Правила и нормы в атомной энергетике ПНАЭ Г-7-002-86 "Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок" (утв. Государственным комитетом СССР по использованию атомной энергии и Государственным комитетом СССР по надзору за безопасным ведением работ в атомной энергетике)

Правила и нормы в атомной энергетике ПНАЭ Г-7-002-86
"Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок"
(утв. Государственным комитетом СССР по использованию атомной энергии и Государственным комитетом СССР по надзору за безопасным ведением работ в атомной энергетике)

Введены в действие 1 июля 1987 г. с изменениями

Основные условные обозначения

	-	номинальный наружный диаметр цилиндрической части корпуса, днища или трубопровода, мм
D	-	номинальный внутренний диаметр цилиндрической части корпуса, крышки, днища или трубопровода, мм
	-	средний диаметр цилиндрической части корпуса, крышки, днища или трубопровода, мм
	-	расчетный диаметр круглого плоского днища или крышки, мм
	-	наружный диаметр накладки, мм
	-	радиус оси колена, мм
R	-	внутренний радиус выпуклого днища, мм
d	-	диаметр отверстия, мм
	-	расчетный диаметр отверстия, мм
	-	наибольший допускаемый диаметр неукрепленного отверстия, мм
	-	наружный диаметр штуцера, мм
,	-	большая и малая оси овального отверстия, мм
s	-	номинальная толщина стенки, мм
	-	расчетная толщина стенки, мм
	-	минимальная расчетная толщина стенки, мм
	-	фактическая толщина стенки, мм
	-	толщина стенки штуцера, мм
	-	толщина накладки, мм
c	-	суммарная прибавка к толщине стенки, мм
	-	прибавка к толщине стенки, равная отрицательному допуску, мм
	-	прибавка к толщине стенки, компенсирующая возможное утонение полуфабриката при изготовлении, мм
	-	прибавка к толщине стенки, учитывающая утонение стенки за счет всех видов коррозии за срок службы изделия, мм
H	-	высота выпуклой части днища до внутренней поверхности, мм
	-	высота выпуклой части днища до срединной поверхности, мм
	-	площадь сечения элемента конструкции, мм
L	-	расчетная длина оболочки, мм
	-	критическая длина оболочки, мм
	-	расчетный коэффициент снижения прочности
	-	коэффициент снижения прочности обечаек или днищ с неукрепленным отверстием
	-	коэффициент снижения прочности обечаек или днищ с укрепленным отверстием
	-	коэффициент снижения прочности сварного шва
	-	минимальный допускаемый коэффициент снижения прочности
p	-	расчетное давление, МПа
	-	наружное давление, МПа
	-	критическое давление, МПа
F	-	сжимающее усилие, Н (кгс)
	-	допускаемое наружное давление, МПа
[F]	-	допускаемое сжимающее усилие, Н (кгс)
T	-	расчетная температура, К (°C)
	-	температура, при превышении которой необходимо учитывать характеристики длительной прочности, пластичности и ползучести, К (°C)
	-	критическая температура хрупкости, К (°C)
	-	критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии, К (°C)
	-	температура гидравлических (пневматических) испытаний, К (°C)
	-	сдвиг критической температуры хрупкости вследствие температурного старения, К (°C)
	-	сдвиг критической температуры хрупкости вследствие циклической повреждаемости, К (°C)
	-	сдвиг критической температуры хрупкости вследствие нейтронного облучения, К (°C)
	-	напряжения, МПа
	-	общие мембранные напряжения, МПа
	-	местные мембранные напряжения, МПа
	-	общие изгибные напряжения, МПа
	-	местные изгибные напряжения, МПа
	-	общие температурные напряжения, МПа
	-	местные температурные напряжения, МПа
	-	напряжения компенсации, МПа
	-	напряжения компенсации растяжения или сжатия, МПа
	-	напряжения компенсации изгиба, МПа
	-	напряжения компенсации кручения, МПа
	-	средние напряжения растяжения по сечению болта или шпильки, МПа
	-	напряжения кручения в болтах или шпильках, МПа
, ,	-	главные напряжения, МПа
	-	критическое напряжение сжатия, МПа
	-	напряжение сжатия, МПа
, , , , , , ,	-	группы приведенных напряжений, МПа
	-	размах приведенных напряжений в элементах оборудования, МПа
	-	размах приведенных напряжений в элементах трубопроводов, МПа
, ,	-	напряжения на главных площадках i, j, k, МПа
, , ,	-	приведенные напряжения без учета концентрации, МПа
	-	местные приведенные напряжения, рассчитанные с учетом теоретического коэффициента концентрации напряжений, МПа
	-	местные условные упругие приведенные напряжения, рассчитанные с учетом коэффициента концентрации условных упругих напряжений, МПа
	-	амплитуда напряжений без учета концентрации, МПа
	-	амплитуда местных напряжений с учетом концентрации, МПа
	-	амплитуда приведенных напряжений без учета концентрации, МПа
	-	амплитуда условных упругих приведенных напряжений с учетом коэффициента концентрации условных упругих напряжений, МПа
	-	амплитуда приведенных напряжений в элементах оборудования, МПа
	-	амплитуда приведенных напряжений в элементах трубопроводов, МПа
	-	амплитуда приведенных напряжений в болтах или шпильках, МПа
	-	амплитуда приведенных напряжений с учетом теоретического коэффициента концентрации, МПа
	-	максимальное приведенное условное упругое напряжение цикла с учетом коэффициента концентрации условных упругих напряжений, МПа
	-	амплитуда вибронапряжения, МПа
	-	номинальное допускаемое напряжение, МПа
	-	номинальное допускаемое напряжение при температуре гидроиспытаний, МПа
	-	допускаемое напряжение сжатия, МПа
	-	минимальное значение временного сопротивления при расчетной температуре, МПа
	-	минимальное значение предела текучести при расчетной температуре, МПа
	-	минимальное значение предела текучести при температуре гидроиспытаний, МПа
	-	предел выносливости при симметричном цикле осевого растяжения-сжатия при расчетной температуре, МПа
t	-	время, ч
	-	минимальный предел длительной прочности за время t при расчетной температуре, МПа
	-	предел ползучести при расчетной температуре, при котором деформация с учетом ползучести достигает заданного значения за время t, МПа
	-	предел пропорциональности при расчетной температуре, МПа
	-	относительное удлинение пятикратного образца при статическом разрушении при растяжении при расчетной температуре, %
	-	относительное сужение поперечного сечения образца при статическом разрушении при растяжении при расчетной температуре, %
	-	коэффициент линейного расширения при расчетной температуре, 1/К (1/°C)
	-	модуль упругости при расчетной температуре, МПа
	-	коэффициент Пуассона
N	-	число циклов нагружения элемента конструкции в эксплуатации
	-	число циклов до появления трещин в конструкции
	-	частота нагружения, Гц
f	-	частота высокочастотных циклов напряжений, Гц
r	-	коэффициент асимметрии цикла напряжений
	-	показатель упрочнения кривой деформирования
	-	теоретический коэффициент концентрации напряжений
	-	теоретический коэффициент концентрации приведенных напряжений
	-	эффективный коэффициент концентрации условных упругих напряжений
a	-	накопленное усталостное повреждение
e	-	деформация, %
	-	перенос нейтронов с энергией более 0,5 МэВ,
	-	коэффициент радиационного охрупчивания, К (°C)
	-	коэффициент интенсивности напряжений,
	-	критический коэффициент интенсивности напряжений,
	-	коэффициент запаса прочности по пределу текучести
	-	коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению
	-	коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности
	-	коэффициент запаса прочности по условным местным напряжениям при расчетах на циклическую прочность
	-	коэффициент запаса прочности по числу циклов при расчетах на циклическую прочность
НГА	-	нормы государственные атомные
АЭУ	-	атомная энергетическая установка
НУЭ	-	нормальные условия эксплуатации
ННУЭ	-	нарушение нормальных условий эксплуатации
АС	-	аварийная ситуация
Правила АЭУ	-	"Правила устройства и безопасности эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок"

1. Общие положения

1.1. Область распространения норм

1.1.1. Настоящие "Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок" (в дальнейшем именуемые Нормами) должны применяться для оценки прочности оборудования и трубопроводов атомных электростанций (АЭС), атомных теплоцентралей (АТЭЦ), атомных станций теплоснабжения (АСТ), атомных станций промышленного теплоснабжения (АСПТ) и установок с исследовательскими или опытными реакторами с температурой теплоносителя не выше 873 К (600°C).

1.1.2. Нормы распространяются на оборудование и трубопроводы, проектирование, изготовление, монтаж и эксплуатация которых производятся в полном соответствии с Правилами АЭУ.

1.1.3. За правильность применения настоящих норм несет ответственность предприятие или организация, выполнявшие соответствующий расчет.

1.2. Принципы, положенные в основу норм

1.2.1. В основу принятых в Нормах методов расчета положены принципы оценки по следующим предельным состояниям:

1) кратковременное разрушение (вязкое и хрупкое);

2) разрушение в условиях ползучести при статическом нагружении;

3) пластическая деформация по всему сечению детали;

4) накопление предельно допустимой деформации ползучести;

5) циклическое накопление пластической деформации, которое приводит к недопустимому изменению размеров или квазистатическому разрушению;

6) возникновение макротрещин при циклическом нагружении;

7) потеря устойчивости.

При температурах, не вызывающих ползучесть материала конструкции, расчет по указанным предельным состояниям проводят с использованием кратковременных характеристик прочности, пластичности и сопротивления деформированию материала, не зависящих от времени. Исключение составляет учет деформационного старения и облучения при расчете сопротивления хрупкому разрушению и появлению макротрещин при циклическом нагружении. Если эксплуатация оборудования и трубопроводов происходит при температурах, вызывающих ползучесть материала, то расчет проводят по указанным предельным состояниям с использованием характеристик кратковременной и длительной прочности, кратковременной и длительной пластичности и ползучести.

1.2.2. Расчет на прочность оборудования и трубопроводов при проектировании проводят в два этапа:

1) расчет по выбору основных размеров;

2) поверочный расчет.

При оценке прочности оборудования и трубопроводов должны полностью удовлетворяться как требования расчета по выбору основных размеров, так и поверочного расчета.

1.2.3. При выполнении расчета по выбору основных размеров учитывают действующее на оборудование и трубопроводы давление (внутреннее и наружное), а для болтов и шпилек - усилие затяга.

1.2.4. В качестве основных характеристик материалов, используемых при определении значений допускаемых напряжений, приняты временное сопротивление, предел текучести, предел длительной прочности и предел ползучести (при ограничении деформации).

Допускаемые напряжения устанавливают по указанным характеристикам введением соответствующих запасов прочности.

1.2.5. В основу формул, используемых при расчете по выбору основных размеров, положен метод предельных нагрузок, соответствующих следующим предельным состояниям: вязкое разрушение, охват пластической деформацией всего сечения оборудования или трубопровода, потеря устойчивости и достижение предельной деформации.

1.2.6. После расчета по выбору основных размеров проводят поверочный расчет, включающий необходимые разделы из следующего перечня:

1) расчет на статическую прочность;

2) расчет на устойчивость;

3) расчет на циклическую и длительную циклическую прочность;

4) расчет на сопротивление хрупкому разрушению;

5) расчет на длительную статическую прочность;

6) расчет на прогрессирующее формоизменение;

7) расчет на сейсмические воздействия;

8) расчет на вибропрочность.

Поверочный расчет основывается на оценке прочности по допускаемым напряжениям, деформациям и коэффициентам интенсивности напряжения.

1.2.7. При поверочном расчете учитывают все действующие нагрузки (включая температурные воздействия) и рассматривают все режимы эксплуатации.

1.2.8. Поверочный расчет на статическую прочность проводят для определения напряжений при всех значениях нагрузок и температур в регламентированных проектом режимах работы установки и сопоставления полученных значений с допускаемыми, определенными по предельным состояниям, указанным в 1) и 3) п. 1.2.1.

1.2.9. Поверочный расчет на устойчивость заключается в определении допускаемых нагрузок или допускаемого ресурса эксплуатации, превышение которых вызывает возможность потери устойчивости при нагружении наружным давлением и сжимающими нагрузками [см. 7) п. 1.2.1].

1.2.10. Поверочный расчет на прочность при циклическом и длительном циклическом нагружении выполняют на основе анализа общей и местной напряженности с целью исключения появления трещин [см. 6) п. 1.2.1].

Допускаемые амплитуды напряжений определяют исходя из характеристик циклической или длительной циклической прочности с введением запасов прочности по долговечности и напряжениям.

В результате расчета на прочность при циклическом и длительном циклическом нагружении определяют допускаемое число повторений эксплуатационных режимов для заданных повторных эксплуатационных тепловых и механических нагрузок, температур и ресурса или допускаемые тепловые и механические нагрузки для заданного числа повторений эксплуатационных режимов и ресурса эксплуатации.

1.2.11. Поверочный расчет на сопротивление хрупкому разрушению проводят на основе сопоставления коэффициента интенсивности напряжений с критическим значением в целях исключения возможности хрупкого разрушения [см. 1) п. 1.2.1].

1.2.12. Расчет на длительную статическую прочность проводят на основе сопоставления действующих напряжений во всех режимах с допускаемыми с целью исключения разрушения оборудования или трубопроводов при длительном статическом нагружении [см. 2) и 4) п. 1.2.1].

Допускаемые напряжения определяют исходя из характеристик сопротивления длительному статическому разрушению, зависящих от температуры и длительности нагружения, с введением запасов прочности по напряжениям.

В результате расчета определяют допускаемые нагрузки для заданных режимов и ресурса эксплуатации или допускаемый ресурс для заданных режимов эксплуатации.

1.2.13. Поверочный расчет на прогрессирующее формоизменение проводят на основе анализа напряженного состояния с целью исключения недопустимых остаточных изменений формы и размеров [см. 5) п. 1.2.1].

Предельные допускаемые изменения формы и размеров в результате процесса накопления необратимых пластических деформаций устанавливаются проектной (конструкторской) организацией в каждом частном случае с учетом назначения и условий работы оборудования или трубопроводов.

В результате расчета определяют допускаемые нагрузки для заданных режимов и ресурса эксплуатации или допускаемый ресурс для заданных режимов эксплуатации.

1.2.14. Поверочный расчет оборудования и трубопроводов на сейсмические воздействия проводят с учетом совместного действия эксплуатационных и сейсмических нагрузок.

Оценку прочности оборудования и трубопроводов выполняют по допускаемым напряжениям, по допускаемым перемещениям, по критериям циклической прочности и устойчивости (последнее - только для оборудования).

1.2.15. Приведенные напряжения, сопоставляемые с допускаемыми, определяют по теории наибольших касательных напряжений, за исключением расчета на сопротивление хрупкому разрушению, когда приведенные напряжения определяют по теории наибольших нормальных напряжений.

1.2.16. Расчет напряжений без учета концентрации проводят в предположении линейно-упругого поведения материала, за исключением особо оговоренных случаев. При оценке циклической прочности за пределами упругости используется напряжение, называемое условным упругим. Это напряжение равно произведению упругопластической деформации в рассматриваемой точке на модуль упругости.

1.2.17. При расчетах по выбору основных размеров повышение пределов прочности и текучести под действием облучения не учитывают. Снижение характеристик пластичности, сопротивления хрупкому, усталостному, длительному статическому разрушению и ползучести вследствие влияния облучения учитывают при проведении соответствующих расчетов с использованием этих характеристик.

1.2.18. Влияние рабочих сред на изменение характеристик прочности при необходимости должно учитываться в поверочном расчете на основе представительных экспериментальных данных.

2. Основные определения

2.1. Расчетное давление - максимальное избыточное давление в оборудовании или трубопроводе, используемое при расчете по выбору основных размеров, при котором допускается работа данного оборудования или трубопровода при режимах НУЭ.

Для страховочных корпусов оборудования и трубопроводов и защитных оболочек под расчетным давлением понимается максимальное избыточное давление, которое возникает в этих корпусах или оболочках при разгерметизации защищаемого оборудования или трубопроводов.

В случае, если элемент конструкции одновременно нагружен внутренним и наружным давлениями, за расчетное давление принимают разницу этих давлений, при которой расчетная толщина стенки получается максимальной.

2.2. Расчетная температура - температура стенки оборудования или трубопровода, равная максимальному среднеарифметическому значению температур на его наружной и внутренней поверхностях в одном сечении при режиме НУЭ (для частей корпусов ядерных реакторов расчетная температура определяется с учетом внутренних тепловыделений как среднеарифметическое значение распределения температур по толщине стенки корпуса).

2.3. Гидравлическое или пневматическое испытание - пробное нагружение оборудования или трубопроводов внутренним или наружным давлением с целью проверки их сплошности после изготовления, монтажа, определенного периода эксплуатации или ремонта.

Значение давления гидравлического или пневматического испытания определяют в соответствии с Правилами АЭУ.

2.4. Затяг шпилек - нагружение элементов оборудования или трубопроводов, вызванное затягом шпилек или болтов.

2.5. Пуск - эксплуатационный режим, в процессе которого внешние нагрузки и температуры меняются от начальных значений до значений, соответствующих стационарному режиму. При пуске температура и внешние нагрузки могут превышать значения, соответствующие стационарному режиму.

2.6. Стационарный режим - эксплуатационный режим, при котором внешние нагрузки и температура остаются постоянными в пределах номинальных значений.

2.7. Работа системы аварийной защиты - эксплуатационный режим, при котором вследствие срабатывания системы аварийной защиты по причинам, не связанным с режимами ННУЭ и возникновением режима АС, происходит изменение температур и внешних нагрузок (в сторону как повышения, так и понижения) от их значений при стационарном режиме, пуске или остановке до соответствующих промежуточных значений (в частном случае, до атмосферных давления и температуры).

