СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования
Подождите немного. Документ загружается.
расчетных режимах;
- для различных моментов времени τ
1
, τ
2
..., τ
6
соответствующих достижению экстремальных значений напряжений в
заданном i-режиме σ
i
max'
, σ
i
min'
, σ
j
max'
, σ
j
min'
, σ
k
max'
, σ
k
min'
определяют текущие значения напряжений σ
i
, σ
j
, σ
k
и
приведенные напряжения (их алгебраические значения).
σ
i
max
- σ
j
, σ
i
max
- σ
k
, σ
j
- σ
k
при τ
1
σ
i
min
- σ
j
, σ
i
min
- σ
k
, σ
j
- σ
k
при τ
2
σ
k
min
- σ
i
, σ
k
min
- σ
j
, σ
i
- σ
j
при τ
6
и строят зависимость приведенных напряжений от времени для всех режимов;
- по временным зависимостям приведенных напряжений определяют максимальные размахи (или удвоенные амплитуды)
напряжений для каждого полуцикла
2(σ)а = (σ
i
- σ
j
)
max
- (σ
i
- σ
j
)
min
2(σ)а = (σ
j
- σ
k
)
max
- (σ
j
- σ
k
)
min
2(σ)а = (σ
k
- σ
i
)
max
- (σ
k
- σ
i
)
min
.
При этом максимальные (σ
max
)
пр
и минимальные (σ
min
)
пр
приведенные напряжения
(σ
max
)
пр
= (σ
i
- σ
j
)
max
, (σ
i
- σ
k
)
max
, (σ
j
- σ
k
)
max
≥ 0,
(σ
min
)
пр
= (σ
i
- σ
j
)
min
, (σ
i
- σ
k
)
min
, (σ
j
- σ
k
)
min
≤ 0.
Для целого ряда элементов оборудования и конструкций (при одноосном и плоском напряженном состоянии в стержнях,
пластинах и оболочках) вторым положительным главным напряжением можно пренебречь.
П.3.10 Если приведенные местные условные упругие напряжения σ
*
ai
и σ
*
mi
определены по данным расчетов
аналитическими или численными методами (например, методом конечных элементов) или по данным испытаний модельной
или натурной конструкции при эксплуатационных i-режимах нагружения, то концентрация деформации и напряжений в
расчетах не учитывается и расчет на циклическую прочность ведется по указанным выше местным напряжениям.
При отсутствии данных о величинах местных напряжений и деформаций в зонах концентрации в расчет вводятся
коэффициенты концентрации напряжений K
*
σ
, равные приведенным теоретическим коэффициентам (α
σ
)
пр
концентрации
напряжений, когда значения получаемых местных напряжений и деформаций находятся в пределах упругости.
П.3.11 С учетом известных теоретических коэффициентов концентрации упругих напряжений α
σ
для компонентов
вычисленных напряжений определяют суммарное приведенное напряжение с учётом концентрации, устанавливают по
отношению к соответствующему суммарному приведенному напряжению (п. П
.3.9) значение приведенного теоретического
коэффициента концентрации напряжений (α
σ
)
пр
. Величина (α
σ
)
пр
принимается не менее 1.
П.3.12 При образовании в зонах концентрации упругопластических деформаций коэффициент концентрации К
*
σ
приведенных условных упругих напряжений приближенно (с погрешностью в запас прочности) определяется расчетом из
соотношения:
К
σ
*
= (α
σ
)
2
пр
/К
σ
,
где К
σ
- коэффициент концентрации напряжений в упругопластической области (при упругих деформациях К
σ
= α
σ
).
При определении максимального местного условного упругого напряжения цикла σ
*
max
и амплитуды σ
*
а
местных условных
упругих напряжений следует принять соответственно
и
где σ
t
0,2
- предел текучести, равный 1/2(σ
0,2
t,max
+ σ
0,2
t,min
), т.е. полусумме пределов текучести при максимальной и
минимальной температуре полуцикла. При этом К
σ
≤ (α
σ
)
пр
, но не менее 1. Если в зонах концентрации расположены сварные
швы, то значение σ
t
0,2
в формуле для K
σ
применяется для металла шва, но не выше, чем для основного металла.
Максимальные приведенные напряжения (σ
*
max
)
пр
и амплитуды приведенных напряжений (σ
*
a
)
пр
определяются в
соответствии с п.п. П
.3.7 П.3.9.
П.3.13 Если при определении местных напряжений σ
*
S
max
, σ
*
S
a
в условиях повышенных (α
σ
> 3) градиентов напряжений (с
учетом К
*
σ
= (α
σ
)
пр
) получают σ
*
S
max
< σ
t
0,2
, σ
*S
a
< σ
t
0,2
, то коэффициент концентрации K
*
σ
для определения местного
напряжения σ
*
S
max
или σ
*
S
a
вычисляют из соотношения
К
*
σ
= 1 + q
*
[(α
σ
)
пр
- 1],
где q
*
- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений (q
*
≤ l); величину q
*
вычисляют по
соотношению
Коэффициент q принимается не зависящим от асимметрии цикла напряжений и равным его значению для симметричного
цикла.
