6.2. Расчет напряжений в элементах паропроводов
6.2. Расчет напряжений в элементах паропроводов 
6.2.1. Для определения ресурса элементов паропроводов используются приведенные напряжения согласно "Нормам расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды: РД 10-249-98", утвержденным Постановлением Госгортехнадзора России от 25.08.98 N 50.
Расчет приведенных напряжений в элементах паропроводов выполняется нормативными методами.
6.2.2. Приведенные напряжения от действия внутреннего давления в прямых трубах и коленах сигма определяются по формуле:
К Y
Р S - с i i
сигма = --------- (D - -----) -----, (i = 1, 2, 3). (1)
2 фи а К Y S - с
омега i i
При расчете приведенных напряжений бесшовных прямых труб формула (1) приобретает вид:
Р [D - (S - с)]
а
сигма = ----------------. (2)
2 (S - с)
Обозначения расчетных параметров приняты в соответствии с РД
10-249-98:
Р - расчетное давление, МПа;
D , S - наружный диаметр и номинальная толщина стенки детали
а
соответственно, мм;
с - суммарная компенсационная прибавка, мм;
K , Y (i = 1, 2, 3) - торовый коэффициент и коэффициент формы
i i
колена соответственно;
фи - коэффициент прочности при ослаблении сварным
омега
соединением.
6.2.3. Для гнутых колен (гибов) расчет приведенных напряжений выполняется для зоны наружного обвода (т.е. растянутой зоны) гибов. В соответствии с обозначениями РД 10-249-98 приведенные напряжения в растянутой зоне гнутых отводов определяются по формуле:
К Y
Р S - с 1 1
сигма = - (D - -----) -----. (3)
2 а К Y S - с
1 1
6.2.4. Для штампованных колен расчет приведенных напряжений выполняется для зоны внутреннего обвода (т.е. сжатой зоны) колена по формуле:
К Y
Р S - с 2 2
сигма = - (D - -----) -----. (4)
2 а К Y S - с
2 2
6.2.5. Для штампосварных колен расчетная зона определяется расположением продольных сварных швов.
При расположении швов по наружному и внутреннему обводам колена расчет приведенных напряжений выполняется для внутреннего обвода:
К Y
Р S - с 2 2
сигма = ----------------- (D - ------) -----. (5)
мш а К Y S - с
2 фи фи 2 2
омега омега
При расположении швов по нейтральным зонам колена расчет приведенных напряжений выполняется для нейтральных зон:
К Y
Р S - с 3 3
сигма = ---------------- (D - -----) -----, (6)
мш а К Y S - с
2фи фи 3 3
омега омега
где:
мш
фи = 0,95 - для колен из стали 15Х1М1Ф с номинальной
омега
толщиной стенки не более 45 мм;
мш
фи = 1 - для иных ситуаций.
омега
6.2.6. При определении коэффициентов формы гибов Y
1
используется величина овальности а = 8%, если фактические значения
овальности а гибов данного типоразмера не превышают 7%. Если
f
максимальная фактическая овальность а для гибов какого-либо
f
типоразмера превышает 7%, в расчете данных гибов используется
значение овальности а = а + 1,0%.
f
При определении коэффициентов формы штампованных или
штампосварных колен (Y , Y ) используется значение овальности
2 3
а = 2,0%.
Примечание. Для гибов, изготовленных на станках с нагревом
токами высокой частоты и осевым поджатием, допускается значение
овальности принимать равным а = а + 1,0%.
f
6.2.7. При расчете приведенных напряжений в прямых трубах по формуле (2) прибавка с к толщине стенки S принимается равной:
с = 0,05S + 0,5 мм - при расчете по номинальной толщине стенки;
с = 0,5 мм - при расчете по фактической толщине стенки.
При расчете приведенных напряжений в гнутых отводах по формуле (3) прибавка к толщине стенки принимается равной:
S D
а
с = ------- + 0,5 мм - при расчете по номинальной толщине
D + 2R
а
стенки (R - радиус гиба);
с = 0,5 мм - при расчете по фактической толщине стенки.