2.8. Изменение мощности реактора - эксплуатационный режим, при котором происходит переход с одного стационарного режима работы реактора на другой (за исключением режимов пуска и остановки).

2.9. Остановка - эксплуатационный режим, при котором температура и внешние нагрузки изменяются от значений параметров любого из эксплуатационных режимов до начальных значений параметров при режиме пуска.

2.10. Определение режима НУЭ - см. приложение 1 к Правилам АЭУ.

2.11. Определение режима ННУЭ - см. приложение 1 к Правилам АЭУ.

2.12. Определение режима АС - см. приложение 1 к Правилам АЭУ.

2.13. Цикл изменения напряжений - изменение напряжений от исходного значения с переходом через максимальное и минимальное алгебраические значения до исходного.

2.14. Полуцикл изменения напряжений - изменение напряжений от максимального (минимального) значения до минимального (максимального) значения в рассматриваемом цикле.

2.15. Размах напряжений - разность максимального и минимального напряжений в процессе одного цикла изменения напряжений.

2.16. Максимальное (минимальное) напряжение цикла - максимальное (минимальное) алгебраическое значение напряжений для одного цикла их изменения.

2.17. Рабочий ресурс - суммарное время стационарных и переходных эксплуатационных режимов, включая режимы ННУЭ и АС.

2.18. - общие мембранные напряжения, вызываемые действием механических нагрузок, нормальные к рассматриваемому сечению, распределенные по всему сечению и равные среднему значению напряжений в данном сечении.

2.19. - местные мембранные напряжения, вызываемые действием механических нагрузок. Мембранные напряжения относят к категории местных, если размеры зоны, в пределах которой напряжения превосходят , не превышают и эта зона расположена не ближе чем на к другой области, где напряжения превышают .

2.20. - общие изгибные напряжения, вызываемые действием давления и механических нагрузок, меняющиеся от максимального положительного значения до минимального отрицательного значения по всему сечению и приводящие к изгибу корпуса сосуда или трубопровода в целом.

2.21. - местные изгибные напряжения, вызываемые действием краевых сил и моментов от механических нагрузок.

2.22. - общие температурные напряжения, возникающие от неравномерного распределения температур по объему элемента или из-за различия коэффициентов линейного расширения материалов, приводящие в предельном случае к недопустимым остаточным изменениям формы и размеров конструкции.

2.23. - местные температурные напряжения, возникающие от неравномерного распределения температур по объему элемента или из-за различия коэффициентов линейного расширения материалов, которые не могут вызывать недопустимых остаточных изменений формы и размеров конструкций.

2.24. - напряжения компенсации, вызываемые стеснением свободного расширения трубопроводов или труб. В число этих напряжений входят напряжения растяжения или сжатия , изгиба , кручения .

2.25. - средние напряжения растяжения по сечению болта или шпильки, вызываемые механическими нагрузками (с учетом или без учета затяга).

2.26. - напряжения кручения в болтах и шпильках.

2.27. - группа приведенных напряжений, определяемая по составляющим общих мембранных напряжений.

2.28. - группа приведенных напряжений, определяемая по суммам составляющих общих или местных мембранных и общих изгибных напряжений.

2.29. - группа приведенных напряжений, определяемая как сумма средних по сечению болта или шпильки напряжений растяжения, вызываемых механическими нагрузками, включая усилие затяга, и температурными воздействиями.

2.30. - группа приведенных напряжений от механических и температурных воздействий, включая усилие затяга, определяемая по составляющим напряжений растяжения, изгиба и кручения в болтах и шпильках.

2.31. - группа приведенных напряжений от механических нагрузок и сейсмических воздействий, определяемая по составляющим общих мембранных напряжений.

2.32. - группа приведенных напряжений от механических нагрузок и сейсмических воздействий, определяемая по составляющим мембранных и общих изгибных напряжений.

2.33. - группа приведенных напряжений, определяемая по суммам средних по сечению болта или шпильки напряжений растяжения, вызываемых механическими нагрузками и сейсмическими воздействиями.

2.34. - группа приведенных напряжений от механических нагрузок, температурных и сейсмических воздействий, определяемая по составляющим напряжений растяжения, изгиба и кручения в болтах или шпильках.

2.35. - максимальный размах приведенных напряжений, определяемых по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих температурных напряжений и напряжений компенсации в оборудовании.

2.36. - максимальный размах приведенных напряжений, определяемых по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих температурных напряжений и напряжений компенсации в трубопроводах.

2.37. - амплитуда приведенных напряжений, определяемых по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих и местных температурных напряжений и напряжений компенсации с учетом концентрации напряжений в оборудовании.

2.38. - амплитуда приведенных напряжений, определяемых по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих и местных температурных напряжений и напряжений компенсации с учетом концентрации напряжений в трубопроводах.

2.39. - амплитуда приведенных напряжений, определяемых по суммам составляющих средних напряжений по сечению болта или шпильки, вызванных механическими и температурными воздействиями, напряжений изгиба, кручения и температурных напряжений с учетом концентрации напряжений.

3. Допускаемые напряжения, условия прочности и устойчивости

3.1. Номинальные допускаемые напряжения определяют по характеристикам материала при расчетной температуре.

3.2. Номинальные допускаемые напряжения для элементов с расчетной температурой, равной или ниже ее, рассчитывают по пределу текучести и временному сопротивлению.

Для элементов с расчетной температурой выше температуры номинальные допускаемые напряжения рассчитывают по пределу текучести, временному сопротивлению и пределу длительной прочности.

3.3. Температура равна:

1) для алюминиевых и титановых сплавов 293 К (20°C);

2) для циркониевых сплавов 523 К (250°C);

3) для углеродистых, легированных, кремнемарганцовистых и высокохромистых сталей 623 К (350°C);

4) для коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, жаропрочных хромомолибденованадиевых сталей и железоникелевых сплавов 723 К (450°C).

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

.

Для элементов оборудования и трубопроводов, нагруженных внутренним давлением,

; ; .

Для элементов оборудования и трубопроводов, нагруженных наружным давлением, превышающим внутреннее,

; ; .

Окончательную проверку на устойчивость и корректировку (при необходимости) определенных по настоящему разделу толщин стенок, нагруженных наружным давлением, превышающим внутреннее, проводят в соответствии с разд. 5.5.

3.5. Номинальное допускаемое напряжение в болтах или шпильках от давления и усилий затяга определяют как

,

где .

Дополнительно в болтах и шпильках, температура которых превышает температуру по разд. 3.2, устанавливают номинальные допускаемые напряжения от давления как

,

где .

3.6. Для корпусов страховочных и защитных оболочек номинальные допускаемые напряжения

,

где ; .

3.7. При определении номинальных допускаемых напряжений значения кратковременных или длительных механических характеристик принимают по данным государственных или отраслевых стандартов (ГОСТ или ОСТ) или технических условий (ТУ). При отсутствии в этих документах необходимых данных следует руководствоваться данными, приведенными в табл. П1.1 или П1.4.

3.8. При температурах, превышающих , при заданном ограничении деформации ползучести элементы рассчитывают по пределу ползучести . В случае отсутствия в ГОСТ, ОСТ или ТУ сведений по пределам ползучести допускается их определение по изохронным кривым, приведенным для ряда материалов в приложении 6.

Коэффициент запаса по пределу ползучести принимают равным единице.

3.9. При температурах выше в тех случаях, когда эксплуатация конструкции включает два и более режимов нагружения, отличающихся по температуре или нагрузке, основные размеры должны удовлетворять условию прочности по накопленному длительному статическому повреждению

,

где - продолжительность работы на i-м режиме нагружения; - допускаемое время нагружения, соответствующее пределу длительной прочности (значения могут быть приняты по табл. 4 приложения 1); - напряжение i-го режима.

3.10. Для стальных отливок, необходимые данные для которых отсутствуют в государственных или отраслевых стандартах, технических условиях или в табл. 1 приложения 1, значения предела текучести и временного сопротивления принимают равными: 85% значения, приведенного в табл. 1 для одноименной марки катаной или кованой стали, если отливки подвергаются 100%-ному ультразвуковому или радиографическому контролю; 75% указанных выше значений - для остальных отливок.

3.11. При контакте элементов конструкций с натрием реакторной чистоты в расчетах используют расчетные значения механических характеристик, определяемые умножением значений , , , на коэффициент снижения , зависящий от типа материала, температуры и длительности эксплуатации.

При выполнении расчета по выбору основных размеров и проведении поверочного расчета для сталей перлитного класса коэффициент снижения определяют по формуле

,

где - толщина поверхностного слоя стали, обезуглероженного на 30%.

Значение определяют по данным технических условий на изделие. Для сталей марок 12Х2М, 12Х2М1ФБ допускается определять в порядке, указанном ниже.

На верхнем графике рис. 3.1 или 3.2 определяют точку, соответствующую заданным расчетным температуре T и времени эксплуатации t, вертикаль от этой точки в пересечении с кривой нижнего графика определяет точку и соответствующее значение на оси ординат этого графика по горизонтали от полученной точки. Другой способ сводится к вычислению x по приведенным на рис. 3.1 или 3.2 формулам и определению по x значения , пользуясь только нижним графиком.

При расчете по выбору основных размеров и поверочном расчете деталей с толщиной стенки более 1 мм и времени эксплуатации не более ч принимают:

для коррозионно-стойких сталей аустенитного класса с содержанием никеля до 15% при К (550°C) и при 823 К (550°C) < К (700°C) ;

для железоникелевых сплавов при К (600°C) и при 873 К (600°C) < К (700°C) .

4. Расчет по выбору основных размеров

4.1. Общие положения

4.1.1. При выполнении расчета по выбору основных размеров расчетными нагрузками являются расчетное давление и усилия затяга болтов и шпилек. При расчете фланцев, нажимных колец и их крепежных деталей учитывают давление гидроиспытания.

4.1.2. При определении расчетной толщины стенки толщину антикоррозионного наплавленного или плакирующего защитного слоя не учитывают.

4.1.3. Суммарную прибавку к расчетной толщине элемента конструкции определяют как

, где .

4.1.4. Прибавка учитывает коррозионное влияние рабочей среды на материал элементов конструкции в эксплуатационных условиях. Значения этой прибавки определяют по табл. 4.1.

В случаях, не указанных в табл. 4.1, значение прибавки устанавливается проектной (конструкторской) организацией с учетом скорости коррозии и времени эксплуатации.

При двустороннем контакте с коррозионной средой прибавку принимают суммарной.

4.1.5. Прибавку определяют по конструкторской документации и принимают равной отрицательному допуску на толщину стенки.

4.1.6. Прибавка является технологической, предназначенной для компенсации возможного утонения полуфабриката при изготовлении. Значение этой прибавки устанавливается проектной (конструкторской) организацией по согласованию с предприятием-изготовителем и должно указываться в рабочей документации. Прибавку при расчете колен допускается определять по приложению 11.

4.1.7. При необходимости выполнения расчета готового изделия следует использовать фактическую толщину стенки .

Толщину стенки для цилиндрических и конических элементов конструкций принимают равной среднему значению четырех измерений толщины стенки по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров в одном сечении при числе проверяемых сечений не менее одного на каждые 2 м длины. Для круглых плоских днищ и крышек измерения проводят в центре и в четырех точках по окружности в двух взаимно перпендикулярных направлениях и среднее значение принимают равным .

Для эллиптических и полусферических элементов конструкций измерения проводят в центре и в четырех точках по концам наибольших двух взаимно перпендикулярных диаметров и среднее значение принимают равным .

Таблица 4.1. Значение прибавки

Материал и его сварные соединения	Условия эксплуатации материала в стационарном режиме	Прибавка , мм, за время эксплуатации 30 лет
Коррозионно-стойкие сплавы аустенитного класса	Вода и пароводяная смесь, насыщенный пар до 623 К (350°C)	0,1
Стали перлитного класса	Вода, 313-433 К (40-160°C)	0,3
	Вода, 433-543 К (160-270°C)	1,2
	Вода, до 623 К (350°C),	1,0
	Насыщенный пар до 573 К (300°C)	1,0
	Перегретый пар	0,5
Высокохромистые стали	Вода и насыщенный пар до 558 К (285°C)	0,1
Циркониевые сплавы	Вода и пароводяная смесь до 558 К (285°C), реакторная среда (смесь гелия с азотом, до 1% влаги по массе)	0,1

Если элемент имеет местное утонение, возникающее при изготовлении (штамповка днищ, гибка труб и др.) или вследствие коррозии, то значение фактической толщины стенки устанавливают в зависимости от расположения и размеров утоненного участка.

4.1.8. Для элементов, не указанных в разд. 4, или если нарушается предел применимости приведенных формул, выбор основных размеров проводят по методикам, которые должны быть в каждом конкретном случае согласованы с организацией, определяемой Госатомэнергонадзором СССР.

4.2. Определение толщин стенок элементов оборудования и трубопроводов

4.2.1. Цилиндрические, конические обечайки сосудов и выпуклые днища, работающие под внутренним или наружным давлением.

4.2.1.1. Расчетную толщину стенки определяют по формуле

.

Значения коэффициентов , , и пределы применимости формул приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Значения коэффициентов , , и пределы применимости формул

Величина	Цилиндрическая обечайка (рис. 4.1)	Коническая обечайка (рис. 4.2)	Эллиптическое или торосферическое днище (рис. 4.3)	Полусферическое днище (рис. 4.4)
	2	2	4	4
	1		1	1
	1	1	D/(2H)	1
Пределы применимости		; ;	;

4.2.1.2. Принимаемая номинальная толщина стенки должна удовлетворять условию

.

4.2.1.3. Допускаемое давление при проектировании и после изготовления сосудов определяют по формулам:

при проектировании

;

после изготовления

.

4.2.2. Цилиндрические коллекторы, штуцера, трубы и колена.

4.2.2.1. Расчетную толщину стенки цилиндрического коллектора, штуцера и трубы определяют по формуле

.

Эта формула применима при .

4.2.2.2. Принимаемая номинальная толщина стенки цилиндрического коллектора, штуцера и трубы должна удовлетворять условию п. 4.2.1.2.

4.2.2.3. Для колен, работающих под внутренним давлением, с отношением (рис. 4.5) расчетную толщину стенки определяют по формулам:

для внешней стороны колена

;

для внутренней стороны колена

;

для средней части колена (в сечении от нейтральной линии колена)

,

где , , - торовые коэффициенты;

, , - коэффициенты формы.

4.2.2.4. Номинальная толщина стенки колена

.

4.2.2.5. Торовые коэффициенты вычисляют по формулам

; ; .

4.2.2.6. Для колен, расчетная температура стенки которых не превышает 623 К (350°C) - для углеродистых и кремнемарганцовистых сталей, 673 К (400°C) - для хромомолибденованадиевых сталей, 723 К (450°C) для коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, коэффициенты формы определяют по формулам

;

;

.

Для колен из тех же сталей, но при температуре стенки не менее 673 К (400°C), 723 К (450°C) и 798 К (525°C) соответственно коэффициент формы определяют по формулам

;

;

,

где a - овальность поперечного сечения колена, определяемая согласно Правилам, %; ; .

Для колен, расчетная температура которых находится между указанными выше значениями, коэффициенты , , определяют линейным интерполированием в зависимости от значения температуры. При этом в качестве опорных принимают значения коэффициентов, соответствующие указанным граничным температурам.

Если же полученные значения коэффициентов , , меньше единицы, их следует принимать равными единице.

При b < 0,03 значения коэффициентов , , принимают равными значению, полученному при b = 0,03. Если вычисленное значение q > 1, то принимают q = 1.

4.2.2.7. Значение допускается округлять в меньшую сторону на значение, не превышающее 3% номинальной толщины стенки.

4.2.2.8. На концах труб, растачиваемых под стыковую сварку, допускается утонение стенки на 10% расчетной толщины при условии, что суммарная длина расточенного участка не будет превышать меньшее из значений или .

4.2.2.9. Допускаемое давление для цилиндрического коллектора, штуцера, трубы и колена определяют по формулам:

при проектировании

;

после изготовления

.

Коэффициент K принимают: для цилиндрического коллектора, штуцера и трубы K = 1; для колена .

4.2.3. Круглые плоские днища и крышки.

4.2.3.1. Расчетную толщину круглых плоских днищ и крышек (табл. 4.3), работающих под внутренним и наружным давлениями, определяют по формуле

.

Эта формула применима при условии

.

4.2.3.2. Номинальная толщина круглых плоских днищ и крышек, работающих под внутренним и наружным давлениями, должна удовлетворять условию

.

4.2.3.3. Во всех случаях присоединения плоского круглого днища к обечайке толщина днища должна быть равна или больше толщины обечайки, рассчитанной по формуле п. 4.2.1.2.

Таблица 4.3. Значения расчетного диаметра и коэффициента в зависимости от схемы соединения

Тип	Схема соединения	Расчетный диаметр
1			0,53
2
3			0,47
4			0,6
5			0,45

4.2.3.4. Значения коэффициента в формуле п. 4.2.3.1 определяют в зависимости от конструкции днищ и крышек по формуле

,

где коэффициент принимается в соответствии с табл. 4.3.

Коэффициент x, учитывающий жесткость соединения плоского днища с цилиндрической обечайкой, определяют по формуле

(если при расчете значение x < 0,76, то принимается x = 0,76), где , - номинальные допускаемые напряжения для материалов днища и цилиндрической обечайки соответственно.

Для крышек принимают x = 1,0.

Указанный в табл. 4.3 радиус закругления r принимают в соответствии с конструкторской документацией.

4.2.3.5. Толщина для типов соединений 3 и 5 (табл. 4.3) должна удовлетворять условию

.