Величина коэффициента q, зависящая от относительного градиента напряжений и отношения предела текучести σ
t
0,2
к
пределу прочности σ
t
в
стали, принимается равной:
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 221 из 261
1 - для зон концентрации у галтелей, выкружек, опорных устройств корпусов, у патрубков, у отверстий для болтов и шпилек
крепления крышки к корпусу, у отверстий в крышке и днище и т.д. (при радиусах закругления в зонах концентрации более 40
мм для отношений σ
t
0,2
/σ
t
в
пределах от 0,4 до 0,8);
0,9; 0,95; 1 - для зон концентрации у галтелей, выкружек отверстий в трубных досках, у скруглений в местах переход
а
трубопроводов к фланцам (при радиусах закруглений в пределах от 10 до 40 мм для отношений σ
t
0,2
/σ
t
в
, равных 0,4; 0,6 и 0,8
соответственно).
0,7; 0,8; 0,9 - для закруглений в вершинах пазов и опорных буртов, для усилений сварных швов (при радиусах закруглений в
пределах от 4 до 10 мм для отношений σ
t
0,2
/σ
t
в
равных 0,4; 0,6 и 0,8 соответственно).
0,3; 0,6; 0,8 - для резьбы в шпильках, болтах, фланцах (при радиусах закругления менее 1 мм для отношений σ
t
0,2
/σ
t
в
,
р
авных
0,4; 0,6 и 0,8 соответственно).
При других значениях отношений σ
t
0,2
/σ
t
в
и радиусов закругления величина q устанавливается линейной экстраполяцией.
П.3.14 При определении максимальных и амплитудных значений местных условных упругих напряжений для зон
концентрации соответствующие напряжения (σ
*
max
)
пр
и (σ
*
a
)
пр
по п. П.3.9 от силовых и температурных нагрузок умножаются
на коэффициенты концентрации по пп. П
.3.12 и П.3.13.
П.3.15 Если амплитудные или максимальные приведенные напряжения цикла, определяемые по п. П.3.8, превышают предел
текучести σ
t
0,2
, то величины (σ
*
max
)
пр
или (σ
*
a
)
пр
должны быть определены по упругопластическому расчету.
Для определения (σ
*
max
)
пр
используется диаграмма статического (для исходного нулевого полуцикла) или циклического
(для последующих полуциклов) деформирования; значения (σ
*
a
)
пр
определяют по результатам вычисления размахов
напряжений в полуциклах нагружения, составляющих принятую последовательность режимов работы при эксплуатации с
использованием диаграмм циклического деформирования.
Указанные ваше диаграммы статического деформирования получают (в координатах «σ-е») по данным статических
испытаний на растяжение или расчётом по формулам:
σ = е · Е при е ≤ σ
t
T
/Е
t
;
при е ≥ σ
t
T
/Е
t
,
где е - деформация; σ
t
T
- предел пропорциональности с допуском на пластическую деформацию 0,02 %; е
t
T
-
соответствующая деформация; m
0
- показатель упрочнения.
П.3.16 Основные расчётные параметры диаграмм деформирования определяют следующим образом.
П.3.16.1 Величину m
0
вычисляют по формуле:
где S
t
k
- истинное сопротивление разрушению; ψ
t
f
- сужение образца в шейке.
П.3.16.2 Величина S
t
k
определяется как разрушающее напряжение в шейке по данным испытаний или по формуле:
S
t
k
= σ
t
в
(1 + 1,4ψ
t
f
/100).
П.3.16.3 Предел пропорциональности σ
t
T
определяется экспериментально или по формуле:
П.3.17 Указанные в п.п. П.3.15 диаграммы циклического деформирования определяют (в координатах S-ε в точке начал
а
разгрузки) по данным экспериментов или расчётам по формулам:
S = ε · Е
t
при ε ≤ S
t
T
/Е
t
;
при ε ≥ S
t
T
/Е
t
,
где S
t
T
- циклический предел пропорциональности с допуском на пластическую деформацию 0,04 %; ε
Т
- деформация
циклического предела пропорциональности ε
t
T
= S
t
T
/E
t
; m
k
- показатель упрочнения при циклическом нагружении.
Величина S
t
T
определяется экспериментально или принимается равной S
t
T
= 2σ
t
T
, тогда ε
t
T
= 2е
t
T
. Показатель m
k
определяется по формуле:
где А - параметр диаграмм циклического деформирования, вычисляемый по формуле:
При σ
t
0,2
/σ
t
в
≤ 0,8 допускается принимать m
k
= m
0
.
