Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки
Дополнительный нагрев утолщенной части патрубка парогенератора при послеремонтной термообработке узла приварки коллектора к патрубку приводит к снижению уровня остаточных растягивающих напряжений. Показано, что при проведении гидроиспытаний, выполняемых после термообработки, происходит уменьш...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48396 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с
 патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после
 термообработки / В.В. Харченко, Г.В. Степанов, В.И. Кравченко, С.В. Кобельский,
 А.И. Бабуцкий, Н.Б. Трунов, В.А. Пиминов // Проблемы прочности. — 2009. — № 3. — С. 25-31. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860248434752094208 |
|---|---|
| author | Харченко, В.В. Степанов, Г.В. Кравченко, В.И. Кобельский, С.В. Бабуцкий, А.И. Трунов, Н.Б. Пиминов, В.А. |
| author_facet | Харченко, В.В. Степанов, Г.В. Кравченко, В.И. Кобельский, С.В. Бабуцкий, А.И. Трунов, Н.Б. Пиминов, В.А. |
| citation_txt | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с
 патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после
 термообработки / В.В. Харченко, Г.В. Степанов, В.И. Кравченко, С.В. Кобельский,
 А.И. Бабуцкий, Н.Б. Трунов, В.А. Пиминов // Проблемы прочности. — 2009. — № 3. — С. 25-31. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Дополнительный нагрев утолщенной части патрубка парогенератора при послеремонтной термообработке узла приварки коллектора к патрубку приводит к снижению уровня остаточных растягивающих напряжений. Показано, что при проведении гидроиспытаний, выполняемых после термообработки, происходит уменьшение неупругих деформаций на внутренней поверхности патрубка, что повышает циклическую долговечность узла.
Додаткове нагрівання стовщеної частини патрубка парогенератора при після- ремонтної термообробки вузла приварки колектора до патрубка призводить до зменшення рівня залишкових напружень розтягу. Показано, що при гідровипробуваннях, які проводяться після термообробки, зменшується величина непружної деформації на внутрішній поверхні патрубка, що збільшує циклічну довговічність вузла.
Additional heating o f steam generator header during after post-overhaul heat treatment of header-steam generator connector weldment results in the reduction o f residual tensile stresses. We demonstrate that hydrostatic strength and leak tests performed after heat treatment provide reduction o f nonlinear strains in the header inner surface, thus increasing the cyclic life of this joint.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:40:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.7
Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с
патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после
термообработки
В. В. Х арченкоа, Г. В. С тепанова, В. И. К равчен коа, С. В. К обельскийа,
А. И. Б абуцкийа, Н. Б. Т рунов6, В. А. П им инов6
а Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
6 ФГУП ОКБ “Гидропресс”, Подольск, Россия
Д о п о л н и т е л ь н ы й н а г р е в у т о л щ е н н о й ч а с т и п а т р у б к а п а р о г е н е р а т о р а п р и п о с л е р е м о н т н о й
т е р м о о б р а б о т к е у з л а п р и в а р к и к о л л е к т о р а к п а т р у б к у п р и в о д и т к с н и ж е н и ю у р о в н я о с т а
т о ч н ы х р а с т я г и в а ю щ и х н а п р я ж е н и й . П о к а з а н о , ч т о п р и п р о в е д е н и и г и д р о и с п ы т а н и й , в ы п о л
н я е м ы х п о с л е т е р м о о б р а б о т к и , п р о и с х о д и т у м е н ь ш е н и е н е у п р у г и х д е ф о р м а ц и й н а в н у т р е н
н е й п о в е р х н о с т и п а т р у б к а , ч т о п о в ы ш а е т ц и к л и ч е с к у ю д о л г о в е ч н о с т ь у з л а .
Ключевые слова: коллектор, парогенератор, термообработка, гидроиспытания.