Для типа соединения 4 (табл. 4.3)

.

4.2.3.6. Допускаемое давление при проектировании и после изготовления круглых днищ и крышек, работающих под внутренним и наружным давлениями, определяют по формулам:

при проектировании

;

после изготовления

.

4.3. Коэффициенты снижения прочности и укрепление отверстий

4.3.1. Снижение прочности одиночным отверстием

4.3.1.1. Одиночным отверстием считают отверстие, кромка которого удалена от кромки ближайшего отверстия по срединной поверхности на расстояние более .

Если номинальным является наружный диаметр, то средний диаметр

,

где - расстояние от точки пересечения продольных осей отверстия или штуцера с осью оболочки до условной точки пересечения продольной оси отверстия с внутренней образующей детали (см., например, рис. 4.2). Если номинальным является внутренний диаметр, то

.

4.3.1.2. Неукрепленным отверстием считают отверстие, не имеющее укрепления в виде штуцера с толщиной стенки, превышающей необходимую по расчету на расчетное давление; приварной накладки; местного утолщения оболочки вокруг отверстия или отбортованного воротника (высаженной горловины), а также отверстие, в котором развальцовываются трубы.

4.3.1.3. Коэффициент снижения прочности цилиндрической, конической и сферической оболочек или выпуклого днища, ослабленных неукрепленным одиночным отверстием, определяют по формуле

.

Если вычисленное значение , то принимают .

Для плоских днищ и крышек

.

Диаметр отверстий d в расчетах принимают:

1) для круглых отверстий под развальцовку труб, под приварку штуцеров к поверхности оболочки и для отверстий, закрываемых крышкой, - равным диаметру отверстий в обечайках;

2) для некруглых отверстий с отношением размеров по осям симметрии не более 2:1 - равным наибольшему размеру в свету в продольном направлении для отверстий в цилиндрических и конических оболочках и равным наибольшему размеру в свету в каждом направлении для сферических оболочек и выпуклых днищ;

3) для круглых отверстий с пропущенным штуцером, соединенным с оболочкой сварным швом с полным проплавлением стенки оболочки, - равным внутреннему диаметру штуцера;

4) для отверстий с разными диаметрами по толщине стенки - равным условному диаметру, определенному по формуле

,

где , , , , , , s показаны на рис. 4.6;

5) для тройников с отбортованным воротником (высаженной горловиной) - равным условному диаметру, определяемому по формуле

,

где , r - размеры, показанные на рис. 4.7.

Значение диаметра принимают в зависимости от конструкции днищ и крышек в соответствии с табл. 4.3.

4.3.1.4. Наибольший допускаемый диаметр неукрепленного одиночного отверстия в оболочках определяют по формуле

,

где

.

Значения коэффициентов , , для оболочек и днищ приведены в табл. 4.2.

4.3.1.5. Если диаметр отверстия d превышает допустимый диаметр , определенный по формуле п. 4.3.1.4, то такое отверстие необходимо укрепить с помощью утолщенных штуцеров, приварных накладок, местного утолщения оболочки вокруг отверстия или комбинируя указанные способы. При этом площадь сечений укрепляющих элементов принимают равной сумме площадей поперечных сечений штуцеров и накладок, используемых для укреплений, а также наплавленного металла приварки, т.е.

,

где , , - площади сечений укрепляющего штуцера, приварной накладки и сварных соединений соответственно.

4.3.1.6. Площадь сечения укрепляющих элементов должна удовлетворять условию

.

Если же для укрепления отверстия использование указанных выше способов недостаточно или использование их нерационально по конструктивным соображениям, толщину стенки оболочки следует увеличить, что приведет к соответствующим изменениям и и уменьшению необходимой для укрепления площади .

Утолщение оболочки вокруг отверстия (вварка седловины в цилиндрическую оболочку) следует рассматривать при определении площади укрепления как накладку.

4.3.1.7. Коэффициент снижения прочности стенки цилиндрической, конической и сферической оболочек или выпуклого днища, ослабленных одиночным укрепленным отверстием, определяют по формуле

,

где - коэффициент, определяемый по формуле п. 4.3.1.3.

4.3.1.8. При необходимости укрепления одиночного отверстия до заданного значения коэффициента снижения прочности площадь укрепляющих элементов сечения может быть определена без вычисления допускаемого диаметра отверстия согласно условию

,

где - коэффициент, определенный по формуле п. 4.3.1.3.

4.3.1.9. Если укрепляющий элемент изготавливается из материала с меньшим значением , чем у материала оболочки, то определенную расчетом площадь этого укрепляющего элемента следует умножить на отношение номинальных допускаемых напряжений для материалов оболочки и укрепляющего элемента.

Более высокое значение у материала укрепляющего элемента по сравнению с для материала оболочки в расчете не учитывают.

4.3.1.10. Площадь сечения укрепляющего штуцера (рис. 4.8) определяют:

для участка, расположенного снаружи оболочки (днища),

;

для участка, расположенного внутри оболочки (днища),

.

В последнем случае прибавку на коррозию учитывают по наружной и внутренней поверхностям штуцера.

Схемы укрепляющих сечений и швов приварной накладки приведены на рис. 4.8 и 4.9.

4.3.1.11. Высоту укрепляющего участка штуцера принимают по рис. 4.8, но не более

.

4.3.1.12. Номинальные толщины стенок обечайки и штуцера s и определяют соответственно по пп. 4.2.1 и 4.2.2. Минимальные расчетные толщины стенок обечайки и штуцера и определяют по тем же формулам при и c = 0.

Номинальная толщина стенки штуцера должна быть не более номинальной толщины стенки обечайки.

4.3.1.13. Площадь сечения укрепляющей приварной накладки определяют по формуле

.

Ширину накладки принимают по рис. 4.9, но не более

.

Толщину накладки рекомендуется принимать не более s. Если , то рекомендуется установить накладку снаружи внутри сосуда. Причем не допускается.

4.3.1.14. Размеры сварных швов накладки должны удовлетворять условию

.

Размеры сварных швов штуцеров должны удовлетворять условиям

; .

Площадь укрепляющего сечения одного сварного шва определяют по формуле

.

4.3.1.15. Приведенные в п. 4.3.1 методы расчета применимы для определения размеров укрепляющих элементов цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ с круглыми и овальными отверстиями.

Пределы применимости расчетных формул ограничиваются соотношениями размеров, приведенными в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Пределы применимости расчетных формул

Наименование параметров	В цилиндрических обечайках	В конических обечайках (переходах и днищах)	В эллиптических и полусферических днищах
Отношение диаметров
Отношение толщины стенки обечайки или днища к диаметру

В табл. 4.4 - внутренний диаметр конической оболочки в поперечном сечении, проходящем через отверстие.

Расчетный диаметр отверстия определяют по формулам:

для круглого отверстия или штуцера в поперечном сечении обечайки

;

для конических обечаек в продольном сечении обечайки

;

для наклонных штуцеров цилиндрических обечаек и для всех штуцеров в полусферических днищах

,

где - угол между осью штуцера и нормалью к поверхности обечайки или днища;

для отверстия наклонного штуцера, когда большая ось овального отверстия составляет угол с образующей поверхностью обечайки (рис. 4.10),

;

для отверстия смещенного штуцера на эллиптическом днище (рис. 4.11)

,

где расчетный внутренний диаметр эллиптического днища определяют по формуле

.

4.3.1.16. Приведенная методика определения площади укрепляющих сечений применима при условиях:

1) угол между осью штуцера и нормалью к поверхности оболочки не превышает 15° (рис. 4.10);

2) для смещенных штуцеров на эллиптических и полусферических днищах угол не должен превышать 45° (рис. 4.11);

3) расстояние от края днища до оси штуцера, измеряемое по проекции, должно быть не менее 0,1D + d/2.

4.3.2. Снижение прочности при ослаблении рядом отверстий.

4.3.2.1. Используемые в формулах настоящего раздела диаметры и шаги отверстий определяют по срединным поверхностям оболочек.

4.3.2.2. Под рядом отверстий понимают отверстия, расстояние между кромками которых не превышает значения .

4.3.2.3. Коэффициент снижения прочности при продольном ряде отверстий с одинаковым шагом (рис. 4.12) в цилиндрических и конических оболочках или ряде любого направления в эллиптических и сферических оболочках определяют по формуле

.

4.3.2.4. Коэффициент снижения прочности при окружном (поперечном) ряде отверстий с одинаковым шагом (рис. 4.13) в цилиндрической и конической оболочках определяют по формуле

4.3.2.5. При шахматном расположении отверстий (рис. 4.14) в цилиндрической и конической оболочках определяют три значения коэффициента снижения прочности по формулам:

в продольном направлении

;

в окружном (поперечном) направлении

;

в косом направлении

.

В качестве расчетного коэффициента снижения прочности принимают меньшее из полученных значений по формулам данного пункта.

4.3.2.6. Для коридорного расположения отверстий (рис. 4.15) значение коэффициента снижения прочности принимают наименьшим из полученных значений для продольного и поперечного рядов отверстий.

4.3.2.7. При неодинаковых шагах между отверстиями (рис. 4.16) или (и) неодинаковых диаметрах отверстий коэффициент снижения прочности принимают равным наименьшему значению коэффициентов снижения прочности для каждой пары соседних отверстий. Диаметр отверстия принимают равным среднеарифметическому значению диаметров соседних отверстий в ряду.

4.3.2.8. Для плоских днищ и крышек, имеющих несколько отверстий, следует определять минимальное значение коэффициента снижения прочности по формуле

.

Максимальную сумму длин хорд отверстий в наиболее ослабленном диаметральном сечении плоского днища или крышки определяют в соответствии с рис. 4.17 по формуле

.

4.3.2.9. Если несколько одиночных отверстий располагаются в одном направлении с рядом отверстий, принимают наименьшее значение коэффициента снижения прочности из значений для одиночного и ряда отверстий.

4.3.2.10. Если ось ряда отверстий не пересекает центр одиночного отверстия и угол между осью ряда и прямой, соединяющей центр этого отверстия с центром соседнего, не превышает 15°, то при определении коэффициента снижения прочности это отверстие относят к ряду.

4.3.2.11. Если ось ряда проходит через некруглое отверстие, за диаметр этого отверстия принимают наибольший размер, определяемый осью ряда или прямой, проходящей через центр некруглого отверстия с отклонением от ряда на угол до 15°.

4.3.2.12. Если каждое из отверстий, образующих ряд, имеет различные укрепляющие элементы, коэффициент снижения прочности такого ряда определяют как минимальное значение для каждой пары соседних отверстий по формуле

,

где определяется по формулам пп. 4.3.2.3-4.3.2.5.

4.3.2.13. При необходимости укрепления отверстий в ряду до заданного значения коэффициента снижения прочности площадь сечений укрепляющих элементов определяют согласно условию

,

где определяется по формулам пп. 4.3.2.3 - 4.3.2.5.

4.3.2.14. Площадь сечений укрепляющих штуцеров для оболочки, ослабленной рядом отверстий с различными по размеру штуцерами, принимают:

для участка, расположенного снаружи оболочки (днища),

;

для участка, расположенного внутри оболочки (днища),

,

где индексы 1 и 2 относятся к двум соседним отверстиям.

4.3.2.15. Если ряд состоит только из двух отверстий, коэффициент прочности определяют по формуле

,

где - коэффициент снижения прочности для ряда отверстий, определяемый по формулам пп. 4.3.2.2 - 4.3.2.5, 4.3.2.7.

Величину y определяют по формуле

.

4.3.2.16. При произвольной форме укрепляющих элементов или штуцеров выбранные размеры должны удовлетворять условию

,

где - проекция площади, на которую действует давление p, ограниченное по оси и окружности оболочки величиной и по оси штуцера - величиной , принимаемой по п. 4.3.1.11 (рис. 4.18);

- площадь сечения металла наиболее нагруженной части, ограниченная величинами b и (рис. 4.18).

4.3.3. Коэффициент снижения прочности сварных соединений.

4.3.3.1. Коэффициент снижения прочности стыковых, угловых и тавровых сварных соединений выбирают в зависимости от объема дефектоскопического контроля по табл. 4.5.

Таблица 4.5. Значения коэффициентов снижения прочности сварных соединений

Объем радиографического или ультразвукового контроля, %	Максимальное значение коэффициента снижения прочности
100	1,0
50	0,9
25	0,85
10, не менее	0,8

Для изделий из хромомолибденованадиевых и высокохромистых сталей до температуры 783 К (510°C) принимают по табл. 4.5, а при температуре 803 К (530°C) и более независимо от объема контроля. При расчетных температурах от 783 К (510°C) до 803 К (530°C) значение определяется линейным интерполированием.

Если сварное соединение труб из хромомолибденованадиевых сталей катаных, ковано-сверленых или центробежно-литых с механически обработанной внутренней поверхностью нагружено изгибающими нагрузками и работает при температурах до 783 К (510°C), то независимо от объема контроля следует принимать для катаных труб и механически обработанных центробежно-литых труб . При температуре 803 К (530°C) и более и соответственно. В диапазоне температур от 783 К (510°C) до 803 К (530°C) для определения или допускается линейная интерполяция.

4.3.3.2. Коэффициент снижения прочности кольцевых сварных соединений цилиндрических и конических оболочек, нагруженных давлением, принимают равным единице.

4.3.3.3. Если расстояние от края любого отверстия до оси сварного шва по направлению, перпендикулярному расчетному направлению,

,

расчетный коэффициент снижения прочности определяют как произведение коэффициента снижения прочности сварного соединения и коэффициента снижения прочности отверстия

или .

В случае, если расстояние между осью сварного шва и кромкой ближайшего отверстия

,

за расчетный коэффициент снижения прочности принимают минимальное значение , или . Для бесшовных деталей или . Для сварных деталей, не имеющих отверстия, .

4.4. Фланцы, нажимные кольца и крепежные детали

Рекомендуемая методика расчета по выбору основных размеров фланцев, нажимных колец и крепежных деталей приведена в приложении 10.

5. Поверочный расчет

5.1. Общие положения

5.1.1. Поверочный расчет проводят после выполнения расчета по выбору основных размеров рассчитываемых элементов по их номинальным размерам.

5.1.2. Поверочный расчет проводят с учетом всех расчетных нагрузок и всех расчетных режимов эксплуатации. В один расчетный режим может быть включена группа режимов, если внешние нагрузки и температуры этих режимов не отличаются более чем на 5% от принятых расчетных значений.

5.1.3. Основными расчетными нагрузками являются:

внутреннее или наружное давление;

масса изделия и его содержимого;

дополнительные нагрузки (масса присоединенных изделий, изоляции трубопроводов и т.п.);

усилия от реакции опор и трубопроводов;

температурные воздействия;

вибрационные нагрузки;

сейсмические нагрузки.

5.1.4. Основными расчетными режимами эксплуатации являются:

затяг болтов и шпилек;

пуск;

стационарный режим;

работа системы аварийной защиты;

изменение мощности реактора;

остановка;

гидро- или пневмоиспытание;

нарушение нормальных условий эксплуатации;

аварийная ситуация.

5.1.5. При поверочном расчете используют физико-механические свойства основного металла и сварных швов, указанные в государственных или отраслевых стандартах или технических условиях. В случае отсутствия в этих документах необходимых данных допускается использовать данные, приведенные в табл. П1.1 - П1.4 приложения 1 и приложении 6.

5.1.6. Нормами не регламентируются методы, применяемые для определения расчетных нагрузок, внутренних усилий, перемещений, напряжений и деформаций рассчитываемых элементов. Выбранный метод должен учитывать все расчетные нагрузки для всех расчетных случаев и давать возможность определить все необходимые расчетные группы категорий напряжений.

Ответственность за выбор того или иного метода несет организация, выполнявшая соответствующий расчет или эксперимент. Рекомендуемые методы расчета некоторых типовых узлов и деталей приведены в приложении 5.

5.1.7. При проведении поверочного расчета все напряжения в конструкции разделяют на категории. Напряжения, относящиеся к различным категориям, объединяют в группы категорий напряжений, которые сопоставляют с допускаемыми напряжениями.

5.1.8. При проведении поверочного расчета наплавленных или плакированных стенок напряжения в стенке и наплавке рассматривают с учетом температурных напряжений, вызванных разницей коэффициентов линейного расширения основного металла и наплавки.

5.2. Классификация напряжений

5.2.1. При проведении поверочного расчета используют следующие основные категории напряжений:

	-	общие мембранные напряжения;
	-	местные мембранные напряжения;
	-	общие изгибные напряжения;
	-	местные изгибные напряжения;
	-	общие температурные напряжения;
	-	местные температурные напряжения;
	-	напряжения компенсации;
	-	средние напряжения растяжения по сечению болта или шпильки, вызываемые механическими нагрузками.

Дополнительные категории напряжений, используемые при проведении расчетов, входящих в состав поверочного расчета, указаны непосредственно в соответствующих подразделах.

Для удобства проведения расчетов ниже приведены примеры разделения напряжений по категориям.

5.2.2. Примером напряжений, относящихся к категории общих мембранных напряжений, являются средние напряжения растяжения (или сжатия) по толщине стенки цилиндрической или сферической оболочки, вызываемые действием внутреннего или наружного давления.

5.2.3. Примерами напряжений, относящихся к категории местных мембранных напряжений, являются:

1) мембранные напряжения от механических нагрузок в зонах соединения оболочек и фланцев;

2) мембранные напряжения от механических нагрузок в зонах присоединения патрубков и опор к сосудам.

5.2.4. Примерами напряжений, относящихся к категории общих изгибных напряжений, являются:

1) напряжения изгиба, вызываемые действием внешних сил и моментов, действующих на сосуд или трубопровод в целом;

2) напряжения изгиба, вызываемые действием давления на плоские крышки;

3) напряжения изгиба в нажимных кольцах и фланцах разъемных соединений, вызываемые затягом болтов и шпилек.

