ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Расчет на прочность перфорированных плит

Издание официальное

Москва

Российский институт стандартизации 2021

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля» (АО «НИКИЭТ»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 «Атомная техника»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2021 г. No 1179-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5    Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационно системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.nj)

©Оформление. ФГБУ «РСТ». 2021

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии И

О

6 Поверочный расчет на прочность перфорированных плит

6.1 Поверочный расчет на прочность ПП следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.9. При этом должны использоваться методики расчета НДС. позволяющие вычислять группы категорий приведенных напряжений, установленные в ГОСТ Р 59115.9.

6.2    При выполнении поверочного расчета на прочность ПП. имеющих разъемные соединения с корпусом оборудования, наряду с требованиями настоящего стандарта должны выполняться требования. установленные в ГОСТ Р 59115.16.

6.3    Для расчета приведенных напряжений в круглых ПП рекомендуется использовать методику расчета НДС. изложенную в приложении А. область применения которой указана в А.2.2.

6.4    При проведении поверочного расчета ПП на прочность по несущей способности в соответствии с ГОСТ Р 59115.9 с учетом упругопластического деформирования не допускается использовать методику расчета НДС. приведенную в приложении А.

Приложение А (рекомендуемое)

Методика расчета напряженно-деформированного состояния круглых перфорированных плит

А.1 Условные обозначения

В настоящем приложении применены следующие условные обозначения:

/_а — минимальное расстояние между центрами отверстий нерегулярной перфорации, мм. t_R— расчетный шаг перфорации (расчетное расстояние между центрами отверстий), мм; /_х — длина расширенной части трубы OS/_х s S. мм;

р = ^ — относительная длина расширенной части трубы 0 S р S 1;

A_l — общая площадь неперфорированной части плиты, разделяющая секции оборудования, мм²;

U — ширина неперфорированной зоны плиты, мм;

—    коэффициент снижения прочности перфорированной плиты на сдвиг;

% — коэффициент снижения прочности перфорированной плиты при изгибе;

Е — модуль упругости материала перфорированной плиты при температуре Г. МПа;

E_f — модуль упругости материала трубы при температуре плиты Т, МПа;

Е~ — приведенный модуль упругости материала эквивалентной плиты в срединной плоскости при температуре Г. МПа;

£* — приведенный модуль упругости материала эквивалентной плиты в направлении, параллельном продольной оси перфорации при температуре Г. МПа;

Ер — приведенный модуль упругости материала эквивалентной плиты в срединной плоскости в направлении стороны квадрата при температуре Т, МПа;

—    приведенный модуль упругости материала эквивалентной плиты в срединной плоскости в направлении диагонали квадрата при температуре Г. МПа;

р — коэффициент Пуассона материала перфорированной плиты;

ц¹ — приведенный коэффициент Пуассона материала эквивалентной плиты в срединной плоскости; ц! — приведенный коэффициент Пуассона материала эквивалентной плиты в направлении, параллельном продольной оси перфорации;

— приведенный коэффициент Пуассона материала эквивалентной плиты в срединной плоскости в направлении стороны квадрата;

lid — приведенный коэффициент Пуассона материала эквивалентной плиты в срединной плоскости в направлении диагонали квадрата;

G* — приведенный модуль сдвига материала эквивалентной плиты в срединной плоскости при температуре Т. МПа:

G* — приведенный модуль сдвига материала эквивалентной плиты в направлении, параллельном продольной оси перфорации при температуре Т. МПа:

G~_p — приведенный модуль сдвига материала эквивалентной плиты в срединной плоскости в направлении стороны квадрата при температуре Т, МПа;

G~_d — приведенный модуль сдвига материала эквивалентной плиты в срединной плоскости в направлении диагонали квадрата при температуре Т, МПа:

(о) — номинальное допускаемое напряжение для материала перфорированной плиты при температуре Т. МПа; (о], — номинальное допускаемое напряжение для материала трубы при температуре Т. МПа: а — средний коэффициент линейного температурного расширения материала перфорированной плиты для интервала температур от 20 "С до Т (*С). К'¹;

Т_т — температура, средняя по толщине перфорированной плиты, *С;

Т_ь — температура на поверхности перфорированной плиты. *С; р,, — расчетное давление в отверстии. МПа; р_м — давление в межтрубном пространстве. МПа:

Pj — давление в трубном пространстве. МПа;

К(0) — коэффициент для расчета приведенных напряжений групп категорий (о)₂ и размаха приведенных напряжений (б)^;

