfang an fehlen, der Korrosionszuschlag geht im Betrieb verloren. Gerechnet wird deshalb mit der Berechnungswanddicke (Nennwanddicke abzüglich beider Zuschläge), nicht mit der Bestellwanddicke.
Was passiert, wenn eine Gültigkeitsbedingung der Verhältnisse verletzt ist?
Die Beiwertkurven der Regelwerke sind nur für bestimmte Bereiche von Durchmesser- und Wanddickenverhältnissen abgesichert. Außerhalb liefert das Verfahren keine belastbaren Werte; dann sind eine andere Nachweismethode (z. B. Spannungsanalyse nach dem Verfahren mit Spannungskategorien oder FEM) oder eine geänderte Konstruktion erforderlich.