doc_act

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Реклама

  Скачать документ



УТВЕРЖДАЮ

Руководитель предприятия

С.И. Косых

«21» 10 1988 г.

Руководящий документ

Осесимметричные элементы корпусов трубопроводной арматуры.
Методические указания по расчету температурных напряжений

РДМУ 26-07-270-88

Вводится впервые

Дата введения 01.01.89

Настоящий руководящий документ распространяется на корпуса трубопроводной арматуры, работающей в условиях температурных воздействий и устанавливает методики расчета температурных напряжений в осесимметричных элементах корпуса, представляющих собой цилиндрические и сферические тонкостенные оболочки, кольцевые пластины и узкие кольца прямоугольного сечения, и узлах сопряжения указанных элементов.



Реклама

1. Общие положения

1.1. Для расчета температурных напряжений осесимметричных элементов и узлов корпуса трубопроводной арматуры используются основные положения и методы квазистатической задачи термоупругости тонких оболочек вращения, пластин и стержней. При нестационарных тепловых режимах время играет роль параметра.

1.2. Рассматриваются цилиндрические и сферические тонкостенные оболочки вращения, кольцевые пластины, узкие кольца прямоугольного сечения и узлы сопряжения указанных элементов.

1.2.1. Формулы справедливы при следующих условиях с погрешностью порядка 10 %:

- для оболочек вращения



Реклама

- для пластин

- для колец



Реклама

Указанные пределы могут быть расширены, что приводит к снижению, точности расчета.

1.3. Температурная нагрузка - осесимметричное температурное поле расчетного элемента.

1.4. Исходными данными для расчета являются:

- геометрические размеры;

- физические и механические характеристики материала корпуса;



Реклама

- температурная нагрузка расчетного элемента.

2. Методика расчета температурных напряжений в отдельных осесимметричных элементах корпуса

2.1. Температурные нагрузки при расчете отдельных осесимметричных элементов корпуса выбраны следующие:

- для оболочек вращения - изменение температуры по толщине оболочки;

- для пластин и колец - изменение температуры по радиусу элемента.



Реклама

2.2. Температурные напряжения в цилиндрической и сферической оболочках определяются вдали от края на наружной и внутренней поверхности оболочки, для колец и пластин температурные напряжения определяются на наружном или внутреннем крае элемента.

2.3. Для цилиндрической и сферической оболочек температурные напряжения на наружной и внутренней поверхности равны:

(1)

2.4. Температурные напряжения на наружном или внутреннем крае кольцевой пластины равны:

(2)



Реклама

2.5. Температурные напряжения на наружном или внутреннем крае кольца с радиусом r равны:

(3)

2.6. Алгоритм, форма расчета и пример расчета приведены в приложении 2, таблица 2.

3. Методика расчета температурных напряжений в узлах сопряжения

3.1. Температурные напряжения определяются для наиболее распространенных в корпусе арматуры сочетаний осесимметричных элементов: двух цилиндрических оболочек различной толщины, цилиндрической и сферической оболочек, цилиндрической оболочки с пластиной или кольцом.



Реклама

Расчетные схемы узлов сопряжения осесимметричных элементов корпуса представлены на рис. 1 - 4.

3.2. В качестве температурных нагрузок при расчете узлов сопряжения выбрана разность средних температур сопрягаемых элементов.

3.2.1. В качестве средней температуры расчетного элемента выбирается среднеинтегральная температура по толщине оболочки или по площади поперечного сечения кольца, пластины.

3.3. Расчет температурных напряжений в узлах сопряжений при наличии разности средних температур осесимметричных элементов корпуса выполняется в месте стыка сопрягаемых элементов по формулам, представленным в таблице 1.

3.4. Алгоритм, форма и пример расчета приведены в приложении 2, таблица 3.



Реклама

3.5. Температурные напряжения в узлах сопряжения от действия различных видов нагрузок определяются как сумма напряжений по методике раздела 2 и п. 3.3.