К_г Ку, К_ху, К^. К_уг — коэффициенты для расчета максимальных напряжений:

^skiv — коэффициент для расчета напряжений, вызванных температурным воздействием:

Р — параметр двухосности НДС;

а_гг— нормальное радиальное напряжение. МПа;

е._п — линейная радиальная деформация;

б_(К1 — нормальное окружное напряжение. МПа:

— линейная окружная деформация: a_zz — нормальное осевое напряжение. МПа; t_zz — линейная осевая деформация: х_и — касательное радиально-осевое напряжение. МПа; е._а — сдвиговая радиально-осевая деформация; г,,₂ — касательное окружное-осевое напряжение. МПа; к,_(/ — сдвиговая окружиая-осееая деформация; т_к, — касательное радиально-окружное напряжение. МПа: г._л — сдвиговая радиально-окружная деформация:

...* — верхний знак «*». указывающий, что величина относится к эквивалентной плите;

{...}_т — компонента тензора общих мембранных напряжений в плите, вызванных действием механических нагрузок, МПа;

—    компонента тензора общих мембранных напряжений в плите, вызванных действием механических нагрузок и давлением внутри перфорации. МПа:

{...}»гй — компонента тензора общих мембранных плюс изгибных напряжений на поверхности плиты, вызванных действием механических нагрузок. МПа:

{...}_(гЛ р — компонента тензора общих мембранных плюс изгибных напряжений на поверхности плиты, вызванных действием механических нагрузок и давлением внутри перфорации. МПа;

{...}_{ггЛ т}— компонента тензора общих мембранных плюс изгибных напряжений на поверхности плиты после линеаризации по толщине плиты, вызванных температурным воздействием. МПа;

{...}_sm— компонента тензора мембранных напряжений, вызванных действием всех нагрузок. МПа;

—    компонента тензора мембранных плюс изгибных напряжений на поверхности плиты, вызванных действием всех нагрузок. МПа:

{...}_irn& р — компонента тензора мембранных плюс изгибных напряжений на поверхности плиты, вызванных действием всех нагрузок, а также давлением внутри перфорации. МПа;

— компонента тензора напряжения, вызванных давлением внутри перфорации. МПа:

{...}^₇, — компонента тензора напряжения для наиболее удаленного отверстия. МПа:

{■•-Jsfcin — напряжения, вызванные поверхностным температурным воздействием. МПа.

А.2 Общие положения

А.2.1 В настоящем приложении описана методика расчета напряжений в круглых ПП при линейно-упругом поведении материала и при нагружении внешними механическими нагрузками, при температурном воздействии и/или при взаимодействии с другими компонентами.

А.2.2 Изложенная методика применима к крутым ПП. удовлетворяющим всем нижеприведенным условиям:

-    толщина ПП не превышает 0.2 внешнего радиуса плиты:

-    максимальный прогиб ПП не превышает 0.25 толщины плиты;

-    перфорация состоит из круглых отверстий одинакового диаметра, продольные оси которых перпендикулярны срединной плоскости ПП:

-    центры отверстий в срединной плоскости ПП расположены либо по вершинам равносторонних треугольников. либо по вершинам квадратов (см. рисунок А.1):

-    в плите есть хотя бы одна зона с регулярной перфорацией с количеством отверстий более 19.

А.2.3 Методика расчета основана на замене в расчетной схеме исходной круглой ПП на сплошную составную плиту такого же внешнего радиуса, состоящую из внешней неперфорированной кольцевой плиты и внутренней эквивалентной круглой плиты с приведенными параметрами упругости.

А.2.4 Перфорированную зону исходной плиты (круглая плита с внешним радиусом, равным расчетному радиусу) моделируют сплошной круглой эквивалентной плитой (далее — эквивалентная плита), имеющей тот же внешний радиус. Для учета повышенной податливости перфорированной зоны исходной плиты параметры упругости эквивалентной плиты модифицируют таким образом, чтобы обеспечить такое же значение максимальных перемещений, как и у исходной плиты.

А.2.5 Неперфорированную зону исходной плиты [кольцевая плита с внутренним радиусом, равным расчетному радиусу, и внешним радиусом, равным внешнему радиусу исходной плиты (далее — обод)] моделируют любым способом (например, как кольцо или кольцевую плиту). Для обода параметры упругости принимают как у исходной плиты.

