ВРЕМЕННЫЕ НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ВНУТРИКОРПУСНЫХ УСТРОЙСТВ ВВЭР

ВРЕМЕННЫЕ НОРМЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
ВНУТРИКОРПУСНЫХ УСТРОЙСТВ ВВЭР

Москва 2000

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Используемые условные обозначения соответствуют обозначениям «Норм расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, ПиНАЭГ-7-002-86», кроме того, вводятся новые:

(σ_s)_s - напряжения смятия с учетом сейсмических нагрузок, МПа (кгс/мм²);

(τ_s)_s - касательные напряжений среза с учетом сейсмических нагрузок, МПа (кгс/мм²);

n_y - коэффициент запаса прочности при расчетах на устойчивость;

ВКУ - внутрикорпусные устройства;

Нормы для ВКУ - временные нормы расчета на прочность внутрикорпусных устройств ВВЭР;

МПА - максимальная проектная авария;

МРЗ - максимальное расчетное землетрясение;

ПЗ - проектное землетрясение;

Нормы - Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, ПиНАЭГ-7-002-86;

ОПБ-82 - Общие положения обеспечения безопасности атомных станций при проектировании, сооружении и эксплуатации (ОПБ-82).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Общие требования

1.1.1. Настоящие Нормы для ВКУ должны применяться для расчета на прочность ВКУ водо-водяных энергетических реакторов типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000 с температурой теплоносителя не выше 633 К (360 °C).

1.1.2. Расчету подлежат шахта, днище шахты, граненый пояс шахты, блок опорных труб, выгородка, корзина, блок защитных труб (верхняя и нижняя плиты, защитные трубы) и узлы крепления ВКУ.

1.1.3. За правильность применения настоящих Норм для ВКУ несет ответственность предприятие или организация, выполнявшая соответствующий расчет.

1.2. Основные принципы, положенные в основу Норм для ВКУ

1.2.1. В качестве расчетных случаев и предельных состояний в Нормах для ВКУ устанавливаются:

1) статическое и динамическое нагружения (предельное состояние по разрушению и образованию пластических деформаций);

2) статическое и динамическое нагружения (предельное состояние по потере устойчивости);

3) статическое, квазистатическое и динамическое нагружения (предельное состояние по образованию хрупкого разрушения);

4) циклическое нагружение (предельное состояние по образованию трещин малоциклового и многоциклового разрушения);

5) циклическое нагружение (накопление пластической деформации, которое приводит к недопустимому изменению размеров).

1.2.2. Выполнять согласно п. 1.2.4 Норм.

1.2.3. Расчет по выбору основных размеров проводится в соответствии с разделом 4 Норм. Необходимость проведения расчета по выбору основных размеров определяется конструкторской (проектной) организацией.

1.2.4. Поверочный расчет включает в себя:

1) расчет на статическую прочность;

2) расчет на устойчивость;

3) расчет на циклическую устойчивость;

4) расчет на сопротивление хрупкому разрушению;

5) расчет на вибропрочность;

6) расчет на сейсмические воздействия;

7) расчет и анализ поведения ВКУ при МПА;

8) расчет на прогрессирующее формоизменение.

Поверочный расчет должен основываться на допускаемых напряжениях, деформациях и коэффициентах интенсивности напряжений.

1.2.5. - 1.2.10. Выполнять согласно пп. 1.2.7 - 1.2.12 Норм.

1.2.11. Поверочный расчет ВКУ на сейсмические воздействия проводится с учетом совместного действия эксплуатационных и сейсмических нагрузок.

Расчет прочности ВКУ выполняют по допускаемым напряжениям, по допускаемым перемещениям, по критериям циклической прочности и устойчивости.

1.2.12. - 1.2.15. Выполнять согласно пп. 1.2.15 - 1.2.18 Норм.

1.2.16. Срок действия настоящих Норм - 5 лет со дня введения их в действие.

2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. ВКУ - совокупность устройств, расположенных внутри корпуса реактора и предназначенных для размещения и закрепления активной зоны в корпусе реактора, организации движения теплоносителя и охлаждения активной зоны, размещения и обеспечения движения органов системы управления и защиты и их защиты, защиты корпуса от облучения.

2.2. - 2.13. Выполнять согласно пп. 2.1 - 2.12 Норм.

2.14. МПА - аварийная ситуация, связанная с мгновенным разрывом главного циркуляционного трубопровода.

2.15. - 2.21. Выполнять согласно пп. 2.13 - 2.19 Норм.

