ГОСТ Р 59115.15-2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет на прочность типовых узлов трубопроводов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р 59115.15— 2021

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Расчет на прочность типовых узлов трубопроводов

Издание официальное

Москва Российский институт стандартизации 2021

ГОСТ Р 59115.15—2021

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля» (АО «НИКИЭТ»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 «Атомная техника»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2021 г. № 1178-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по сослюянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

©Оформление. ФГБУ «РСТ». 2021

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии и

ГОСТ Р 59115.15—2021

Содержание

1 Область применения..................................................................1

2 Нормативные ссылки ..................................................................1

3 Термины и определения................................................................2

4 Обозначения и сокращения.............................................................2

5 Общие положения....................................................................4

6 Расчет компонентов низкотемпературных трубопроводов....................................4

6.1 Первая группа категорий напряжений.................................................4

6.2 Вторая группа категорий напряжений..................................................5

6.3 Расчет компонентов трубопроводов на приспособляемость...............................8

6.4 Амплитуды местных напряжений....................................................10

6.5 Коэффициенты интенсификации напряжений сварных швов.............................11

6.6 Проверка локализации пластической деформации в зонах концентраторов.................12

6.7 Амплитуды местных напряжений с учетом пластических деформаций.....................12

6.8 Дополнительное условие отсутствия ратчетинга в прямолинейных трубах..................13

7 Упрощенный расчет на циклическую прочность компонентов низкотемпературных трубопроводов......................................................................13

8 Расчет компонентов высокотемпературных трубопроводов с учетом ползучести................14

9 Коэффициенты податливости отводов и тройников в расчетах трубопроводов.................16

9.1 Отводы..........................................................................16

9.2 Тройники........................................................................17

Приложение А (рекомендуемое) Альтернативная методика расчета типовых узлов трубопроводов на прочность................................................19

Приложение Б (рекомендуемое) Альтернативная методика оценки прочности компонентов трубопровода по группе категорий напряжений (а),.............................43

Приложение В (обязательное) Расчет на длительную циклическую прочность...................44

Приложение Г (рекомендуемое) Оценка пружинения трубопровода при кинематическом нагружении в условиях упругопластического деформирования....................45

Библиография........................................................................48

III

ГОСТ Р 59115.15—2021

Введение

Настоящий стандарт взаимосвязан с другими стандартами, входящими в комплекс стандартов, регламентирующих обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

IV

ГОСТ Р 59115.15—2021

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Расчет на прочность типовых узлов трубопроводов

Rules for strength assessment of equipment and pipelines of nuclear power installations. Strength analysis of typical pipelines components

Дата введения — 2022—01—01

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к проведению расчета на прочность типовых узлов (труб, тройников, отводов, их сварных соединений) трубопроводов атомных энергетических установок. на которые распространяется действие федеральных норм и правил в области использования атомной энергии [1].

1.2 Настоящий стандарт предназначен для применения при обосновании прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 59115.1 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Термины и определения

ГОСТ Р 59115.2 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент Пуассона, модуль сдвига

ГОСТ Р 59115.4 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Длительные механические свойства конструкционных материалов

ГОСТ Р 59115.8—2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет по выбору основных размеров

ГОСТ Р 59115.9—2021 Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Поверочный расчет на прочность

Примечание — При пользования настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение. в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

Издание официальное

1

ГОСТ Р 59115.15—2021

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59115.1 и ГОСТ Р 59115.9. а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 механические нагрузки на компонент трубопровода: Воздействие на компонент трубопровода внутреннего давления, веса, а также динамических нагрузок.

3.2 кинематические нагрузки на компонент трубопровода: Воздействие на компонент трубопровода температурных расширений, смещений опор, монтажной растяжки и других факторов, влияние которых снижается при деформировании под их воздействием.

3.3 режим нагружения: Сочетание механических и кинематических нагрузок при определенной температуре и заданном периоде эксплуатации трубопровода.

3.4 коэффициент формы сечения при изгибе: Величина отношения предельной механической нагрузки при общем изгибе компонента из идеально-пластического материала к нагрузке, соответствующей началу пластического течения в рассматриваемом сечении компонента.

3.5 напряжения (усилия) компенсации: Напряжения (усилия), вызванные стеснением деформации от температурного расширения компонентов трубопровода и температурных смещений его опор.

3.6 приспособляемость: Способность компонента трубопровода упруго циклически деформироваться за счет создания в нем определенной системы остаточных напряжений после первых циклов упругопластического нагружения.

3.7 ратчетинг: Одностороннее нарастание необратимой деформации при циклическом нагружении компонента трубопровода.

3.8 пружинение системы (elastic follow-up): Перераспределение воздействия кинематических нагрузок между компонентами трубопровода, вследствие чего у более податливых компонентов происходит дополнительный рост необратимых деформаций, а кинематические нагрузки при статическом нагружении частично действуют как механические нагрузки.

3.9 референсное напряжение: Напряжение в компоненте трубопровода, найденное упругим решением и деленное на коэффициент формы поперечного сечения при изгибе.

3.10 коэффициент интенсификации напряжений (деформаций): Коэффициент, характеризующий превышение напряжений (деформаций) в компоненте трубопровода по сравнению с прямой трубой.

4 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие условные обозначения и сокращения:

А — площадь поперечного сечения компонента, мм²:

В — коэффициент интенсификации напряжений изгиба от механических нагрузок;

В_2г. ^Zo — коэффициенты интенсификации напряжений изгиба от действия механических нагрузок в магистральной части и ответвлении тройникового соединения соответственно;

С, — коэффициент интенсификации напряжений от внутреннего давления;

С₂ — коэффициент интенсификации напряжений изгиба от механических и кинематических нагрузок;

С₃ — коэффициент интенсификации температурных напряжений:

С_2/. ^20 — коэффициенты интенсификации напряжений от действия механических и кинематических нагрузок в магистральной части и ответвлении тройникового соединения соответственно;

D_a — номинальный наружный диаметр трубы, отвода или магистральной части тройникового соединения, мм;

D^ — средний диаметр трубы, отвода или магистральной части тройникового соединения, мм; d_a — номинальный наружный диаметр ответвления тройника, мм;

d_m — средний диаметр ответвления тройника, мм:

Е^т — модуль упругости при температуре Т. МПа;

Е — модуль упругости при температуре Т= 20 ’С. ЫПа:

Е_ав — средний модуль упругости материалов компонентов трубопровода Диб при температуре Т= 20 °C. МПа;

L — длина утолщенной части ответвления тройника, мм;

М_л, М₇. М_г — моменты в поперечном сечении трубопровода относительно осей х. уи г. Н мм;

M_tn, ^м,_п — моменты от механических нагрузок в поперечном сечении трубопровода относительно осей х. у иг. Н мм;

2

ГОСТ Р 59115.15—2021

АМ АМ.. АМ — размахи моментов в поперечном сечении трубопровода относительно осей х. у и z, * Нмм;

АМ^_к. АМ^. АМ^ — размахи моментов в поперечном сечении трубопровода от компенсации температурного расширения. Нмм;

АМ,. АМ_О — размахи изгибающего момента в продольной плоскости отвода и в ортогональном направлении. Н мм;

лМ^ — размах фиктивного изгибающего момента в овальном поперечном сечении отвода от действия внутреннего давления. Н мм:

Mj-^+^+*^— результирующий момент в поперечном сечении компонента, Н мм;

^=^+i^+^— результирующий размах момента в поперечном сечении компонента, Н мм:

М^. М._

— результирующий момент в магистральной части и ответвлении тройникового соединения соответственно. Н мм:

АМ^ AM_Lo — результирующие размахи моментов в магистральной части и ответвлении тройникового соединения соответственно. Н мм:

р — давление избыточное. МПа:

А_р — размах давления. МПа;

R — радиус кривизны продольной оси отвода, мм;

г — средний радиус поперечного сечения изогнутой трубы (отвода), мм.