Введение. Для снятия нежелательных остаточных напряжений, возник
ших вследствие сварки, при проведении ремонтно-восстановительных работ
узла соединения коллектора с корпусом парогенератора ПГВ-1000 реактора
ВВЭР-1000 используется термообработка (ТО), включающая нагрев, выдерж
ку при повышенной температуре для релаксации остаточных сварочных
напряжений и последующее охлаждение. Проблема возникновения остаточ
ных напряжений (ОН) при термообработке узла соединения коллектора с
корпусом парогенератора (ПГ) не изучена в полной мере, что определяет
актуальность исследований в этом направлении.
На основании полученных ранее [1] результатов по оптимизации выпол
нения ТО узла приварки коллектора к патрубку ПГ после ремонта предло
жены ее режимы, обеспечивающие снижение максимальных ОН в узле. В
этих расчетах учитывается влияние изгибающего момента на узел приварки
со стороны главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ) без учета жест
кости его соединения с корпусом реактора (КР) и перераспределения напря
жений в узле при последующем нагружении.
В данном сообщении приведены результаты уточненного расчета кине
тики напряженно-деформированного состояния (НДС) в узле приварки кол
лектора к патрубку ПГ при моделировании операции термообработки и
последующего эксплуатационного нагружения, включающего гидроиспыта
ния (ГИ) и последующие нормальные условия эксплуатации (НУЭ).
Выбор расчетной схемы. Кинематические связи элементов реакторов
“малой” и “большой” серий (ПГ, горячей ветви ГЦТ и КР) аналогичны и
отличаются только компоновкой. На рис. 1 приведена расчетная модель ПГ
малой серии. Схема нагружения учитывает опирание ПГ и КР на катки и
опорный бурт соответственно, а также жесткое защемление торца ГЦТ в
стенке КР. На рис. 2 показана конструкция узла сварного соединения, наибо-
© В. В. ХАРЧЕНКО, Г. В. СТЕПАНОВ, В. И. КРАВЧЕНКО, С. В. КОБЕЛЬСКИЙ, А. И. БАБУЦКИЙ,
Н. Б. ТРУНОВ, В. А. ПИМИНОВ, 2009
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 3 25
В. В. Харченко, Г. В. Степанов, В. И. Кравченко и др.
лее нагруженным элементом которого является утоненная часть патрубка ПГ,
включающая сварной шов. На эту часть патрубка действуют нагрузки на ПГ
со стороны ГЦТ, вес присоединенных к коллектору конструктивных элемен
тов и теплоносителя, а также нагрузки, вызванные давлением в первом и
втором контурах ПГ.
Корпус
Рис. 1. Расчетная модель реактора, включающая парогенератор, ГЦТ и корпус реактора.
Расчеты проводили с использованием программы SPACE [2], позволя
ющей решать задачу термопластичности в пространственной постановке с
учетом истории нагружения.
Принимаем, что физико-механические свойства металла ПГ зависят от
температуры. Неупругое деформирование материала в процессе релаксации к
концу периода выдержки рассчитывали по уравнению изотропного дефор
мационного упрочнения с учетом влияния температуры [3]
о = о Y (1 + £) 1-
М
* :
T /
где о у - предел текучести при температуре 20° С; АТ - температура нагрева;
Т - параметр материала. Параметры данного уравнения определяют линей
ное снижение напряжений в результате релаксации при заданной выдержке с
о Y = 340 МПа (при Т = 20°С) до о Y = 100 МПа (при Т = 650°С).
26 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 3
Перераспределение напряжений в узле соединения ...
Рис. 2. Схема нагрева при ТО-опт.
Расчет кинетики НДС в узле приварки при термообработке выполнен для
ее оптимального режима (ТО-опт) на основании результатов проведенного
ранее [1] моделирования, он предусматривает нагрев утоненной части па
трубка и половины поверхности его утолщенной части (рис. 2). Такая термо
обработка позволяет понизить уровень максимальных ОН в области галтель-
ного перехода узла приварки коллектора к патрубку ПГ.
В расчетах принято изменение температуры (нагрев с 20 до 650° С за 9 ч;
выдержка при постоянной температуре в течение 7 ч; охлаждение до 20°С за
11 ч), соответствующее ТО-опт.
При определении НДС решали нестационарную задачу теплопроводности
с учетом зависимости теплофизических свойств от температуры. При задан
ном времени от начала нагружения определяли температурные поля, которые
использовали далее при решении задачи термопластичности.