Примечание. Для гибов, изготовленных на станках с нагревом ТВЧ и осевым поджатием, допускается при расчете по номинальной толщине стенки прибавку принимать равной с = 0,1S + 0,5 мм.
При расчете приведенных напряжений в штампованных и штампосварных коленах по формулам (4) - (6) прибавка к толщине стенки принимается равной:
с = 0,05S + 0,5 мм - при расчете по номинальной толщине стенки;
с = 0,5 мм - при расчете по фактической толщине стенки.
6.2.8. При расчете приведенных напряжений по фактической толщине стенки в расчете используются следующие значения толщины стенки:
min
S = min{S ; 0,95S} - для прямых труб и штампосварных колен;
f f
min
S = min{S ; 0,90S} - для гнутых отводов;
f f
min
S = min{S ; 1,0S} - для штампованных колен,
f f
где:
min
S - минимальное значение толщины стенки по результатам
f
контроля независимо от того, в какой зоне оно получено.
Примечание. Допускается при расчете приведенных напряжений по
фактической толщине стенки использовать в расчете величину
min
S независимо от ее соотношения с номинальной толщиной стенки,
f
если контроль толщины стенки проведен на 100% данных элементов,
причем на каждом из них - не менее, чем в пяти сечениях.
6.2.9. Коэффициент прочности сварного соединения фи
омега
штампосварных колен принимается равным:
фи = 0,8 - при расчетной температуре до 510 °С;
омега
фи = 0,6 - при расчетной температуре 530 °С и выше.
омега
6.2.10. Приведенные напряжения от действия внутреннего
давления в тройниковом узле определяют в соответствии с РД
10-249-98 по формуле:
Р [D - (S - с)]
а
сигма = ----------------. (7)
2 фи (S - с)
6.2.11. Коэффициент прочности фи за счет ослабления отверстием
для штампованных или кованых тройников определяется по формуле:
SUM f
фи = фи = фи [1 + ----------------------], (8)
с d _________
2 (S - с) \/D (S - с)
m
где:
коэффициент фи следует принимать:
d
__________
2 \/D (S - с)
m
фи = ----------------------, (9)
d __________
d + 1,75 \/D (S - с)
е m
здесь:
D - средний диаметр коллектора;
m
d - эквивалентный внутренний диаметр горловины.
е
Суммарная площадь компенсирующих площадей SUM f определяется
согласно п. 4.3.6.6 РД 10-249-98.
6.2.12. Коэффициент прочности для сварных тройниковых
соединений определяется из соотношения:
мш
фи = min{фи ; фи фи }, (10)
с омега омега
где:
фи - вычисляется согласно п. 6.2.11 настоящей Инструкции, а
с
коэффициент прочности штуцерного сварного соединения принимается
равным:
фи = 0,80 - при расчетной температуре до 510 °С;
омега
фи = 0,60 - при расчетной температуре 530 °С и выше;
омега
мш
фи = 0,95 - для стали 15Х1М1Ф при температуре 510 °С и
омега
выше;
мш
фи = 1 - для иных ситуаций.
омега
При расчетной температуре между 510 и 530 °С коэффициент
прочности сварного соединения фи определяется линейным
омега
интерполированием между двумя опорными его значениями.
6.2.13. При расчете приведенного напряжения по п. п. 6.2.10 и 6.2.11 настоящей Инструкции прибавка к толщине стенки определяется в соответствии с требованиями РД 10-249-98 и технической документации на изготовление данной детали.
При расчете приведенных напряжений по фактической толщине стенки в расчете используется минимальное значение из всех фактических значений толщины стенки для горловины (штуцера) и коллектора, полученное по результатам контроля УЗТ всех деталей данного сортамента.