П.3.18 Коэффициенты запаса по местным условным упругим напряжениям для заданного режима нагружения определяются
по форм
у
ле
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 222 из 261
n
*
σ
= σ
*
a
/σ
a
*S
,
где σ
*
a
- разрушающие амплитуды условных местных напряжений, устанавливаемые для эксплуатационного числа циклов N
= N
s
≤ 10
5
; σ
a
*S
- амплитуды местных условных упругих напряжений в наиболее нагруженной точке в эксплуатации.
Коэффициенты запаса прочности n
N
по долговечности определяются по формуле
n
N
= N/N
s
,
где N - разрушающие число циклов, устанавливаемые для эксплуатационных уровней напряжений σ
*
a
= σ
a
*S
при N ≤ 10
5
;
N
s
- эксплуатационное число циклов.
Численные значения коэффициентов n
σ
и n
N
устанавливаются с учётом типа, условий эксплуатации и ответственности
конструкций и машин, опыта проектирования и изготовления, точности расчётов и задания исходной информации,
р
ассеяния
характеристик нагруженности и механических свойств.
Для сосудов давления, трубопроводов, корпусных деталей, листовых конструкций, применяемых в энергетическом
машиностроении, запасы n
σ
принимают равными 2, а n
N
- равными 10.
Для элементов конструкций и деталей с высокой исходной концентрацией напряжений (сварные соединения с
конструктивным непроваром, резьбовые соединения и др.) или испытывающих действие только высоких температурных
напряжений от резких перепадов температур по толщине стенки указанные выше запасы могут быть снижены соответственно
до n
σ
= 1,5 и n
N
= 5.
Если испытанию при эксплуатационных нагрузках подвергаются натурные конструкции или полномасштабные модели, то
запасы прочности n
σ
и n
N
по моменту образования трещин могут быть понижены до 1,25 и 3 соответственно.
П.3.19 Допускаемые амплитуды условных упругих напряжений [σ
*
a
] и чисел циклов [N] получают как минимальные, исходя
из условий
[σ
*
a
] = σ
*
a
/n
σ
и [N] = N/n
N
,
где σ
*
a
, N - разрушающие амплитуды условных упругих напряжений и число циклов;
n
σ
и n
N
- запасы прочности.
П.3.20 Допускаемая амплитуда условного упругого напряжения или допускаемое число циклов для сталей с отношением
σ
t
0,2
/σ
t
в
≤ 0,7 определяют по формулам:
Для уточнённой оценки [σ
*
a
] и [N] вычисления проводят по формулам:
В качестве расчётных используют минимальные значения [σ
*
a
] и [N] по каждой из двух приведенных выше систем
уравнений.
П.3.21 Для циклически разупрочняющихся сталей перлитного класса при σ
t
0,2
/σ
t
в
> 0,7 допускаемую амплитуду напряжений
или допускаемое число циклов определяют по критерию квазистатического разрушения как минимальные значения из системы
двух уравнений:
Для уточнённой оценки [σ
*
a
] и [N] в указанном случае расчёты выполняют по формулам:
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 223 из 261
При этом в качестве расчётных принимают минимальные значения [σ
*
a
] и [N] по обеим системам уравнений п.п. П.3.20 и
П
.3.21.
П.3.22 В приведенных формулах п.п. 5. П.3.20 и П.3.21 σ
t
-1
предел усталости при симметричном цикле растяжения-сжатия;
r
*
и r - коэффициенты асимметрии цикла напряжений; m
p
, m
e
и m
l
- характеристики материала.
Свойства металла Е
t
, ψ
t
, σ
t
в
(и сварных соединений) принимают минимальными в интервале расчётных температур.
Предел усталости принимают:
σ
t
-1
= 0,4σ
t
в
при 300
≤
σ
t
в
≤
700 МПа и
σ
t
-1
= [0,4 -0,0002(σ
t
в
- 700)] · σ
t
в
при 700 ≤ σ
t
в
≤ 1200 МПа.
Характеристику m
p
принимают равной:
m
p
= 0,5 при 300 ≤ σ
t
в
≤
700 МПа и
m
p
= 0,5 + 0,0002(σ
t
в
- 700) при 700 ≤ σ
t
в
≤
1200 МПа.
Пластическая характеристика металла (для σ
t
в
≤
1200 МПа) ψ
t
определяется из соотношения: ψ
t
= ψ
t
f
- для ψ
t
f
≤ 30 %,
ψ
t
= 15 + 0,5ψ
t
f
- для ψ
t
f
> 30 %.
Характеристика m
e
определяется из соотношения m
e
= 0,132 · lgσ
t
в
/σ
t
-1
.
Относительное сужение образца на уровне предела прочности ψ
t
в
определяют по формуле:
где S
t
K
= σ
t
в
· (1 + 1,4 · ψ
t
f
/100).
Характеристику материала m
1
вычисляют из соотношения:
Параметр диаграмм циклического деформирования А вычисляется согласно п.п. П.3.17.
