VÝPOČET NÍZKOCYKLOVÉ ÚNAVY JADERNÉ ARMATURY DLE NORMY NTD A.S.I. SEKCE III. JIŘÍ TÁBORSKÝ*, LINA BRYUKHOVA KRÁLOVOPOLSKÁ STRESS ANALYSIS GROUP, s.r.o.

Transkript

1 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference 202 VÝPOČET ÍZKOCYKLOVÉ ÚAVY JADERÉ ARMATURY DLE ORMY TD A.S.I. SEKCE III JIŘÍ TÁBORSKÝ*, LIA BRYUKHOVA KRÁLOVOPOLSKÁ STRESS AALYSIS GROUP, s.r.o. Abstract: Alternatve fatgue calculaton accordng to TD A.S.I. Secton III. Comparson of dfferent calculaton approaches to fatgue assessment of the body of the valve for nuclear applcaton. Comparson of cumulatve usage factors determned usng elastc and elastc-plastc materal behavour n FEM calculaton. Keywords: valve, elastc-plastc calculaton, fatgue Pops armatury Jedná se o zpětnou klapku, samočnnou (bez pohonu), jednosměrnou armaturu. Talíř je otevírán hydrodynamckým účnkem protékající pracovní látky, př zastavení proudění dojde k jeho samovolnému zavření. Těleso je provedeno z výkovku, talíř a víko z plechu nebo výkovku. Materálové provedení těchto částí je z nerezové ocel. Kontrolovaná armatura muže mít více rozměrů přvařovacích konců, které jsou s příslušným zatížením defnovány v Technckých podmínkách [2]. Utěsnění šroubového spoje těleso/víko je realzováno sprálovým graftovým vnutým těsněním v hlavním slovém toku. Obrázek Posuzovaná armatura 2 Výpočet únavy tělesa armatury dle normy TD A.S.I. Sekce III Výpočet kumulace poškození uvedený v této kaptole vychází z elastckého výpočtu napjatost MKP a následného určení ampltudy celkové (elastcké a plastcké) deformace pomocí Hookova zákona.

2 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference Pops modelu Model použtý ve výpočtu je zobrazen na Obrázku 2. Prováděná analýza se týkala jenom tělesa armatury, proto talíř, víko, šrouby a těsnění nebyly v modelu uvažovány. V místě přvaření sedla k tělesu se uvažoval kontakt typu bonded. V místě nasazení sedla do tělesa se uvažoval kontakt typu frctonless. Obrázek 2 Síť tělesa armatury. Detal sítě v oblast zápchu. Obrázek 3 Teplotní OP a mechancká zatížení realzovaná na modelu 2

3 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference 202 Výpočet byl proveden pro výpočtové parametry uvedené v následující tabulce. Pro jednoduchost byl uvažován pouze jeden z mnoha možných pracovních režmů dané armatury. Tento havarjní režm se vyznačuje rychlou změnu teploty méda (ochlazování vntřního prostoru armatury) a to rychlostí 47,4 C/s z 247 C na 60 C. Tabulka Výpočtové parametry havarjního pracovního režmu Teplotní změna, rychlost změny teploty 247 C 47,4 C/s 60 C Přetlak [MPa] 3,4 Počet opakování režmu = 4 havarjních cyklů typu LOCA Tabulka 2 Materálové charakterstky tělesa armatury Materál 08Ch80T T C T R p0,2 T R m MPa MPa E GPa α /K 6, , Pops výpočtu únavy Kontrola na únavu byla provedena dle normy TD A.S.I. Sekce III []. Byla spočítána dílčí únavová poškození a provedla se kontrola jejch součtu, celkového únavového poškození: D n,00 () kde - počet cyklů -tého typu - dovolený počet cyklů -tého typu. 3

4 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference Výsledky výpočtu Vzhledem k rychlé změně teploty pracovního méda armatury bylo těleso nerovnoměrně ochlazeno po tloušťce. Rozložení teplot př šoku vz Obrázek 4. ejvyšší napětí přtom vznkala v bodě (vz Obrázek 5) a to v místě zápchu pod sedlem. Obrázek 4 Rozložení teplot v 80 [s] teplotního šoku Obrázek 5 Bod s nejvyšší hodnotou napětí Hodnota napjartost v bodě př uvažování elastckého chování materálu je znazorněna vz Obrázek 6. Pro určení kumulace poškození (určení napjatost v bodě ) byl použt elastcký model chování materálu. Tabulka 3 Složky napětí v bodě v 80 [s] teplotního šoku př elastckém chování materálu σ X [MPa] σ Y [MPa] σ Z [MPa] τ XY [MPa] τ YZ [MPa] τ XZ [MPa] 670,8 498,0 884,8-65, -48, 468,4 4