г_т — коэффициент пружинения компонента при кинематическом монотонном нагружении; г_с — коэффициент пружинения компонента при циклическом кинематическом нагружении;

^rT_po.2 — минимальное значение предела текучести при температуре Т. МПа;

R^ — минимальный предел длительной прочности за время t при температуре Т. МПа, s — номинальная толщина стенки компонента, мм;

^smax — толщина стенки в меридиональном сечении штампованного тройника посередине его переходного участка, мм;

s_o — номинальная толщина стенки трубы, присоединенной к ответвлению штампованного тройника или тройника с вытянутой горловиной, мм;

s_r — номинальная толщина стенки трубы, присоединенной к магистральной части штампованного тройника или тройника с вытянутой горловиной, мм;

s — толщина усиления на части ответвления тройника, мм;

Т — средняя по толщине стенки температура в расчетном сечении компонента. °C;

Т₍ — температура, при превышении которой необходимо учитывать характеристики длительной прочности, пластичности и ползучести, °C;

Т_т — средне-интегральное значение температуры по толщине стенки компонента. ‘С: АТ_Л. АТ_в~ размахи средних значений температур в зоне сопряжения компонентов трубопровода А и В с различными толщинами стенок или с неодинаковыми теплофизическими характеристиками металла, °C;

W — момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы или отвода, мм³;

W_o. W, — моменты сопротивления изгибу поперечных сечений ответвления и магистральной части тройника, мм³;

х, у, z — обозначение осей ортогональной системы координат;

а ⁷ — средний температурный коэффициент линейного расширения при изменении температуры от 20 °C до Т. 1ГС;

а — температурный коэффициент линейного расширения при 20 °C, 1 /°C;

«_д. ^ае — значения п сопряженных компонентов трубопровода А и В с различными толщинами стенок или с неодинаковыми теплофизическими характеристиками металла. 1/°С;

а — овальность поперечного сечения (отношение разности максимального и минимального наружных диаметров сечения к их полусумме). %:

X — безразмерный параметр отвода (а = RJf²);

р — коэффициент Пуассона, принимаемый согласно ГОСТ Р 59115.2;

л_ф — окружное мембранное напряжение в стенке трубы от внутреннего давления. МПа;

3

ГОСТ Р 59115.15—2021

До^ — абсолютное значение размаха окружного мембранного напряжения в стенке компонента при изменении внутреннего давления. МПа;

л_? — напряжение под действием результирующего момента от механических нагрузок, МПа;

п_к — напряжение под действием результирующего момента при компенсации температурных расширений трубопровода. МПа;

(с),. (а)₂ — группы категорий напряжений. МПа,

(g,)₂ — группа категорий напряжений с учетом сейсмических воздействий. МПа;

(о)_я — размах напряжений. МПа;

(G_aF) — амплитуда местных напряжений с учетом концентрации. МПа;

[с] — номинальное допускаемое напряжение. МПа.

n,_ef — референсное напряжение, МПа;

Ф — коэффициент снижения прочности продольного сварного шва в трубах согласно ГОСТ Р 59115.8—2021 (подраздел 6.3);

Ф* — коэффициент снижения прочности поперечного сварного шва в трубах при изгибе согласно ГОСТ Р 59115.8—2021 (подраздел 6.3);

MP3 — максимальное расчетное землетрясение;

ННУЭ — нарушение нормальных условий эксплуатации;

НУЭ — нормальные условия эксплуатации,

ПЗ — проектное землетрясение.

5 Общие положения

5.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к расчету низкотемпературных и высокотемпературных трубопроводов атомных энергетических установок. К классу низкотемпературных трубопроводов относят трубопроводы с температурой Т S 7₍. где 7, определяют согласно ГОСТ Р 59115.4. К классу высокотемпературных трубопроводов относят трубопроводы с 7 > 7_Г В расчетах компонентов высокотемпературных трубопроводов должен выполняться учет ползучести.

5.2 Основные размеры компонентов трубопровода должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 59115.8-2021.

5.3 Допускается выполнять расчет на прочность типовых узлов трубопроводов по методикам, изложенным в приложениях А и Б.

5.4 Номинальные допускаемые напряжения определяют по ГОСТ Р 59115.9—2021 (раздел 5).

5.5 Проверку прочности для групп категорий напряжений (о), и (п^ при статических и динамических нагрузках следует проводить по ГОСТ Р 59115.9—2021 (пункты 8.2 и 15.1.17).

5.6 При определении напряжений (п)₂ в высокотемпературных трубопроводах следует учитывать частичное перераспределение напряжений изгиба поперечного сечения в условиях установившейся ползучести.

5.7 Проверку прочности типовых узлов трубопровода по группе категорий напряжений (а)_я выполняют в соответствии с требованиями 6.3 и 7.3.

5.8 Проверку прочности по группе категорий напряжений (o_aF) при 7 S 7, следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 59115.9—2021 (пункт 10.3) с учетом максимального влияния асимметрии цикла.

5.9 Настоящий стандарт содержит методики расчета групп категорий напряжений применительно к выполнению поверочного расчета в типовых узлах трубопроводов с отношением D_als от 5 до 120 и требования к условиям проверки их прочности.

5.10 Проверку на длительную циклическую прочность осуществляют в соответствии с приложением В.

5.11 При расчете приведенных напряжений в узлах трубопровода монтажная растяжка не учитывается.

5.12 Для определения коэффициентов податливости и интенсификации напряжений компонентов трубопровода допускается вместо расчетов по разделу 9 использовать экспериментальные или численные методы (в частности, метод конечных элементов).

6 Расчет компонентов низкотемпературных трубопроводов

6.1 Первая группа категорий напряжений

Группу категории общих мембранных напряжений (п), для прямолинейных труб от действия давления определяют по формуле

4

ГОСТ Р 59115.15—2021

£^ аре

(61)

Для остальных компонентов трубопровода при определении напряжений (с), спедует пользоваться численными методами.

Допускается не проводить проверку прочности компонентов трубопровода по напряжениям (ст), при выполнении требований Б.2 и Б.З (приложение Б).

6.2 Вторая группа категорий напряжений

6.2.1 Для прямолинейных труб значение группы категорий напряжений (ст)₂ от действия механических нагрузок следует определять по формуле

^(ВЬ-Я& ⁺

W

,2

(6.2)

где В = 1.0.

6.2.2 Для отводов, включая секторные (с углом скоса между плоскостью сварного шва и продольной осью сектора меньшего или равного 15°). значение (л)₂ следует определять по формупе (6.2), в которой коэффициент интенсификации напряжений изгиба Б следует принимать в следующем виде:

В" —^^г, НО НО МММ 1Д

(6.3)

'«^■M«^.j

Л = Rslr^

^■, = PDJ2S.

6.2.3 Для ортогональных тройников (см. рисунок 6.1) значение (ст)₂ следует определять по формуле

,2

(6.4)

где результирующие моменты для ответвления и магистральной части равны

^Уо =^7Г7л^77м^. ДМ^ ^^ДМ^ Ч^+АМ^:

(6.5)

Коэффициенты интенсификации напряжений тройников при (d_m!D_m) S 1 и {D_mls_t) S 120: - для ортогональных тройников [см. рисунки 6.1а) и 6.16)] следует принимать:

2

1

ч»-*-

Я

^при о ^sw

w-L^ при d6<^iw.