Расчетные схемы узлов сопряжения осесимметричных элементов корпуса

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Рис. 1. Узел сопряжения двух цилиндрических оболочек

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Рис. 2. Узел сопряжения цилиндрической и сферической оболочек

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Рис. 3. Узел сопряжения цилиндрической оболочки с кольцом

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Рис. 4 Узел сопряжения цилиндрической оболочки с пластиной

Таблица 1


Температурные напряжения в узлах сопряжения двух осесимметричных элементов корпуса

Расчетная схема

Исходные данные по температурным нагрузкам

Краевые усилия и моменты

Температурные напряжения

Примечание

Элемент I

Элемент II

1

Узел сопряжения двух цилиндрических оболочек различной толщины (Рис. 1)

(Ts)цI, (Ts)цII;

S = SцI,

s = sм,

s = sм,

ц = (Ts)цI - (Ts)цII

s?н = sq - 0,25sм,

s?н = sq - 0,25sм,

s = -sм

s = -sм

s?в = sq - 0,85sм

s?в = sq - 0,85sм

2

Узел сопряжения цилиндрической оболочки со сферической (рис. 2)

(Ts)ц, (Ts)сф;

S = Sц,

s = sм,

s = sм,

сф = (Ts)ц - (Ts)сф

s?н = sq - 0,25sм,

s?н = sq - 0,25sм,

s = -sм

s = -sм

s?в = sq - 0,85sм

s?в = sq - 0,85sм

3

Узел сопряжения цилиндрической оболочки с кольцом (Рис. 3)

(Ts)ц, (Ts)к;

S = Sц,

s = sм,

Wк = XкН2,

к = (Ts)ц - (Ts)к

s?н = sq - 0,25sм,

s = -sм

s?в = sq - 0,85sм

4

Узел сопряжения цилиндрической оболочки с пластиной (Рис. 4)

(Ts)ц, (Ts)пл;

s = sм,

Wпл = XплН2,

пл = (Ts)ц - (Ts)пл

s?н = sq - 0,25sм,

s = -sм

s?в = sq - 0,85sм


4. Упрощенная методика расчета температурных напряжений для предельных тепловых режимов работы корпуса (квазистационарных режимов и термоударов)

4.1. С целью сокращения времени проведения прочностных расчетов при оценке температурных напряжений в корпусе арматуры предлагается упрощенная методика расчета модельного узла корпуса арматуры на температурные воздействия для двух предельных тепловых режимов.

4.1. Модельный узел корпуса арматуры представляет собой узел сопряжения двух полубесконечных тонкостенных цилиндрических оболочек различной толщины.

4.2. Предельными тепловыми режимами работы арматуры являются:

а) квазистационарные режимы;

б) термоудары.

4.3. Температурные напряжения определяются вдали от зоны сопряжения расчетных элементов и в зоне сопряжения расчетных элементов.

4.4. Упрощенная методика расчета температурных напряжений при квазистационарных режимах работы арматуры.

4.4.1. Исходными данными для расчета являются:

- тепловые параметры режима;

- геометрические размеры;

- физические и механические характеристики материала корпуса.

Коэффициент температуропроводности определяется по справочнику [6] или по формуле в которой входящие величины находятся по теплофизическим справочникам.

4.4.2. Если тепловые параметры режима удовлетворяют условию

Fo* ?3, (4)

где - предельное число Фурье для квазистационарных режимов, выполняется упрощенный расчет температурных напряжений.

4.4.3. Расчет температурных напряжений не производится, если

?v< sусл, (5)

где

4.4.3.1. В качестве ?усл может быть выбрано значение напряжения составляющего 5 - 10 % от предела текучести.

4.4.4. Температурные напряжения вдали от зоны сопряжения расчетных элементов определяются по формулам:

(6)

4.4.5. Температурные напряжения в зоне сопряжения расчетных элементов определяются по формулам:

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений (7)

4.4.5.1. Коэффициенты fsн, f?н, f, f?в, зависящие от соотношения толщин сопрягаемых элементов, находят по графику на рис. 5.

4.5. Упрощенная методика расчета температурных напряжений при термоударах.

4.5.1. Исходными данными для расчета являются:

- начальная и конечная температуры рабочей среды;

- физические и механические характеристики материала корпуса.

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Рис. 5. Коэффициенты в модельном узле корпуса арматуры

I - fsн на наружной поверхности оболочки; II - f?н на наружной поверхности оболочки; III - fsв на внутренней поверхности оболочки; IV - f?в на внутренней поверхности оболочки.