Для уменьшения трудоемкости расчетов предложена редуцированная
расчетная модель, в которой узел соединения ГЦТ с корпусом реактора
заменен жестким защемлением ГЦТ. Значения остаточных окружных а ̂ ,
осевых а 2 и эквивалентных а 1 напряжений на стенке “кармана” в области
галтельного перехода узла приварки, полученные с использованием полной,
включающей ПГ, ПЦТ и КР, и редуцированной расчетной моделей отличают
ся несущественно (менее 1%). Поэтому далее в расчетах ТО-опт, последу
ющих ГИ и НУЭ использовали редуцированную модель как более эконо
мичную.
Результаты расчетов перераспределения ОН в узле приварки при
первы х ГИ и НУЭ после ТО. При моделировании гидроиспытаний ПГ
нагружали давлением 25 МПа в первом контуре и 11 МПа во втором контуре.
При моделировании НУЭ давление составляло 16 и 6 МПа соответственно.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 3 27
В. В. Харченко, Г. В. Степанов, В. И. Кравченко и др.
Ниже приведены результаты расчета интенсивности ОН в узле приварки
коллектора к патрубку ПГ большой серии после ТО-опт, их перераспре
деление после первых ГИ и НУЭ.
На рис. 3 показано распределение интенсивности ОН по стенке кармана
вдоль угловой координаты на расстоянии 20 мм от его дна после ТО-опт, ГИ и
НУЭ. Видно существенно неравномерное распределение интенсивности ОН.
Наибольших значений они достигают вблизи областей, прилегающих к корот
кой и длинной частям патрубка, на всех этапах цикла нагружения.
350
300
я 250
5
« 200
X(И
I 150 а.сго
х 100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7
Угловая координата, рад
Рис. 3. Распределение интенсивности ОН по стенке кармана вдоль угловой координаты на
расстоянии 20 мм от его дна после ТО-опт, ГИ и НУЭ. Здесь и на рис. 4, 5: А - а ; после
ТО-опт; О - а ; после ГИ; □ - а ; после НУЭ.
Графики изменения интенсивности ОН после ТО-опт, их перераспре
деление после первых ГИ и НУЭ для короткой и длинной частей патрубка в
меридиональных сечениях, соответствующих углам р = л и р = 0 соответ
ственно, приведены на рис. 4 и 5.
4 0 0
350
300ГО
^ 250
<ц
1 200
*
| 150ГО
т 100
50
0
2 5 0 2 7 0 29 0 310 3 3 0 350 г, мм
Рис. 4. Распределение интенсивности ОН по стенке кармана в области галтельного перехода
ПГ большой серии после ТО-опт, ГИ и НУЭ (р = л ; при г = 250 мм у дна кармана).
Максимальные значения компонентов ОН после ТО-опт, ГИ и НУЭ в
области галтельного перехода (г = 250...270 мм) для короткой и длинной
частей патрубка приведены в табл. 1 и 2 соответственно.
28 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 3
Перераспределение напряжений в узле соединения
Т а б л и ц а 1
О статочны е напряж ения в короткой части патрубка
Напряжение, МПа После ТО-опт После ГИ После НУЭ
150 171 172
р ----- ---- -----
150 171 172
О- г 223 180 173
223 180 173
Оі 221 180 176
316 276 278
П римечание. Здесь и в табл. 2: над чертой приведены значения напряжений на стенке кармана
(20 мм от его дна), под чертой - максимальные (по абсолютной величине) в области
галтельного перехода.
Т а б л и ц а 2
О статочны е напряж ения в длинной части патрубка
Напряжение, МПа После ТО-опт После ГИ После НУЭ
ОР 172 14 14
14 208 208
О г -5 6 - 6 8 - 6 6
-1 8 2 -1 9 2 -1 9 2
Оі 67 76 74
335 332 335
Рис. 5. Распределение интенсивности ОН на стенке кармана в области галтельного перехода
ПГ большой серии после ТО-опт, ГИ и НУЭ (р = 0; при г = 250 мм у дна кармана).