2.22. σ_b - 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 рассчитываемого элемента ВКУ в целом.

2.23. - 2.25. Выполнять согласно пп. 2.21 - 2.23 Норм.

2.26. - 2.36. Выполнять согласно пп. 2.25 - 2.35 Норм.

2.37, 2.38. Выполнять согласно пп. 2.37, 2.38 Норм.

3. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПАСА ИЗ УСЛОВИЯ УСТОЙЧИВОСТИ

3.1., 3.2. Выполнять согласно пп. 3.1, 3.2 Норм.

3.3. Выполнять согласно п. 3.4 Норм. Слова «для элементов оборудования и трубопроводов» заменить словами «для ВКУ».

3.4. - 3.7. Выполнять согласно пп. 3.5, 3.7, 3.8, 3.10 Норм.

3.8. Коэффициенты запаса при расчете на устойчивость для статического нагружения:

1) n_y = max {4; (λ + 1)/λ}, где λ = R^Т _{p 0.2/σ} kr для НУЭ;

2) n_y = 1,5 для ННУЭ

3) n_y = 1,25 для АС.

4. РАСЧЕТ ПО ВЫБОРУ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

4.1 - 4.4. Выполнять согласно пп. 4.1 - 4.4 Норм.

4.5. Дополнительные требования для элементов, подвергающихся нагрузкам при МПА.

4.5.1. Расчетная толщина стенки цилиндрической перфорированной оболочки определяется по формуле

S_r = N_max/p D_j ,

где N_max - максимальная продольная сила, действующая на оболочку во всех режимах, включая МПА, с учетом динамического характера ее действия.

4.5.2. Расчетная толщина эллиптического днища

S_r = Р_Э D₂²/4 D₁ j ,

где D₁, D₂ - вертикальная и горизонтальная оси эллипса;

Р_Э - максимальное эквивалентное давление в полюсе днища.

Допускается определять Р_Э по формуле

Р_Э = 4 N_max/p D₂²,

где N_max определено в п. 4.5.1.

4.5.3. Расчетная высота опорного фланца

n_R = 2 N_max/p D ,

где N_max определяется в п. 4.5.1.

5. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ

5.1. Общие положения

5.1.1. Поверочный расчет проводится по номинальным размерам рассчитываемых элементов. Если проводится расчет по выбору основных размеров, то поверочный расчет проводится после него.

5.1.2. Выполнять согласно п. 5.1.2 Норм.

5.1.3. Основными расчетными нагрузками являются:

· собственный вес ВКУ и кассет с учетом выталкивающей силы;

· перепады давления от потока теплоносителя;

· нагрузки от элементов, взаимодействующих с ВКУ (включая ударное усилие предварительного поджатия пружинных элементов);

· температурные воздействия;

· вибрационные нагрузки;

· сейсмические нагрузки.

5.1.4. Основными расчетными режимами эксплуатации являются:

· стационарный режим;

· режим на «холодной воде» (температура теплоносителя около 100 °С);

· «сухой» режим (реактор укомплектован, но не заполнен теплоносителем);

· самопроизвольное срабатывание аварийной защиты;

· изменение мощности реактора;

· нарушение нормальных условий эксплуатации;

· аварийная ситуация.

5.1.5. - 5.1.8. Выполнять согласно пп. 5.1.5 - 5.1.8.

5.1.9. При наличии конструкторской документации должны учитываться допуски на размеры по усмотрению проектной (конструкторской) организации.

5.2. Классификация напряжений

5.2.1. При проведении поверочного расчета используются следующие основные категории напряжения:

s_m - общие мембранные напряжения;

s_mL - местные мембранные напряжения;

s_b - общие изгибные напряжения;

s_bL - местные изгибные напряжения;

s_T - общие температурные напряжения;

s_tl - местные температурные напряжения;

s_mw - средние напряжения растяжения по сечению болта или шпильки, вызываемые механическими нагрузками;

s_a - амплитуда местных напряжений.

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

5.2.2. Примеры разделения напряжений на категории:

1) общие мембранные напряжения в круговой цилиндрической или сферической оболочке от внутреннего давления;

2) местные мембранные напряжения в зоне соединения оболочки и фланца от механических воздействий;

3) общие изгибные напряжения, обусловленные действием давления на плоское днище;

4) местные изгибные напряжения в зоне соединения двух цилиндрических оболочек разной толщины, обусловленные действием внутреннего давления;

5) общие температурные напряжения в цилиндрической оболочке, вызванные наличием осевого градиента температур;

6) местные температурные напряжения на небольшом участке перегрева в стенке шахты.