6.2.14. Приведенные напряжения от действия внутреннего давления в стыковых сварных соединениях разнотолщинных элементов, т.е. труб с литыми, штампованными и коваными деталями (фасонными элементами), определяют для обеих деталей, расположенных по каждую сторону шва. При этом приведенное напряжение в стыке со стороны тонкостенного элемента определяется по формуле:
Р х (D + с)
m
сигма = -----------------. (11)
2 х фи х (S - с)
1
Приведенное напряжение в стыке со стороны толстостенного элемента определяется по формуле:
Р (D + с) сигма (S / S )
m м 2 1
сигма = ------------- + ----------------, (12)
2 фи (S - с) фи
2
где:
сигма (S / S ) - дополнительная составляющая напряжения в
м 2 1
стыковом соединении за счет разнотолщинности, определяемая в
соответствии с разделом 2.5 (табл. 3.16) "Норм расчета на
на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических
установок" ПНАЭ Г-7-002-86, утвержденных Государственным
комитетом СССР по использованию атомной энергии и Государственным
комитетом СССР по надзору за безопасным ведением работ в атомной
энергетике 01.07.1987. Величина сигма является функцией
м
отношения S / S , где S и S - толщина стенки толстостенного и
2 1 2 1
тонкостенного элементов соответственно.
Из двух значений приведенных напряжений, вычисляемых по формулам (11) и (12), в расчет принимается наибольшее из них. Коэффициент прочности фи в формуле (11) принимается равным 0,95. Коэффициент прочности фи в формуле (12) принимается равным 0,95 - для соединений труб с коваными или штампованными деталями и равным 0,75 - для соединений труб с литыми деталями.
6.2.15. При расчете приведенного напряжения по п. 6.2.14 настоящей Инструкции прибавку к толщине стенки в формулах (11) и (12) следует принимать равной:
0,1S + 0,5 мм - при расчете по номинальной толщине стенки
i
(i = 1, 2);
0,5 мм - при расчете по фактической толщине стенки.
Если расчет ведется по фактической толщине стенки, в расчетных
формулах используется значение толщины стенки S , принимаемое из
i
соотношения:
min
S = min{S ; 0,95S } (i = 1, 2).
i fi i
Примечание. Допускается в обоснованных случаях определять приведенные напряжения в стыковых сварных соединениях разнотолщинных элементов только по формуле (11). В этом случае коэффициент прочности фи принимается равным 0,95 - для соединений труб с коваными или штампованными деталями и равным 0,75 - для соединений труб с литыми деталями.
6.2.16. Приведенное напряжение от внутреннего давления в коническом переходе определяется по формуле:
Р [D + (S - с)]
сигма = ----------------------, (13)
2 фи (S - с) cos альфа
где:
D - внутренний диаметр большего основания конического
перехода;
альфа - угол конусности.
Коэффициент прочности фи для кованых, точеных, штампованных и др. переходов принимается равным 1, а для литых переходов - фи = 0,75.
В случаях, когда стыковое сварное соединение конусного перехода с прямой трубой приходится непосредственно на конусную часть (т.е. без переходного цилиндрического участка), коэффициент прочности фи для кованых, точеных, штампованных и др. переходов следует принимать равным 0,95.
6.2.17. Прибавка к толщине стенки при расчете приведенного напряжения по п. 6.2.16 настоящей Инструкции определяется в соответствии с требованиями РД 10-249-98 и технической документации на изготовление детали.
При расчете приведенного напряжения по фактической толщине
стенки в расчете используется минимальная фактическая толщина
min
стенки S по данным ультразвуковой толщинометрии и прибавка к
f
толщине стенки сводится к ее эксплуатационной составляющей, т.е.
с = с = 0,5 мм.
2
Примечание. Конусные переходы с продольным сварным швом подлежат обязательной замене после отработки паркового ресурса.
6.2.18. Для определения индивидуального (остаточного) ресурса сварных соединений рекомендуется проводить расчет на совместное действие всех нагружающих факторов - этап II согласно таблице 5.4 раздела 5.2 РД 10-249-98. Составляющие напряжений и эквивалентные напряжения в сварных соединениях рассчитываются согласно п. 5.2.6.3 РД 10-249-98.
В качестве расчетного эквивалентного напряжения для последующей оценки индивидуального ресурса принимается его значение, соответствующее наиболее нагруженному сечению и наиболее напряженной точке в этом сечении трубопровода.