П.3.23 Коэффициент асимметрии цикла условных упругих напряжений r
*
, соответствующих пластической деформации,
вычисляют по формуле:
или при |σ
*
max
- 2σ
*
a
| > σ
*
max
.
Если получается r
*
≤ -1, то в расчёте следует принять r
*
= -1.
Коэффициент асимметрии цикла r, соответствующий упругой деформации, при σ
*
a
< σ
t
0,2
вычисляют по следующим
формулам:
если σ
*
max
≥ σ
t
0,2
и
если |σ
*
min
| ≥ σ
t
0,2
.
При σ
*
а
≥ σ
t
0,2
коэффициент асимметрии цикла r, отвечающий упругим напряжениям, принимается равным r = -1.
Коэффициент асимметрии цикла r
*
и r используются при расчёте амплитуд разрушающих условных упругих напряжений в
зависимости от числа циклов:
коэффициент r
*
- по критерию разрушения при жёстком нагружении;
коэффициент r - по критерию разрушения при мягком нагружении;
Значения коэффициентов асимметрии цикла во всех случаях, когда r(r
*
) ≥ 1 или r(r
*
) < -1 принимают равным -1.
Коэффициент асимметрии цикла r в формулах п.п. П.3.21 принимается равным r
*
по вышеприведенным формулам
настоящего подпункта при условии, что σ
*
max
≤ σ
t
0,2
и σ
*
a
≤ σ
t
0,2
. Для выполнения расчёта рекомендуется пользоваться
следующими формулами для вычисления коэффициента асимметрии r:
при σ
*
max
> σ
t
0,2
и σ
*
a
≤ σ
t
0,2
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 224 из 261
σ
*
max
> σ
t
0,2
и σ
*
a
> σ
t
0,2
:
Параметр m
0
определяется согласно п.п. П.3.16.1 настоящего подраздела Стандарта.
П.3.24 При выполнении уточнённых оценок допускаемых амплитуд условных упругих напряжений [σ
*
a
] и чисел циклов [N]
по п.п. П
.3.20, П.3.21 с использованием коэффициентов концентрации К
*
σ
(по п.п. П.3.12, П.3.13) следует учитывать наличие
остаточных напряжений от сварки и других технологических операций. Остаточное напряжение σ
0
учитывают при определении
коэффициентов асимметрии цикла (r, r
*
) напряжений путём их алгебраического суммирования с напряжением от нагрузок; при
этом величина σ
0
принимается не более σ
t
0,2
и учитываются только остаточные напряжения растяжения.
П.3.25 Разрушающие амплитуды σ
*
ас
местных условных упругих напряжений для металла сварных соединений
определяются по соотношению:
σ
*
ас
= φ
ω
f
· σ
*
а
или [σ
*
ас
] = φ
ω
f
· [σ
*
а
],
где σ
*
а
- разрушающая амплитуда условных упругих напряжений, определяемая для основного металла; φ
ω
f
- коэффициент,
зависящий от вида и режимов сварки, сварочных материалов и термообработки. Значения коэффициента φ
ω
f
приведены в табл.
П
.5.
Таблица П.5
Для углеродистых сталей с временным сопротивлением σ
t
в
> 380 МПа и для легированных сталей с σ
t
в
> 450 МПа значения
коэффициентов φ
ωf
- в табл. П.5. следует уменьшить на 0,05.
Для нетермообработанных сварных соединений можно принять σ
t
0
= σ
t
0,2
.
Концентрация напряжений и деформаций в сварных соединениях, обусловленная изменением геометрии, вызванной сварным
швом, например неудаленной выпуклостью стыкового шва, учитывается в соответствии с указаниями п.п. П
.3.12, П.3.13.
6.3.6.26 Для сварных нетермообработанных соединений и термообработанных соединений с остаточными растягивающими
напряжениями σ
t
0
при симметричном цикле напряжений от механических и температурных нагрузок предел усталости в
уравнениях пп. П
.3.20, П.3.21 определяется по формуле: σ
t
-1c
= σ
t
-1
· (1 - σ
t
0
/σ
t
в
), где σ
t
-1
- предел усталости металла сварного
соединения; σ
t
в
- предел прочности металла сварного соединения.
П.3.27 Для сварных соединений с неполным проплавлением (сварные швы с конструктивным непроваром) в местах приварки
тонких патрубков к обечайкам, крышкам, днищам, приварки элементов жесткости и фланцев разрушающие амплитуды σ
*
aСН
для заданного числа циклов N получают по уравнениям п. П.3.20, П.3.21 как отношение
σ
*
aСН
= σ
*
a
/К
*
σ
или [σ
*
a
]
СН
= [σ
*
a
]/К
*
σ
,
где К
*
σ
- эффективный коэффициент концентрации условных упругих напряжений; σ
*
a
- номинальные условные упругие
напряжения в зоне сварного шва с конструктивным непроваром.