4.5.2. Расчет температурных напряжений вдали от зоны сопряжения и в самой зоне сопряжения расчетных элементов выполняется в момент времени близкой к начальному, когда температурная нагрузка максимальна, по следующим формулам:

(10)

4.6. Алгоритм, форма и пример расчета приведены в приложении 2, таблица 4.

Главный инженер предприятия п/я А-7899 М.И. Власов

Заместитель руководителя В.А. Айриев

Начальник отдела 161 Р.И. Хасанов

Начальник отдела 118 Р.А. Азарашвили

Руководитель темы, ответственный исполнитель О.П. Котельникова

Приложение 1

(Обязательное)

Условные обозначения

a - коэффициент температуропроводности, м2/сек;

Е - модуль упругости материала расчетного элемента, МПа;

f, f?н, f, f?в - коэффициенты на рис. 5;

Fo* - предельные значения числа Фурье для квазистационарных режимов;

M, O - краевые усилия и моменты;

rц,сф - радиус срединной поверхности оболочки, мм;

rн, rв - наружный и внутренний радиусы кольца или пластины;

rк - наружный или внутренний радиус кольца, мм;

S - толщина оболочки, мм;

Sк, Sпл - толщина кольца или пластины, мм;

Т0 - начальная температура рабочей среды, °С;

Тср - конечная температура рабочей среды, °С;

Ts - средняя температура расчетного элемента, °С;

Тн - температура на наружной поверхности оболочки, °С

Та - температура на внутренней поверхности оболочки, °С;

Тк - температура на наружном или внутреннем крае кольца с радиусом r, °С;

Тпл - температура на наружном или внутреннем крае пластины, °С;

Vт - скорость изменения температуры рабочей среды, °C/сек;

?т - коэффициент линейного расширения материала;

? - коэффициент Пуассона;

?темп.- температурные напряжения расчетного элемента, МПа;

- условное минимальное значение температурного напряжения, МПа;

?sн, s - меридиональные температурные напряжения на наружной и внутренней поверхности оболочки, МПа;

?, s- кольцевые температурные напряжения на наружной и внутренней поверхности оболочки, МПа;

s?- кольцевые температурные напряжения, МПа;

sr - радиальные температурные напряжения, МПа;

sv - температурные напряжения при квазистационарном режиме, МПа;

? - коэффициент теплопроводности, вт/м °С;

c - удельная теплоемкость, кДж/кг °С;

? - плотность, кг/м3.

Приложение 2

(Справочное)

Расчет температурных напряжений в отдельных осесимметричных элементах и узлах сопряжения корпуса трубопроводной арматуры

1. Задача расчета.

Задачей расчета является определение следующих температурных напряжений в осесимметричных элементах и узлах корпуса:

?sн, ?sв - меридиональные температурные напряжения на наружной и внутренней поверхности оболочек;

?, s - кольцевые температурные напряжения на наружной и внутренней поверхности оболочек;

?r - радиальные напряжения в пластине;

??- кольцевые напряжения в пластине или кольце.

Индексы ц, сф, А, пл относятся соответственно к цилиндрической, сферической оболочке, кольцу и пластине.

2. Исходные данные:

S, r, rн, rв - геометрические размеры (см. рис. 1 - 4);

E, ?т, w - модуль упругости, коэффициент линейного расширения, коэффициент Пуссона;

Тн, Та - температуры на наружной и внутренней поверхности оболочки;

Ts - средняя температура расчетного элемента;

Тк, Тпл - температура в расчетной точке кольца или пластины.

3. Расчет температурных напряжений в корпусе арматуры выполнен по методике РДМУ 26-07-270-88.

4. Расчет выполнен для распространенных узлов корпуса арматуры (рис. 6).

5. Алгоритм расчета, форма и пример расчета приведены на таблицах 2, 3, 4.

Узел I

Расчетная схема п. 2.3. и табл. 1 п.п. 1 (Рис. 1)

Узел II

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Расчетная схема п. 2.3. и табл. 1 п.п. 2 (рис. 2)

Узел III

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Расчетная схема п. 2.4. и табл. 1 п.п. 3 (Рис. 3)

Узел IV

РДМУ 26-07-270-88 Осесимметричные элементы арматуры. Указания по расчету температурных напряжений

Расчетная схема п. 2.5. и табл. 1 п.п. 4 (Рис. 4)

Рис. 6. Расчетные узлы корпуса трубопроводной арматуры.

