II. Требования к обоснованию прочности металлических элементов
5. Требования настоящей главы распространяются на оборудование, трубопроводы, внутрикорпусные устройства, а также на металлические обечайки, оболочки и иные металлические составные части КБР (далее - МЭ) (список сокращений и обозначений приведен в приложении № 1 к настоящим Правилам), кроме металлической арматуры бетона.
6. Расчетами на прочность должно быть обосновано, что в течение проектного срока службы в МЭ не будут достигнуты следующие предельные состояния (термины и определения приведены в приложении № 2 к настоящим Правилам):
а) кратковременное разрушение (без учета влияния длительности нагружения);
б) разрушение в условиях ползучести при статическом нагружении;
в) возникновение пластической деформации по всей площади какого-либо из возможных сечений либо только по части площади сечения, но по всей толщине стенки МЭ (или его компонента);
г) возникновение макротрещины вследствие циклического нагружения (при наличии ползучести или без нее);
д) потеря устойчивости (при наличии ползучести или без нее);
е) накопление предельно допустимой деформации ползучести;
ж) достижение предельных изменений формы и (или) размеров;
з) накопление предельно допустимой вязкопластической деформации при температуре, равной или превышающей значение Tt;
и) накопление предельно допустимой пластической деформации при температуре ниже Tt - c учетом коэффициентов запаса, установленных в следующих стандартах Госкорпорации "Росатом", передача которых осуществляется в установленном порядке¹:
______________________________
¹ Порядок передачи служебной информации ограниченного распространения другим органам и организациям, утвержденный приказом Госкорпорации "Росатом" от 4 декабря 2017 г. № 1/51-НПА "Об упорядочении обращений со служебной информацией ограниченного распространения в Госкорпорации "Росатом", ее подведомственных организациях, а также организациях, координацию и регулирование деятельности которых осуществляет Госкорпорация "Росатом" (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 28 декабря 2017 г., регистрационный № 49490).
СТО 95 12047-2019, утвержденный приказом Госкорпорации "Росатом" от 5 декабря 2019 г. № 1/1350-П-дсп (далее - СТО 95 12047-2019);
СТО 95 12048-2019, утвержденный приказом Госкорпорации "Росатом" от 10 декабря 2019 г. № 1/1374-П-дсп (далее - СТО 95 12048-2019);
СТО 95 12049-2019, утвержденный приказом Госкорпорации "Росатом" от 4 декабря 2019 г. № 1/1344-П-дсп (далее - СТО 95 12049-2019).
7. При проведении расчетов на прочность МЭ должны быть учтены процессы и нагружающие воздействия (включая перечисленные в пункте 8 настоящих Правил), влияющие по отдельности или в совокупности на достижение предельного состояния МЭ.
8. В расчете на прочность МЭ должны учитываться:
а) воздействие температур и нейтронных потоков на свойства материалов и на нагружение МЭ;
б) упругое или упругопластическое деформирование металла в зависимости от значений напряжений и температуры;
в) термическая ползучесть металла при температуре, равной или превышающей значение Tt, установленное стандартом Госкорпорации "Росатом" СТО 95 12040-2019, утвержденным приказом Госкорпорации "Росатом" от 5 декабря 2019 г. № 1/1351-П-дсп (далее - СТО 95 12040-2019);
г) влияние свинцового теплоносителя и газовой среды на прочность МЭ;
д) радиационная ползучесть и радиационное распухание металла в зависимости от уровня нейтронного облучения.
9. Расчет на прочность должен включать в себя расчет по выбору основных размеров и проверочный расчет, выполняемые с учетом предельных состояний, указанных в пункте 6 настоящих Правил. При обосновании прочности МЭ должны выполняться как требования для расчета по выбору основных размеров, установленные пунктами 12 - 15 настоящих Правил, так и требования для поверочного расчета, установленные пунктами 16 - 18 настоящих Правил.
10. В расчете на прочность должны применяться значения физических и механических характеристик основного металла и сварных соединений в соответствии с требованиями СТО 95 12040-2019, а также консервативным образом учитываться их изменения в процессе эксплуатации вследствие высокой температуры, облучения и распухания металла, воздействия теплоносителя или газовой среды, а также их совместного влияния.
В случае если в стандарте СТО 95 12040-2019 отсутствуют значения физических и механических характеристик основного металла и сварных соединений, то должны использоваться значения характеристик конструкционных материалов, обоснованные в соответствии с требованиями НП-107-21.