Численные значения К
*
σ
для осевого растяжения и изгиба приведены на рисунке П.1; при сочетании в конструкции изгиба и
растяжения для каждой из составляющих номинальных напряжений вводятся соответствующие величины К
*
σ
. Коэффициенты
запаса при расчете сварных соединений с конструктивным непроваром следует принимать равными n
σ
= 1,25 и n
N
= 2,5.
1 - низколегированные циклически разупрочняющиеся стали (σ
t
0,2
/σ
t
в
> 0,7) при осевом нагружении; 2 - углеродистые и низколегированные циклически
Метод сварки Свариваемые стали Термообработка
φ
ωf
Ручная дуговая углеродистая Без те
р
мооб
р
аботки 0,8
Отпуск 1,0
легированная Отпуск 1,0
аустенитная нержавеющая Без те
р
мооб
р
аботки 1,0
Отпуск 1,0
Автоматическая
Электродуговая
углеродистая Без термообработки 0,9
Отп
у
ск 1,0
легированная Отпуск 1,0
Электрошлаковая углеродистая Нормализация, отпуск 1,0
леги
р
ованная Закалка, отп
у
ск 0,8
Аргонодуговая легированная Без термообработки 1,0
Отпуск 1,0
аустенитная нержавеющая Без термообработки 0,9
Отпуск 1,0
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 225 из 261
стабильные стали (0,4 ≤ σ
t
0,2
/σ
t
в
≤ 0,65) при осевом нагружении; 3 - Аустенитные нержавеющие стали (0,3 ≤ σ
t
0,2
/σ
t
в
≤ 0,6) при осевом нагружении; 4 -
указанные выше стали при изгибе.
Рисунок П.1. - Эффективные коэффициенты концентрации условных упругих напряжений для сварных швов с конструктивным
непроваром:
П.3.28 Эффект общей и локальной коррозии учитывается путём снижения долговечности углеродистых и легированных
(некоррозионностойких) сталей, взаимодействующих с коррозионной средой. Разрешается допускаемое число циклов
нагружения стали в коррозионной среде [N
к
] определять по формуле:
[N
к
] = [N](1 - β
к
),
где [N] - допускаемое число циклов по п.п. П.3.20; П.3.21; β
к
- коэффициент влияния среды.
Для низкочастотного нагружения в интервале долговечности до 10
4
циклов коэффициент β
к
допускается определять по
формуле: β
к
= k
c
lgN, где k
c
для водных сред после специальной водоподготовки (химводоочистки) можно принимать равным
от 0,015 до 0,035. С повышением давления от атмосферного до 15 МПа коэффициент k
c
при нормативных показателях качеств
а
питательной, подпиточной, сетевой и котловой воды линейно увеличивается до 0,2.
П.3.29 Сочетание основного циклического нагружения с амплитудой σ
*
а
и частотой f
0
и наложенного с амплитудой σ
ав
и
частотой f вызывает снижение допускаемого числа циклов основного низкочастотного нагружения от [N] до [N
в
] согласно
выражению:
[N
в
] = [N]/,
где - коэффициент снижения долговечности при наложении высокочастотных циклов.
Коэффициент допускается приблизительно вычислять по формуле:
где ξ - коэффициент, зависящий от материала;
σ
аΣ
= σ
а
+ σ
ав
.
Параметр ξ допускается принимать равным следующим значениям:
углеродистая сталь с σ
t
в
≤ 500 МПа - ξ = 1,2 1,3;
углеродистая и легированная сталь с 500 ≤ σ
t
в
≤ 800 MПa - ξ = 1,7 1,8;
легированная сталь с σ
t
в
> 800 МПа - ξ = 1,9;
аустенитная сталь с σ
t
в
≤ 550 МПа - ξ = 1,5.
Вышеуказанный метод расчёта при двухчастотном циклическом нагружении применим при выполнении условий:
-
- f/f
0
≤ 5 · 10
6
;
- число циклов с амплитудой σ
ав
в пределах периода времени «пуск + останов» превышает 10.
П.3.30 Для углеродистых и легированных (низколегированных) сталей в интервале температур от 20 до 360 °С при <
0,7; σ
t
в
≥ 440 МПа; ψ
t
f
≥ 32 % и Е
t
1,95 · 10
5
МПа расчётная кривая усталости приведена на рисунке П.2.
Рисунок П.2. - Расчётная кривая усталости для углеродистых и легированных сталей до температуры 360 °С
П.3.31 Для углеродистых и легированных (низколегированных) сталей при 0,7 ≤ σ
t
0,2
/σ
t
в
≤ 0,9 , σ
t
в
≥ 490 МПа, ψ
t
f
> 45 %
и Е
t
1,86 · 10
5
МПа для интервала температур 20 - 360 °С расчётные кривые усталости приведены на рисунке П.3. Эти кривые
построены для различных значений коэффициентов концентрации (α
σ
)
пр
. Кривой 1 соответствует величина (α
σ
)
пр
≥ 2,5,
кривым 2 - величина (α
σ
)
пр
< 2,5.