Отдельные осесимметричные элементы корпуса арматуры

Таблица 2

Расчетные величины и формулы

Исходные данные

Материал

12Х18Н10Т

См. п. 1.4.

E, МПа

1,97 · 105

aт, 1/°С

1,77 · 10-5

?, °С

0,3

См. п. 2.3.

Тн, °С

20

Тв, °С

300

(Ts)ц, °С

100

(Ts)к, °С

60

(Ts)пл, °С

80

Тк, °С

300

Тпл, мм

300

См. рис. 1 - 4

rн, мм

140

rв, мм

90

rк, мм

90

, МПА/°С

4,981

Цилиндрическая и сферическая оболочка

ssн = s = к(Тs - Тн), МПа

398

ssв = s = к(Тs - Тв), мПа

-996

Пластина

s? = sr = к(Тs - Тпл), МПа

-1096

Кольцо

МПа

-1069

Узлы сопряжения, состоящие из двух элементов корпуса арматуры

Таблица 3

Расчетные величины и формулы

Узел I (см. рис. 6)

Узел сопряжения двух цилиндрических оболочек различной толщины (см. рис. 1)

Исходные данные

См. п. 1.4.

Материал

12Х18Н10Т

E, МПа

1,97 · 105

aт, 1/°С

1,77 · 10-5

r, мм

100

См. рис. 1

SцI, мм

20

SцII, мм

30

См. п. 3.3

(Ts)цI, °С

100

(Ts)цII, °С

80

Вспомогательные величины

0,667

K1 = 1 - Н2

0,555

1,363

3,9

DТц = (Тs)цI - (Тs)цII, °C

20

sц* = EaтDТц, МПа

70

М1 = -1,816sц*К1/Gц

-18,09

24,46

Температурные напряжения в цилиндрической оболочке I

ssн = М1, МПа

-18

s?н = 2Q1 - 0,25М1, МПа

54

ssв = -М1, МПа

18

s?в = 2Q1 - 0,85М1, МПа

64

Температурные напряжения в цилиндрической оболочке II

ssн = Н2М1, МПа

-8

s?н = 2НQ1 - 0,25Н2М1, МПа

30

ssв = -Н2М1, МПа

8

s?в = 2НQ1 - 0,85Н2М1, МПа

37

Узел II (см. рис. 6)

Узел сопряжения цилиндрической оболочки со сферической (см. рис. 2)

Исходные данные

См. п. 1.4

Материал

12Х18Н10Т

E, МПа

1,97 · 105

aт, 1/°С

1,77 · 10-5

См. рис. 2

Sц, мм

20

Sсф, мм

30

rц, мм

100

rсф, мм

150

См. п. 3.3

(Ts)ц, °С

100

(Ts)сф, °С

80

Вспомогательные величины

0,555

K1 = 1 - Н2

0,691

1,667

3,6

DТсф = (Тs)ц - (Тs)сф, °C

20

sсф* = EaтDТсф, МПа

70

-24,4

32,41

Температурные напряжения в цилиндрической оболочке

ssн = М1, МПа

-24

ssв = -s, МПа

71

s?н = 2Q1 - 0,25М1, МПа

24

s?в = 2Q1 - 0,85М1, МПа

85

Температурные напряжения в сферической оболочке

ssн = Н2М1, МПа

-11

ssв = -s, МПа

38

s?н = 2НQ1 - 0,25Н2М1, МПа

11

s?в = 2НQ1 - 0,85Н2М1, МПа

44

Узел I (см. рис. 6)

Узел сопряжения цилиндрической оболочки с кольцом (Рис. 3)

Исходные данные

См. п. 1.4

Материал

12Х18Н10Т

E, МПа

1,97 · 105

aт, 1/°С

1,77 · 10-5

Sц, мм

20

См. рис. 3

Sк, мм

50

rн, мм

140

rв, мм

90

rц, мм

100

См. п. 3.3

(Ts)ц, °С

100

(Ts)к, °С

60

Вспомогательные величины

0,643

0,4

2,3

Wк = XкН2

0,368

4,272

DТк = (Тs)ц - (Тs)к, °C

40

sсф* = EaтDТсф, МПа

140

, МПа мм

-1197

, МПа мм

304

, МПа

-18

, МПа

87

Температурные напряжения в цилиндрической оболочке

ssн = sм, МПа

-18

ssв = -s, МПа

92

s?н = sq - 0,25sм, МПа

18

s?в = sq - 0,85sм, МПа

102

Температурные напряжения в кольце

, МПа

9,4

Узел IV (см. рис. 6)