5.2.5. Примерами напряжений, относящихся к категории местных изгибных напряжений, являются:

1) напряжения изгиба, вызванные действием давления, в зонах соединения различных элементов (фланец и цилиндрическая обечайка корпуса, соединение обечайки корпуса и днища и т.п.);

2) напряжения изгиба в трубопроводах в зоне присоединения фланцев, вызванные действием затяга болтов и шпилек.

5.2.6. Примерами напряжений, относящихся к категории общих температурных напряжений, являются:

1) напряжения, вызываемые осевым перепадом температур в цилиндрической обечайке;

2) линейная часть напряжений в элементах в зонах соединения (фланец и цилиндрическая часть сосуда, патрубок и корпус сосуда, трубопровод и фланец, трубная доска и присоединяемые к ней трубы и т.п.);

3) напряжения, вызываемые перепадом температур по толщине плоских днищ и крышек;

4) напряжения в стыковых соединениях цилиндрических обечаек, выполняемых из разнородных материалов.

5.2.7. Примерами напряжений, относящихся к категории местных температурных напряжений, являются:

1) напряжения в центральной части длинных цилиндрических или сферических оболочек, вызываемые перепадом температур по толщине стенки, за исключением линейной составляющей напряжений, указанной в 2) п. 5.2.6;

2) напряжения на небольших участках перегрева (или охлаждения) в стенке сосуда или трубопровода;

3) напряжения в антикоррозионной облицовке и других биметаллических элементах, вызванные разностью коэффициентов линейного расширения материалов.

5.2.8. Примерами напряжений, относящихся к категории напряжений компенсации, являются:

1) напряжения растяжения (или сжатия), вызванные стеснением свободного расширения трубопровода;

2) напряжения кручения и изгиба в трубопроводах, вызванные самокомпенсацией трубопроводов.

5.2.9. Примерами напряжений, относящихся к категории местных напряжений в зонах концентрации, являются напряжения в зонах отверстий, галтелей, резьб и т.п. от тепловых и механических усилий, определяемые с учетом коэффициента концентрации напряжений.

5.2.10. При проведении поверочного расчета определяют напряжения каждой расчетной группы категории напряжений, по которым определяют приведенные напряжения, сопоставляемые с соответствующими допускаемыми напряжениями.

5.2.11. На основании анализа действующих нагрузок и температурных полей следует выбрать наиболее напряженные области сосудов и трубопроводов, причем для различных расчетных случаев эти области могут быть различными.

5.2.12. Используемые при расчетах на статическую и циклическую прочность группы категорий напряжений и их обозначения применительно к различным типам конструкций приведены в табл. 5.1, а для рассчитываемых зон - в табл. 5.2.

5.2.13. Наиболее типичные примеры групп категорий напряжений в конструкциях приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Примеры групп категорий напряжений в конструкциях

Тип конструкции	Расчетная группа категорий напряжений	Обозначение расчетной группы категорий напряжений	Обозначение составляющих категорий напряжений, входящих в данную расчетную группу
Корпуса реакторов, парогенераторов и сосудов	Приведенные общие мембранные напряжения
	Приведенные напряжения, определяемые по суммам составляющих общих или местных мембранных и общих изгибных напряжений
	Размах приведенных напряжений, определяемый по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих температурных и компенсационных напряжений
	Амплитуда приведенных напряжений, определяемая по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих и местных температурных и компенсационных напряжений с учетом концентрации напряжений		с учетом концентрации напряжений
Трубопроводы	Приведенные общие мембранные напряжения
	Приведенные напряжения, определяемые по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих изгибных напряжений
	Размах приведенных напряжений, определяемый по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих температурных напряжений и напряжений компенсации мембранных, кручения и изгиба
	Амплитуда приведенных напряжений, определяемая по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих и местных температурных напряжений, напряжений компенсации мембранных, кручения и изгиба с учетом концентрации напряжений		с учетом концентрации напряжений
Компенсирующие устройства (торовые, сильфонные и др.)	Приведенные общие мембранные напряжения
	Амплитуда приведенных напряжений, определяемая по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих и местных изгибных, общих и местных температурных напряжений с учетом концентрации напряжений		с учетом концентрации напряжений
Болты и шпильки	Средние напряжения растяжения по сечению болта или шпильки, вызванные механическими нагрузками
	Средние напряжения растяжения по сечению болта или шпильки, вызванные механическими нагрузками и температурными воздействиями
	Приведенные напряжения, определяемые по суммам составляющих средних напряжений растяжения по сечению болта или шпильки и общих изгибных напряжений, вызванных механическими нагрузками и температурными воздействиями, а также напряжений кручения
	Амплитуда приведенных напряжений, определяемая по суммам составляющих средних напряжений растяжения по сечению болта или шпильки и общих изгибных напряжений, вызванных механическими нагрузками и температурными воздействиями, напряжений кручения и общих и местных температурных напряжений с учетом концентрации напряжений в резьбе		с учетом концентрации напряжений

Таблица 5.2. Примеры групп категорий в рассчитываемых зонах конструкций

Рассчитываемая зона	Вид нагружений	Категория определяемых напряжений	Расчетная группа категорий напряжений
Цилиндрическая часть (гладкая часть)	Внутреннее давление	Общие мембранные
	Внутреннее давление, температурный перепад по длине	Общие мембранные + общие температурные
	Внутреннее давление, температурный перепад по длине, температурный перепад по толщине стенки	Общие мембранные + общие температурные + местные температурные
Зона соединения фланца с цилиндрической частью корпуса	Внутреннее давление	Местные мембранные
	Внутреннее давление, поле температур во фланце, поле температур в цилиндрической части корпуса, усилия затяга	Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные
		Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Плоская крышка сосуда с отверстиями	Внутреннее давление	Общие изгибные
	Внутреннее давление, поле температур	Общие изгибные + общие температурные
		Общие изгибные + общие температурные + местные температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Зона соединения фланцев с эллиптическими или торосферическими крышками или днищами	Внутреннее давление	Местные мембранные
	Внутреннее давление, поле температур во фланце, поле температур в крышке (днище), затяг шпилек	Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные
		Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные + местные температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Эллиптические или торосферические крышки или днища с отверстиями	Внутреннее давление	Общие мембранные
		Общие мембранные + общие изгибные
	Внутреннее давление, поле температур	Общие мембранные + общие изгибные + общие температурные
		Общие мембранные + общие изгибные + общие температурные + местные температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Зона соединения цилиндрической части корпуса с днищем	Внутреннее давление	Местные мембранные
	Внутреннее давление, поля температур в цилиндрической части корпуса и днище	Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные
		Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные + местные температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Зона приварки патрубков, штуцеров или труб к сосуду (в корпусе)	Внутреннее давление	Местные мембранные
	Внутреннее давление, поля температур в корпусе и привариваемом элементе, усилия со стороны трубопровода (механические и от самокомпенсации)	Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные + напряжения компенсации
		Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные + напряжения компенсации + местные температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Зона патрубка	Внутреннее давление	Общие мембранные
	Внутреннее давление, поля температур в корпусе и привариваемом элементе, усилия со стороны трубопровода (механические и от самокомпенсации)	Общие или местные мембранные + общие изгибные
		Общие или местные мембранные + общие изгибные + местные изгибные + общие температурные + напряжения компенсации
		Общие или местные мембранные + общие изгибные + местные изгибные + общие температурные + напряжения компенсации + местные температурные и местные напряжения в зонах концентрации
	Затяг шпилек, внутреннее давление	Общие изгибные
	Затяг шпилек, внутреннее давление, поля температур в нажимном кольце и корпусе	Общие изгибные + общие температурные
		Общие изгибные + общие температурные + местные температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Трубопроводы	Внутреннее давление	Общие мембранные
	Внутреннее давление, масса трубопровода	Общие или местные мембранные + общие изгибные
	Внутреннее давление, масса трубопровода, усилия компенсации	Общие или местные мембранные + общие изгибные + напряжения компенсации + местные изгибные + общие температурные напряжения
		Общие или местные мембранные + общие изгибные + напряжения компенсации + местные изгибные + общие температурные напряжения с учетом местных напряжений в зоне концентрации
Трубные доски	Внутреннее давление	Общие изгибные
	Внутреннее давление, поля температур	Общие изгибные + общие температурные
		Общие изгибные + общие температурные + местные температурные с учетом местных напряжений в зонах концентрации
Зона приварки трубных досок к корпусу сосуда	Внутреннее давление	Местные мембранные
	Внутреннее давление, поля температур в трубной доске и корпусе сосуда	Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные
		Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные с учетом местный напряжений в зонах концентрации
Коллекторы	Внутреннее давление	Общие или местные мембранные	или
	Внутреннее давление, поля температур	Общие или местные мембранные + общие или местные изгибные + общие температурные
		Общие или местные мембранные + общие или местные изгибные + общие температурные + местные температурные с учетом местных напряжений в зонах концентрации
Зона соединения штуцеров или труб с коллектором	Внутреннее давление	Местные мембранные
	Внутреннее давление, поля температур в корпусе и привариваемом элементе	Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные
		Местные мембранные + местные изгибные + общие температурные + местные температурные + местные напряжения в зонах концентрации
Торовое уплотнение (компенсатор)	Внутреннее давление	Общие мембранные
	Внутреннее давление, перемещение крышки или днища и корпуса, поля температур в компенсаторе	Общие или местные мембранные + общие температурные + местные изгибные + местные напряжения в зонах концентрации

5.3. Порядок определения напряжений

5.3.1. На основе анализа условий эксплуатации элементов конструкции устанавливается типовая физически возможная последовательность эксплуатационных режимов работы и нагружения, включая условия испытаний и нарушения нормальных условий эксплуатации. Режимы работы и нагружения, осуществляемые между пуском и остановом, например срабатывание аварийной защиты, следует располагать между указанными режимами.

5.3.2. Для наиболее нагруженных областей элемента конструкции упругим расчетом определяются значения шести составляющих напряжений без учета концентрации для принятой системы координат (декартовой, цилиндрической или сферической) и принятой последовательности по времени режимов работы и нагружения.

По шести составляющим напряженного состояния определяются значения главных напряжений. Наибольшему главному напряжению присваивают индекс i, а двум другим - индексы j, k , фиксируя таким образом главные площадки.

5.3.3. На выбранных зафиксированных главных площадках для всей принятой последовательности по времени режимов работы и нагружения определяются зависимости изменения главных напряжений , , .

5.3.4. Значения приведенных напряжений определяются для моментов времени , , ..., , ..., , где увеличение (уменьшение) абсолютного значения любой из составляющих главных напряжений сменяется их уменьшением (увеличением) по формулам

(5.1)

При упругом нагружении для начального и конечного моментов времени или равняются постоянному напряжению, например от веса.

5.3.5. Определение напряжений аналитическими методами, например по теории оболочек, осуществляется в указанной в пп. 5.3.1-5.3.4 последовательности; определение напряжений численными методами в упругой области - в следующем порядке:

1) определяется зависимость местных напряжений для принятой последовательности режимов работы и нагружения;

2) выделяются номинальные напряжения от механических и тепловых нагрузок;

3) определяются приведенные напряжения.

5.3.6. Размах напряжений или определяется при поверочном расчете на статическую прочность по графикам изменений приведенных напряжений , , для всего процесса изменения напряжений и выбирается как наибольшее из следующих значений:

, (5.2)

где , , - алгебраически максимальные, а , , - алгебраически минимальные напряжения для всего процесса изменения соответствующих приведенных напряжений.

Во всех случаях упругого нагружения значения напряжений

(5.3)

5.3.7. Общий процесс изменения во времени приведенных напряжений , , представляет собой ряд последовательных полуциклов. В пределах каждого полуцикла приведенное напряжение изменяется монотонно. Моменты времени, определяющие концы полуциклов, обозначаются 0, 1, 2, ..., l, ..., m.

Главные напряжения , , , распределенные в общем случае неравномерно по площади сечения (толщине стенки) элемента конструкции , разделяются на мембранную и дополнительную составляющую, принимаемую в качестве изгибной , и определяются в указанные моменты времени по формулам

(5.4)

(5.5)

Приведенные местные напряжения , , в конце l-го полуцикла определяют по формулам

(5.6)

где , , - коэффициенты концентрации приведенных напряжений для напряжений , , в полуцикле от l - 1 до l.

Коэффициент рассчитывается, например, по формуле

(5.7)

Здесь , , , - теоретические коэффициенты концентрации мембранных составляющих , и изгибных составляющих , соответственно, определяемые экспериментально, по справочникам или приложению 3; - коэффициент, зависящий от стеснения деформаций, соответствующий главному напряжению в направлении и напряжению в направлении . При полном стеснении , а при его отсутствии . Если степень стеснения нельзя определить, то расчет выполняется при и . При этом коэффициент концентрации принимается большим из двух полученных значений.

Для упрощения расчета допускается принимать ; и ; ; .

5.3.8. Изменение какого-либо местного условного упругого приведенного напряжения определяется с использованием графика изменения соответствующего приведенного напряжения . Пример графика приведен на рис. 5.1.

Если до момента времени l напряжение находилось в упругой области (l = 2 на рис. 5.1), то , а если в момент времени l напряжение находится в упругопластической области и приобретает в этот момент наибольшее абсолютное значение среди всех предшествующих положительных и отрицательных напряжений , то определяют по формуле

, (5.8)

где в данном случае , а .

В этом случае момент времени обозначается ( и ), а показатель упрочнения v и предел пропорциональности определяются по формулам

; (5.9)

. (5.10)

Показатель упрочнения допускается выбирать по табл. 5.3 в зависимости от значения и .

Таблица 5.3. Значение показателя упрочнения

	, %
	10	20	30-60
0,3	0,29	0,27	0,25
0,5	0,21	0,17	0,19
0,7	0,11	0,11	0,13
0,9	0,05	0,06	0,07
0,95	0,02	0,03	0,04
1,0	0,00	0,00	0,00

При промежуточных значениях значения определяются линейной интерполяцией.

Если в рассматриваемой зоне расположен сварной шов, то значения и принимаются для металла шва, если они меньше, чем для основного металла.

При температуре выше температуры значение определяют по изохронной кривой деформирования за время нагружения элемента конструкции в течение рассматриваемого полуцикла.

Длительность полуцикла равна времени изменения напряжений от минимального (максимального) до максимального (минимального) значения. При расчете напряжений в процессе пуска, выхода на режим после какого-либо переходного режима и работы на стационарном режиме до следующего переходного режима при температурах выше температуры необходимо учитывать среднее время работы на стационарном режиме между соответствующими переходными режимами.

При температуре, превышающей температуру , показатель упрочнения определяют по формуле

,

где , - предел текучести и напряжение, соответствующее упругопластической деформации , принимаемые по изохронной кривой деформирования для длительности и температуры полуцикла; - деформация, соответствующая пределу текучести ; - деформация, соответствующая (не менее 2%).

Если до момента времени l хотя бы 1 раз была использована формула (5.8), то для определения напряжения рассматривается полуцикл l, h, где .

При увеличении (уменьшении) напряжения от момента времени l - 1 до l индекс h присваивается наименьшему (наибольшему) значению напряжения . При этом значения напряжения от до не должны превышать (или соответственно быть меньше) значения .

Если (l = 7 на рис. 5.1), то определяется по формуле

. (5.11)

Если (l = 5 и l = 8), то определяют по формуле (5.8), в которой коэффициент принимается равным 2.

При переменной в течение полуцикла температуре вычисление значений , проводится для максимальной и минимальной температур полуцикла по соответствующим значениям , , , . Значение принимается равным полусумме соответствующих значений при максимальной и минимальной температурах полуцикла, а показатель - равным минимальному из его значений в интервале температур полуцикла. Допускается использование значений , при максимальной температуре полуцикла.

Показатель упрочнения при определении его по табл. 5.3 принимается равным его минимальному значению в интервале температур полуцикла.

Допускается принимать равным , а показатель упрочнения . В этом случае значение равно полусумме пределов текучести при максимальной и минимальной температурах полуцикла или пределу текучести при максимальной температуре полуцикла.

Расчет по формуле (5.8) допускается применять при выполнении следующих условий:

(5.12)

и

. (5.13)

Если при расчете и определении графика его изменения используется хотя бы 1 раз формула (5.8), то следует рассмотреть последовательно два одинаковых блока изменения напряжений (см. пример на рис. 5.2). В этом случае число полуциклов (циклов) каждого типа между абсолютно наибольшими значениями принимают равным ожидаемому при эксплуатации числу блоков нагружения за вычетом 1, число остальных равно 1.

5.3.9. Местное условное упругое приведенное напряжение при использовании эффективного коэффициента концентрации определяется по формуле

(5.14)

или

. (5.15)

5.3.10. Эффективный коэффициент концентрации местного приведенного напряжения определяется при испытаниях на усталость.

Геометрия, состояние поверхности, номинальные напряжения и градиенты местных напряжений в зоне концентрации испытываемого элемента, модели или образца, их материал и термообработка, условия нагружения (температура, среда) должны соответствовать натурному элементу конструкции.

Напряжения без учета концентрации при определении не должны превышать пределы, установленные для соответствующих категорий напряжений при расчете статической прочности.

Применение при расчете местных приведенных напряжений должно быть согласовано со способом обработки экспериментальных данных при его определении.

При эффективный коэффициент концентрации напряжений определяется по формуле

, (5.16)

где q - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений .

Если , то коэффициент q вычисляется по формуле

, (5.17)

а если , то q принимается равным , где - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, определенный при амплитуде местных напряжений, равной пределу выносливости , и выбираемый по табл. 5.4.