Требования к номинальным допускаемым напряжениям в МЭ
11. Номинальные допускаемые напряжения при температуре Т, используемые в расчетах на прочность, должны определяться по временному сопротивлению, пределу текучести и пределу длительной прочности материала МЭ с учетом их изменений в процессе эксплуатации:
для компонентов МЭ, кроме болтов и шпилек:
[
] = min{RTm/nm; RTp0,2/n0,2} при Т ниже Tt,
[] = min {RTm/nm; RTp0,2/n0,2; RTmt/nmt} при Т, равной или выше Tt, где:
nm = 2,6;
n0,2 = 1,5;
nmt = 1,5,
для болтов или шпилек:
[]W = RTp0,2/n0,2 при температуре болтов и шпилек ниже Tt,
[]Wt = min{RTp0,2/n0,2; RTmt/nmt} при температуре болтов и шпилек равной или выше Tt, где:
n0,2 = 2;
nmt = 3.
Требования к расчету по выбору основных размеров МЭ
12. В расчете по выбору основных размеров должны вычисляться значения расчетной толщины стенки (SR) компонентов МЭ, а также выполняться подбор составных частей фланцевых соединений в зависимости от размеров и номинальных допускаемых напряжений ([]) компонентов при расчетной температуре. В качестве нагрузки должно использоваться расчетное давление, а дополнительно для компонентов фланцевых соединений - давление гидравлических или пневматических испытаний и усилие затяга болтов и шпилек.
13. Расчетная толщина стенок SR должна вычисляться с учетом предельных состояний, указанных в подпунктах "а", "б" и "в" пункта 6 настоящих Правил.
14. Назначаемая номинальная толщина стенки должна определяться с учетом SR, а также допусков на размеры исходных полуфабрикатов, возможных утонений при изготовлении и монтаже, а также утонения стенки за счет сплошной коррозии под воздействием коррозионной среды за весь срок службы МЭ, определенного на образцах, испытанных в условиях, близких к эксплуатационным.
15. Расчет по выбору основных размеров должен выполняться в соответствии с требованиями СТО 95 12047-2019.
Требования к поверочному расчету МЭ
16. Для проведения поверочного расчета в МЭ должно быть подтверждено выполнение требований, установленных к расчету по выбору основных размеров.
17. Поверочный расчет рассчитываемых МЭ должен проводиться по номинальным размерам.
18. В состав поверочного расчета должны входить:
а) расчет на статическую прочность;
б) расчет на устойчивость;
в) расчет на циклическую прочность;
г) расчет на длительную статическую прочность;
д) расчет на длительную циклическую прочность;
е) расчет на сопротивление хрупкому (вязкохрупкому) разрушению (нестабильное развитие трещины);
ж) расчет на прогрессирующее изменение формы и (или) размеров;
з) расчет на накопление вязкопластических (пластических) деформаций;
и) расчет на внутренние динамические воздействия;
к) расчет на внешние динамические воздействия;
л) расчет на вибропрочность.
Требования к определению напряжений и деформаций в МЭ
19. Значения напряжений и деформаций и их изменения во времени, используемые в поверочном расчете, должны вычисляться на основе проектной последовательности нагружения МЭ. При вычислении напряжений и деформаций должны учитываться все предусмотренные проектом нагружающие воздействия на МЭ, возникающие при испытаниях, предпусковых наладочных работах и эксплуатации, а также при изготовлении КБР.
20. При сложном (не одноосном) напряженном состоянии в оценках прочности должны применяться приведенные напряжения или деформации.
21. В расчетах за пределами упругости материала рассматриваемого МЭ должны применяться упругопластические деформации (при реализации процессов ползучести - упруговязкопластические деформации) или условные упругие напряжения.
22. Методы вычисления приведенных напряжений и деформаций, учета пластичности и ползучести материала, условных упругих напряжений и формирования расчетных циклов условных упругих приведенных напряжений для проверки выполнения нормативных критериев прочности должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на статическую прочность МЭ
23. Расчет на статическую прочность должен выполняться в целях подтверждения того, что напряжения в МЭ не достигнут значений, вызывающих предельные состояния, указанные в подпунктах "а" и "в" пункта 6 настоящих Правил, и при этом не реализуются:
а) смятие поверхности МЭ (его компонента);
б) разрушение срезом;
в) изменение формы и (или) размеров, влияющее на работоспособность конструкции.
24. Расчет на статическую прочность должен выполняться без учета вибраций и динамических нагрузок, а также процессов ползучести.
25. Методы расчета и критерии статической прочности должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на устойчивость МЭ
26. Расчет на устойчивость должен выполняться в целях подтверждения того, что значения нагружающих воздействий на МЭ, а в условиях реализации процессов ползучести и (или) релаксации напряжений - также и длительность приложения нагружающих воздействий к МЭ, не достигнут значений, вызывающих предельное состояние, указанное в подпункте "д" пункта 6 настоящих Правил.