(66)

5

ГОСТ Р 59115.15—2021

где

9 =

0,75 при ^d9

if

^-^‘[^-^] при W<^SW

s_e = s_o + s_p, если длина усиления ответвленияi^X6^^+Vили s_e = s_o. если L < 0-5^d_m(s_o+s_p).

При В_о < 1 принимают 8_О = 1: при В, < 1 принимают В. = 1.0.

Для тройника с усиленным ответвлением (см. рисунок 6.1а)] при расчете момента сопротивления поперечного сечения ответвления в формулу (6.4) вместо s_o следует подставить величину s_e.

Для кованых тройников [рисунок 6.1 в)] коэффициенты В_о и В. вычисляют по формуле (6.6) при о = DM + О,/4 + D/2, d = dl4 + d.14 ♦ dJ2. d_n = dl2 + dJ2. s = DM + DJ4 - D/2. и s = s = d/4 + + d^/4 - d/2 [см. рисунок 6. 1b)];

в)Тройник кованый

Рисунок 6.1 — Расчетные схемы ортогональных тройников

6

ГОСТ Р 59115.15—2021

-для штампованных тройников из бесшовных труб (см. рисунок 6.2) следует использовать выражения:

где С₂ определяют по 6.3.3.

В_я -О,в-С^, но но ъмнм 1,0 B_f=0,75'^ но но менее W ’

Рисунок 6.2 — Штампованный тройник из бесшовных груб

6.2.4 Для труб, отводов и тройников при 50 s D_gis S 120 коэффициенты интенсификации приведенных напряжений группы (<т)₂ умножают на 1/(ХУ), где X = 1.3 - 0,006 DJs. но не более 1.0. У = 1.0224 -- 0,0005941. но не более 1.0, для углеродистых и легированных сталей; для аустенитных сталей У = 1.0.

6.2.5 При определении результирующего момента в расчетном сечении предварительно должны быть определены его составляющие по каждому направлению осей координат М, (/ = х. у. z). Момент М, следует определять как алгебраическую сумму моментов в направлении оси / от всех рассматриваемых нагрузок. Если метод расчета на динамические нагрузки (например, линейно-спектральный метод) не позволяет определить алгебраические знаки моментов, то при их суммировании с другими моментами следует использовать наиболее консервативную комбинацию знаков.

6.2.6 Определение знака для моментов показано на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3 — Правило знаков для моментов в тройниковом соединении

7

ГОСТ Р 59115.15—2021

Результирующий момент М_£г на магистральной части тройника следует определять следующим образом.

- если по оси / (/ = х, у. z) моменты М_л и М,₂ одного знака, то М_1Г принимают равным нулю;

- если моменты М_п и М,₂ разного знака или у обоих моментов знаки не определены, то М„ полагается равным наименьшему из них по абсолютному значению:

- определение результирующего момента М _г следует проводить после определения значений М...

Моменты М^ соответствуют обозначениям M_i2 на рисунке 6.3.

Моменты Ц. и М_1О подставляют в формулы (6.5) для определения значений результирующих моментов М, и М_1О на магистральной части и ответвлении тройника.

Моменты, действующие на ответвление, следует определять при d_mfD_m > 0,5 относительно осей координат с началом в точке пересечения продольных осей магистральной части и ответвления, а при d_m!D_m 5 0,5 — через точку пересечения ближайшей образующей наружной поверхности магистральной части с продольной осью ответвления.

Моменты, действующие на магистральную часть тройника, следует определять относительно осей координат с началом в точке пересечения осей магистральной части и ответвления.

6.2.7 Изложенную в 6.2.1—6.2.6 методику расчета (а)₂ при статическом нагружении используют для вычисления (c_s)₂ при учете внешних динамических воздействий по ГОСТ Р 59115.9.

6.2.8 При расчете на сейсмические воздействия допускается исключить нагрузки от сейсмических смещений опор (ССО). если:

- при сейсмическом воздействии уровня ПЗ нагрузки от ССО рассматривают в комбинации с другими кинематическими нагрузками;

- при интенсивности сейсмического воздействия MP3 и выше, дополнительно проверяют следующие условия:

А

где Р_ссо и М_ссо — амплитуда осевой силы и размах результирующего момента в сечении трубопровода. возникающие при сейсмических смещениях опор соответственно;

[с] — номинальное допускаемое напряжение при температуре рассматриваемого режима нагружения.

6.3 Расчет компонентов трубопроводов на приспособляемость

6.3.1 Расчет на приспособляемость следует проводить по группе категорий напряжений (п)_я, учитывающей изменение механических и кинематических нагрузок.

Напряжение (п)_я включает в себя размах общих (или местных) мембранных напряжений, общих плюс местных изгибных напряжений, компенсационных, а также общих температурных напряжений.

Условие приспособляемости, обеспечивающее отсутствие прогрессирующего изменения форм и размеров, имеет вид

(<О_Я5 3М. (6.7)

где [о] вычисляют при максимальной температуре цикла.

6.3.2 Для прямолинейной трубы значение (a)_R следует вычислять по формуле

ю^о^+с^+ад^ъ-в^^^ (6.8)

где С, = С₂ = 1.0 и С₃ = 0.6;

Примечания

1 Если масса трубопровода, включая рабочую среду, изменяется в течение цикла нагружения, то это изменение механической нагрузки следует учитывать в расчете.

8

ГОСТ Р 59115.15—2021

2 При определении размахов ДГ_Д и ДГ_е в зоне сопряжения компонентов трубопровода А и В с различными толщинами стенок или с неодинаковыми гелиофизическими характеристиками усреднение температур должно быть проведено в пределах расстояния ^d_As_A от места сопряжения для лТ_А и в пределах расстояния ^dgS_Q для ДТ_в, где d^d^ — внутренний диаметр компонента А(В); з_л(з_в) — средняя толщина стенки компонента А(8) в пределах расстояния ^d_As_A(^dQS_B). определяемая как среднеарифметическое значение толщин по его краям.

3 При отсутствии нормативного значения коэффициента а допускается вычислять его по формуле а = а⁵⁰ -- 0.6 («’^w - а⁵⁰), где значения и¹⁰⁰ и а⁵⁰ соответствуют средним значениям температурного коэффициента линейного расширения по ГОСТ Р 59115.2.

6.3.3 Для отвода значение (n)_R следует вычислять по формуле

^-^♦♦^^^M^-^ (6.9)

где Ц =' 1 ' i С^ =—* но не менее 1.0; С₃ = 1.0;

^“^^йГ^

п_г,_п = 0.5(о _о, ♦ б_оА) — среднее значение окружного мембранного напряжения отвода при изменении внутреннего давления от р_} до р_к.

6.3.4 Для тройникового соединения значение (п)_р следует вычислять по формуле

Ю_я=<^>+^^+<^^+^.«кА^

(6.10)

где

а) для тройников, представленных на рисунке 6.1. коэффициенты С_г С_2о, С₂, и С₃ вычисляют по формулам:

( >ЩВ2 / Z чОДВ2 X xD.MS

, но наивнее 1.2. «J

где s_e = s_o + s_p. если длина усиления ответвления L > 0 5jd_m(s_a + s_p);

S_e = *о- если L < 0,5^Д^Т^).

При L<0,5^d„(e_o+t_p) следует принимать r₂Js_e = 12;

Для сварных и кованых тройников, а также тройников с вытянутыми горловинами при r₂!s_c * 1.0 допускается принимать r₂ls_e = 1;

где

42-

15 при ^saa “в

le-eli-tMjj

при 0,9<iiV

Для тройников с вытянутыми горловинами при учете известного значения г₂ величина С_2о делится на (1 + ZcJDj^.