Таблица 5.4. Значения коэффициента чувствительности материала

		Зона концентрации напряжений в элементах конструкций
0,4-0,8	1,0	Опорные устройства сосудов, отверстия для шпилек крепления крышек к корпусам сосудов, отверстия крышек и днищ при радиусе скругления более 40 мм
0,4	0,9	Трубные доски, трубные скругления, переход от трубопроводов к фланцам при радиусе скругления от 10 до 40 мм
0,6	0,95
0,8	1,0
0,4	0,7	Скругления в вершинах пазов и опорных буртов при радиусе скругления от 4 до 10 мм
0,6	0,8
0,8	0,9
0,4	0,3	Метрическая резьба шпилек, болтов, гаек при радиусе скругления менее 1 мм
0,6	0,6
0,8	0,8
Примечание. При промежуточном значении значение определяется линейной интерполяцией.

5.3.11. При расчете приведенных местных условных упругих напряжений от механических и температурных нагрузок в сварных соединениях с неполным проплавлением, выполняемых аустенитными электродами и используемых для присоединения элементов антикоррозионных рубашек, эффективный коэффициент концентрации осевых напряжений любой категории следует определять в зависимости от амплитуды изгибной и равномерно распределенной составляющих напряжения без учета концентрации по формулам

при ;

и

при ; или при независимо от .

Для кольцевых мембранных напряжений влияние концентрации не учитывают. Высота сварного шва должна быть не меньше толщины самой тонкой из соединяемых деталей в месте сварки. При возникновении в сварных соединениях с неполным проплавлением пластических циклических деформаций значения условных упругих напряжений без учета концентрации в сечении сварного соединения необходимо определить из упругопластического расчета.

5.3.12. Местное условное упругое напряжение в резьбе резьбового соединения определяется в соответствии с п. 5.3.8. Напряжения рассчитываются с учетом коэффициента , определяемого для метрической резьбы, по формуле

, (5.18)

где - коэффициент, зависящий от типа гайки;

- шаг резьбы;

R - радиус закругления в основании витка.

Для стандартной гайки сжатия коэффициент , а для гайки растяжения-сжатия при длине растянутой зоны, равной диаметру резьбовой части, .

Коэффициент для промежуточных длин растянутой зоны гайки растяжения-сжатия устанавливают линейной интерполяцией.

При увеличении высоты гайки сжатия от 0,8 диаметра резьбовой части до 1,25 и выше уменьшается от 1 до 0,9.

При расчете резьбовой части шпильки, вворачиваемой во фланец корпуса, учитывается влияние на различия механических свойств материала шпильки и фланца. При этом при длине ввернутой части шпильки, равной ее диаметру и более, коэффициент .

В случае различия предела прочности материалов шпильки и фланца коэффициент концентрации определяется по формуле

, (5.19)

где значение коэффициента определяют по табл. 5.5.

Таблица 5.5. Значение коэффициента

	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	0,7	0,8	0,87	0,95	0,95	1,0

Местное напряжение в резьбе может быть определено с использованием эффективного коэффициента концентрации по формуле (5.14) или (5.15). Если напряжение не выходит за пределы упругости, то коэффициент определяется по формуле (5.16). Если напряжение выходит за пределы упругости, то для резьбового соединения с метрической резьбой из стали с при контролируемом профиле резьбы с радиусом закругления в основании витка R допускается принимать .

Для контролируемых метрических резьб с впадиной без закругления из сталей с значение , где - коэффициент концентрации напряжений в резьбе с шагом и радиусом закругления .

5.3.13. При расчете тороидальных герметизирующих компенсаторов (ТГК) допускаемое число циклов для заданных местных условных упругих напряжений принимают минимальным из двух значений, определяемых:

в месте присоединения компенсатора к массивным деталям (крышка, корпус);

в оболочке компенсатора между местами присоединения.

Местное меридиональное напряжение в месте присоединения определяют (при , где - местный наружный радиус кривизны поперечного сечения оболочки; s - толщина стенки) умножением меридионального напряжения на наружной поверхности от тепловых и механических усилий, рассчитанного без учета концентрации, как в тонкостенной оболочке, на эффективный коэффициент концентрации .

Для оболочек из аустенитных сталей с толщиной стенки мм коэффициент концентрации определяют по формуле , где R - радиус сопряжения в месте присоединения, мм.

Для неплавного сопряжения (уступ до 2 мм при мм) значение R принимают равным нулю. При определении кольцевых напряжений концентрация не учитывается.

На участке между местами присоединений компенсатора, если

,

где и - высота усиления стыкового сварного шва на вогнутой и выпуклой поверхностях ТГК соответственно, изгибное меридиональное напряжение определяют умножением изгибного меридионального напряжения, рассчитанного как в тонкостенной оболочке, на корректирующие коэффициенты

(вогнутая поверхность) и

(выпуклая поверхность), где - местный внутренний радиус кривизны поперечного сечения оболочки.

5.3.14. При определении местных приведенных напряжений допускается представление типовой последовательности по времени эксплуатационных режимов работы и нагружения в виде отдельных блоков с учетом памяти об истории нагружения при переходе от одного блока к другому.

5.3.15. Формирование циклов напряжений проводится таким образом, чтобы каждый раз на трех графиках изменения напряжений , , для выбранной последовательности по времени эксплуатационных режимов работы и нагружения из остающихся участков была получена наибольшая возможная амплитуда местного приведенного напряжения.

По трем графикам местных приведенных напряжений устанавливается наибольшее по абсолютному значению условное упругое напряжение для всего процесса изменения напряжений.

5.4. Расчет на статическую прочность

5.4.1. При расчете на статическую прочность проверяют выполнение условий прочности применительно к расчетным нагрузкам, указанным в п. 5.1.3, кроме сейсмических и вибрационных нагрузок, и ко всем эксплуатационным режимам, указанным в п. 5.1.4.

5.4.2. Напряжения, определенные при расчете на статическую прочность элементов оборудования и трубопроводов, не должны превышать значений, указанных в табл. 5.6. Значения , и определяют в соответствии с указаниями разд. 3.

5.4.3. Средние напряжения смятия не должны превышать . Если расстояние от края зоны приложения нагрузки до свободной кромки превышает размеры зоны, на которой действует нагрузка, допускаемые напряжения могут быть увеличены на 25%.

5.4.4. Средние касательные напряжения, вызванные действием механических нагрузок, не должны превышать (в резьбах ).

5.4.5. Средние касательные напряжения, вызванные действием механических нагрузок и температурными воздействиями, не должны превышать (в резьбах ).

5.4.6. При гидравлических (пневматических) испытаниях приведенные общие мембранные напряжения в оборудовании или трубопроводе не должны превышать , а приведенные напряжения, определенные по суммам составляющих общих или местных мембранных и общих изгибных напряжений, - . Напряжения в болтах и шпильках не должны превышать .

5.4.7. При оценке статической прочности по размахам напряжений или (см. табл. 5.6) максимальные и минимальные абсолютные значения приведенных напряжений, входящих в определение этой категории, не должны превышать .

5.4.8. Выполнение требований табл. 5.6 и п. 5.4.7 по размахам напряжений не является обязательным в тех случаях, когда возможное при эксплуатации искажение формы конструкции, связанное с невыполнением вышеуказанных требований, не может повлиять на нормальную эксплуатацию рассчитываемого узла (нет нарушения герметичности различных соединений, отсутствует заклинивание подвижных устройств, нет недопустимого искажения проходных сечений, определяющих расход теплоносителя, нет недопустимых деформаций сопряженных деталей и т.п.).

Таблица 5.6. Расчетные группы категорий напряжений

Тип конструкции	Расчетный случай (режим)
Элементы корпусов реакторов, парогенераторов, сосудов	НУЭ			-	-	, но не более	-
	ННУЭ			-	-	-	-
	АС			-	-	-	-
Трубопроводы	НУЭ			-	-	-	, но не более
	ННУЭ			-	-	-
Компенсирующие устройства	НУЭ		-	-	-	-	-
	ННУЭ		-	-	-	-	-
Болты и шпильки	НУЭ		-			-	-
	ННУЭ		-			-	-
	АС*		-			-	-
Страховочные корпуса и защитные оболочки	Разгерметизация защищаемого оборудования или трубопроводов			-	-	-	-
* Рассматривается только для корпусов реакторов.

Необходимость удовлетворения требования по группам категорий и должна устанавливаться конструкторской (проектной) организацией.

5.5. Расчет на устойчивость

5.5.1. Цилиндрические оболочки под наружным давлением

5.5.1.1. Расчет проводят для гладких цилиндрических оболочек, находящихся под действием всестороннего или бокового наружного давления. При боковом давлении отсутствует давление на торцевые поверхности оболочки.

5.5.1.2. Гладкими считаются цилиндрические оболочки, на расчетной длине которых отсутствуют подкрепленные отверстия с диаметром, превышающим (см. п. 4.3.1.4), кольцевые и спиральные ребра жесткости или другие укрепления. Продольные или спиральные ребра жесткости с углом до 30° к образующей не рассматриваются как укрепление от действия наружного давления.

5.5.1.3. Рассматривается гладкая цилиндрическая оболочка на расчетной длине.

Если цилиндрическая оболочка с торцов закрыта приварными выпуклыми днищами, за расчетную длину принимают длину цилиндрической оболочки, увеличенную на длину отбортованного цилиндрического участка и на каждого днища.

Для цилиндрической оболочки, закрытой фланцевыми соединениями или плоскими днищами, за расчетную длину принимают длину оболочки между фланцами или между плоскими днищами.

5.5.1.4. Формулы применены при выполнении следующих условий:

; ; ,

где ; , - максимальный и минимальный наружные диаметры, измеренные в одном поперечном сечении цилиндрической оболочки.

5.5.1.5. Критическая длина

.

5.5.1.6. Критическое напряжение

для ;

для .

5.5.1.7. Критическое давление

.

5.5.1.8. Допускаемое наружное давление

,

где поправочный коэффициент

, где .

5.5.1.9. Устойчивость цилиндрической оболочки обеспечена, если выполняется условие

.

5.5.2. Цилиндрическая оболочка под действием осевой силы.

5.5.2.1. Формулы применимы для расчета гладких цилиндрических оболочек без продольных ребер жесткости.

Спиральные ребра жесткости под углом более 60° к образующей не рассматриваются как укрепление от действия осевой силы.

5.5.2.2. Расчетную длину оболочки принимают согласно п. 5.5.1.3.

5.5.2.3. Формулы применимы при выполнении следующих условий:

.

5.5.2.4. Расчетное осевое напряжение сжатия

.

5.5.2.5. Для определения значения допускаемого напряжения находят два значения критического напряжения:

напряжение первого рода - из условия общей потери устойчивости цилиндрического элемента как длинного стержня;

напряжение второго рода - из условия местной потери устойчивости цилиндрической тонкостенной оболочки.

5.5.2.6. Критическое напряжение первого рода

,

где , если оба конца цилиндрической оболочки шарнирно оперты;

, если оба конца оболочки жестко заделаны;

, если один конец оболочки шарнирно оперт, а другой - жестко заделан.

5.5.2.7. Критическое напряжение второго рода

.

5.5.2.8. Допускаемое осевое напряжение сжатия

,

где ;

,

поправочные коэффициенты

, ;

, .

5.5.2.9. Устойчивость цилиндрической оболочки обеспечена, если выполняется условие

.

5.5.3. Цилиндрическая оболочка при совместном действии наружного давления и осевой силы.

5.5.3.1. Формулы применимы для гладких цилиндрических оболочек без кольцевых, спиральных или продольных ребер жесткости и других видов укрепления (гофры и др.).

5.5.3.2. Для рассматриваемого случая должны выполняться условия, приведенные в пп. 5.5.1.1, 5.5.1.3, 5.5.1.4.

5.5.3.3. Устойчивость цилиндрической оболочки обеспечена, если выполняется условие

,

где допускаемое наружное давление определяется согласно п. 5.5.1, а расчетное осевое напряжение сжатия и допускаемое осевое напряжение сжатия - согласно п. 5.5.2.

5.5.4. Выпуклые днища под наружным давлением.

5.5.4.1. Формулы предназначены для расчета выпуклых днищ полусферической и эллиптической форм, находящихся под действием давления, равномерно распределенного по наружной поверхности.

Допускается применение формул для выпуклых днищ сферической формы. В сферических (тарельчатых) днищах поверхность имеет форму сегмента сферы.

5.5.4.2. Формулы применимы при выполнении следующих условий:

; .

5.5.4.3. Критическое напряжение

.

5.5.4.4. Критическое давление

.

5.5.4.5. Допускаемое наружное давление

,

где поправочный коэффициент

, где .

5.5.4.6. Устойчивость выпуклого днища обеспечена, если выполняется условие п. 5.5.1.9.

5.5.5. Конические переходы под наружным давлением.

5.5.5.1. Формулы применимы для расчета на наружное давление гладких конических переходов с углом конусности , удовлетворяющих условиям

; ;

,

где и - средние диаметры оснований конического перехода , мм.

5.5.5.2. При конический переход можно считать цилиндрической оболочкой, длина которой равна высоте конуса, а средний диаметр равен диаметру большего основания. Толщину стенки цилиндрической оболочки принимают равной толщине стенки конического перехода.

5.5.5.3. Критическое напряжение

,

где определяется по графику рис. 5.3 в зависимости от значения или по формуле

при 0 < x < 0,8,

где ; ; ; ; .

На границах промежутка

; .

5.5.5.4. Критическое давление

.

5.5.5.5. Допускаемое наружное давление

,

где поправочный коэффициент

, где .

5.5.5.6. Устойчивость конического перехода обеспечена, если выполняется условие п. 5.5.1.9.

5.5.6. Конические переходы под действием осевой силы.

5.5.6.1. Формулы применимы для расчета гладких конических переходов, находящихся под действием осевой силы, удовлетворяющих условиям

; ;

.

5.5.6.2. При конический переход можно считать цилиндрической оболочкой, длина которой равна высоте конуса, а средний диаметр равен диаметру большего основания. Толщину стенки цилиндрической оболочки принимают равной толщине стенки конического перехода.

5.5.6.3. Расчетное осевое напряжение сжатия

.

5.5.6.4. Критическое напряжение

.

5.5.6.5. Допускаемое напряжение сжатия

,

где поправочный коэффициент

, где .

5.5.6.6. Устойчивость конического перехода обеспечена, если выполняется условие п. 5.5.2.9.

5.5.7. Конические переходы при совместном действии наружного давления и осевой силы

Устойчивость конического перехода обеспечена, если выполняется условие п. 5.5.3.3, где допускаемое давление определяют согласно п. 5.5.5, а расчетное осевое напряжение сжатия и допускаемое напряжение сжатия - согласно п. 5.5.6.

5.5.8. Расчет на устойчивость в условиях ползучести.

5.5.8.1. Расчет на устойчивость в условиях ползучести заключается в определении допускаемого срока службы при действии на рассчитываемый конструктивный элемент заданных наружного давления и сжимающих нагрузок или в определении допускаемых нагрузок для заданного срока службы оборудования.

При расчетах используется функция установившейся ползучести, имеющая вид

,

где e - деформация;

- расчетное напряжение, определяемое в соответствии с пп. 5.5.8.2-5.5.8.5, МПа ; B - коэффициент ползучести, ; n - показатель ползучести; t - время, с (ч).

Значения B и n определяют по кривым ползучести на основе приведенной в настоящем пункте зависимости между e и .

Расчет применим при .

5.5.8.2. Формулы применимы для расчета гладких длинных цилиндрических элементов, находящихся под действием наружного давления при удовлетворении следующего условия:

.

Расчетный срок службы

;

B, n - см. в п. 5.5.8.1.

Критическое напряжение

.

Поправочный коэффициент определяют по формуле п. 5.5.1.8.

Расчетное напряжение

.

5.5.8.3. Формулы применимы для расчета полных и усеченных конических оболочек с углом конусности, удовлетворяющих условиям

; .

Расчетный срок службы

.

Расчетное напряжение

.

Критическое напряжение

,

где определяют по графику рис. 5.3 в зависимости от ; , - средние диаметры меньшего и большего оснований конической оболочки соответственно, мм.

Поправочный коэффициент определяют по формуле п. 5.5.5.5; - угол конусности, равный половине угла конуса при вершине, град.

5.5.8.4. Формулы применимы для расчета сферических, эллиптических и торосферических оболочек, удовлетворяющих условию

.

Расчетный срок службы

.

Расчетное напряжение

- для сферических оболочек;

- для эллиптических и торосферических оболочек.

Критическое напряжение

- для сферических оболочек;

- для эллиптических и торосферических оболочек;

, - большая и малая полуоси эллиптических или торосферической оболочек соответственно, мм.

5.5.8.5. Формулы применимы для расчета гладких цилиндрических оболочек, нагруженных осевым сжатием и удовлетворяющих условию

.

Расчетное осевое напряжение

.

Расчетный срок службы определяет как наименьшее из двух значений:

и

,

где - см. п. 5.5.2.8; - см. п. 5.5.2.6; ; ; ; B, n - см. п. 5.5.8.1; - см. п. 5.5.2.8; - см. п. 5.5.2.7; - определяют по графику рис. 5.4 в зависимости от n.

5.5.8.6. Устойчивость элементов конструкций будет обеспечена при выполнении условия .

5.6. Расчет на циклическую прочность

5.6.1. Метод расчета на циклическую прочность применим до температуры (см. разд. 3.2 Норм) для деталей из сплавов циркония с 1 до 2,5% ниобия, углеродистых и легированных сталей, коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, жаропрочных хромомолибденованадиевых сталей и железоникелевых сплавов.