27. При выполнении расчета на устойчивость должно учитываться снижение жесткости МЭ вследствие допусков на размеры исходных полуфабрикатов, возможных утонений при изготовлении и монтаже, а также утонения стенки под воздействием коррозионной среды, прогнозируемого на весь срок службы МЭ.
28. Методы расчета и критерии прочности при обосновании устойчивости должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на циклическую прочность МЭ
29. Расчет на циклическую прочность должен выполняться в целях подтверждения того, что в МЭ, работающем при температуре, не превышающей значения Tt, под действием нагружающих воздействий, предусмотренных проектом ядерной энергетической установки, в течение проектного срока службы не возникнет предельное состояние, указанное в подпункте "г" пункта 6 настоящих Правил.
30. В расчете на циклическую прочность для заданного числа циклов нагружений должны быть вычислены допускаемые амплитуды условных упругих приведенных напряжений или для заданных значений амплитуд условных упругих приведенных напряжений - допускаемое число циклов нагружений.
31. Расчет на циклическую прочность должен выполняться на основе зависимостей, представленных в виде уравнений усталости или кривых усталости, связывающих допускаемые амплитуды и допускаемые числа циклов изменения условных упругих приведенных напряжений в основном металле. В указанные зависимости должны быть введены запасы прочности по числу циклов и по значениям амплитуд условных упругих приведенных напряжений (включая запасы по учету габаритных размеров и шероховатости поверхности рассчитываемого МЭ), а также учтено влияние асимметрии цикла приведенных напряжений, значений физических и механических характеристик материала, температуры металла, нейтронного облучения и параметров рабочей среды (свинцового теплоносителя, защитного газа, воздушной среды), влияющих на циклическую прочность.
При расчете должны быть учтены особенности сопротивления усталости сварного соединения по сравнению с основным металлом МЭ.
32. В расчете на циклическую прочность должно вычисляться усталостное повреждение металла в точках МЭ для каждого типа циклов условных упругих приведенных напряжений.
В расчете должны быть учтены особенности усталостного повреждения металла при одновременном действии циклов условных упругих приведенных напряжений с отличающимися периодами повторения.
33. В результате расчета на циклическую прочность должно быть подтверждено, что во всех точках МЭ сумма усталостных повреждений от всех типов циклов условных упругих приведенных напряжений не достигает допускаемого значения.
34. Методы расчета и критерии циклической прочности должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на длительную статическую прочность МЭ
35. Расчет на длительную статическую прочность должен выполняться в целях подтверждения того, что в МЭ, работающем при температуре Т, равной или выше Tt, в течение проектного срока службы не будут достигнуты предельные состояния, указанные в подпунктах "б" и "е" пункта 6 настоящих Правил.
36. Для МЭ, рассчитываемого на длительную статическую прочность, во всем диапазоне эксплуатационных температур должна быть обоснована статическая прочность согласно пунктам 23 - 25 настоящих Правил со значениями [], соответствующими значениям Т каждого рассчитываемого режима.
37. В расчете на длительную статическую прочность должны определяться допускаемые значения напряжений на основе характеристик сопротивления металла длительному статическому разрушению, зависящих от температуры, длительности нагружения, возможного наличия сварных соединений и воздействия среды.
38. В результате расчета на длительную статическую прочность должно быть подтверждено, что напряжения в МЭ и суммарное длительное статическое повреждение не превышают допускаемых значений.
39. Методы расчета и критерии длительной статической прочности должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на длительную циклическую прочность МЭ
40. Расчет на длительную циклическую прочность должен выполняться в целях подтверждения того, что в МЭ, температура которого равна или превышает значение Tt, под действием циклически повторяющихся нагружающих воздействий, предусмотренных проектом, в течение проектного срока службы не возникнет предельное состояние, указанное в подпункте "г" пункта 6 настоящих Правил.
41. Для МЭ, рассчитываемого на длительную циклическую прочность, должна быть обоснована длительная статическая прочность в соответствии с пунктами 35 - 39 настоящих Правил.
42. Расчет на длительную циклическую прочность должен проводиться на основе требований, указанных в пунктах 31 - 33 настоящих Правил, с учетом влияния длительных статических повреждений материала. При проведении расчета из всех типов циклов условных упругих приведенных напряжений должны отбираться только такие типы циклов, в которых реализуется ползучесть.
43. Для получения суммарного повреждения в рассчитываемой точке МЭ найденные повреждения от циклов, в которых температура равна или превышает значение Tt, должны быть просуммированы с усталостными повреждениями от циклов, в которых температура не превышает значения Tt.