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 226 из 261
Рисунок П.3. - Расчётная кривая усталости для углеродистых и легированных сталей до 360 °С
П.3.32 Для хромоникелевых аустенитных сталей для интервала температур 20 - 450 °С при σ
t
0,2
/σ
t
в
≤ 0,7, σ
t
в
≥ 343 МПа,
ψ
t
f
≥ 45 % и Е
t
1,70 · 10
5
МПа расчётная кривая усталости приведена на рисунке П.4.
Для расчётных температур, меньших, чем наибольшие в указанных в п.п. П.3.30 П.3.32 интервалах, величины [σ
*
a
]
допускается умножить на отношение модуля упругости при расчётной температуре к модулю упругости при наибольшей
температуре интервала.
Рисунок П.4. - Расчётная кривая усталости для хромоникелевых сталей до температуры 450 °С
П.3.33 При определении циклической прочности нестационарность силовых и температурных нагрузок при эксплуатации н
а
различных режимах i учитывают на основе линейного суммирования повреждений по формуле:
где N
i
s
- число циклов нагружения на i-м режиме эксплуатации с напряжениями σ
ai
*s
;
[N]
i
- допускаемое число циклов нагружения, определяемое по расчётным уравнениям п.п. П.3.20 и П.3.21 или по расчётным
кривым усталости (Рисунок П.2 - П.4) на уровне напряжений σ
ai
*s
i-го режима; k - число режимов нагружения.
Условием прочности при нестационарном нагружении является неравенство
а ≤ [а] = 1,
где а - накопленное усталостное повреждение.
П.3.34. Упрощенная оценка циклической прочности
П.3.34.1 Для вспомогательного оборудования (сосуды, пиковые котлы, металлоконструкции, трубопроводы с температурой <
350 °С и т.п.) допускается упрощенный расчет на циклическую прочность при условии:
а) сосуд, листовые элементы, прокат конструкций толщиной не более 100 мм изготовлены в соответствии с принятыми
требованиями к технологии и контролю основного металла и сварных соединений из сталей, имеющих отношение σ
t
0,2
/σ
t
в
≤
0,7 (кроме сталей для резьбовых соединений) и отличающихся в случае разнородных сталей по коэффициентам теплового
расширения не более чем на 15 %;
б) конструкция не включает торовые, линзовые, трубчатые и подобные компенсаторы тепловых расширений, подлежащие
расчету на усталость, патрубки сосуда разгружены от механических нагрузок и усилий компенсации присоединенных
трубопроводов, а резьбовые соединения - от температурных напряжений и механического изгиба и число их повторных затягов
и раскреплений не более 100;
в) наибольшая температура рабочей среды в сосудах при эксплуатации не превышает 150 °С,
р
азличие температур рабочих
сред в соседних камерах неоднокамерных сосудов не более 20 °С и скорость изменения температуры в переходных режимах не
более 30 °С/ч;
г)
р
азличие средних температур по объему элементов листовых конструкций во избежание температурных напряжений не
превышает 20 °С при стационарных и переходных режимах;
д) наибольший размах номинальных напряжений от механических нагрузок в зонах концентрации σ
пр
по упругому расчет
у
не превышает значения 2σ
t
0,2
/σ
σ
, а в зонах сварных соединений с конструктивным непроваром - 1,5σ
t
0,2
.
е) наибольший теоретический коэффициент конструктивной концентрации напряжений (в том числе от усиления сварного
шва) по отношению к номинальным в зоне концентрации не превышает 3, за исключением резьбовых соединений и сварных
соединений с конструктивным непроваром.
П.3.34.2 При выполнении условий п.п. П.3.34.1 заданные в эксплуатации числа циклов изменения давления от атмосферного
до рабочего р
0
и вновь до атмосферного или механической нагрузки от минимального до максимального значения и вновь до
минимального не должны превышать число циклов по расчетной кривой усталости соответствующей стали для расчетной
температ
у
ры при амплит
у
де:
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 227 из 261
При отсутствии сварного шва в зоне концентрации или при его расположении на расстоянии более в сосуде и 3S в
листовой конструкции следует принять φ
ω
f
= 1, где R, S - средний радиус сосуда и толщина стенки соответственно.
Для сварных конструкций, не термообработанных после сварки для снятия остаточных напряжений, допускаемое число
циклов определяют при амплитуде напряжений
Коэффициент концентрации напряжений α
σ
в патрубках сосудов принимают по отношению к мембранным напряжениям в
цилиндрической части сосуда.
П.3.34.3 Для зон соединений цилиндрической части сосуда с фланцем, днищем, опорным буртом и другими элементами
большой толщины по сравнению с цилиндрической частью, а также для сварных швов с конструктивным непроваром
принимается:
[σ
*
a
] = 2[σ
пр
].
Число циклов [N] определяют по расчетной кривой усталости соответствующей стали для расчётной температуры.