5.6.2. Определение допускаемого числа циклов по заданным амплитудам напряжений или допускаемых амплитуд напряжений для заданного числа циклов проводится:

1) по расчетным кривым усталости, характеризующим в пределах их применения зависимость между допускаемыми амплитудами условных напряжений и допускаемыми числами циклов, или

2) по формулам, связывающим допускаемые амплитуды условных напряжений и допускаемые числа циклов, в случаях уточненного расчета допускаемых числа циклов или амплитуды напряжений или когда расчетные кривые не могут быть применены.

5.6.3. Амплитуда эксплуатационного напряжения не должна превышать допускаемую амплитуду напряжения , получаемую для заданного числа циклов N. Если задана амплитуда напряжения, то эксплуатационное число циклов N не должно превышать допускаемое число циклов .

Если процесс нагружения состоит из ряда циклов, характеризуемых амплитудами напряжений и соответствующими числами циклов , то должно выполняться условие прочности по накопленному усталостному повреждению.

5.6.4. Для углеродистых и легированных сталей в интервале температур от 293 до 623 К (от 20 до 350°C) при значениях ; МПа; и ГПа расчетная кривая усталости приведена на рис. 5.5.

Для сталей аустенитного класса в интервале температур от 293 до 723 К (от 20 до 450°C) при значениях ; МПа; и ГПа расчетная кривая усталости приведена на рис. 5.6.

Для углеродистых и легированных сталей в интервале температур от 293 до 623 К (от 20 до 350°C), значениях ; МПа; и ГПа расчетные кривые усталости приведены на рис. 5.7, а для сталей в интервале температур от 293 до 623 К (от 20 до 350°C) при значениях ; МПа; и ГПа расчетные кривые усталости приведены на рис. 5.8.

Кривые на рис. 5.7 и 5.8 построены для различных значений коэффициента концентрации приведенных напряжений .

Расчетные кривые на рис. 5.5-5.8 получены с учетом максимальных коэффициентов запаса. Эти кривые допускается использовать при коэффициентах асимметрии цикла напряжений .

5.6.5. Допускаемую амплитуду условного упругого напряжения для заданных температур, ниже приведенных в п. 5.6.4, можно определять умножением значений по расчетным кривым рис. 5.5-5.8 на отношение модуля упругости при заданной температуре к модулю упругости при максимальной температуре применения соответствующей расчетной кривой.

5.6.6. Допускаемая амплитуда условного упругого напряжения или допускаемое число циклов для сталей с отношением при определяется по формулам

(5.20)

где , - коэффициенты запаса прочности по напряжениям и числу циклов;

m, - характеристики материала;

r - коэффициент асимметрии цикла напряжений;

- характеристика прочности, принимаемая равной

;

- характеристика пластичности, зависящая от значения , определяется по формуле

(5.21)

или при - по формуле

. (5.22)

При использовании данных государственных стандартов, технических условий на материал или данных приложения 1 Норм расчета на прочность, в которых приведены гарантированные механические характеристики, при следует принимать . При следует принимать .

Если характеристика пластичности определяется по значению , полученному при испытании на статическое растяжение, то используются формулы

при (5.23)

и при . (5.24)

Характеристики , , принимаются равными минимальным значениям в интервале рабочих температур с учетом старения. Коэффициент запаса прочности по напряжениям , а по числу циклов .

При расчете деталей, которые нагружены только тепловыми нагрузками (например, тепловые экраны и подобные детали) или тепловыми и механическими нагрузками при ограничении деформации другими упругими несущими элементами (например, антикоррозионная рубашка корпуса) и разрушение которых не приводит к выходу теплоносителя за пределы несущих элементов, коэффициенты запаса прочности по напряжениям и числу циклов принимаются равными 1,5 и 3 соответственно.

При расчете сварных соединений с неполным проплавлением, выполненных аустенитными электродами и примененных в указанных выше деталях, с учетом эффективного коэффициента концентрации по п. 5.3.10 коэффициенты запаса прочности принимаются равными и .

Показатели степени m и и предел выносливости принимаются по табл. 5.7.

Таблица 5.7. Значения показателей степени m и и предела выносливости 

Обозначение	МПа	МПа
(при симметричном цикле)
m	0,5

Если допускаемое число циклов , то определение допускается проводить по формулам

(5.25)

Из двух значений или , определенных по формулам (5.20) или (5.25), выбирается наименьшее.

5.6.7. Допускаемая амплитуда напряжений или допускаемое число циклов для сталей перлитного класса при значениях и определяется по формулам (5.20) или (5.25) и по формуле

, (5.26)

где коэффициент запаса прочности по числу циклов ; , - характеристики материала. Для сталей при значениях значение определяется по формуле

, (5.27)

а показатель степени - по формуле

; (5.28)

- характеристика пластичности, характеризуемая значением равномерного относительного сужения , определяется по формуле

; (5.29)

- теоретический коэффициент концентрации приведенных напряжений.

Характеристики механических свойств , , принимаются равными минимальным значениям в рассматриваемом интервале температур с учетом старения.

Для деталей, рассчитываемых по формулам (5.20) или (5.25) с коэффициентами запаса и , коэффициент запаса прочности по числу циклов при расчете по формуле (5.26) принимается равным 3.

Значение равномерного сужения поперечного сечения (сужение при напряжении, равном пределу прочности) определяется экспериментально в соответствии с методом испытаний на растяжение или по формуле

. (5.30)

Из трех значений или , определяемых в общем случае по формулам (5.20) или (5.25) и (5.26), выбирается наименьшее.

При числе циклов до для определения допускаемой амплитуды напряжений можно вместо формулы (5.26) использовать формулу

.

5.6.8. Коэффициент асимметрии цикла напряжений при

и

вычисляется по формуле

. (5.31)

Если коэффициент асимметрии цикла r < -1 или r > 1, то в расчете принимается r = -1.

При и коэффициент асимметрии цикла определяется по формуле (5.31), где заменяется максимальным напряжением из упругопластического расчета. Допускается использовать формулу

. (5.32)

При одновременном выполнении условий

;

и 

коэффициент асимметрии r = -1.

При коэффициент асимметрии определяется по формуле

. (5.33)

Если по формулам (5.31) - (5.33) коэффициент асимметрии цикла r окажется в пределах от -1 до - 1,2, то при расчете амплитуды напряжений по формуле (5.26) принимается r = -1.

5.6.9. Расчет по формуле (5.26) не проводится, если выполняется одно из следующих условий:

1) коэффициент асимметрии r < -1,2 или r > 1;

2) напряжения обусловлены действием только изгибающего момента или тепловыми нагрузками при сжимающих или равных нулю средних по сечению напряжениях.

5.6.10. Остаточное напряжение учитывают в том случае, если оно является растягивающим и в рассматриваемой зоне детали амплитуда местного условного упругого напряжения от механических и тепловых нагрузок ни при одном из типов циклов нагружения не превышает предела текучести при температуре 293 К (20°C). Допускается принимать остаточное напряжение равным пределу текучести при температуре 293 К (20°C). При определении допускаемой амплитуды напряжений по формуле (5.26) остаточное напряжение не учитывается.

5.6.11. Остаточное напряжение учитывается при определении значения коэффициента асимметрии цикла напряжений алгебраическим суммированием его с напряжением от эксплуатационных механических и тепловых нагрузок только в случае расчета по расчетным кривым усталости рис. 5.5-5.8 (на рис. 5.7, 5.8 только по верхним кривым) и по формулам (5.20) и (5.25).

При определении коэффициента асимметрии в расчете нетермообработанных сварных соединений с неполным проплавлением напряжение принимается равным пределу текучести при минимальной температуре цикла.

5.6.12. Допускаемую амплитуду напряжений для сварного соединения , за исключением сварного соединения с неполным проплавлением (п. 5.3.11), определяют по формуле

,

где - амплитуда допускаемых условных упругих напряжений, определяемая по расчетной кривой усталости или соответствующей формуле для основного материала при заданном числе циклов;

- коэффициент, зависящий от вида сварки свариваемых материалов и термообработки после сварки .

Значения для ряда сварных соединений приведены в табл. 5.8. Коэффициент используется совместно с расчетной кривой усталости основного материала, по отношению к которому определен .

Таблица 5.8. Коэффициенты снижения циклической прочности сварных соединений

Основной металл	Метод сварки	Сварочный материал	Вид термообработки после сварки
Стали марок 20, 22К, 20К	Ручная	Электроды марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/45А	Без термообработки; отпуск; нормализация и отпуск	1,0
		Электрод марки УОНИ-13/55	Без термообработки; отпуск до 10 ч	при МПа; при МПа; при МПа
			Отпуск более 15 ч	1,0
	Автоматическая под флюсом	Сварочная проволока марки Св-08А, Св-08ГСМТ, ЭП-458	Без термообработки	0,9
			Отпуск	1,0
	Электрошлаковая	Сварочная проволока марки Св-10Г2, Св-08ГСМТ	Нормализация и отпуск; закалка и отпуск	1,0
Стали марок 12Х2МФА, 15Х2МФА, 5Х2МФА-А	Ручная	Электроды марок Н-3, Н-6, Н-10	Отпуск	1,0
	Автоматическая под флюсом	Сварочная проволока марки Св-10ХМФТ, Св-10ХМФТУ	"	при МПа; при МПа; при МПа
	Электрошлаковая	Сварочная проволока марки Св-13Х2МФТ	Закалка и отпуск	0,8
	Автоматическая наплавка ленточным электродом под флюсом	Электроды марок Св-07Х25Н13, Св-08Х19Н10Г2Б	Отпуск	0,8
	Ручная наплавка электродами	Электроды марок ЭИО-8, ЭА-898/21Б	Отпуск	0,8
Стали марок 15Х2НМФА, 15Х3НМФА, 15Х2НМФА-А, 15Х3НМФА-А	Ручная	Электрод марки Н-23	"	1,0
	Автоматическая под флюсом	Сварочная проволока марки Св-09ХГНМТА	"	1,0
	Электрошлаковая	Сварочная проволока марки Св-16Х2НМФТА	Закалка и отпуск	1,0
Стали аустенитного класса	Ручная	Электрод марки ЭА-395/9	Без термообработки	1,0
		Электроды марок ЭА-400-10У, ЭА-898/21Б, ЭИО-8	Отпуск	0,8
	Аргонодуговая	Сварочная проволока марки Св-04Х19Н11М3	Без термообработки, отпуск	1,0

Для других методов сварки, сварочных и свариваемых материалов, не указанных в табл. 5.8, значение определяют экспериментально.

При отсутствии данных о значении могут быть использованы данные табл. 5.9.

Таблица 5.9. Значения коэффициента снижения циклической прочности для сварного соединения

Основной материал (сталь)	для сварного соединения
	после отпуска	без отпуска
Углеродистая, кремнемарганцовистая, легированная,  МПа	0,75	0,75
Легированная,  МПа	0,70	0,65
Легированная,  МПа	0,60	0,50
Аустенитная	0,70	0,60

5.6.13. При расчетах корпусов с антикоррозионной наплавкой оценку циклической прочности проводят раздельно для основного металла и металла наплавки по кривым и расчетным формулам настоящего раздела с учетом коэффициента .

Коэффициент для наплавки корпуса используется совместно с расчетной кривой усталости основного металла корпуса по п. 5.6.6.

Значение для ручной сварки стали аустенитного класса электродами марок ЭА-395/9 и ЭА-400/10У можно применять при расчете разнородного сварного соединения сталей перлитного класса со сталью аустенитного класса для слоя, наплавленного на сталь перлитного класса, с использованием расчетной кривой усталости стали аустенитного класса.

5.6.14. Для резьбовых участков шпилек, болтов из сталей перлитного класса при температурах от 293 до 623 К (от 20 до 350°C) используются расчетные кривые усталости (рис. 5.9, 5.10), полученные с учетом коэффициентов запаса и .

Расчетные кривые на рис. 5.9 применяются при значениях МПа; и ГПа.

Расчетные кривые на рис. 5.10 применяются при значениях МПа; и ГПа.

5.6.15. Уточненный расчет резьбовых участков шпилек, болтов проводится по п. 5.3.8 и формулам (5.20) или (5.25). При этом коэффициенты запаса и принимаются равными 1,5 и 3 соответственно. При использовании коэффициентов концентрации коэффициенты запаса и принимаются равными 1,5 и 5 соответственно.

Коэффициент асимметрии цикла местных напряжений определяется по формулам (5.31) - (5.33).

5.6.16. В тех случаях, когда низкочастотные циклические напряжения, связанные с пуском, остановкой, изменением мощности, срабатыванием аварийной защиты или другими режимами, сопровождаются наложением высокочастотных напряжений, например вызванных вибрацией, пульсацией температур при перемешивании потоков теплоносителя с различной температурой, расчет на циклическую прочность проводится с учетом высокочастотного нагружения.

5.6.17. Исходные данные о высокочастотном нагружении получаются при анализе результатов измерений при эксплуатации элемента конструкции или их расчетом.

5.6.18. В расчете допускаемого числа циклов при высокочастотном нагружении используются только кривые усталости, полученные по формулам (5.20), (5.25), для сталей с отношением как , так и .

5.6.19. Условие прочности при наличии различных циклических нагрузок проверяется по формуле

, (5.34)

где - число циклов i-го типа за время эксплуатации; k - общее число типов циклов; - допускаемое число циклов i-го типа; a - накопленное усталостное повреждение, предельное значение которого .

В общем случае

, (5.35)

где - повреждение от эксплуатационных циклов нагружения, на которые не наложены высокочастотные напряжения; - повреждения от высокочастотных напряжений при постоянных эксплуатационных напряжениях (стационарные режимы); - повреждение типа , определяемое для условий нагружения при стационарном режиме, приводящем к наибольшему повреждению за все время эксплуатации; - сумма повреждений от высокочастотных напряжений в течение циклов переменных напряжений на переходных эксплуатационных режимах и при прохождении резонансных частот в тех же циклах.

Накопленные повреждения и определяются по формуле (5.34). Значения амплитуд и частот при определении повреждений и принимают в соответствии с разд. 6.3 Приложения 8.

5.6.20. Сочетание основного циклического нагружения с амплитудой и частотой и наложенного с амплитудой и частотой f вызывает снижение допускаемого числа циклов основного низкочастотного нагружения от до [N], определяемого по формуле

, (5.36)

где - коэффициент снижения долговечности при наложении высокочастотных циклов, используемых при определении повреждения .

Для основного цикла нагружения i-го типа повреждение определяют по формуле

. (5.37)

Коэффициент независимо от степени концентрации напряжений, остаточных напряжений, асимметрии цикла, значения номинальных напряжений и температуры определяют по номограммам, приведенным на рис. 5.11 и 5.12, или вычисляют по формуле

, (5.38)

где - частота основного цикла переменных напряжений, определяемая без учета периода времени, в течение которого происходит наложение дополнительных напряжений на постоянные (рис. 5.13); - амплитуда приведенных напряжений основного цикла без учета концентрации напряжений; - коэффициент, зависящий от материала, принимаемый по табл. 5.10.

Таблица 5.10 Значения коэффициента

Вид материала	Углеродистая сталь, МПа	Аустенитная сталь, МПа	Легированная сталь, МПа	Легированная сталь, МПа
	1,3	1,54	1,8	1,9

При отсутствии экспериментальных данных для предварительных оценок значение принимается равным 2.

5.6.21. Метод расчета при двухчастотном циклическом нагружении применим при выполнении всех следующих условий:

1) отношение амплитуды напряжений к амплитуде напряжений находится в интервале

; (5.39)

2) абсолютное значение максимального и минимального напряжений при двухчастотном нагружении не превышает значения при расчетной температуре;

3) отношение не превышает ;

4) число циклов с амплитудой в пределах времени превышает 10 (рис. 5.13).

5.6.22. При расчетах циклической прочности деталей, подвергаемых облучению, учитывается снижение относительного сужения. Повышение временного сопротивления под действием облучения не учитывается. Допускается применять коэффициенты снижения циклической прочности под действием облучения, приведенные в приложении 7.

5.6.23. Если при расчете циклической прочности элемента конструкции не обеспечиваются требуемые коэффициенты запаса прочности, то оценка циклической прочности проводится на основе экспериментальных кривых усталости, полученных в соответствии с методом испытаний на усталость (приложение 2) для рассматриваемых условий нагружения и состояния металла конструкции с учетом соответствующих коэффициентов запаса прочности и или по результатам испытаний натурных элементов или их моделей, спроектированных и изготовленных в соответствии с требованиями, предъявляемыми к штатным конструкциям.

Геометрическое подобие моделей должно быть обеспечено, по крайней мере, в зоне проверки циклической прочности и примыкающих к ней участков, оказывающих влияние на значение и распределение напряжений в испытуемой зоне. Моделирование сварного соединения с уменьшением натурных размеров элементов и антикоррозионной наплавки с изменением ее толщины не рекомендуется, если целью испытания является проверка их прочности.

Режим испытаний по характеру изменения нагрузок и температур должен соответствовать условиям эксплуатации.

Коэффициенты запаса прочности принимаются по значению приведенного местного условного упругого напряжения в зоне, определяющей долговечность, или по числу циклов нагружения, или по напряжению и числу циклов одновременно.

Запасы прочности по условному напряжению и числу циклов определяются по формулам

; (5.40)

, (5.41)

где x - число испытанных объектов.

При этом запасы и по моменту образования трещин при циклическом нагружении натурных элементов конструкций или их моделей должны быть не ниже 1,25 и 2,1 соответственно.

Условия мало- и многоцикловых испытаний по напряжению и числу циклов при одновременном применении коэффициентов запаса и определяются с использованием расчетной кривой усталости для основного металла или сварного соединения при соответствующих асимметрии цикла нагружения и температуре. Для этого определяют наклон расчетной кривой усталости в точке с , где - заданное в эксплуатации число циклов. Отрезок, соединяющий точки с координатами и , является сочетанием эквивалентных режимов испытаний.