При d_m s 0.5D_m:

С_2г⁼ (d^sj⁰-³. но не меньше, чем наибольшее из двух значений; 1.25 и 1.875 (1 - Q);

Q. 0,6-4 —t— ,но не более 0.5.

^r

9

ГОСТ Р 59115.15—2021

При d > 0.5D ’

2

—в. -И- , но не менее чем 2.6:

С₃ = 1.8:

б) для кованого тройника [см. рисунок 6.1в)] коэффициенты С_г С_2о. С₂, и С₃ следует вычислять в соответствии с перечислением а) 6.3.4 при D_m = D_a/4 ♦ D,/4 + D/2. d_m = dJA + d_y/4 ♦ d/2. s_r = D_a/4 + + D./4 - D/2. s_o = s_c = Ф/4 + P./4 - d/2. d_p = d_af2 ♦ d_}f2.

в) для штампованного тройника, у которого по техническим требованиям к изготовлению прочность под действием внутреннего давления не ниже, чем у стыкуемой с ним магистральной трубы (за счет выполнения условия S_ma, > S,). следует принимать:

2

С^Ш C^-C^-0,67j ^ Г, н0н*1Мжй*2Д ^>10.

6.3.5 Если неравенство (6.7) не выполняется, то следует провести проверку условий локализации пластической деформации в зонах концентраторов согласно 6.6.

6.4 Амплитуды местных напряжений

6.4.1 В данном подразделе приведена методика вычисления значения приведенного напряжения группы категорий (n_aF), соответствующего сумме общих и местных мембранных, общих и местных из-гибных, общих и местных температурных напряжений и напряжений компенсации с учетом концентрации напряжений. Напряжения определяют с учетом наличия сварного шва путем использования коэффициентов интенсификации, значения которых приведены в 6.5. Расчет на циклическую прочность выполняют по расчетным кривым усталости или уравнениям усталости основного металла.

6.4.2 Значение (c_aF) следует вычислять по формуле

(^)-o.5V^,₊mk^^⁺W^,^

*^M«l"’il+^a»l"i|.

где

- для прямолинейной трубы: К_} = 1.0; К₂ = 1.0: К₃ = 1.0;

ДМ_# - ^АЛ^+ДА^+ЛЛ^;

- для отвода: К_} = 1.0; К₂ = 1.0; К₃ = 1.0 (для секторного отвода К. = 1.2: К₂ = 1.8; К₃ = 1.7):

*^=_^|. *> НО воле» 1.Й

a_ft — расчетная относительная овальность отводов (в процентах) равна

а_я = а ♦ 3 %.

эт^гжлЗл. “ ^{максимальная} относительная овальность согласно документам по стандар-где а = тизации или требованиям федеральных норм и правил в области использо-

вания атомной энергии [1]. %;

^max' ^m<n — максимальный и минимальный наружные диаметры поперечного сечения отвода.

Ю

ГОСТ Р 59115.15—2021

При гибке труб с зонным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) и для протяжных отводов: а_р = = а - 3 %, но не меньше 3 %.

Для секторных отводов: a_R = 0.

В расчете учитывают приращение момента ДМ. изгибающего в плоскости продольной оси отвода. Момент АМ. считают положительным, если он уменьшает радиус кривизны продольной оси отвода:

- для тройниковых соединений в формуле (6.11)

ДМ ДМ-.. &М-

^К2^С2“щГ = ^К2о^С2о _W ' ^K2'^C2r щ ’ О г

где X, = 2.0; К_2о = 2.0; К_2г = 1.6. К₃ = 1.7 — для тройников сварных, кованых и с вытянутой горловиной;

К, = 4,0; К_2о = К₂, = 1,0: К₃ = 1,0 — для штампованных тройников;

- размахи ДТ, и дТ₂ значений температур в формуле (6.11) определяют в соответствии с рисунком 6.4 по формулам (6.12). (6.13) и (6.14).

Ду) ~ размах температуры при переходе из состояния »г* в состояние «к»; ЗГу ЛТ, — размахи значений температур; Т^ — средняя температура по толщине стенки; s— толщине стенки

Рисунок 6.4 — Расчетные размахи температур по толщине стенки

Средняя температура по толщине стенки

1 w- <⁶¹²>

-0^

Значение АТ, вычисляют по формуле

^АТГЗ f у-т(у>. (М3)

-о/м

Значение ДТ₂ вычисляют по формуле

4T₄-m«{|r,-rJ-o*M;|T_r^ (влд)

6.5 Коэффициенты интенсификации напряжений сварных швов

6.5.1 Для поперечного стыкового сварного шва С, = 1,0, С₂ = 1.0; С_} = 0.6; К, = 1.2; К₂ = 1,8; К₂ = 1.7. При дополнительной механической обработке шва допускается принимать К^ = К₂- Ку- 1.1.

Примечание — Под дополнительной механической обработкой стыковых сварных швов следует по-нимать двустороннюю механическую обработку, обеспечивающую плавный переход от металла шва к основному металлу и отсутствие концентраторов напряжений, например, вогнутости шва. Общая высота усиления шва не должна превышать 10 % от фактической толщины стенки в зоне расточки под сварку.

6.5.2 Для прямой трубы с продольным стыковым швом С, = 1,1; С₂ = 1,2; С₃ = 0.6; К. = 1,2; К₂ = 1.3; Ку = 1.2. При дополнительной механической обработке шва допускается принимать С, = С₂ = 1.0;

11

ГОСТ Р 59115.15—2021

Kj = К₂ = К₂ = 1,1. В месте пересечения продольного шва с поперечным, коэффициенты С₂. K_v С₂. К₂ и К₂ следует принимать равными произведению соответствующих значений.

6.5.3 Для отводов и тройников с необработанным продольным стыковым швом коэффициенты К_у= К₃ = 1.6. К₂ = 1,7. При дополнительной механической обработке шва K_t = К₃ = 1,3, К₂ = 1.4.

6.5.4 В случае, если отводы свариваются между собой (или длина прямого участка между соседними отводами меньше наружного диаметра прямого участка), коэффициенты C_v К,. С₂. К₂ и К₃ в месте сварного шва следует принимать равными произведению соответствующих коэффициентов отвода и поперечного сварного шва. Для секторных отводов и других компонентов трубопровода умножать коэффициенты интенсификации напряжений на соответствующие коэффициенты поперечного сварного шва не требуется.

При определении допускаемой амплитуды напряжений для сварного соединения в соответствии с ГОСТ Р 59115.9—2021 (пункт 10.13) величину коэффициента снижения циклической прочности сварного шва ф₃ принимают равной единице.

6.6 Проверка локализации пластической деформации в зонах концентраторов

6.6.1 Если рассчитанные по 6.3 значения (a)_fi оказались выше 3[с], то следует убедиться в отсутствии прогрессирующего изменения формы и размеров компонента. Для этого необходимо провести проверку условий локализации пластической деформации в зонах концентраторов, изложенную ниже.

6.6.2 Приведенные размахи напряжений (a)_R. рассчитанные по формулам (6.8)—(6.10) на действие только компенсационной кинематической нагрузки, должны удовлетворять условию

(л)я*ЗМ (6.15)

Примечание — В формулах (6.8)—(6.10) не учитывают слагаемое С₃£_ЛЗ|адД_г- а_вДГ_в|.

6.6.3 Значения (с)_й, рассчитанные по формулам (6.8)—(6.10) без учета компенсационных кинематических нагрузок, но с учетом слагаемого С₃Е_/В|«_ДА_Г - а_едГ_в|. также должны быть меньше или равны 3[п].

