Расчет на прочность

Значение коэффициента С

Коэффициенты сопротивления при поперечном обтекании трубных пучков

3.4.1. Коридорное расположение труб. Коэффициент сопротивления коридорного ' пучка труб зависит от числа рядов труб в пучке, геометрических характеристик s₁, s₂ и числа Re:

x = x_o z,

где z – число рядов труб; x_о – коэффициент сопротивления одного ряда.

Для х₁ = 1,1 ¸ 7; х₁< x₂; y_o = 0,06 ¸ 1

x_о = 2 (x₁ - 1)^-0,5× Rе^-0,2;

для x₁ = 1,1 ¸ 7; x₁ > x₂; y_о = 1¸8

,

где y_о = (х₁ – 1)/(х₂ – 1); х₁ = s₁/ d; x₂ = s₂/ d; s₁, s₂ – поперечный и продольный шаг расположения труб.

В числе Rе за характерные параметры приняты наружный диаметр труб и средняя скорость в узком сечении пучка. Коэффициент сопротивления коридор­ных пучков труб может быть определен по номограмме (рис. 3.5). Эта номограм­ма дает средний коэффициент сопротивления пучка, отнесенного к одному ряду.

Гидравлическое сопротивление многорядного пучка труб в соответствии с но­мограммой рассчитывают по формуле

(3.5.)

где - средняя скорость в узком сечении пучка; - число Рей-нольдса; d - наружный диаметр трубы.

Сначала определяют член x/c=f(Re) по продольному относительному шагу x₂=s₂/d, а затем по вспомогательному графику множитель c=f[(x₁-1)/(x₂-1)], после чего рассчитывают коэффициент гидравлического сопротивле­ния x=(x/c)c.

3.4.2. Шахматное расположение труб. Коэффициент сопротивления пучка труб при шахматном расположении

где

Рис. 3.5.Номограмма для определения коэффициента сопротивления

коридорных пучков труб

Значения коэффициента С приведены в табл. 3.2. В числе Re за характерный размер принят наружный диаметр труб, а определяющая скорость - в узком сечении пучка.

Таблица 3.2

Y*	Х1	С
0,1 – 1,7	³ 1,44	C = 3,2+0,66 (1,7 - Y)^1,5
0,1 – 1,7	< 1,44	C = 3,2+0,66(1,7-Y)^1,5+
1,7 – 6,5	1,44 – 3,0	C = 0,44 (Y + 1)^2
1,7 – 6,5	< 1,44	C = [0,44 + (1,44 – x1)] (Y + 1)^2
³ 1,7	3,0 – 1,0	C = 0,062 + 0,21 (10 – x1)^-0,24

*Y = (x₁ – 1)/(x₂¢ - 1), где x₂¢ = - относительный диагональный шаг труб.

Коэффициент сопротивления шахматных пучков труб может быть также оп­ределен по номограмме (рис. 3.6). Гидравлическое сопротивление рассчитывают по формуле (3.5). Сначала определяют член x/c=f(Re) по поперечному отно­сительному шагу х₁= S₁ / d, а затем по вспомогательному графику множитель c=f(x₁/x₂), после чего рассчитывают x=(x/c)×c

3.4.3. Наклонные пучки труб. Коэффициент гидравлического сопротивления пуч­ков труб, оси которых расположены под углом 20° < j < 90° к направлению на­бегающего потока, рассчитывают по формуле

Рис. 3.6. Номограмма для определения коэффициента сопротивления

шахматных пучков труб

3.5.1. Общие положения. Создание современного энергооборудования и обеспечение его прочности и ресурса осуществляется в несколько основных этапов [3]:

· Конструирование и введение запасов прочности.

· Изготовление и контроль материалов и оборудования.

· Доводка и испытания.

· Эксплуатация с контролем ресурса и повреждения.

На стадии конструирования используются в качестве исходных данных: мощность, температура и давление в элементах конструкций, основные эксплуатационные режимы, общий временной и цикловой ресурсы, характер и параметры рассчитываемых аварийных ситуаций, условия и характеристики сейсмических нагрузок и вибраций.

Расчеты прочности включают, как правило:

· нагруженности (усилия, номинальные и местные напряжения);

· испытания (стандартные и нестандартные лабораторные образцы для получения расчетных характеристик механических свойств применяемых конструкционных материалов);

· испытания моделей и узлов оборудования (для получения уточненных данных о нагруженности в тех случаях, когда расчетные методы не позволяют получить необходимых данных, входящих в условие прочности);

· стендовые испытания полноразмерных металлических моделей и натурных элементов энергооборудования для обоснования принятых конструктивных решений, условий эксплуатации и запасов прочности и ресурса.