44. Методы расчета и критерии длительной циклической прочности должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на сопротивление хрупкому (вязкохрупкому) разрушению (нестабильное развитие трещины) МЭ
45. Расчет на сопротивление разрушению должен выполняться в целях подтверждения того, что в течение срока службы рассчитываемого МЭ не будет достигнуто предельное состояние, указанное в подпункте "а" пункта 6 настоящих Правил, в виде нестабильного роста трещины.
46. В результате расчета на сопротивление разрушению должно быть подтверждено, что коэффициент интенсивности напряжений, или J-интеграл, или раскрытие в вершине трещины - в нагруженном МЭ не превышают допускаемых значений.
47. Методы расчета и критерии прочности при обосновании сопротивления разрушению должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на прогрессирующее изменение формы и (или) размеров МЭ
48. Расчет на прогрессирующее изменение формы и (или) размеров должен выполняться в целях подтверждения того, что в МЭ под действием циклически повторяющихся нагружающих воздействий в течение проектного срока службы не будет достигнуто предельное состояние, указанное в подпункте "ж" пункта 6 настоящих Правил.
49. Расчет на прогрессирующее изменение формы и (или) размеров должен выполняться в том случае, если в проектной или конструкторской документации установлены и обоснованы предельные значения изменения форм и (или) размеров, учитывающие конкретное назначение и условия работы рассчитываемого МЭ.
В результате расчета на прогрессирующее изменение формы и (или) размеров должно быть показано, что остаточные изменения формы и (или) размеров не превышают допускаемых значений.
50. Методы расчета и критерии прочности при прогрессирующем изменении формы и (или) размеров должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на накопление вязкопластических (пластических) деформаций МЭ
51. Расчет на накопление вязкопластических деформаций должен выполняться в целях подтверждения того, что в течение срока службы рассчитываемого МЭ не будет достигнуто предельное состояние, указанное в подпункте "з" пункта 6 настоящих Правил (при отсутствии вязких деформаций - не будет достигнуто предельное состояние, указанное в подпункте "и" пункта 6 настоящих Правил).
52. Расчет на накопление вязкопластических деформаций должен проводиться для МЭ, в котором реализуется ползучесть. При этом должно учитываться влияние прогрессирующего изменения формы и (или) размеров.
53. Найденные в результате расчета накопленные вязкопластические деформации, включающие в себя деформации пластичности и ползучести, должны быть меньше допускаемых значений.
54. Методы расчета и критерии прочности при накоплении вязкопластических деформаций должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на внешние динамические воздействия МЭ
55. Расчет на внешние динамические воздействия должен выполняться в целях подтверждения того, что при сочетании эксплуатационных нагрузок и внешних динамических воздействий, включая сейсмические воздействия, в МЭ не будут достигнуты предельные состояния, указанные в подпунктах "а", "в", "г", "ж", а для оборудования, кроме того, и подпункта "д" пункта 6 настоящих Правил.
56. При расчете на внешние динамические воздействия должно учитываться влияние гидродинамических эффектов от движения свинцового теплоносителя, а также от механических взаимодействий по поверхностям контакта, включая проскальзывание, раскрытие зазоров и соударения с соседними элементами и конструкциями.
57. Методы расчета и критерии прочности при сейсмических воздействиях должны соответствовать требованиям СТО 95 12049-2019.
58. Методы расчета и критерии прочности при внешнем динамическом воздействии, кроме сейсмического воздействия, должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.
Требования к расчету на вибропрочность МЭ
59. Расчет на вибропрочность должен выполняться в целях подтверждения того, что при возникновении в МЭ вибраций не будет достигнуто предельное состояние, указанное в подпункте "г" пункта 6 настоящих Правил, а также не возникнут виброударные взаимодействия с соседними элементами и конструкциями.
60. Расчет на вибропрочность должен содержать:
а) определение спектра собственных частот колебаний МЭ и проверку отсутствия резонанса (отстройки от детерминированных частот возмущения);
б) проверку на отсутствие виброударных взаимодействий МЭ с соседними элементами и конструкциями с целью исключения повышенного износа;
в) расчеты на циклическую и длительную циклическую прочность с учетом вибронапряжений.
61. Результаты расчета МЭ на вибропрочность, в том числе в случаях, когда расчетом не удается обосновать отсутствие резонанса в рассматриваемом МЭ, должны быть подтверждены расчетно-экспериментальным путем по результатам анализа вибраций, зарегистрированных в процессе предпусковых наладочных работ с использованием расчета на циклическую и длительную циклическую прочность.
62. Методы расчета и критерии вибропрочности должны соответствовать требованиям СТО 95 12048-2019.