А.2.6 Для расчета НДС к составной плите (эквивалентная плита и обод) прикладывают те же нагрузки, что и к исходной ПП. Рассчитанные напряжения в ободе соответствуют аналогичным напряжениям в исходной плите. Рассчитанные напряжения в эквивалентной плите не учитывают концентрацию напряжений от перфорации. Чтобы получить актуальные напряжения в перфорированной части исходной плиты, необходимо умножить номинальные значения напряжений в эквивалентной плите на коэффициенты концентрации напряжений, зависящие от параметров перфорации и нагружения.

А.2.7 Составная плита (эквивалентная плита и обод) может быть использована для расчета НДС как исходной ПП. так и конструкции, в которую ПП входит как составная часть, включая случаи использования метода конечных элементов.

d    d

«) По мр1и«ш «вдрвтой    б]№и^яшрш(шр1мттрщпгип

Рисунок A.1 —Схемы расположения отверстий

А.З Расчет параметров эквивалентной сплошной плиты А.3.1 Расчет радиуса перфорированной зоны

Расчетный радиус перфорированной зоны R_r вычисляют по формуле

где г₀ — расстояние по радиусу от центра перфорированной плиты до центра наиболее удаленного отверстия, мм; d — диаметр отверстия перфорации, мм.

Использованные параметры проиллюстрированы на рисунке А.2.

Рисунок А.2 — Расчетный радиус перфорированной зоны

А.3.2 Расчет коэффициента снижения прочности перфорированной плиты

А.3.2.1 Расчет коэффициента снижения прочности перфорированной плиты для развальцованных труб Для варианта соединения трубы и перфорированной плиты развальцовкой, опрессовкой или гидровзрывзм (схематично показано на рисунке А.З) коэффициент снижения прочности ПП при сдвиге <р, вычисляют по формуле

Коэффициент снижения прочности ПП при изгибе q>„ вычисляют по формуле

(А.З)

где t_R — расчетный шаг перфорации, мм;

d_R — расчетный диаметр отверстия перфорации, мм. Расчетный шаг перфорации t_R вычисляют по формуле

(А.4)

где t — шаг перфорации, мм;

Al = U_lVL_l,*U_l2L

L2 ⁺ —

— общая площадь неперфорированной части плиты, разделяющей зоны перфорации. мм² (см. рисунки А.4—А.6).

Расчетный диаметр отверстия перфорации d_R вычисляют по формуле

-т_Ю||_й,-_2л.[!].[а].р|_:К-г_Л)|    (А.5,

где d, — внешний диаметр трубы, мм; s, — толщина стенки трубы, мм;

— относительная длина расширенной части трубы 0 £ р й 1.

^г 3

Примечание — A_t1 =

Рисунок A.4 — Перфорированная плита с одной разделительной зоной

2Я„

ШЖИНИЙ)

Ф-НИНИНН)

шннннз

Г \ f > r 4 f > f ■\ c \ f 'I ( \ ( м s /1 ) V ■S ( ) V. ) Ц ■4 r J ^ > ( J ( 4/ ) v. 'I ( ) к ■s ( ) 4 'j r\ v/ S \г J ^ ^ f ) К \ f *s r J V ( J к >k r 'I ( "4 ( ! \J L \S s > ) ^ ■\ f >1 c ) K. \ r ) ^ >i /* J 'S / J К }\ ■\ r J L \ ( ) ^ \ f У ч ^ / V V f ) \ \ ( ) к \ c } \ ) \ 4 f ) к > г ) v. ■\ r li >y J J p-b ) ^ ) V •4 t J ) v* ■N f ) ^ V" n ) ЛЛ j J-k J .1 - LL2 = 4i " ULV Al = Wt1-Lti + LL2■

Рисунок А.5 — Перфорированная плита с двумя разделительными зонами

Содержание

1    Область применения.......................................................... 1

2    Нормативные ссылки..................................................................1

3    Термины и определения................................................................2

4    Обозначения и сокращения.............................................................2

5    Расчет по выбору основных размеров....................................................2

5.1    Общие положения расчета по выбору основных размеров................................2

5.2    Расчет толщины круглой перфорированной плиты без присоединенных труб.................3

5.3    Расчет толщины круглой трубной решетки, жестко связанной с корпусом оборудования........3

5.4    Расчет толщины круглой трубной решетки с разъемным соединением с корпусом

оборудования.....................................................................6

6    Поверочный расчет на прочность перфорированных плит....................................8

Приложение А (рекомендуемое) Методика расчета напряженно-деформированного состояния

круглых перфорированных плит.............................................10

Библиография........................................................................56

Введение

Настоящий стандарт взаимосвязан с другими стандартами, входящими в комплекс стандартов, регламентирующих обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Расчет на прочность перфорированных плит

Rules for strength assessment of equipment and pipelines of nuclear power installations.