На рис. 6 показано изменение интенсивности пластической деформации
по стенке кармана в области галтельного перехода после ТО-опт, ГИ и НУЭ
(р = л и р = 0 для короткой и длинной частей патрубка соответственно).
По результатам проведенных расчетов нагружение при НУЭ после ГИ не
вызывает существенного изменения интенсивности ОН и интенсивности плас
тической деформации по поверхности кармана (вдоль оси коллектора и по
окружной координате), за исключением узкой области вблизи короткой части
0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 3 29
В. В. Харченко, Г. В. Степанов, В. И. Кравченко и др.
патрубка. Можно предположить, что при последующих ГИ и НУЭ про
исходит перераспределение ОН, в результате чего уровень неупругих дефор
маций за цикл нагружения снижается.
Рис. 6. Распределение интенсивности пластической деформации на стенке кармана в области
галтельного перехода ПГ большой серии после ТО-опт, ГИ и НУЭ (р = л ; при г = 250 мм у
дна кармана): А - єір после ТО-опт; О - єір после ГИ; □ - єір после НУЭ.
Интенсивность пластической деформации на стенке кармана в области
галтельного перехода при р = 0 после ТО-опт не изменяется при ГИ и НУЭ.
В ы в о д ы
1. Показана применимость редуцированной расчетной модели (с жест
ким защемлением торца трубы ГЦТ со стороны КР), учитывающей влияние
изгибающего момента со стороны ГЦТ на узел приварки и обеспечивающей
уточненную оценку НДС при ТО.
2. Дополнительный нагрев утолщенной части патрубка при термообра
ботке снижает уровень максимальных растягивающих ОН в узле приварки.
Проведение ГИ после такой ТО приводит к уменьшению величины неупругой
деформации и, как следствие, к увеличению числа циклов до разрушения,
определяемого исчерпанием ресурса пластичности металла.
3. Нагружение при НУЭ после ГИ не вызывает возникновения неупругих
деформаций на поверхности кармана, за исключением локальных зон в облас
ти галтельного перехода. Изменение интенсивности неупругой деформации в
этих зонах за первый цикл нагружения при НУЭ не превышает 0,03% и
сопровождается снижением интенсивности ОН.
4. Можно предположить, что перераспределение ОН при последующих
циклах нагружения приведет к уменьшению накопления неупругих деформа
ций за цикл нагружения при НУЭ, что будет благоприятно влиять на длитель
ность безопасной эксплуатации ПГ. Расчетная оценка такого эффекта явля
ется задачей дальнейших исследований.
30 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 3
Перераспределение напряжений в узле соединения
Р е з ю м е
Додаткове нагрівання стовщеної частини патрубка парогенератора при після-
ремонтної термообробки вузла приварки колектора до патрубка призводить
до зменшення рівня залишкових напружень розтягу. Показано, що при гідро-
випробуваннях, які проводяться після термообробки, зменшується величина
непружної деформації на внутрішній поверхні патрубка, що збільшує цикліч
ну довговічність вузла.
1. Степанов Г. В., Харченко В. В., Бабуцкий А. И. и др. Напряженно-
деформированное состояние узла приварки коллектора к патрубку кор
пуса парогенератора при локальной термообработке // Пробл. прочности.
- 2006. - № 6. - С. 43 - 50.
2. Програмне забезпечення “Тривимірне скінченноелементне моделювання
теплового і термонапруженого стану елементів машинобудівних конст
рукцій (SPACE)” // Система сертифікації УкрСЕПРО. Сертифікат відпо
відності № UA1.017.0084261-02. - 2002.
3. Степанов Г., Бабуцький А. Вплив локального осесиметричного нагрі
вання труби на рівень залишкових напружень // Вісн. Тернопільського
держ. техн. ун-ту. - 2004. - 9, № 4. - С. 32 - 36.