Коэффициент Gj для слагаемого С₃Е_Лв|а_ЛДТ_Л - а_вдГ_в| при этом следует принимать равным:

- для прямолинейных труб — 0.5;

- для отводов — 0,5;

- для сварных и кованых тройников — 1.0;

- для штампованных тройников — 0.5:

- для поперечных и продольных стыковых сварных швов — 0.5.

Примечание — В данном случае коэффициент Cj определяет мембранную составляющую местных температурных напряжений.

6.6.4 Если условия 6.6.2 и 6.6.3 выполняются, то необходимо перейти к расчетам по 6.7.

6.6.5 Если же одно из этих условий не выполняется, то требуется пересмотреть конструкцию компонента или условия его нагружения.

6.7 Амплитуды местных напряжений с учетом пластических деформаций

6.7.1 Амплитуду местных условных упругих напряжений с учетом концентрации пластических деформаций следует вычислять по формуле

(^)^и^(^) ⁺^v^^^_J^k+

<⁶¹⁶>

*^W1^V»I4

где

«Т’Мв^й

WCMM^HWwM"]-'¹] т" ЧФНж «И?]: ул при (oJ^^H

12

ГОСТ Р 59115.15—2021

(^> - В,БК,С^₊<и^^4-«^ (6.17)

К_хрс — коэффициент интенсификации деформаций в компоненте за счет пружинения трубопровода. Методика определения коэффициента К _с приведена в приложении Г;

К =1Л

\М_ек вычисляют для кинематических нагрузок по формулам для М_е. приведенным в 6.4.2;

ЛМ_ат вычисляют по формулам для М_е. приведенным в 6.4.2. но только от действия механических нагрузок.

В расчете коэффициента К_е следует принимать:

- для углеродистой стали п = 0.2нт = 3.0;

- для легированной и высокохром истой стали л = 0.2 и m = 2.0;

- для аустенитной стали и никелевых сплавов л = 0,3 и m = 1.7.

6.7.2 Допускается вычислять амплитуду местного напряжения без учета эффекта пружинения по формуле

ад=^ к^+КА^+^ефФ ^^l+W^le^-o^TsI.

(6.18)

6.8 Дополнительное условие отсутствия ратчетинга в прямолинейных трубах

6.8.1 Прогрессирующее изменение форм и размеров прямолинейной трубы возможно за счет одностороннего накопления окружной деформации под действием постоянного внутреннего давления и циклического радиального перепада температур. Для исключения этого явления в любой момент циклического изменения радиального перепада температур величина А Г, (см. рисунок 6.4) должна удовлетворять условию

(6-19)

где С = 1,1 для углеродистых и легированных сталей и С = 1.3 — для аустенитных сталей;

значение /?^_{0 2} соответствует температуре Т = Т_т]

tonpM0<XS0.5

"[4(1-Х)ф11 ft5<X<10’

При определении значения X следует учитывать напряжения только от внутреннего давления.

6.8.2 Расчет по 6.8.1 не требуется, если выполняется условие

АТ, < ^Я^_{о 2},

где дТ, — размах температуры. ’С:

^Rp0 2 “ ^ПРОД°^Л текучести. МПа;

^О.бХ/МПа.

7 Упрощенный расчет на циклическую прочность компонентов низкотемпературных трубопроводов

7.1 Упрощенный расчет циклической прочности компонентов трубопроводов допустим при Т $ T_t и при условии выполнения требований 6.3.

7.2 Упрощенный расчет циклической прочности компонентов трубопроводов независимо от числа циклов их нагружения выполняют при следующих условиях:

13

ГОСТ Р 59115.15—2021

- при пуске-останове разница температур по толщине стенки не превышает величину 0.5[(n_jf)]/fii, а в соединениях компонентов из разнородных металлов — приращение температуры на участке с осевой длиной до ^2D^ не превышает величины 0.5[(л_аГ)Р|и_ЛЕ_л а_аЕ_а|, где значение [(n_jf)| определяют по расчетной кривой усталости или уравнениям усталости для W= 100 циклов:

- при эксплуатации трубопровода на стационарном режиме разница температур по толщине стенки не превышает величину 0,5[(л_а/г)]/Ёа, а в соединениях компонентов из разнородных металлов — приращение температуры на участке с осевой длиной до^Б^в не превышает величины 0.5{(л_а₽)]/|а_дЕ_д -- «_аЕ_а|, где значение [(е_аЯ)] следует определять по расчетной кривой усталости или уравнениям усталости для W = 10⁶ циклов. При выполнении условий 7.1 и 7.2 уравнение (6.11) имеет вид

(7.1)

где необходимые обозначения даны в 6.4.2.

Примечание — Значения коэффициентов а_д и а_а определяют в соответствии с примечаниями к 6.3.2.

7.3 Определение допускаемого числа циклов по вычисленным амплитудам условных упругих напряжений выполняют в соответствии с требованиями 5.8.

8 Расчет компонентов высокотемпературных трубопроводов с учетом ползучести

8.1 Оценку прочности по напряжениям категории (о), следует проводить в соответствии с 8.1.1— 8.1.3.

8.1.1 Расчет напряжений (п), проводится в соответствии с 6.1. Расчет на статическую и динамическую прочность выполняют в соответствии с требованиями 5.5. Номинальные допускаемые напряжения (о] определяют по ГОСТ Р 59115.9—2021 [пункт 5.4. формула (5.1)].

8.1.2 Для режимов НУЭ и ННУЭ при значениях группы категорий напряжений (о), для прямолинейных труб с температурой Т > Т, от действия давления следует определять по формуле

Н=^- |‘Ч

Для остальных компонентов трубопровода при определении напряжений (g), следует использовать численные методы.

Номинальные допускаемые напряжения [с], определяют по ГОСТ Р 59115.9—2021 [пункт 5.4. формула (5.2)].

В тех случаях, когда эксплуатация трубопровода включает два и более режимов нагружения при температуре выше Т„ должно выполняться условие

S^ ^(82>

где Г- — продолжительность нагружения компонента напряжением (п),- в течение /-го режима при температуре Т. > T_t за весь срок службы;

И,- — допускаемое время нагружения, определяемое по кривой длительной прочности и соответствующее минимальному значению предела длительной прочности R^T_ml = 1.5(g)₁₍;

i — число режимов нагружения, отличающихся температурой Т или напряжением («),-.

Примечание — При оценке длительной статической прочности допускается не рассматривать режимы, суммарная продолжительность которых за весь срок службы трубопровода не превышает 10 часов.

8.1.3 Допускается не проводить проверку прочности компонентов трубопровода по напряжениям (о), при выполнении требований Б.2 и Б.З.

8.2 Оценку прочности по напряжениям категории (л^ следует проводить в соответствии с положениями 8.2.1 и 8.2.2.

8.2.1 Расчет напряжений (с)₂ для оценки статической и динамической прочности проводят по формулам 6.2. Оценку прочности по напряжениям (g)₂ во всем интервале эксплуатационных температур проводят в соответствии с требованиями 5.5.

14

ГОСТ Р 59115.15—2021

Номинальные допускаемые напряжения (о] определяют по ГОСТ Р 59115.9—2021 [пункт 5.4. формула (5.1)].

Для режимов НУЭ и ННУЭ. проходящих при температуре Т > Т,. дополнительно должно выполняться условие длительной статической прочности (о)₂ s [л]_г где [o]_f — номинальное допускаемое напряжение. которое определяют по ГОСТ Р 59115.9—2021 [пункт 5.4. формула (5.2)] для температуры рассматриваемого режима и времени работы на данном режиме за весь срок службы трубопровода.

При определении (о^ в режимах НУЭ и ННУЭ к напряжениям от механической нагрузки добавляется треть значения напряжений компенсации.