5.2.3. Выполнять согласно п. 5.2.10 Норм.

5.2.4. На основании анализа действующих нагрузок, температурных полей и облучения потоком нейтронов (Е > 0,5 МэВ) с учетом возможного изменения механических свойств материалов в процессе эксплуатации следует выбрать наиболее напряженные области ВКУ реактора, которые должны быть указаны в расчете.

5.2.5. Используемые при расчетах на прочность группы категорий напряжений и их обозначения для рассчитываемых зон приведены в табл. 5.1.

5.3. Порядок определения напряжений Согласно подразделу 5.3 Норм.

5.4. Расчет на статическую прочность

5.4.1. При расчете на статическую прочность проверяется 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, кроме МПА.

5.4.2. Напряжения, определенные при расчете на статическую прочность ВКУ, не должны превышать значений, указанных в табл. 5.2.

Значение [σ] определяются в соответствии с указаниями раздела 3.

Таблица 5.1

Примеры групп категорий напряжений

Таблица 5.2

Допускаемые напряжения

5.4.3. - 5.4.5. Выполнять согласно пп. 5.4.3 - 5.4.5 Норм.

5.4.6. - 5.4.7. Выполнять согласно пп. 5.4.7 - 5.4.8 Норм. Исключить (s)_RK. Вместо табл. 5.6 необходимо использовать табл. 5.2 настоящих Норм.

5.5. Расчет на устойчивость

Согласно разделу 5.5 Норм.

5.5.9. Допускаемые напряжения при расчете на устойчивость для случаев, не рассмотренных выше (например, при расчете устойчивости трубы со ступенчатым изменением емкости), принимаются:

[σ_с] = σ_кг/n_y.

n_y определяется в п. 3.9.

5.5.10. В случае динамического нагружения допускается использовать специальные методы обоснования (динамические расчеты и эксперимент). При этом критерии устойчивости и значения коэффициентов запаса устанавливаются проектной (конструкторской) организацией.

5.6. Расчет на циклическую прочность

Согласно разделу 5.6 Норм.

5.7. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению

5.7.1. Общие положения

5.7.1.1. Расчет сопротивления хрупкому разрушению элементов ВКУ проводят для всех режимов эксплуатации, включая НУЭ, ННУЭ, АС.

5.7.1.2. Выполнять согласно подпункту 5.8.1.9 Норм.

5.7.1.3. Основной характеристикой материала, используемой в расчете, является критический коэффициент интенсивности напряжений К_1C.

5.7.1.4. Сопротивление хрупкому разрушению считается обеспеченным, если для выбранного расчетного дефекта в виде трещины в рассматриваемом режиме эксплуатации выполнятся условие

К₁ < [К₁]_i,

где [К₁]_i - допускаемое значение коэффициента интенсивности напряжений.

Индекс указывает, что допускаемые значения коэффициентов интенсивности напряжений выбирают различными в зависимости от расчетного случая. При этом учитывают коэффициент запаса прочности

i = 1 - нормальные условия эксплуатации, n_к = 2;

i = 2 - нарушения нормальных условий эксплуатации, n_к = 1,5;

i = 3 - аварийная ситуация, n_к = 1.

5.7.1.5. При определении К₁ значение потока нейтронов принимается максимальным на рассчитываемой поверхности дефекта, а температура принимается равной температуре в вершине трещины.

5.7.2. Коэффициент интенсивности напряжений

5.7.2.1 - 5.7.2.3. Выполнять согласно подпунктам 5.8.2.1 - 5.8.2.3 Норм.

5.7.2.4. Выполнять согласно подпункту 5.8.2.4 Норм, кроме последнего абзаца, относящегося к антикоррозионной наплавке.

5.7.2.5. Коэффициент интенсивности напряжений для шпилек и болтов определяется по формуле

где s_n - напряжение в шпильке или болте (общие мембранные и общие изгибные), МПа;

S_z - шаг резьбы, мм (s_z < 0,1 d_o);

d_o - номинальный диаметр резьбы, мм;

d₁ - внутренний диаметр резьбы, мм.

В качестве расчетного для шпилек и болтов принят кольцевой дефект глубиной 2 S_z.

5.7.3. Выполнять согласно подпункту 5.8.3.2 Норм.

5.7.4. Расчет

5.7.4.1 - 5.7.4.6. Выполнять согласно подпунктам 5.8.5.1 - 5.8.5.6 Норм.