Допускаемое количество циклов [N] для сварных швов с конструктивным непроваром не должно превышать 2 · 10
3
циклов.
П.3.34.4 При эксплуатационных циклах изменения давления или механической нагрузки на величину Δр
i
< p
0
допускаемое
число циклов следует определять с учётом суммирования усталостных повреждений по условию:
где n
si
, [N]
i
- ожидаемое в эксплуатации и допускаемое число циклов изменения нагрузки на величину Δр
i
соответственно.
Значение [N]
i
определяют по кривой усталости для расчётной температуры при амплитуде напряжений
[σ
*
a
] = (0,28 + 0,22(Δp
i
/p
0
))[α
σ
·([σ
пр
]/φ
ωf
)]
в термообработанных после сварки конструкциях и
в нетермообработанных конструкциях.
Для зон концентрации по п. П
.3.34.3 амплитуда напряжений при определении [N] принимается:
П.4 Поверочный расчёт на длительную циклическую прочность
П.4.1 Расчёт на длительную циклическую прочность проводят для элементов оборудования, работающих при температурах,
вызывающих ползучесть металла, и нагружаемых повторными тепловыми или (и) механическими усилиями.
Приведенный в настоящем подразделе метод расчёта длительной циклической прочности применим в пределах числа циклов
нагружения до 10
6
элементов оборудования из углеродистых сталей при температуре до 500 ° С, из легированных
теплоустойчивых сталей при температурах до 585 °С и из аустенитных хромоникелевых сталей при температуре до 700 °С.
П.4.2 Типы предельных состояний, критерии разрушения и методы расчёта напряжений при длительном циклическом
нагружении аналогичны таковым при расчёте на малоцикловую усталость (см. раздел П
.3 настоящего приложения).
Расчёт длительной циклической прочности, как и расчёт малоцикловой прочности, выполняется в местных условных упругих
напряжениях, вычисляемых по местным деформациям с использованием расчётных или (и) экспериментальных данных о
величинах этих деформаций (см. п.п. П
.3.4).
П.4.3 Общий принцип определения приведенных условных упругих напряжений и расчётные характеристики металл
а
приведены в п.п. П.3.7 настоящего приложения стандарта.
Изменение эксплуатационных тепловых и механических нагрузок должно быть представлено во времени с одновременным
изменением температур. Если в эксплуатации имеет место нестационарное термомеханическое нагружение, то изменение
нагрузок и температур аппроксимируется в виде соответствующих типовых блоков при повторяющихся режимах.
Последовательность чередования типовых блоков допускается выстраивать в порядке возрастания размахов напряжений и
температур.
П.4.4 Порядок определения составляющих (компонентов) напряжений от основных эксплуатационных нагрузок и
формирования циклов приведенных напряжений соответствует п.п. П
.3.8, П.3.9 настоящего приложения стандарта. В случае
перехода от упругого расчёта к неупругому следует учитывать снижение предела текучести стали с увеличением времени
нагружения.
П.4.5 Определение приведенных теоретических коэффициентов концентрации напряжений (α
σ
)
пр
проводится согласно п.п.
П
.3.10, П.3.11 настоящего приложения стандарта.
При определении коэффициентов концентрации условных упругих напряжений К
*
σ
допускается пользоваться
соотношениями п.п. П
.3.12 настоящего приложения стандарта.
П.4.6 Максимальные и амплитудные значения местных условных упругих напряжений определяют в соответствии с п.п.
П
.3.14 настоящего приложения стандарта.
Если максимальные приведенные напряжения цикла (или амплитуды этих напряжений), определяемые согласно п.п. П.3.9,
превышают предел текучести σ
t
0,2
, то величины (σ
*
max
)
пр
или (σ
*
а
)
пр
определяют упругопластическим расчётом как для случая
расчёта на циклическую прочность (раздел П
.3 настоящего приложения стандарта).
П.4.7 Для определения допускаемых амплитуд напряжений и числа циклов используются уравнения и параметры,
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 228 из 261
приведенные в п.п. П.3.20 П.3.22 предыдущего раздела приложения стандарта, с введением в них характеристик
материалов, зависящих от температуры и времени.
П.4.8 Допускаемые амплитуды условных упругих напряжений или допускаемое число циклов для сталей с отношением
σ
t
0,2
/σ
t
в
≤ 0,7 (по условию усталостного разрушения) определяют аналогично п. П.3.20 по формулам:
В приведенных формулах:
t
fτ
-
р
авномерное сужение поперечного сечения при длительном статическом растяжении при
максимальной температуре цикла за время τ, равное части рабочего ресурса, отрабатываемой при температуре ползучести (t > t
c
- п.п. 6.3.3.4 настоящего СТО); σ
t
-1τ
- предел выносливости при максимальной температуре цикла; σ
t
вτ
- предел длительной
прочности при максимальной температуре цикла нагружения на временной базе т. Допускается принимать σ
t
-1τ
= 0,4σ
t
вτ
.