Узел сопряжения цилиндрической оболочки с пластиной (см. рис. 4)

Исходные данные

Материал

12Х18Н10Т

См. п. 1.4

E, МПа

1,97 · 105

aт, 1/°С

1,77 · 10-5

См. рис. 3

Sц, мм

20

rц, мм

100

Sпл, мм

20

rн, мм

140

rв, мм

90

rпл, мм

90

См. п. 3.3

(Ts)ц, °С

100

(Ts)пл, °С

80

Вспомогательные величины

0,643

1,0

0,932

Wпл = XплН2

0,932

7,42

DТпл = (Тs)ц - (Тs)пл, °C

20

sпл* = EaтDТпл, МПа

70

, МПа мм2

-1039

, МПа мм

235

, МПа

-16

, МПа

68

Температурные напряжения в цилиндрической оболочке

ssн = sм, МПа

-16

ssв = -s, МПа

72

s?н = sq - 0,25sм, МПа

16

s?в = sq - 0,85sм, МПа

82

Температурные напряжения в пластине

3,8

, МПа

9,2

Упрощенный расчет температурных напряжений в модельном узле корпуса для предельных тепловых режимов

Таблица 4

Расчетные величины и формулы

Упрощенный расчет температурных напряжений при квазистационарных режимах

Исходные данные

См. п. 1.4

Материал

12Х18Н10Т

E, МПа

1,95 · 105

aт, 1/°С

1,74 · 10-5

v

0,3

п. 4.4.1.2

a, мм2/сек

4,7

См. рис. 1

SцI, мм

20

SцII, мм

30

См. п. 4.4.1

T0, мм

20

Tср, °С

300

Vт, °С/сек

0,084

Предельное число Фурье

39

Условие Fo* ? 3 (выполнено, не выполнено)

выполнено

Температурные напряжения

, МПа

11,6

Расчетные величины и формулы

См. п. 4.4.5.1

sусл, МПа

9,4

Условие sv < ?усл (выполнено, не выполнено)

выполнено

Температурные напряжения вдали от зоны сопряжения

ssн = s?н = 0,5s?, МПа

5,6

ssв = s?в = -s?, МПа

-11,6

Вспомогательные величины

0,667

См. п. 4.4.5.1

fsн

0,13

fsв

-0,13

f?н

0,3

f?в

0,36

Температурные напряжения в зоне сопряжения

МПа

8,4

МПа

13,1

МПа

-14,8

МПа

-2,8

Упрощенный расчет температурных напряжений при термоударах

МПа

152

МПа

-1204

Приложение 3

(Справочное)

Литература

1. Отчеты п/я А-7899, 1987 - 88 гг. по исследованию температурных напряжений в осесимметричных элементах корпусов трубопроводной арматуры.

2. «Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок», ПиН АЭ Г-7-002-86.

3. Основы термоупругости. А.Д. Коваленко - Киев, Наукова Думка, 1970 г., с. 307.

4. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник, том I, под редакцией И.А. Биргера и Л.Г. Пановко. - М., Машиностроение, 1986 г., с. 831.

5. Kleckova. Nestasionarni teplotni pole a napjatost ve strginich castech. - SNTa, Praha, 1979.

6. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике. Справочник под ред. Б.Е. Неймарк. - М. - Л., Энергия 1967.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения. 1

2. Методика расчета температурных напряжений в отдельных осесимметричных элементах корпуса. 2

3. Методика расчета температурных напряжений в узлах сопряжения. 2

4. Упрощенная методика расчета температурных напряжений для предельных тепловых режимов работы корпуса (квазистационарных режимов и термоударов) 6

Приложение 1. Условные обозначения. 7

Приложение 2. Расчет температурных напряжений в отдельных осесимметричных элементах и узлах сопряжения корпуса трубопроводной арматуры.. 8

Приложение 3. Литература. 14




Реклама: ;


Самые популярные документы раздела



Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика