核电厂压力容器热棘轮效应评定方法研究-论文.pdf

'疆骚评价电i热照。庳定方研杨小林金挺刘攀(中广核工程有限公司深圳518124)摘要：热棘轮效应将产生累积塑性变形，可能导致部件变形性失效。在分析Rcc～M规范热棘轮效应评定不足的基础上，从控制累积塑性变形的角度，给出一种基于效率曲线和比率曲线的热棘轮评定方法。以某核电厂稳压器喷雾接管的热棘轮分析实例表明，基于效率曲线和比率曲线的评价方法综合考虑了热应力幅、循环次数和材料特性的影响，适用性~ECC-M规范评定方法更广泛。关键词：热棘轮评定方法累积变形效率曲线比率曲线ThermalRatchetVerificationMethodologyResearchofPressureVesselinNuclearPowerPlantYangXiaolinJingTingLiuPan(ChinaNuclearPowerEngineeringCompany,Ltd．Shenzhen518124)AbstractThermalratchetingcancauseaccumulatedplasticdeformation．whichwil11cadtotheriskofdamageofcomponentsduetothermalratchet．DuetothelimitofthemethodologyforthermalratchetingverificationdefinedinRCC—M，anothermethodologywascreatedbasedoneficiencycurveandratiocurveaccordingtothelimitofaccumulatedplasticdeformation．Takespraynozzleofpressurizerasanexample，thedetailedprocedureofverificationwaspresented．Theevaluationmethodologytakesintoaccountthethermalstressamplitude，cyclesandmaterialcharacteristicshavebroadapplicability．KeywordsThermalratchetVerificationmethodAccumulateddeformationEficiencycurveRatiocurve中图分类号：X923文献标志码：B文章编号：1673—257X(2014)09—33—04RCC-M规范中第二类工况需要评价部件产生渐值、产生渐进性变形，但由于载荷循环次数少，部件进变形和疲劳的危险，热棘轮是渐进变形的主要表现在寿期内的累积变形可能也未超过材料变形极限。此形式之一，因此必须对部件的热棘轮效应进行计算与时用RCc—MB3234．8评价显得过于保守，有必要寻评定。热棘轮计算与评定通常采用RCC—MB3234．8找一种综合考虑热载荷、循环次数和材料特性的方法给出的方法，该方法将最大热应力幅控制在限值内，计算部件在热棘轮作用下累积塑性变形。本文从控制不允许部件产生渐进变形，且不涉及热载荷的循环次累积塑性变形的角度给出一种基于效率曲线和比率曲数，具有较大的保守性。当部件承受大的交变热载线的热棘轮评定方法。荷、循环次数较少时，即使部件的热应力幅超出限1RCC-M规范中热棘轮效应评定作者简介：杨小林(1985～)，男，本科，工程该方法以D．Miller对承受内压和交变热载荷圆师。现从事核设备力学分析工作。筒的研究为基础，Bree给出的应力区域图描述了各应(收稿日期2014一O2—19)力区的热棘轮现象如图1所示。{嚣 根据温度沿厚度的变化关系，求得和S的比值X，将X代入相应的棘轮控制线方程求得y，从而求得。。如果实际计算的热应力幅小于。，则部件在循环热载荷作用下不会产生热棘轮。温度沿厚度按抛物线变化比沿厚度按线性变化时的棘轮作用略小，当温度沿厚度的变化关系不是抛物线或为了简化工作保守处理时，应按照温度沿厚度线性变化的评定准则进行评定。2热棘轮效应评定方法研究从热棘轮的形成机理出发，为防止其对部件产生破坏，需要满足以下两条准则中的一条：图1Bree应力区域划分图1)部件不会产生渐进变形。热棘轮是一种特殊的——压力产生的薄膜应力；一交变热应力；——材机械变形，每次载荷循环之后的变形增长几乎相等。如料屈服强度；区域E——纯弹性状态，=线以下；区域果可以证明热应力幅值小于限值，则认为部件不会产S1——外表面屈服，几次循环后安定；区域一内表面屈生渐进变形。服，几次循环后安定；区域尸L一塑性区，几次循环后有反复的2)允许部件产生渐进变形，但控制部件在寿期内塑性变形，无明显变形增长；区域露——应变递增区、外壁出累积渐进变形不超过材料的变形极限。现塑性变形积累；区域一内、外壁出现塑性变形积累准则1)即为RCC-M规范中的评价方法，由于其较Bree图不允许应力状态落在】和月2区域。图1大的保守性，在某些部位的评价中无法适用。本文针对准N2)开展热棘轮评定方法研究，研究中的棘轮控制线即为，=和，+0．252=。。RCC-M规范中温度沿壁厚按线性变化的热棘轮评定部件在寿期内的累积渐进变形以及材料的变形极限。准则即以此为基础建立。规范中评定准则见式(1)：为确保部件不会产生塑性失稳，累积变形必须小于材O"m料拉伸试验的伸长率。根据经验，选取0．1倍伸长率作v：：一为材料的许用变形极限。，y(1)式中：。——许用热应力幅；．一压力产生的最大总体一次薄膜应力；2．1概念分析——所有瞬态最高温度下的材料屈服强度；2．