Strength analysis of perforated plates

Дата введения — 2022—01—01

1    Область применения

1.1    Настоящий стандарт устанавливает требования к учету особенностей конструкции перфорированных плит при расчете на прочность на стадии проектирования.

1.2    Настоящий стандарт распространяется на расчеты на прочность перфорированных плит, работающих в условиях отсутствия ползучести металла и входящих в состав оборудования атомных энергетических установок, на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [1J.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 59115.1 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Термины и определения

ГОСТ Р 59115.8-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет по выбору основных размеров

ГОСТ Р 59115.9 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Поверочный расчет на прочность

ГОСТ Р 59115.16 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет на прочность разъемных соединений

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссыпка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

Издание официальное

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины и определения по ГОСТ Р 59115.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    перфорация плиты: Система сквозных отверстий в плите, продольные оси которых перпендикулярны к срединной плоскости плиты.

3.2    плита (пластина): Тело, имеющее форму прямой призмы или цилиндра, высота которого значительно меньше размеров основания.

3.3    сродинная плоскость плиты: Плоскость, делящая толщину плиты пополам.

3.4    трубная решетка (доска): Элемент сосуда давления, предназначенный для крепления труб и/или для разделения сред.

3.5    шаг перфорации: Минимальное расстояние между центрами отверстий в срединной плоскости плиты в определенном направлении.

4    Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

Dj — внутренний диаметр камеры трубного пространства оборудования, мм;

0_М — внутренний диаметр камеры межтрубного пространства оборудования, мм; t — шаг перфорации, мм;

R_r — расчетный радиус перфорированной зоны, мм;

r_Q — расстояние по радиусу от центра перфорированной плиты до центра наиболее удаленного отверстия, мм;

5    — толщина перфорированной плиты, мм:

S_R — расчетная толщина перфорированной плиты, мм;

D— внешний диаметр перфорированной плиты, мм;

4    — параметр толстостенности трубной решетки; d — диаметр отверстия перфорации, мм;

d_R — расчетный диаметр отверстия перфорации, мм; d_T — внешний диаметр трубы, мм; s_T — толщина стенки трубы, мм;

п — максимальное количество отверстий в сечении трубной решетки, параллельном продольной оси перфорации.

ф — коэффициент снижения прочности перфорированной плиты;

(о] — номинальное допускаемое напряжение для материала перфорированной плиты при температуре Г, МПа:

р_м — давление в межтрубном пространстве, МПа, р_г — давление в трубном пространстве. МПа;

НДС — напряженно-деформированное состояние:

ПП — перфорированная плита;

ТР — трубная решетка.

5    Расчет по выбору основных размеров

5.1    Общие положения расчета по выбору основных размеров

5.1.1    При выборе основных размеров ПП должны выполняться положения, изложенные в ГОСТ Р 59115.8—2021 (подраздел 4.1). При этом в качестве расчетного давления должна использоваться разность давлений, действующих с двух сторон на плоскости перфорированной плиты.

5.1.2    Вычисление номинальных допускаемых напряжений для расчета по выбору основных размеров ПП следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.8-2021 (подраздел 4.2).

5.1.3    Принимаемая номинальная толщина ПП S. мм. должна удовлетворять условию

S>S_R*c,    (5.1)

где с — суммарная прибавка к толщине ПП, определенная в соответствии с ГОСТ Р 59115.8-2021 (подраздел 4.3).

Рисунок 5.1 — Схема оборудования с U-образными трубами или с компенсаторами на трубах и трубной решеткой, жестко связанной с корпусом

5.3.2 Оборудование с компенсатором на корпусе межтрубного пространства

Для оборудования с компенсатором на корпусе межтрубного пространства расчетную толщину TR жестко связанную с корпусом (см. рисунок 5.3). следует вычислять по формуле (5.2). a S_W1 и S_R2 — по формулам:

(5-7)

(58)

где D_K — внешний максимальный диаметр компенсатора оборудования, мм (см. рисунок 5.3).

Параметр толстостенности ТР ц для определения К_р (зависимость К_р от л приведена на рисунке 5.2) вычисляют по формуле

3{D-nd)[a]