Для оценки длительной статической прочности расчет напряжений категории (g)₂ проводят по следующим формулам:

- для прямолинейной трубы и отвода

(а^-ДЯ-,

(8.3)

где коэффициент Б для трубы равен единице, а для отвода следует вычислять по формуле (6.3);

- в поперечных сварных швах прямолинейных труб и отводов расчет следует проводить по формуле

<⁸⁴⁾

Результирующий момент И в (8.3) и (8.4) вычисляют по формуле

^=l*i^+js <⁸-⁵’

где для отвода координаты х и у заменяют на / и о. а моменты с индексами «д» и «к» соответствуют моментам от механической и компенсационной нагрузок;

- для тройниковых соединений

где соответствующие коэффициенты Б вычисляют по формулам 6.2.

Результирующий момент на магистральной части в формуле (8.6) вычисляют по формуле

^■^М^^^

Результирующий момент на ответвлении в формуле (8.6) вычисляют по формуле

В тех случаях, когда при эксплуатации трубопровода имеют место два и более режимов нагружения при температуре выше Т„ должно выполняться условие (8.2). в котором;

/ — суммарная продолжительность нагружения компонента напряжением (g)_2; в течение /-го режима при температуре Г, > T_f за весь срок службы;

И, — допускаемое время нагружения, определяемое по кривой длительной прочности и соответствующее минимальному значению предела длительной прочности R^T_ml = 1.5{g)₂₎;

15

ГОСТ Р 59115.15—2021

I — число режимов нагружения, отличающихся температурой Г или напряжением (п)₂., где (о)₂₍ - напряжения второй группы категорий для ко режима, рассчитанные по формулам (8.3)—(8.6).

Примечание — При оценке длительной статической прочности допускается не рассматривать режимы, суммарная продолжительность которых за весь срок службы трубопровода не превышает 10 часов.

8.3 Размах напряжений (о)_я для рассматриваемых компонентов трубопровода должен удовлетворять требованиям 6.3 и 6.8. При этом для циклов нагружения, проходящих при температуре выше Т₍. в формуле (6.7) вместо величины 3[п] следует использовать меньшее из значений 3[л] и Я^ ♦ [о];, где Я^ — предел текучести при минимальной температуре цикла; [nJ — номинальное допускаемое напряжение, которое следует определять по ГОСТ Р 59115.9—2021 [пункт 5.4. формула (5.2)) для расчетной температуры и времени работы при температуре выше Т, за весь срок службы трубопровода.

8.4 Расчет длительной циклической прочности компонентов трубопроводов следует осуществлять согласно приложению В.

9 Коэффициенты податливости отводов и тройников в расчетах трубопроводов

9.1 Отводы

9.1.1 Коэффициент податливости отвода К_рЬ характеризует увеличение взаимного угла поворота сечений А и В (см. рисунок 9.1) под действием момента по сравнению с отрезком прямой трубы той же протяженности. Его следует вычислять как произведение коэффициентов податливости К^. определяемого без учета стесненности деформирования концов отвода, и <^ учитывающего влияние стыкуемых с отводом труб

K_vb = :K_p. (9.1)

9.1.2 Коэффициент податливости отвода без учета стесненности деформирования концов следует определять по формуле

(9.2)

где величину b вычисляют следующим образом:

а, = 1.0100 + 1633.5Z² + 99,00а>,

16

a₂-t016S + eetSX² + 63,00«-^^

*1

ГОСТ Р 59115.15—2021

% =1,0276+204,2л² 4-35,00*»

^ -1,0525-+37, еаЛ+1б/м»'

0,2197 ^

0,1914

*=11250 4Д51²+3,00м .

Параметры киш вычисляют по формулам;

i=*

9.1.3 Коэффициент £ определяют способом линейной интерполяции поданным таблицы 9.1. Таблица 9.1 — Значение коэффициента l

9.2 Тройники

9.2.1 В штампованных и кованых тройниках, а также в тройниках с вытянутой горловиной с любым отношением d_m/D_m. а также в сварных тройниках с dJD_m г 0.5 принимается абсолютно жесткое соединение ответвления с магистральной частью в точке пересечения их осей.

9.2.2 Для сварных тройников с dJD_m < 0.5 предполагается наличие в точке А (см. рисунок 9.2) подпружиненного шарнира с углом поворота ЛО и жесткой недеформируемой вставки с длиной, равной наружному радиусу магистральной части.

Коэффициент податливости К_рох при ортогональном изгибе вычисляют по формуле

(9.3)

Коэффициент податливости К_рр/ при плоском изгибе вычисляют по формуле

'ii ‘Л

(9.4)

Геометрические размеры сварного тройника, соответствующие буквенным обозначениям в последних формулах, указаны в 6.2.3.

17

ГОСТ Р 59115.15—2021

1 — магистральная труба. 2 — ответвление; 3 — подпружиненный шарнир с углом поворота под действием момента W: ЛО = К^Ад^Е^ где 1₀ — момент инерции поперечного сечения ответвления 4 — участок ответвления 5 — течка пересечения осей

Рисунок 9.2 — Расчетная схема учета податливости тройника

18

ГОСТ Р 59115.15—2021

Приложение А (рекомендуемое)

Альтернативная методика расчета типовых узлов трубопроводов на прочность

АЛ Условные обозначения

D^ — номинальный наружный диаметр поперечного сечения трубы, мм;

D — внутренний диаметр (D = D_a- 2s). мм;

s — номинальная толщина стенки грубы, мм;

г— средний радиус поперечного сечения [г= (D_a - s)2], мм;

R— радиус оси криволинейной трубы, мм;

а — эллиптичность (овальность) поперечного сечения (отношение разности максимального и минимального наружных диаметров сечения к их полусумме). %;

Д₅ — площадь поперечною сечения трубы, мм²;

W — момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы, мм³;

л — безразмерный геометрический параметр (А = RSit²);

р — расчетное внутреннее давление в трубопроводе. МПа;

М_г М.^ M_t — изгибающие и крутящий моменты в сечении трубопровода. Н им;

N; — осевая сила в сечении трубопровода от действия массовой нагрузки и компенсации температурных расширений. Н;

го — безразмерный параметр внутреннего давления («> = 1,82pR?fEsry,

Е — модуль упругости материала. МПа;

К_р — коэффициент податливости криволинейной трубы, учитывающий влияние внутреннего давления (отношение податливости на изгиб криволинейной и прямолинейной труб одинакового сечения и из одинакового материала);

Кр — коэффициент податливости криволинейной трубы, учитывающий влияние внутреннего давления и сопряжения с прямолинейными трубами;

Уд. — коэффициент интенсификации изтибных поперечных напряжений в криволинейной трубе;

р_Г1 — коэффициент интенсификации изтибных продольных напряжений в криволинейной трубе;

n%iv °xMAVs) — продольные напряжения, возникающие под действием изгибающего момента и осевой силы. МПа;

о₇ — окружное (тангенциальное) напряжение в стенке трубы. МПа;

n_z — осевое (продольное) напряжение в стенке трубы. МПа;

a_f — радиальное напряжение в стенке трубы. МПа;

t — напряжение кручения. МПа;

л^. гт^, о'р — температурные напряжения. МПа;

(«^ Wrk- 1°зА— приведенные напряжения. МПа:

(о) — номинальное допускаемое напряжение. МПа;

Ф — коэффициент снижения прочности продольного сварного шва согласно ГОСТ Р 59115.8—2021 (подраздел 6.3);

Фи. — коэффициент снижения прочности поперечного сварного шва при изгибе согласно ГОСТ Р 59115.8— 2021 (подраздел 6.3);

а_с — коэффициент концентрации тангенциальных напряжений;

К_я^— коэффициент местных изтибных напряжений в трубе от воздействия штуцера.

А.2 Общие положения

А.2.1 Данное приложение содержит методики расчета на прочность низкотемпературных и высокотемпературных трубопроводов в соответствии с 5.2.

А.2.2 При определении приведенных напряжений различных групп и категорий следует учитывать основные расчетные нагрузки согласно ГОСТ Р 59115.9—2021 (пункт 4.17).

А.2.3 Проверка прочности компонентов трубопровода по группе категорий напряжения (с), обеспечивается выполнением условий приложения Б.

А.2.4 Внутренние усилия в трубопроводе следует определять с учетом всех влияющих факторов, в том числе с учетом сил трения, возникающих в опорах скольжения, а также отклонений подвесок от вертикального положения.

А.2.5 Приведенные напряжения следует определять по теории наибольших касательных напряжений. Согласно этой теории, для определения приведенного напряжения в сечении трубопровода вычисляют главные напряжения по формулам:

V = ^»У + oji ^(Oy-^ft?,

19

ГОСТ Р 59115.15—2021

Из трех полученных значений главных напряжений выбирают наибольшее и наименьшее (с учетом знака); они обозначаются как я, и о₃ соответственно. Величина приведенного напряжения, по которому проводят оценку прочности, равна разности: о, - в₃.

В настоящем приложении А приводятся указания и формулы по определению составляющих напряженного состояния я , в_г о_г с и подсчету приведенного напряжения в элементе трубопровода. В отдельных случаях формулы для приведенного напряжения приводятся в окончательном виде, минуя определение составляющих напряженного состояния.

Наличие двух знаков (плюс, минус) перед слагаемым в формулах настоящего приложения А означает, что расчет приведенных напряжений с использованием данной формулы выполняют как при принятии знака плюс, так и при принятии знака минус. Для оценки прочности следует брать большее значение приведенного напряжения.

А.2.6 Пониженная жесткость криволинейного отрезка на изгиб учитывается при расчете введением коэффициента податливости, необходимого для учета деформирования (сплющивания) поперечного сечения, и определяется согласно А.5.

А.2.7 Допускается определять напряжения в криволинейной трубе по методике А.8.

А.2.8 Допускается определять напряжения в тройниковом соединении по методике А.9.

А.З Низкотемпературные трубопроводы

А.3.1 Определение второй группы категорий напряжений

А.З. 1.1 Для прямолинейных и криволинейных груб, геометрический параметр Z которых удовлетворяет условию л. >1.4. составляющие напряженного состояния определяют по формулам:

% = V (А.1)

2' 2W

где

(А.2)

(А.З)

(А.4)

₌ p^-2(a-o)f

* 4(0. -а+ф-С}'

(А. 5)

Значение коэффициента снижения прочности продольного шва q> принимают согласно ГОСТ Р 59115.8— 2021 (пункты 6.3.1 и 6.3.2).

Силу N* считают положительной, если она вызывает растяжение трубы.

А.З. 1.2 Для криволинейных груб, геометрический параметр X которых удовлетворяет условию л S 1.4. дополнительно к определению приведенного напряжения («)₂ при использовании формул (А.1)—(А.З) вычисляют приведенное напряжение по формуле

(А.6)

Величины ft и у определяют по таблицам А.1 и А.2. применяя способ линейной интерполяции.

Таблица А.1 — Значение коэффициента у

Таблица А.2 — Значение коэффициента ft

20

ГОСТ Р 59115.15—2021

А.3.1.3 Для тройникового узла напряжение (о)₂ вычисляют для трех сечений: А—А. Б—Б. В—В. (см. рисунок АЛ). Ниже приведены формулы для подсчета составляющих напряженного состояния:

- для сечений А—А и В—В

Напряжения т. б_да, я^ я, в указанных сечениях определяют по формулам из А.3.1.1. Продольное напряжение в трубе определяют по формуле

(А. И)

Силовые факторы М_ж. М^ W_zсчитаются положительными, если направлены так. как показано на рисунке А.2. Угол фопределяет положение штуцера (см. рисунок А.1).

Рисунок АЛ — Тройниковый узел (груба со штуцером)

Рисунок А.2 — Силовые факторы в поперечном сечении тройникового узла

21

ГОСТ Р 59115.15—2021

Продольное напряжение в штуцере вычисляют по формуле

(А. 12)

где входящие в формулу величины относятся к сечению штуцера в месте стыковки с трубой.

Коэффициент местных напряжений K^_sl определяют согласно А.6.

А.3.2 Определение напряжений («)_R

А.3.2.1 Для прямолинейных и криволинейных груб cli 1.4 составляющие напряженного состояния для наружной поверхности вычисляют по формулам:

S = 2°;

(А. 13)

о,-И

W

(А.14)

(А. 15)

А.3.2.2 Для криволинейных труб с X < 1.4 напряжение (п)^ вычисляют по следующим формулам:

^-^MTm^MW^,

(А. 16)

«4 "^А#^¹*^

(А.17)

^-ДиД^^Ч^^

(А. 18)

^■i^KMWwA**

(А. 19)

Для оценки прочности следует брать большее из четырех значений, полученное по формулам (А 16>—(А.19).

Коэффициенты у_т и распределяют no А.6. Напряжения й_ур и n_zp вычисляют по формулам А.3.1.1. Коэффициент S_o вычисляют по формуле

—^Х

(А.20)

А.3.2.3 Для тройникового узла производят расчет напряжений по формулам - для сечений А—А и В—В (см. рисунок А.1):

«и = 0.5-0^

(А.21)

^flz ⁼ 4N^±flW^|⁺V

(А.22)

- для сечения Б—Б (см. рисунок А.1):

% - ”vp ^{1 e}?MN(s|KHls>*

(А.23)

°t = ^Зч&М*⁶;

(А.24)

Радиальное напряжение принимают б_г = 0. Величины o_vp. e„. o_z^. «,^,1- * подсчитывают по гем же формулам. что и в А.3.1.3. но при ф = 1. Коэффициент местных напряжений К^ вычисляют согласно А.6.

Коэффициент концентрации «_п вычисляют по формуле

o_a-V-[t^o/o.f-9>/o.f[

(А.25)

22

ГОСТ Р 59115.15—2021

А.3.2.4 В местах сопряжения элементов с различными толщинами стенок или с неодинаковыми теплофизическими характеристиками учитывают размахи общих температурных напряжений, обусловленных осевым перепадом температуры (напряжение (aJj-J.

Напряжение (л)т определяют по формуле

(о^^^фТаМ-тад^^^ (А.26)

где у — расстояние от середины стенки по нормали;

ЛУ) — температура стенки;

“(У) — коэффициент линейного расширения материала стенки;

Е — средний по толщине модуль упругости;

f — коэффициент, учитывающий значение отношения толщин стенок спрягаемых компонентов, определяемый линейным интерполированием по значениям таблицы А.З.

Индексы I и II используют для обозначения сопрягаемых компонентов.

Толщину стенки следует принимать максимальной в пределах расстояния JSot сечения, разделяющего элементы I и II.

Таблица А.З — Значения коэффициента f

А.3.2.5 Размах напряжений (o)_R определяют суммированием;

где (в)^ — размах приведенного напряжения, вычисленный без учета температурных составляющих от неравномерности температурного поля в стенке.

А.3.3 Определение напряжений (а^

А.3.3.1 Для прямолинейных и криволинейных труб с л > 1.0 составляющие напряженного состояния (амплитудные значения) вычисляют по формулам:

(А28)

Й5аЬ

W А, 2

^вг"^

(А-29)

(А.30)

Формула для определения а^ приведена в А. 3.1.1.