На стадии изготовления энергооборудования для обеспечения прочности и ресурса существенное значение имеет:

· контроль применяемых материалов, сварных соединений и наплавок по стандартным или унифицированным характеристикам механических свойств (статические стандартные испытания на растяжение, ударную вязкость, а также на

· дополнительные механические и технологические испытания). Основной целью этих испытаний является определение соответствия характеристик механических свойств техническим условиям (ТУ) и ГОСТ;

· дефектоскопический контроль исходных материалов, заготовок и изготовленного оборудования. Этот контроль проводится с целью выявления дефектов (трещин, пор, шлаковых включений, расслоений и т.д.).

На основе данных о фактических механических свойствах материала конструкции и наличии в ней дефектов могут быть выполнены уточненные оценки прочности и надежности конструкции, а также решен вопрос об объеме и необходимости проведения ремонтных работ. После изготовления узлов энергооборудования (особенно при создании головных образцов) осуществляются испытания и доводка энергооборудования с использованием мощного стендового оборудования. В процессе этих испытаний уточняются критерии прочности и ресурс энергооборудования.

3.5.2. Предельные состояния, виды, критерии разрушения. Традиционные инженерные расчеты на прочность деталей машин, элементов конструкций при однократном нагружении основаны, с одной стороны, на номинальных напряжениях, определяемых по формулам сопротивления материалов, теории упругости и пластичности, теории пластин и оболочек, с другой стороны, на характеристике прочности материалов, полученных на образцах.

В зависимости от большого числа конструктивных (вид нагружения, размеры и формы сечения, наличие концентрации и напряжений), технологических (механические свойства применяемых материалов, вид и режим сварки, термообработки) и эксплутационных (скорость нагружения, уровень нагрузок, температура, среда) факторов при однократном нагружении возможно возникновение трёх основных видов разрушения: хрупкое, квазихрупкое, пластичное (вязкое).

Каждый из этих видов разрушений существенно отличается по уровню номинальных и местных разрушающих напряжений, деформаций, скоростям развития трещин и времени живучести деталей с трещинами, по внешнему виду поверхностей разрушения. Применительно к этим видам разрушения выбирают критерии разрушения из трёх основных групп: силовых, деформационных, энергетических.

3.5.3. Принципы положенные в основу норм расчётов на прочность. Нормы расчета на прочность [3] распространяются на энергооборудование, проектирование, изготовление, монтаж, эксплуатация которых производится в полном соответствии с соответствующими Правилами [2, 3]. В основу принятых в Нормах методов расчета положены принципы оценки по последующим предельным состояниям:

¨ кратковременное разрушение (вязкое или хрупкое);

¨ разрушение в условиях ползучести при статическом нагружении;

¨ пластические деформации по всему сечению детали;

¨ накопление предельной допустимой деформации ползучести;

¨ циклическое накопление пластической деформации которая приводит к недопустимому изменению размеров или квазистатическому разрушению;

¨ возникновение макротрещин;

¨ усталостное разрушение при циклическом нагружении;

¨ потеря устойчивости.

3.5.4. Порядок проведения расчета прочности оборудования АЭС. Расчет на прочность оборудования и трубопроводов при проектировании проводят в два этапа: расчёт по выбору основных размеров, проверочный расчёт.

При выполнении расчета по выбору основных размеров учитывают действующее оборудование и трубопроводы, давление (внутреннее и наружное), а для болтов и шпилек – усилие затяга. В основу формул, используемых при расчете по выбору основных размеров, положен метод предельных нагрузок, соответствующих следующим предельным состояниям: вязкому разрушению, охвату пластической деформацией всего сечения оборудования или трубопровода, потере устойчивости и достижению предельной деформации.

После выбора основных размеров проводят проверочный расчет, включающий следующие виды расчетов, выполняемых на:

1) статическую прочность;

2) устойчивость;

3) циклическую и длительную циклическую прочность;

4) сопротивление хрупкому разрушению;

5) длительную статическую прочность;

6) прогрессирующие формоизменения;

7) сейсмические воздействия;

8) вибропрочность.

Проверочный расчёт основывается на оценке прочности по допускаемым напряжениям, деформациями коэффициентам интенсивности напряжений.