Поступила 24. 06. 2008
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2009, № 3 31
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48396 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:40:16Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Харченко, В.В. Степанов, Г.В. Кравченко, В.И. Кобельский, С.В. Бабуцкий, А.И. Трунов, Н.Б. Пиминов, В.А. 2013-08-19T11:09:46Z 2013-08-19T11:09:46Z 2009 Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с
 патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после
 термообработки / В.В. Харченко, Г.В. Степанов, В.И. Кравченко, С.В. Кобельский,
 А.И. Бабуцкий, Н.Б. Трунов, В.А. Пиминов // Проблемы прочности. — 2009. — № 3. — С. 25-31. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48396 539.7 Дополнительный нагрев утолщенной части патрубка парогенератора при послеремонтной термообработке узла приварки коллектора к патрубку приводит к снижению уровня остаточных растягивающих напряжений. Показано, что при проведении гидроиспытаний, выполняемых после термообработки, происходит уменьшение неупругих деформаций на внутренней поверхности патрубка, что повышает циклическую долговечность узла. Додаткове нагрівання стовщеної частини патрубка парогенератора при після- ремонтної термообробки вузла приварки колектора до патрубка призводить до зменшення рівня залишкових напружень розтягу. Показано, що при гідровипробуваннях, які проводяться після термообробки, зменшується величина непружної деформації на внутрішній поверхні патрубка, що збільшує циклічну довговічність вузла. Additional heating o f steam generator header during after post-overhaul heat treatment of header-steam generator connector weldment results in the reduction o f residual tensile stresses. We demonstrate that hydrostatic strength and leak tests performed after heat treatment provide reduction o f nonlinear strains in the header inner surface, thus increasing the cyclic life of this joint. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки Stress redistribution in PGV-1000 header-steam generator connector weldment during Its loading after heat treatment Article published earlier |
| spellingShingle | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки Харченко, В.В. Степанов, Г.В. Кравченко, В.И. Кобельский, С.В. Бабуцкий, А.И. Трунов, Н.Б. Пиминов, В.А. Научно-технический раздел |
| title | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки |
| title_alt | Stress redistribution in PGV-1000 header-steam generator connector weldment during Its loading after heat treatment |
| title_full | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки |
| title_fullStr | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки |
| title_full_unstemmed | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки |
| title_short | Перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки |
| title_sort | перераспределение напряжений в узле соединения коллектора с патрубком парогенератора пгв-1000 при его нагружении после термообработки |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48396 |
| work_keys_str_mv | AT harčenkovv pereraspredelenienaprâženiivuzlesoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000priegonagruženiiposletermoobrabotki AT stepanovgv pereraspredelenienaprâženiivuzlesoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000priegonagruženiiposletermoobrabotki AT kravčenkovi pereraspredelenienaprâženiivuzlesoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000priegonagruženiiposletermoobrabotki AT kobelʹskiisv pereraspredelenienaprâženiivuzlesoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000priegonagruženiiposletermoobrabotki AT babuckiiai pereraspredelenienaprâženiivuzlesoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000priegonagruženiiposletermoobrabotki AT trunovnb pereraspredelenienaprâženiivuzlesoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000priegonagruženiiposletermoobrabotki AT piminovva pereraspredelenienaprâženiivuzlesoedineniâkollektoraspatrubkomparogeneratorapgv1000priegonagruženiiposletermoobrabotki AT harčenkovv stressredistributioninpgv1000headersteamgeneratorconnectorweldmentduringitsloadingafterheattreatment AT stepanovgv stressredistributioninpgv1000headersteamgeneratorconnectorweldmentduringitsloadingafterheattreatment AT kravčenkovi stressredistributioninpgv1000headersteamgeneratorconnectorweldmentduringitsloadingafterheattreatment AT kobelʹskiisv stressredistributioninpgv1000headersteamgeneratorconnectorweldmentduringitsloadingafterheattreatment AT babuckiiai stressredistributioninpgv1000headersteamgeneratorconnectorweldmentduringitsloadingafterheattreatment AT trunovnb stressredistributioninpgv1000headersteamgeneratorconnectorweldmentduringitsloadingafterheattreatment AT piminovva stressredistributioninpgv1000headersteamgeneratorconnectorweldmentduringitsloadingafterheattreatment |