5.8. Расчет на прогрессирующее формоизменение

Согласно разделу 5.10 Норм.

5.9. Расчет на вибропрочность

5.9.1. Расчет на вибропрочность проводят применительно к элементам ВКУ (шахта, блок опорных труб, блок защитных труб), подвергающимся вибрационному нагружению, и включают в состав отчета по результатам вибрационных испытаний головного образца.

5.9.2. Расчет вибропрочности проводят экспериментально-теоретическим путем. Рекомендуемые методы расчетной и экспериментальной оценки параметров вибраций и вибропрочности приведены в прилож. 8 Норм.

5.9.3. Для головного образца эксперименты проводятся: на моделях при соблюдении необходимых критериев подобия; на натурном изделии в период пусконаладочных работ в расширенном объеме. Для остальных образцов изменения проводятся на натурных изделиях в период пусконаладочных работ в наиболее характерных зонах, определенных по результатам экспериментов на головном образце.

5.9.4. В результате эксперимента должна быть получена амплитудно-частотная характеристика отклика элементов ВКУ на пульсации давления во всех режимах работы реактора. Расчетом подтверждается выполнение численного критерия допустимости вибрационных напряжений.

5.10. Расчет на сейсмические воздействия

5.10.1. Исходными данными для расчета являются сейсмические нагрузки (коэффициенты перегрузки) на элементы ВКУ с учетом одновременного сейсмического воздействия в двух горизонтальных и вертикальном направлениях, определенные специальным расчетом (см. прилож. 9 Норм) в составе реактора.

5.10.2. ВКУ должны рассчитываться на сочетания нагрузок НУЭ + МРЗ, НУЭ + ПЗ.

5.10.3. Напряжения в элементах ВКУ должны удовлетворять требованиям табл. 5.3 и 5.4.

Таблица 5.3

Сочетания нагрузок и допускаемые напряжения для элементов ВКУ

Таблица 5.4

Сочетание нагрузок и допускаемые напряжения для болтов и шпилек

5.10.4. Средние напряжения смятия не должны превышать значений, приведенных в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Сочетание нагрузок и допускаемые напряжения смятия

5.10.5. Средние касательные напряжения не должны превышать значений, приведенных в табл. 5.6.

5.10.6. Выполнять согласно подпункту 5.11.2.14 Норм.

5.10.7. Выполнять согласно подпункту 5.11.2.15 Норм.

5.10.8. Выполнять согласно подпункту 5.11.2.17 Норм.

Таблица 5.6

Сочетание нагрузок и допускаемые касательные напряжения среза

5.11. Расчет воздействия при МПА

5.11.1. Расчет при МПА выполняется с помощью расчетной модели, включающей все основные ВКУ (шахта, БЗТ, выгородка, корзина) и динамические связи различных элементов между собой и с корпусом реактора. Для отдельных элементов необходимо определить формы колебаний, не учитываемые в общей модели. Амплитуды перемещений и напряжений, полученные с помощью различных моделей, должны рассматриваться совместно. Расчетные модели могут быть одно-, двух- и трехмерными в зависимости от исследуемой конструкции и характера нагружения. Если зазоры и силы трения являются существенными при определении динамического отклика конструкции, то эти факторы должны быть учтены в расчетной модели. Влияние жидкости, окружающей элементы ВКУ, должно учитываться в расчетной модели.

В расчете при МПА должен быть проведен анализ состояния элементов ВКУ с точки зрения безопасности в соответствии с ОПБ-82 п. 4.1.4: падение поглощающих элементов системы управления и защиты; аварийное охлаждение зоны и демонтаж ВКУ и активной зоны после аварии.

Необходимость проведения расчетов на сочетание нагрузок НУЭ + МРЗ + МПА определяется проектной (конструкторской) организацией.

Начальник - главный

Конструктор, к.т.н. В.В. Стекольников

Заместитель начальника -

Главного конструктора, к.т.н. В.Г. Федоров

Заместитель главного

Конструктора, к.т.н. В.П. Спассков

Начальник отдела 4.04 А.Н. Иванов

Заместитель начальника

Отдела 4.04, к.т.н. Н.В. Шарый

Ответственные исполнители:

Начальник бюро, к.т.н. В.П. Еременко

Старший инженер И.А. Козлова

Согласовано:

Заместитель главного

Конструктора В.П. Денисов

И.о. заместителя

Начальника отдела 2.02 М.Ф. Рогов

Начальник отдела 2.04 Г.И. Бирюков

Начальник отдела 8.03 В.В. Горин