3.5.5. Допускаемые напряжения. Номинальные допускаемые напряжения определяют по характеристикам материала при расчетной температуре [3]. Для элементов с расчетной температурой, равной Т_t или ниже ее, рассчитывают по пределу текучести и временному сопротивлению. Температура Т_t равна:

- для углеродистых, легированных, кремнемарганцовистых и высокохромистых сталей 623 К (350 ^оС);

- для коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, жаропрочных хромомолибденованадиевых сталей и железноникелевых сплавов 723 К (450 ^оС).

Номинальное допускаемое напряжение для элементов оборудования и трубопроводов, нагруженных внутренним давлением, принимают минимальным из следующих значений:

,

где

При температурах, превышающих Т_t, при заданном ограничении деформации ползучести элементы рассчитывают по пределу ползучести. Коэффициент запаса по пределу ползучести принимают равным 1. В случае отсутствия сведений по пределам ползучести допускается их определение по изохронным кривым в [3].

3.5.6. Прибавка к толщине стенки. Суммарная прибавка к толщине элемента конструкции определяют как

с = с₁+ с₂, где с₁ = с₁₁+ с₁₂.

Прибавка с₂ учитывает коррозионное влияние рабочей среды на материал элементов конструкции в эксплуатационных условиях. Значения прибавки с₂ даны в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Значения прибавки на коррозию С₂

Материал и его сварные соединения	Условия эксплуатации материала в стационарном режиме	Прибавка с2, мм, за время эксплуатации 30 лет
Коррозионно-стой-кие сплавы аусте-нитного класса	Вода и пароводяная смесь, насыщенный пар до 623К (350^0С)	0,1
Стали перлитного класса	Вода, 313-413 К (40-160^0С) Вода, 433-543 К (160-270^0С) Вода, до 623 К (350^0С), рН = 8-10 Насыщенный пар до 573 К (300^0С) Перегретый пар	0,3 1,2 1,0 1,0 0,5
Высокохро-мистые стали	Вода и насыщенный пар до 558К (285^0С	0,1

Прибавку с₁₁ определяют по конструкторской документации и принимают равной отрицательному допуску на толщину стенки. Значения минусового допуска на листы по ГОСТ 19903-74 даны в табл. 3.4, на трубы в табл. 3.5.

Таблица 3.4.

Значения прибавки на минусовой допуск С₁₁ на листы

Размеры листа, мм	Минусовой допуск на лист по ГОСТ 19903-74 (с11, мм)
3,5 - 3,9	-0,2
3,9 - 5,5	-0,4
5,5 - 7,5	-0,5
7,5 - 20	-0,8
20 - 25	-0,9
25 - 30	-1,0
30 - 40	-1,1
40 - 50	-1,2
50 - 60	-1,3
60 - 70	-1,6
70 - 80	-2,2
80 - 90	-2,5
90 - 100	-2,7
100 - 115	-3,1

Таблица 3.5

Значение прибавки на минусовой допуск С₁₁ на трубы

Наружный диаметр труб	Предельное отклонение по толщине, мм (обычной точности)
Dнар< 219 мм	S < 15 мм	+12,5% -15%
15 мм£ S £ 30 мм	±12,5%
S > 30 мм	+ 10% -15%
Dнар ³ 219 мм	S < 15 мм	+10 % -15%
15 мм£ S £ 30 мм	±12,5%
S > 30 мм	+ 10% -12,5%

Прибавка с₁₂ является технологической, предназначенной для компенсации возможного утонения полуфабриката при изготовлении. Для штампованных днищ утонение в процессе штамповки принимается равным (с₁₂)* = 0,15S₁ (15% от толщины листа заготовки днища).

3.5.7. Определение толщины стенок элементов оборудования и трубопроводов, работающих под внутренним давлением. Расчетную толщину стенок для цилиндрических, конических обечаек и выпуклых днищ (см. рис. 3.7) определяют по табл. 3.6 и формуле

.

Таблица 3.6

Значения коэффициентов m₁ m₂ m₃

Величина	Цилиндрическая обечайка	Коническая обечайка	Эллиптическое или торосферическое днище	Полусферическое днище
m1
m2		cosa
m3			D/2H

а) б)

в) г)

Рис. 3.7. Формы основных элементов оборудования: а – цилиндрическая обечайка; б – коническая; в – эллиптическое или торосферическое днище; г – сферическое днище

Расчетный коэффициент снижения прочности определяют как произведение коэффициентов снижения прочности сварного соединения и отверстия:

или.

Дата добавления: 2014-01-05