5 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference 202 Obrázek 6 apětí v zápchu př uvažování elastckého chování materálu. Tabulka 4 Kumulace poškození v bodě př elastckém chování materálu Posuzovaný bod Kumulace poškození D [-] Posouzení 4,086 EVYHOVUJE Výpočtem bylo prokázáno, že výsledná kumulace poškození D > a tedy pro elastcký model chování materálu armatura na únavu EVYHOVUJE! Vzhledem k tomu, že předpoklad elastckého chování materálu je přlš konzervatvní, dále se provedla analýza s uvažováním elasto-plastckého chování materálu. 5

6 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference Alternatvní výpočet únavy dle normy TD A.S.I. Sekce III Výpočet kumulace poškození uvedený v této kaptole vychází z elasto-plastckého výpočtu napjatost MKP a přímého určení ampltudy plastcké deformace. 3. Pops modelu Model použtý v tomto výpočtu byl shodný s kap.2, pouze se změnl materálový model (Blnear Isotropc Hardenng) dle Obrázek 7. Obrázek 7 Blneární model chování materálu 3.2 Pops výpočtu únavy Úpravou vzorce (0.) z normy TD A.S.I. Sekce III [] (druhou část vzorce lze pro zjednodušení pro nízkocyklovou únavu zanedbat): af Použjeme-l pak vyjádření E dovolenou ampltudu plastcké deformace: S. ec m (4n. o ) (2) dostaneme následující vztah pro Z této rovnce po úpravě dostaneme dovolený počet cyklů do únavového lomu: m o kde: 4n S. e c je skutečná ampltuda plastcké deformace určená z MKP (určení EPPLEQV vz Obr.8) S je součntel snížení únavové pevnost svaru (pro těleso armatury je S = ) n je součntel bezpečnost vůč počtu cyklů (bere se roven 0). (3) (4) 6

7 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference 202 m je exponent křvky žvotnost dle Tab.0. e c je charakterstka plastcty daná vztahem vz vzorec (0.3), kde druhá část zohledňuje předchozí plastcké deformace součást např. z předchozího zatěžování nebo z výroby (lze opět pro zjednodušení druhou část vzorce zanedbat): Provede se elasto-plastcký výpočet MKP určí se průběh EPPLEQV (Ekvvalent Plastc Stran = rozkmt plastcké deformace) pro jednotlvé zatěžovací stavy. Amltuda plastcké deformace je pak polovční. Určí se pro všechny ampltudy plastcké deformace. Vyčíslí se kumulace poškození: D (5) 3.3 Výsledky výpočtu Provedl se kumulovaný výpočet tří po sobě následujících studených šoků (vz Tab.) jehož výsledkem bylo určení rozkmtu plastcké deformace mez jednotlvým kroky. Mez jednotlvým kroky následoval pomalý ohřev na výchozí teplotu 247 C př zachování pamět materálu. krok krok 2 krok 3 Obrázek 8 Průběh EPPLEQV během n = 3 zatěžovacích kroků Krok Tabulka 5 Výsledky elasto-plastckého výpočtu Rozkmt plastcké deformace EPPLEQV Ampltuda plastcké deformace Dovolený počet cyklů -2 0, , , ,

8 20th SVSFEM ASYS Users' Group Meetng and Conference 202 Výsledná kumulace poškození pro elasto-plastcký model chování materálu pak bude daná součtem poměrů jednotlvých dovolených počtů cyklů pro jednotlvé zatěžovací kroky: n D v našem případě bude platt: kde n - počet zatěžovacích kroků - požadovaný počet cyklů ( 4) - dovolený počet cyklů -tého typu. D 2 Tabulka 6 Kumulace poškození v bodě př elasto-plastckém chování materálu Posuzovaný bod Kumulace poškození D [-] Posouzení 0,0945 < VYHOVUJE Výpočtem bylo prokázáno, že výsledná kumulace poškození D < a tedy pro elasto-plastcký model chování materálu armatura na únavu VYHOVUJE! 4 Závěr Výpočet kumulace poškození př uvažování elastckého chování materálu může v řadě případu vést k přlš konzervatvním výsledkům. Výhodou výpočtu a posouzení stavu čstě elastcké napjatost je nžší časová náročnost výpočtu. Výpočet kumulace poškození za pomocí přímého určování amltudy plastcké deformace je značně časově náročnější, přnáší však výsledky blžší skutečnému chování materálu. Lteratura [] ASOCIACE STROJÍCH IŽEÝRŮ, ormatvně techncká dokumentace A.S.I. Hodnocení pevnost zařízení a potrubí jaderných elektráren tapu VVER Sekce III. Praha, Brno. [2] FEDERÁLÍ SLUŽBA PRO EKOLOGICKÝ, TECHOLOGICKÝ A JADERÝ DOZOR, Potrubní armatury pro jaderné elektrárny. Všeobecné techncké podmínky. Moskva: 92 p. Kontaktní adresa: Ing. Jří Táborský KRÁLOVOPOLSKÁ STRESS AALYSIS GROUP, s.r.o. Okružní 9a, Brno 8