При испытании геометрически подобных моделей коэффициент запаса прочности по приведенному местному условному упругому напряжению определяется по формуле

, (5.42)

где , - линейные размеры модели и натурной конструкции в испытываемой зоне.

Коэффициент запаса по числу циклов при испытании модели

. (5.43)

Результаты испытаний на циклическую прочность не могут служить основанием для повышения допускаемых значений категорий напряжений, используемых при расчете на статическую прочность.

5.6.24. В приложении 12 (рекомендуемом) приведен упрощенный метод расчета на циклическую прочность, который может применяться взамен метода по разд. 5.3 и 5.6.

5.7. Расчет на длительную циклическую прочность

5.7.1. Расчет на длительную циклическую прочность проводят применительно к элементам конструкций, работающим при температурах, вызывающих ползучесть, и нагружаемым повторными тепловыми или механическими усилиями.

5.7.2. Рекомендуемый метод расчета на длительную циклическую прочность приведен в приложении 7.

В расчете используются характеристики длительной прочности и пластичности по табл. П6.1 и П6.3.

5.7.3. Элемент конструкции, рассчитываемый на длительную циклическую прочность, должен удовлетворять:

1) условиям прочности, принимаемым при выборе основных размеров во всем интервале эксплуатационных температур;

2) условиям прочности при расчете на длительную статическую прочность.

5.7.4. Допускается применение других методов при условии их надлежащего расчетно-экспериментального обоснования для используемых материалов, условий эксплуатации и эксплуатационного ресурса по числу циклов и длительности нагружения.

5.8. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению

5.8.1. Общие положения.

5.8.1.1. На основе положений настоящего раздела производят расчет на сопротивление хрупкому разрушению оборудования и трубопроводов АЭУ на стадии проектирования.

5.8.1.2. Положения настоящего раздела не распространяются на расчет крепежных деталей.

5.8.1.3. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению элементов оборудования и трубопроводов проводят для всех режимов эксплуатации, включая нормальные условия эксплуатации (НУЭ), нарушение нормальных условий эксплуатации (ННУЭ), аварийные ситуации (АС), гидравлические (пневматические) испытания.

5.8.1.4. Основными характеристиками материала, используемыми в расчете, являются критический коэффициент интенсивности напряжений , критическая температура хрупкости и предел текучести .

Изменение свойств материалов в процессе эксплуатации учитывают введением в расчет сдвигов критической температуры хрупкости вследствие различных воздействий в процессе эксплуатации.

5.8.1.5. Если толщина стенок рассчитываемых элементов меньше, чем требуемые толщины для определения значений в соответствии с положениями ГОСТ 25.506-85, допускается при расчетах на сопротивление хрупкому разрушению использовать критическое раскрытие трещины или другие характеристики (, ), определяемые в соответствии с упомянутым ГОСТ.

Методики расчета с использованием указанных характеристик должны быть согласованы с головной организацией по разработке норм расчета на прочность.

5.8.1.6. Сопротивление хрупкому разрушению считают обеспеченным, если для выбранного расчетного дефекта в виде трещины в рассматриваемом режиме эксплуатации выполняется условие

,

где - допускаемое значение коэффициента интенсивности напряжений.

Индекс i указывает, что допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений выбирают различными в зависимости от расчетных условий:

i = 1 - для нормальных условий эксплуатации; i = 2 - для гидравлических (пневматических) испытаний и нарушения нормальных условий эксплуатации; i = 3 - для аварийной ситуации.

5.8.1.7. При определении значения переноса нейтронов и температуры Т принимают равными их значениям в точке, соответствующей наибольшей глубине выбранной расчетной трещины.

5.8.1.8. При необходимости проведения расчетов оборудования и трубопроводов, находящихся в эксплуатации, изготовлении или монтаже, или законченных рабочим проектированием на момент введения в действие настоящих норм допускается:

1) использовать положения настоящего расчета;

2) для оборудования и трубопроводов, находящихся в эксплуатации, по согласованию между конструкторской (проектной) организацией, головной материаловедческой организацией, предприятием - владельцем оборудования и трубопроводов определить параметры дефектов, допускаемых по условиям обеспечения прочности, и путем контроля подтвердить отсутствие в оборудовании и трубопроводах дефектов, параметры которых превышают допускаемые по расчету; в расчете следует использовать фактические свойства материалов, а сам расчет (включая схематизацию дефектов, выявленных в процессе контроля) должен выполняться по методикам, согласованным с головной организацией по разработке норм расчета на прочность;

3) для оборудования и трубопроводов, находящихся в изготовлении, монтаже или законченных рабочим проектированием, допускается использовать методики, отличающиеся от описанной в настоящем разделе, по согласованию с головной организацией по разработке норм расчета на прочность и Госатомэнергонадзором СССР.

5.8.1.9. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению допускается не производить для элементов конструкций, не подвергающихся нейтронному облучению (или подвергающихся облучению при температурах 250-350°C до переноса не более при МэВ), в следующих случаях:

1) элементы конструкции изготовлены из коррозионно-стойких сталей аустенитного класса или цветных сплавов;

2) материалы элементов конструкций (включая сварные соединения) имеют предел текучести при температуре 20°C менее 300 МПа (30 ), а толщина стенки элемента конструкции составляет не более 25 мм;

3) материалы элементов конструкций (включая сварные соединения) имеют предел текучести при температуре 20°C менее 600 МПа (60 ), а толщина стенки элемента конструкции составляет не более 16 мм;

4) толщина стенки рассматриваемого элемента конструкции s, мм, удовлетворяет условию

при в и в МПа (обе характеристики принимают при наименьшей температуре эксплуатации и критической температуре хрупкости , соответствующей концу эксплуатации).

5.8.1.10. В расчетную толщину стенки элементов оборудования и трубопроводов не включается толщина антикоррозионного покрытия.

5.8.2. Коэффициент интенсивности напряжений.

5.8.2.1. Коэффициент интенсивности напряжений для выбранных расчетных трещин определяют аналитически, численно или экспериментально по методикам, согласованным с головной организацией по разработке норм расчета на прочность.

5.8.2.2. Коэффициент интенсивности напряжений, , для цилиндрических, сферических, конических, эллиптических, плоских элементов, нагружаемых внутренним давлением и температурными воздействиями, допускается определять по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений; - составляющая напряжений растяжения, МПа; - составляющая изгибных напряжений, МПа; ; ; a - глубина трещины, мм; c - полудлина трещины, мм; h - длина зоны, в пределах которой составляющая изгибных напряжений сохраняет положительное значение, мм;

.

Формула справедлива при и , где s - толщина стенки изделия.

При расчете зон, где отсутствует концентрация напряжений, принимают .

5.8.2.3. Составляющую напряжений растяжения (кольцевых или осевых) определяют по формуле

,

где j - координата или Z; - функция изменения напряжений по толщине стенки; s - толщина стенки в расчетном сечении.

5.8.2.4. Значение составляющей напряжений изгиба определяют по формуле

,

где - значение функции изменения напряжений по толщине стенки в точке n.

Для элементов без антикоррозионной наплавки точку n располагают на наружной или внутренней поверхности изделия в зоне действия максимальных растягивающих напряжений. Для элементов с антикоррозионной наплавкой точку n выбирают на наружной поверхности изделия или на поверхности раздела антикоррозионного покрытия и основного металла в зоне действия растягивающих напряжений.

5.8.3. Допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений.

5.8.3.1. Допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений зависят от приведенной температуры и расчетного случая. Зависимость от получают как огибающую двух кривых, определяемых по исходной температурной зависимости . Одну из этих кривых получают делением ординат исходной кривой на коэффициент запаса прочности , другую - смещением исходной кривой вдоль оси абсцисс на значение температурного запаса .

Принимают:

для нормальных условий эксплуатации (i = 1) , ;

при нарушении нормальных условий эксплуатации и гидравлических (пневматических) испытаниях (i = 2) , ;

для аварийных ситуаций (i = 3) , .

5.8.3.2. Исходные температурные зависимости принимают по данным, приведенным в соответствующих аттестационных отчетах по материалам (основной металл, сварные соединения), или по техническим решениям, согласованным с Госатомэнергонадзором СССР, головной материаловедческой организацией и головной организацией по разработке норм расчета на прочность.

5.8.3.3. Температурные зависимости для сталей марок 12Х2МФА, 15Х2МФА, 15Х2МФА-А, 15Х2НМФА, 15Х2НМФА-А и их сварных соединений приведены на рис. 5.14-5.16.

5.8.3.4. Для сталей перлитного класса и высокохромистых сталей и их сварных соединений с пределом текучести при температуре 20°C, устанавливаемым по указаниям п. 3.7 настоящих Норм и не превышающим 600 МПа (60 ), можно использовать обобщенные кривые допускаемых коэффициентов интенсивности напряжений, приведенные на рис. 5.17.

5.8.4. Критическая температура хрупкости.

5.8.4.1. Критическую температуру хрупкости материала определяют по формуле

,

где - критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии; - сдвиг критической температуры хрупкости вследствие температурного старения; - сдвиг критической температуры хрупкости вследствие циклической повреждаемости; - сдвиг критической температуры хрупкости вследствие влияния нейтронного облучения.

5.8.4.2. Значения , , , (или коэффициента радиационного охрупчивания ) принимают по данным соответствующих аттестационных отчетов по материалам (основной металл и сварные соединения), данным технических условий на материалы или на основе технических решений, согласованных с Госатомэнергонадзором СССР, головной материаловедческой организацией и головной организацией по разработке норм расчета на прочность.

Методики определения значений , , , (или ) приведены в приложении 2.

5.8.4.3. Допускается использовать значения , , , приведенные в табл. 5.11.

Таблица 5.11 Значения характеристик сопротивления разрушению

Марка основного материала	Вид сварки, марка сварного материала	Стандарт или технические условия	, °C	, °C (см. прим. 1)	Температура облучения, °C	, °C (см. прим. 2)
15Х2МФА	-	ТУ 5.961-11060-77, Изв. 6-90-3315	0	0	250 270 290	22 18 14
15Х2МФА-А	-	ТУ 108.131-75, Изв. 479	0	0	270 290	12 9
15Х2НМФА	-	ТУ 108.765-78, Изв. 4-83	0	0		29
15Х2НМФА-А	-	ТУ 108.765-78, Изв. 4-83	-25	0		23
15Х3НМФА	-	ТУ 24-3-15-223-75, Изв. 480, ТУ 5.961-11021-79, Изв. 6-90-3305	-10	0	-	-
10ХН1М	-	ТУ 14-1-2587-78	10	10	-	-
22К	-	ТУ 108-11-543-80	40	30	-	-
10ГН2МФА	-	ТУ 108.766-78	15	10	-	-
15Х2НМФА	ЭШС, проволока Св-16Х2НМФТА	ТУ 14-1-3633-83	20	0	-	-
	Флюс ОФ-6	-
	РДС, электроды РТ-45А, РТ-45АА, РТ-45Б	ОСТ 108.948.01-80	0	0	-	-
15Х2НМФА-А	АДС, проволока Св-12Х2Н2МАА (в том числе ВИ, ВД)	ТУ 14-1-2502-78	0	0		20
	Флюс ФЦ-16А	ТУ 108.949-80
	Проволока Св-09ХГНМТА-ВИ	ТУ 14-1-3675-83	0	0		20
	Флюс КФ-30	ТУ 5.965-11090-80
	РДС, электроды РТ-45АА, РТ45Б	ОСТ 108.948.01-80	0	0		20
15Х3НМФА-А	АДС, проволока Св-09ХГНМТА-ВИ	ТУ 14-1-3675-83	0	0	-	-
	Флюс КФ-30	ТУ 5.965-11090-80
	РДС, электроды РТ-45Б	-	0	0	-	-
	ЭШС, проволока Св-16Х2НМФТА	ТУ 14-1-3633-83	20	0	-	-
	Флюс ОФ-6	-
15Х2МФА	АДС (см. прим. 3), проволока Св-10ХМФТ, Св-10ХМФТУ	ГОСТ 2246-70	40	0	250 270	См. прим. 2
	Флюсы АН-42, АН-42М	-
	КФ-30	ТУ 5.965-1190-80
15Х2МФА	ЭШС (см. прим. 3), проволока Св-13Х2МФТ	ГОСТ 2246-70	40	0	-	-
	Флюс ОФ-6	-
	РДС (см. прим. 2), электроды Н-3, Н-6	ТУ 5.965-4052-73	20	0	-	-
15Х2МФА-А	АДС (см. прим. 3), Св-10ХМФТУ	ТУ 14-1-3034-80	20	0	270	15
	Флюс КФ-30, АН-42М	ТУ 5.965-11090-80			290	12
	РДС (см. прим. 2), электроды Н-3, Н-6	ТУ 5.965-4052-73	20	0	270 290	15 12
15Х2НМФА	АДС (см. прим. 3), проволока Св-12Х2НМФА, Св-12Х2НМФА-А (в том числе ВИ, ВД)	ТУ-14-1-2502-78	0	0	-	-
	Флюс ФЦ-16, ФЦ-16А	ТУ 108.949-80	0	0	-	-
	Проволока Св-09ХГНМТА	ТУ 14-1-3675-83	0	0	-	-
	Флюс КФ-30	ТУ 5.965-11090-80
15Х3НМФА-А	АДС, проволока Св-09ХГНМТА-ВИ	ТУ 14-1-3675-83	0	0	-	-
	Флюс КФ-30	ТУ 5.965-11090-78
	РДС, электроды РТ-45Б	-	0	0	-	-
	ЭШС, проволока Св-16Х2НМФТА	ТУ 14-130-168-75	20	0	-	-
	Флюс ОФ-6	-
10ХН1М	АДС, проволока Св-10НМА	ГОСТ 2246-70	10	0	-	-
	Флюс АН-42, АН-42М	-
	Флюс КФ-31	-
	Проволока Св-8ХНМ	ГОСТ 2246-70	10	0	-	-
	Флюс КФ-31	-
	РДС, электроды УОНИИ-13/45А, УОНИИ-13/55	-	20	20	-	-
	Электроды Н-25	-	0	0	-	-
10ХН1М (ВК-1А)	АДС, проволока Св-10НМА	ГОСТ 2246-70	0	0	-	-
	Флюс АН-42, АН-42М	-
	Флюс КФ-31	-
	Проволока Св-08ХНМ	ГОСТ 2246-70	0	0	-	-
	Флюс КФ-31
	РДС, электроды Н-25	-	0	0	-	-
22К	АДС, проволока Св-06А	ТУ 14-1-1596-75	0	0	-	-
	Флюсы АН-42, АН-42М	-
	Проволока Св-08ГСМТ, Св-10ГСМТ	ГОСТ 2246-70	40	20	-	-
	Флюс АН-42	-
	Проволока Св-08ГС	ГОСТ 2246-70	15	30	-	-
	Флюс ФЦ-16	ТУ 108.949-80
	Проволока Св-08ГСМТ, Св-08ГС	ГОСТ 2246-70	0	0	-	-
	Флюс КФ-30	ТУ 5.965-11090-78
	РДС, электроды УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/45А, УОНИИ-13/55	-	20	20	-	-
	ЭШС, проволока Св-10Г2	ГОСТ 2246-70	40	20	-	-
	Флюс АН-8М	ГОСТ 9087-81
10ГН2МФА	АДС, проволока Св-10ГНМА	ТУ 14-1-2860-79	15	10	-	-
	Св-10ГН1МА	ТУ 14-1-2860-79
	Флюс АН-17М	ГОСТ 9087-81
	ФЦ-16	ТУ 108.949-80
	РДС, электроды ПТ-30	ОСТ 108.948.01-80	15	10	-	-
	ЭШС, проволока Св-10ГН2МФА	ТУ 14-1-2860-79	15	10	-	-
	Флюс ОФ-6	-
Примечания: 1. Значения приведены для температур до 350°C. 2. Значения определяются из соотношений при температуре облучения 270°C, при температуре облучения 250°C, где P и Cu - содержание фосфора и меди, %. 3. АДС - автоматическая дуговая сварка под флюсом; РДС - ручная дуговая сварка; ЭШС - электрошлаковая сварка.

5.8.4.4. Допускается определять значения по формуле

,

где - число циклов нагружения при i-м режиме эксплуатации;

- допускаемое число циклов для i-го режима эксплуатации;

m - число режимов.

5.8.4.5. Допускается определять значения по формуле

,

где - коэффициент радиационного охрупчивания, °C; - перенос нейтронов с МэВ, ; .

Формула справедлива при

.

Значения принимают по данным документации по п. 5.8.4.2 или табл. 5.11.

5.8.4.6. При расчете элементов конструкций, изготовленных из сталей марок 12Х2МФА, 15Х2МФА, 15Х2МФА-А, 15Х2НМФА, 15Х2НМФА-А, и их сварных соединений, подвергающихся нейтронному облучению при ( МэВ) при температурах 250-350°C, допускается принимать .

5.8.5. Расчет при нормальных условиях эксплуатации.

5.8.5.1. Сопротивление хрупкому разрушению следует считать обеспеченным, если выполняется условие

.

5.8.5.2. При определении в качестве расчетного дефекта принимают поверхностную полуэллиптическую трещину глубиной a = 0,25s с соотношением a/c = 2/3.

5.8.5.3. Размер h допускается принимать равным 0,5s.

5.8.5.4. С учетом указаний пп. 5.8.5.2 и 5.8.5.3 получим

, где

и в МПа; s в мм; в .

5.8.5.5. Коэффициент для зон перехода жесткостей (соединение фланцев с цилиндрической частью корпуса, галтели и др.) определяют по формулам:

при

;

при

.

При принимают .

Допускается определять по графикам рис. 5.18.

В формулах - радиус кривизны концентратора в рассчитываемом сечении; - теоретический коэффициент концентрации (допускается принимать равным значению при растяжении).

5.8.5.6. Коэффициент для зон отверстий (присоединения патрубков, штуцеров, труб) определяют по формулам:

при

;

при

,

где - радиус отверстия.

Допускается определять по графикам на рис. 5.19.

5.8.5.7. Расчет требуется проводить только до приведенной температуры , наибольшее значение которой на графике соответствует значению , определяемому по формуле

,

где в МПа; s в мм, в .

5.8.6. Определение минимальной допускаемой температуры конструкции при гидравлических (пневматических) испытаниях.

5.8.6.1. Гидравлические (пневматические) испытания должны проводиться в таких условиях, чтобы минимальная температура конструкции при гидравлических (пневматических) испытаниях была больше или равна минимально допускаемой температуре конструкции , определяемой из расчета на сопротивление хрупкому разрушению.

5.8.6.2. Температуру определяют с использованием условия

,

где - коэффициент интенсивности напряжений в рассматриваемых сечениях конструкции при гидравлических (пневматических) испытаниях.

5.8.6.3. Значения определяют в соответствии с указаниями пп. 5.8.2, 5.8.5.2 и 5.8.5.3.

5.8.6.4. Принимают значение равным значению , определенному по п. 5.8.6.3, и с использованием зависимости находят значение и затем, зная значение , устанавливают значение .

5.8.6.5. Условие п. 5.8.6.2 должно выполняться в течение выдержки под давлением при гидравлических (пневматических) испытаниях, при выдержке для осмотра оборудования и трубопроводов и при разогреве до температуры испытаний.

5.8.6.6. Полный расчет по определению температуры допускается не производить и принять ее равной 5°C в любом из следующих случаев:

1) выполняются условия п. 5.8.1.9 (кроме п. 4);

2) для рассматриваемого элемента выполняется условие

при s в мм; в ; в МПа; значение определяют при приведенной температуре , где соответствует моменту проведения гидравлических испытаний, а значение принимают при температуре 20°C.

5.8.7. Расчет при режимах ННУЭ и АС.

5.8.7.1. Сопротивление хрупкому разрушению считают обеспеченным, если выполняются условия

- для ННУЭ;

- для АС.

5.8.7.2. Расчет проводят в следующей последовательности:

1) для различных моментов времени протекания режимов ННУЭ и АС определяют в расчетных сечениях поля температур и напряжений, а для подвергаемых нейтронному облучению элементов - также распределение переноса нейтронов по толщине стенки;

2) в соответствии с указаниями п. 5.8.2 для каждого из полей напряжений определяют , , h;

3) зону h разбивают на интервалы, границы которых обозначают координатами 0, , , ..., ; длина одного интервала разбиения должна быть не более 1 мм на участках, где градиент напряжений более 70 МПа/мм, и не более 2 мм на участках, где градиент напряжений более 30 МПа/мм;

4) в пределах зоны h определяют значения , принимая глубину трещины равной по значению , , ..., , а соотношение полуосей a/c = 2/3; значение не должно превышать 0,25s;

5) последовательность моментов времени , , ..., выбирается так, чтобы значения , рассчитанные для одной глубины двух последующих моментов времени, отличались друг от друга не больше, чем на 10%.

6) в точках, соответствующих концу каждого интервала , , ..., , устанавливают значения температур , , ..., и (для конструкций, подвергающихся облучению) значения переноса нейтронов , , ..., ;

7) для найденных значений температур , , ..., с учетом значений критической температуры хрупкости определяют приведенные температуры , , ..., и по температурной зависимости

или

устанавливают для каждой из точек , , ..., значения или ;

8) в каждой точке , , ..., сравнивают значения , определенные по п. 4), и значения или , определенные по п. 7), и проверяют выполнение условия п. 5.8.7.1;

9) расчет следует проводить в пределах до приведенной температуры, наибольшее значение которой соответствует на графике значению или на графике значению , где или в ; в МПа, s в мм, а значения и определяют по табл. 5.12.

Таблица 5.12. Значения коэффициентов и

a/s	0,05	0,10	0,15	0,20	0,25
	0,267	0,360	0,405	0,445	0,465
	0,40	0,54	0,61	0,67	0,70

5.9. Расчет на длительную статическую прочность

5.9.1. При поверочном расчете на длительную прочность следует рассматривать все эксплуатационные режимы, проходящие при температурах, превышающих , включая нарушения нормальных условий эксплуатации. Условия прочности элементов конструкций приведены в табл. 5.13 и пояснены в следующих пунктах.

Таблица 5.13. Условия прочности элементов конструкции

Тип конструкции	Расчетная группа категорий напряжений
			или
Элементы корпусов реакторов, парогенераторов, сосудов				-	-
Трубопроводы и трубчатые компенсаторы				-	-
Компенсирующие устройства (торовые, волнистые)			-	-	-
Болты и шпильки		-	-

5.9.2. Элемент конструкции, рассчитываемый на длительную статическую прочность, должен удовлетворять:

1) условиям прочности, принимаемым при выборе основных размеров, во всем интервале эксплуатационных температур;

2) условиям, принимаемым при расчете на статическую прочность, во всем интервале эксплуатационных температур.

5.9.3. Приведенные напряжения категорий и , при расчете на длительную статическую прочность оболочек и трубопроводов должны удовлетворять следующим условиям:

и ,

где - номинальное допускаемое напряжение,

;

- коэффициент запаса, принимаемый в соответствии с разд. 3.4; - коэффициент приведения напряжений к мембранным, определяемый в зонах мембранных или местных мембранных напряжений по формулам

или ;

- коэффициент приведения напряжений , к мембранным, определяемый в зонах мембранных или местных мембранных напряжений по формулам

или .

Предел длительной прочности при определении выбирают для суммарной длительности нагружения рассматриваемыми напряжениями при расчетной температуре.

Если ресурс эксплуатации оболочки включает два или более режима нагружения, отличающихся по приведенному напряжению или расчетной температуре, то должно выполняться условие по накопленному длительному статическому повреждению

,

где - время нагружения рассматриваемым приведенным напряжением в течение i-го режима при температуре за весь ресурс эксплуатации (учитывается только время нагружения при температурах выше ); - допускаемое время нагружения, определяемое по кривой длительной прочности или таблицам приложения 7, соответствующее температуре и приведенному напряжению на i-м режиме, умноженному на множитель или ; i - число режимов нагружения, отличающихся температурой или приведенным напряжением.

5.9.4. Напряжение категории в болтах или шпильках не должно превышать , где номинальное допускаемое напряжение . Коэффициент запаса принимают в соответствии с разд. 3.5.

Если ресурс эксплуатации включает два или более режимов нагружения, отличающихся по напряжению или расчетной температуре, то должно выполняться условие прочности по накопленному длительному статическому повреждению, приведенное в п. 5.9.3, с той разницей, что в этом случае:

- время нагружения болта или шпильки напряжением при температуре за весь ресурс;

- допускаемое время нагружения, определяемое по кривой длительной прочности или таблицам приложения 7, соответствующее температуре и напряжению ;

i - число режимов нагружения, отличающихся температурой или напряжением .

5.9.5. Напряжение категории в болтах или шпильках не должно превышать , где номинальное допускаемое напряжение . Коэффициент запаса принимают в соответствии с разд. 3.5.

Если ресурс эксплуатации включает два или более режимов нагружения, отличающихся по напряжению или расчетной температуре, то должно быть выполнено условие по накопленному длительному статическому повреждению, приведенное в п. 5.9.3, с той разницей, что в этом случае:

- время нагружения болта или шпильки напряжением при температуре за весь ресурс;

- допускаемое время нагружения, определяемое по кривой длительной прочности или таблицам приложения 7, соответствующее температуре и напряжению .

5.9.6. Среднее касательное напряжение в шпонках, штифтах и т.п., вызванное действием срезывающих усилий от механических и компенсационных нагрузок, действующих на оборудование, не должно превышать , где номинальное допускаемое напряжение . Коэффициенты запаса принимают в соответствии с разд. 3.4 для шпонок, штифтов и т.п. и по разд. 3.5 для болтов и шпилек.

5.9.7. Расчет на длительную статическую прочность омываемых натрием элементов контура из аустенитных сталей, если в том же контуре находятся элементы из углеродистых или легированных сталей, проводят по пп. 5.9.1-5.9.3, если глубина зоны науглероживания для заданного времени и температуры не превышает расчетной толщины стенки элемента.

Для контура с натрием реакторной чистоты значение определяют по рис. 5.20 и 5.21.

5.10. Расчет на прогрессирующее формоизменение

5.10.1. Расчет на прогрессирующее формоизменение проводят применительно к элементам конструкций, для которых остаточные изменения формы в работе недопустимы или ограничены заданными пределами по условиям нормальной эксплуатации конструкции (по условиям работоспособности подвижных соединений, разбираемости разъемных соединений, стабильности зазоров, обеспечивающих гидравлические характеристики, и т.п.).

Рекомендуемый метод расчета на прогрессирующее формоизменение приведен в приложении 4.

5.10.2. Расчет проводят для нормальных и при нарушении нормальных условий эксплуатации с учетом всех расчетных нагрузок, указанных в п. 5.1.3, кроме сейсмических и вибрационных.

5.10.3. Найденные расчетом значения перемещений, накопленных в элементе конструкции в течение заданного срока службы с учетом числа повторений эксплуатационных режимов, не должны превышать допускаемых, установленных на основании эксплуатационных требований.

5.11. Расчет на сейсмические воздействия

5.11.1. Общие положения.

5.11.1.1. При выполнении расчета на сейсмические воздействия дополнительно используются следующие термины, определения и обозначения:

Сейсмичность площадки строительства АЭУ - интенсивность возможных сейсмических воздействий для площадки строительства с соответствующими категориями повторяемости за нормативный срок; устанавливается в соответствии с картами сейсмического районирования и микрорайонированием площадки строительства; измеряется в баллах по шкале MSK-64.

Отметка оборудования или трубопровода - высота точки крепления оборудования или трубопровода относительно нижней плоскости фундамента здания.

Максимальное расчетное землетрясение (МРЗ) - землетрясение со средней повторяемостью до 10 000 лет.

Проектное землетрясение (ПЗ) - землетрясение со средней повторяемостью до 100 лет.

Акселерограмма - зависимость от времени абсолютного ускорения точки крепления оборудования или трубопровода для одного направления для определенной отметки.

Спектр ответа - совокупность абсолютных значений максимальных ответных ускорений линейно-упругой системы с одной степенью свободы (осциллятора) при воздействии, заданном акселерограммой, определенных в зависимости от собственной частоты и параметра демпфирования осциллятора.

Обобщенный спектр ответа - спектр, полученный по результатам обработки спектров ответа для набора акселерограмм:

- напряжения смятия с учетом сейсмических нагрузок, МПа ;

- касательные напряжения среза с учетом сейсмических нагрузок, МПа ;

k - относительное демпфирование (в долях критического).

5.11.1.2. Расчет проводят для АЭУ с сейсмичностью площадки 5 баллов и выше.

Необходимость расчетов оборудования и трубопроводов для АЭУ с сейсмичностью площадки 4 балла определяется проектной (конструкторской) организацией.

5.11.1.3. Настоящие нормы содержат требования к выполнению расчетов на прочность при сейсмических воздействиях оборудования и трубопроводов, подразделяемых на группы A, B и C в соответствии с Правилами АЭУ.

5.11.1.4. При расчете оборудование и трубопроводы разделяют на две категории (I и II).

5.11.1.5. К I категории относят оборудование и трубопроводы групп A и B.

5.11.1.6. Ко II категории относят оборудование и трубопроводы группы C.

5.11.1.7. Рекомендуемые методы расчета оборудования и трубопроводов на сейсмические воздействия указаны в приложении 9.

5.11.2. Требования к расчету.

5.11.2.1. Исходными данными для расчета являются:

1) воздействия от землетрясений (ПЗ и МРЗ) в виде акселерограмм и спектров ответа для оборудования и трубопроводов для трех взаимно перпендикулярных направлений (вертикального и двух горизонтальных);

2) нагрузки при режимах НУЭ и в необходимых случаях при режимах ННУЭ и АС.

5.11.2.2. Сейсмические нагрузки на оборудование и трубопроводы определяют с учетом одновременного сейсмического воздействия в двух горизонтальных и вертикальном направлениях.

5.11.2.3. Для определения сейсмических нагрузок могут быть использованы:

1) три акселерограммы для трех взаимно перпендикулярных направлений;

2) спектры реакций, соответствующие заданным акселерограммам;

3) обобщенные спектры реакций.

5.11.2.4. Значение относительного демпфирования принимают равным k = 0,02. При наличии экспериментального обоснования допускается использование других значений.

5.11.2.5. Оценку прочности оборудования и трубопроводов при сейсмических воздействиях выполняют с учетом требований п. 1.2.14.

5.11.2.6. Необходимость учета совместного воздействия сейсмических нагрузок с нагрузками режимов ННУЭ и АС устанавливается проектной конструкторской организацией.

5.11.2.7. Оборудование и трубопроводы I категории должны рассчитываться на сочетание нагрузок НУЭ + МРЗ и НУЭ + ПЗ. В случае если принятые для расчета акселерограммы ПЗ и МРЗ различаются только амплитудами, допускается не рассматривать сочетание нагрузок НУЭ + ПЗ.

5.11.2.8. Оборудование и трубопроводы II категории должны рассчитываться на сочетание нагрузок НУЭ + ПЗ.

5.11.2.9. Расчет выполняют линейно-спектральным методом (по спектрам ответа) или методом динамического анализа (по акселерограммам).

Если первая собственная частота колебаний больше 20 Гц, расчет допускается выполнять статическим методом с умножением ускорений, полученных по спектру ответа, на коэффициент 1,3 для частоты в диапазоне 20-33 Гц и на коэффициент 1,0 для частоты больше 33 Гц.

5.11.2.10. Определение напряжений и деформаций допускается проводить в предположении статического воздействия найденных расчетом сейсмических нагрузок на оборудование и трубопроводы.

5.11.2.11. Напряжения в оборудовании и трубопроводах должны удовлетворять требованиям табл. 5.14 и 5.15.

Таблица 5.14. Сочетания нагрузок и допускаемые напряжения для оборудования и трубопроводов

Категория	Сочетание нагрузок	Расчетная группа категорий напряжений	Допускаемое напряжение
I	НУЭ + МРЗ
	НУЭ + ПЗ
II	НУЭ + ПЗ
Примечание. Для трубопроводов АЭУ, прошедших оценку прочности на этапах статических расчетов, допускается проверку прочности от сейсмических нагрузок по мембранным напряжениям не проводить.

Таблица 5.15. Сочетание нагрузок и допускаемые напряжения для болтов и шпилек

Категория	Сочетание нагрузок	Расчетная группа категорий напряжений	Допускаемое напряжение
I	НУЭ + МРЗ
	НУЭ + ПЗ
II	НУЭ + ПЗ

5.11.2.12. Средние напряжения смятия не должны превышать значений, приведенных в табл. 5.16.

Таблица 5.16. Сочетание нагрузок и допускаемые напряжения смятия

Категории	Сочетание нагрузок	Категория напряжений	Допускаемое напряжение
I	НУЭ + МРЗ
	НУЭ + ПЗ
II	НУЭ + ПЗ

5.11.2.13. Средние касательные напряжения не должны превышать значений, приведенных в табл. 5.17.

Таблица 5.17. Сочетание нагрузок и допускаемые касательные напряжения среза

Категория	Сочетание нагрузок	Категория напряжений	Допускаемые напряжения
			в болтах и шпильках	в элементах конструкций, кроме болтов и шпилек
I	НУЭ + МРЗ
	НУЭ + ПЗ
II	НУЭ + ПЗ

5.11.2.14. Расчет на циклическую прочность проводят по разд. 5.6.

Расчет допускается проводить, используя максимальную амплитуду напряжений, определенную с учетом воздействий НУЭ + ПЗ. При этом число циклов нагружения принимают равным 50.

Указанный расчет допускается не проводить, если суммарная повреждаемость от нагрузок, действующих на оборудование и трубопроводы без учета сейсмических воздействий в процессе эксплуатации АЭУ, не превышает 0,8.

5.11.2.15. При расчете на устойчивость допускаемые напряжения принимают:

при ;

при .

5.11.2.16. Оценку трубопроводов по допускаемым напряжениям устойчивости можно не проводить.

5.11.2.17. Допускаемые перемещения (прогиб, сдвиг, смещение и т.п.) определяются в зависимости от эксплуатационных условий (выбор зазора, недопустимые перекосы, недопустимые соударения, разуплотнение герметичных стыков и т.п.).

5.11.2.18. Рекомендуемые методы расчета на сейсмические воздействия приведены в приложении 9.

5.12. Расчет на вибропрочность

5.12.1. Расчет на вибропрочность проводят применительно к элементам конструкций, подвергающихся вибрационному нагружению.

5.12.2. Расчет на вибропрочность содержит:

1) определение спектра собственных частот колебаний и проверку условия их отстройки от детерминированных частот возмущения;

2) проверку на отсутствие виброударных взаимодействий элементов конструкций с целью исключения повышенного износа;

3) расчет на циклическую прочность с учетом вибронапряжений.

5.12.3. Рекомендуемые методы расчетно-экспериментальной оценки вибропрочности приведены в приложении 8.

5.12.4. Расчет на циклическую прочность с учетом вибронагруженности проводят по методике, изложенной в разд. 5.6 настоящих Норм.