1．1有效一次应力x——和的比值；有效一次应力是能够产生与热棘轮作用所导致的最r仃。和S的比值。终达到恒定时相同变形量的一种当量应力。棘轮作用产1)当温度沿壁厚按线性变化时：生的变形开始最大，随后逐渐变小，一定次数后达到恒定。将恒定时的累积变形记作，则有效一次应力的大小等于在材料应力—应变曲线中对应的应力值。1f14／(x10<<0．5(2)2．1．2效率设计曲线一10．5≤x<1．0根据RCC-MR[2]规定，效率设计曲线的表达式见2)当温度沿壁厚按抛物线变化时：式(4)所示。4．65=0．31≤0．463．55=0．4(3)=1．093一—0．926S~2．70X=0．5———————：0．46<<4(1+)(4)0．615≤<1．05．2(1-x)、|≥43l 幄骚评价一一¨0式中：一次应力P和有效一次应力的比值；．——二次应力幅QN-P的比值。2．1．3比率曲线以材料为Z2CND18．12控氮的圆筒施加一个恒定不变的压力和一个交变的热载荷。由于棘轮作用产生的塑性变形开始较大，逐渐变小，一定次数之后恒定，因此交变热载荷开始循环时记录的累积塑性变形数据要详细。前20次每次都记录，20～100次每隔10次记录一次，100次之后任选几个记录点，后面记录的几乎不变的累积塑性变形为达到恒定时的累积塑性变形￡。如果试验加载的恒定压力和交变热载荷过大，圆筒在塑性累积变形达到恒定前就已经失效，无法记录后面的数据了。以每次记录的累积塑性变形与最后恒定时的累积塑性变形比较做归一化处理，每次试验材料都有近似的行为，由此得出的比率曲线如图2所示，图2中N为循环次数，纵坐标为第N次循环结束后的累图3热棘轮计算评定流程框图积变形与热棘轮作用导致的最终达到恒定时的累积变形占，的比值。3算例分析，／’以某核电厂稳压器喷雾接管为例介绍新的热棘轮，’一分析方法的应用。对该稳压器各部位进行应力分析，一一，发现安全端在热棘轮作用下最危险。／安全端材料为Z2CND18．12控氮。RCC—M／M3301中给出了z2CND18．12控氮的最大拉伸伸长率要求：纵向45％，横向40％。根据第3节，取材料伸长率的0．1倍，Ep4％作为材料的许用变形极限。以材料l0100Z2CNDl8．12控氮的试样在360"C做拉伸试验，得出材N料的塑性应变曲线如图4所示。图2Z2CND18．12控氮b率曲线6o02．2分析方法和步骤’／500分析步骤如下：／蔷枷1)计算得出压力产生的p和Q；／3(102)根据Q、P的值和效率设计曲线求。；／20o『3)查找p在材料的应力——应变曲线上对应的应10o变值sf；O4)根据二次应力幅的循环次数在比率曲线内查得8N／s，然后求得部件在寿期内的累积变形，将累积变。P／塑性应变形与材料的变形极限比较，然后给出评定结果。通过编制计算程序实现上述流程，如图3所示。图4Z2CND18．12控氮360。C塑性应变曲线i35 由应力分析可得：4结论p=70MPa(5)Q=959MPa(6)通过对RCC—M规范B3234．8热棘轮评定准则以及部件的累积变形和变形极限之间关系的研究，分析了Sr：垒：13(7)RCC—M规范热棘轮评定准则的保守性，建立了一套．7基于效率曲线和比率曲线的热棘轮评定方法。p1)规范给出的热棘轮评定准则基于理想弹塑性材由效率设计曲线得：料的理论推导，未考虑应变强化。规范给出的热棘轮评定准则不允许部件发生热棘轮，造成了评定准则偏P。fr=p√=259MPa(8)保守。当部件在承受高的循环热载荷、低循环次数的情况下应用RCC-MB3234．8热棘轮评定准则进行评p。一259MPa，在材料塑性应变曲线数据中插定时过于保守。即使部件发生热棘轮，但如果循环次值可得ef=O．027；数较少，寿期内的累积塑性变形也可能不会超出材料Q—一959MPa的循环次数为8，按比率曲线查得的许用变形极限。eN／ef=O．8。2)基于真实的应力一应变曲线，考虑材料的应变综合可得：强化阶段，结合效率设计曲线和比率曲线，建立另一种=0．022(9)评价方法。该方法允许部件发生热棘轮，但必须限定部小于材料变形极限4％。可见，虽然喷雾管的应件在寿期内的累积塑性变形不超过材料的许用变形极力幅值超出1．7倍许用应力幅值，但喷雾管寿期内在限。此方法可以更为精确地对热棘轮进行评定，计算结热棘轮的作用下仍然不会失效，且余量为45％。故当果直观地给出了部件在热棘轮作用下的累积塑性变形。部件在承受高的循环热载荷、低循环次数的情况下，根据热棘轮评定流程，结合计算机编程工具，可形成RCC—MB3234．8热棘轮评定准则较为保守。基于效率曲线和比率曲线的热棘轮陕速评价体系。行业动态1》黛爨謦鹰霹2014年8月25日至26日，2014年全国特种设备安全新台阶”的讲话。宋继红局长的讲话总结了今年以来监察工作座谈会在北京召开。来自全国省(自治区、特种设备安全与节能工作情况，对今年下一阶段的工直辖市)、计划单列市、副省级城市、新疆生产建设作进行了再动员和再部署，并提出了充分树立改革大兵团质量技术监督局，天津市、深圳市市场和质量监环境下从事特种设备安全工作的信心和充分认识改革督管理委员会的分管局长、特种设备安全监察机构的大环境下特种设备安全工作面临的队伍风险的要求。负责同志以及中国特种设备检测研究院、中国特种设与会代表还对特种设备安全监管职能转变顶层设备安全与节能促进会的有关负责同志参加了会议。计方案、行政许可和检验机构改革方案(草案)、监会上，总局特种设备局宋继红局长做了题为“夯督检查规则(草案)进行了讨论。实基础改革创新，推动特种设备安全与节能工作再上石屹摘编自国家质检总局网站嚣{'