Показатель степени m
p
допускается определять согласно п.п. П.3.22 настоящего приложения стандарта.
В качестве расчётных используют минимальные значения [σ
*
a
] и [N].
П.4.9 Для циклически разупрочняющихся сталей перлитного класса (σ
t
0,2
/σ
t
в
> 0,7) допускаемую амплитуду напряжений или
допускаемое число циклов определяют по критерию квазистатического разрушения с использованием верхней системы
уравнений по п.п. П
.3.21 настоящего приложения стандарта. При этом в формулах п.п. П.3.21 должно быть учтено снижение (со
временем) характеристики пластичности
t
вτ
, снижение показателя степени m
1
и увеличение параметра А в процессе
длительного циклического нагружения при температуре t > t
c
.
П.4.10 Расчёт сварных соединений выполняют с учётом положений п.п. П.3.25 П.3.27 и п.п. П.4.7, П.4.8 настоящего
приложения стандарта.
При уточненном определении предела выносливости (σ
t
-1
) сварных нетермообработанных соединений (п.п. П.3.26)
допускается учитывать релаксацию остаточных напряжений при времени τ > 5 ч и температуре t
max
> t
c
:
где σ
t
0
- остаточные сварочные напряжения (для легированных сталей σ
t
0
≈ σ
t
0,2
) по п.п. П.3.26; k
0
- характеристик
а
свариваемых материалов: для легированных сталей k
0
0,015; для аустенитных нержавеющих сталей k
0
0,010.
П.4.11 Учёт накопления повреждений для различных режимов работы выполняется согласно правилу линейного
суммирования в соответствии с п.п. П
.3.33 настоящего приложения СТО.
П.4.12 Допускается выполнять расчёт долговечности оборудования,
р
аботающего в условиях ползучести и переменных
нагрузок, с использованием принципа суммирования повреждений от длительного статического и циклического нагружений.
Условие прочности, основанное на принципе суммирования повреждений, принимается в виде:
Параметр D является функцией повреждаемости от ползучести, зависимость D от приведена на рисунке П.5.
Рисунок П.5 - Суммарная повреждаемость в зависимости от повреждаемости за счёт ползучести
Рекомендуется принимать σ
t
τ
= 1,5[σ].
Параметр m - показатель степени в уравнении длительной прочности стали (см. п.п. 6.3.3.11).
Расчётное напряжение от ползучести σ
с
определяется как максимальное главное нормальное напряжение, вычисляемое с
учётом пластичности и ползучести металла при номинальном режиме эксплуатации.
П.4.13 При выполнении расчётов на основе принципа суммирования повреждений допускаемую амплитуду переменных
напряжений [σ] для заданного числа циклов N или допускаемое число циклов [N] для заданной амплитуды напряжений σ
а
определяют без учёта влияния повреждённости от ползучести по расчётным кривым малоцикловой усталости. Расчётные
кривые малоцикловой усталости для максимальной температуры цикла приведены на рисунках П
.6 П.8.
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 229 из 261
П.4.14 При максимальных температурах цикла, отличающихся от приведенных на графиках рисунков П.6. П.8.,
допускаемую амплитуду напряжений [σ] или допускаемое число пусков [N] определяют линейной интерполяцией;
экстраполяция данных расчёта по кривым рисунков П
.6 П.8 не допускается.
Рисунок П.6 - Расчётные кривые малоцикловой усталости углеродистых сталей
Рисунок П.7 - Расчётные кривые малоцикловой усталости сталей марок 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ и 15Х1М1Ф
Рисунок П.8 - Расчётные кривые малоцикловой усталости аустенитных хромоникелевых сталей
П.4.15 Если фактор 1,25(σ
с
/σ
t
τ
) ≥ 1, то допускается не более 1000 циклов «пуск-останов» за расчётное время эксплуатации.
Если 1,25(σ
с
/σ
t
τ
) ≤ 0,5, то повреждаемость от ползучести не учитывается.
Если в расчётной точке детали имеются сварные швы, то допускаемое число циклов уменьшается в два раза по сравнению с
расчётом, проведенным без учёта сварки.
П.4.16 Если оборудование подвергается циклам нагружения различного типа при постоянных значениях параметров
номинального режима, то оценку долговечности на основе принципа суммирования повреждений выполняют по формуле:
где n - количество типов (блоков) циклов нагружения.
Если в процессе эксплуатации значения температуры и нагрузок при номинальном режиме изменяются, то оценк
у
долговечности проводят по формуле:
где
k
- количество
у
ровней нагр
у
зки при номинальном режиме работы.
Введено с 30.06.2008СТО 17230282.27.100.005-2008 Основные элементы котлов, т
у
рбин и тр
у
б
...
NormaCS® (NRMS10-05534) www.normacs.ru 15.07.2010 Стр. 230 из 261