А.3.3.2 Для криволинейных труб напряжение (я_ар)° вычисляют по формулам:

(А.31)

^ -^^^^^

(А.32)

«^ - ^°^Ч^

(А.ЗЗ)

(^^^И^^^ (А-³⁴)

Для оценки прочности следует брать большее из четырех значений, полученное по формулам (А.31)—(А.34).

23

ГОСТ Р 59115.15—2021

Величину М₃ вычисляют по формуле

*^-'*^•1

(А.35)

где £ — коэффициент, учитывающий отличие действительной формы искажения поперечного сечения от идеально эллиптической. Следует принимать ^ = 2,0.

В том случае, когда отсутствуют данные о фактической величине овальное™, расчет напряжений в отводе следует проводить как при а = 0. так и при возможном наибольшем значении а.

Положительное направление изгибающих моментов указано на рисунке А.З.

Рисунок А.З — Положительные направления изгибающих моментов в сечении криволинейной трубы

Коэффициенты у_т и р,_р определяют по Аб. Напряжения а_ур и o_zp подсчитывают по формулам АЗ.1.1. Коэффициент Bq определяют no А.3.2.2.

А.3.3.3 Для тройникового узла составляющие напряженного состояния (амплитудные значения) вычисляют по следующим формулам:

- для сечений А—А и В—В (см. рисунок А.1):

А, = 0.35«,п^. (А36)

"«'^«Wh^'M ^<А37>

- для сечения Б—Б (см. рисунок А.1):

^ = ^■0^+0^.

(А39)

Напряжение кручения t определяют по формуле А.3.1.1. но с уменьшением в два раза. Радиальное напряжение в_г = 0. Величины в_ор. а_2р, <i$_A<N. «ifMMs)¹ К^. а_о определяют таким же образом, как требуется согласно А.3.2.3.

А.3.3.4 Определяют размах полного максимального температурного напряжения от перепада температуры по толщине стенки [напряжение efl и напряжение (я)_г от осевого перепада температуры. Вычисление «J-производят по аналитической или численной методике, а вычисление (я)_г по формуле (А.26).

А.3.3.5 Напряжение (п_лР) для цикла нагружения каждого вида допускается определять суммированием по формуле

^J-^^+^tf^.-

(А40)

24

ГОСТ Р 59115.15—2021

где («_а^)° — амплитуда приведенного напряжения, вычисленная без учета температурных составляющих от неравномерности температурного поля в стенке.

А.3.4 Критерий прочности

Проверку прочности по категориям напряжений (а^, (п)^ проводят по ГОСТ Р 59115.9—2021 (раздел 8. таблица 8.1). Проверку прочности по категориям напряжений (л_аР) проводят по ГОСТ Р 59115.9—2021 (пункт 10.3). Выполнение требований ГОСТ Р 59115.9—2021 (раздел 8. таблица 8.1) для напряжений категории (a)_R является обязательным.

В расчетах на внешние динамические воздействия проверку прочности по категориям напряжений (a_s)₂ проводят по ГОСТ Р 59115.9—2021 (подпункт 15.1.17).

А.4 Высокотемпературные трубопроводы

А.4.1 Определение напряжений (п)₂. (в)_я, (п_аГ)

А.4.1.1 При определении приведенного напряжения (а^ осевое напряжение а₂ вычисляют с учетом коэффициента снижения прочности поперечного сварного шва по формуле

Значение коэффициента о^. принимают согласно ГОСТ Р 59115.8—2021 (подраздел 6.3).

В остальном приведенные напряжения («)₂. («jf) определяют по тем же формулам, которые используют в расчете низкотемпературного трубопровода (см. А.3.1. А.3.2. А.3.3).

А.4.2 Определение напряжения (o)_R

А.4.2.1 Дополнительно к указанным приведенным напряжениям определяют приведенное напряжение (о)д, служащее для оценки длительной статической прочности с учетом местных напряжений и действия всех нагрузок (давление, массовая нагрузка, компенсация) на стационарном рабочем режиме. При этом составляющие напряженного состояния от компенсации температурных расширений разрешается определять с учетом постепенного уменьшения (релаксации) во времени вследствие ползучести.

Примечание — Напряжение компенсации с учетом релаксации вычисляют умножением компенсационных сил и моментов на коэффициент 0,83^. где 4, определяют по таблице А.4.

А.4.2.2 Составляющие напряженного состояния для прямолинейных труб и криволинейных груб с X 2 1.0 определяют по формулам А.3.1.1.

А.4.2.3 Для криволинейных труб (при любом значении л) вычисляют напряжение (a)_R по следующим формулам:

(«ViH^^M'^ ^<А42)

Ня'^^мц^оМЙ^ <*■«>

Юя-^мйлчЯл^й^^ i^A4">

Ч-щ^^М^^й- <**»

гдеМ. »—JJ1IV— • г « 100

Значение ^ определяют линейным интерполированием по данным таблицы А.4.

Напряжения e_vp, а^ определяют по формулам согласно А.3.1.1. коэффициенты у_т, Р_т — no А.6.

Таблица А.4 — Значения коэффициента ^

25

ГОСТ Р 59115.15—2021

А.4.2.4 Для тройникового узла определяют составляющие напряженного состояния по формулам:

- для сечений А—А и В—8 (см. рисунок А.1):

S ^{= 1}'⁵V <а.46)

^flz = ^ЛгЛМ ⁴ ^ЖгДчл ⁺ ^ (А.47)

- для сечения Б—Б (см. рисунок А.1):

% ^{= а}ур ¹ '’гМШ^а)’ (А-⁴⁸)

«z⁼¹-⁵'4n ⁺ V (А-⁴⁹)

Величины в^, а_/р. «^mw °zMN(sr * ^0ПРеделяют ^аким же образом, как требуется согласно А.3.2.1. Величину K^ .j вычисляют согласно А.6.

А.4.3 Критерий прочности

Проверку прочности по категориям напряжений (п)₂. (в)_я проводят по ГОСТ Р 59115.9—2021 (пункты 14.2. 14.3 и 14.4).

Проверку прочности по категориям напряжения (о^) проводят по ГОСТ Р 59115.9—2021 (раздел 11) с учетом коэффициента асимметрии цикла г = 0.

А.5 Определение коэффициента податливости криволинейной трубы

А.5.1 Коэффициент податливости криволинейной трубы (см. рисунок А.4) вычисляют как произведение коэффициента податливости К₀. определяемого без учета стесненности деформации ее концов от влияния примыкающих труб, на коэффициент учитывающий эту стесненность деформации т.е.

К'_р = чК_р- (А.50)

Рисунок А.4 — Криволинейная труба

А.5.2 Коэффициент податливости К_р определяют по формуле

К_р = 1 + 1.125*6.

Величину b вычисляют по следующим формулам:

а₁ = 1.0100 + 1633,5й² + 99.00-«>.

■fe-W1M+вид.Ь²+вмо а-^^^.

^-1^+Ж^.Ь*+35,00-Ю-^^£, Дф - 1.И25+8ТД • tf-ИЬ W-а-^^, *=Д1250+15** + W а _ W™.

(А.51)

(А.52)

(А.53)

(А.54)

(А.55)

(А.56)

26

ГОСТ Р 59115.15—2021

Параметры л и w вычисляют по формулам:

(А 57)

А.5.3 Коэффициент ; определяют способом линейной интерполяции по данным таблицы А.5.

Таблица А. 5 — Значения коэффициента £

А.6 Определение коэффициентов интенсификации напряжений для криволинейной трубы

А.6.1 Коэффициенты интенсификации напряжений у_т и ₽_т определяют по формулам:

10

Ъ-W™ X W-A

(А.58)

La 0.31ДВ

MV'⁵ X

*2 ■»

(А.59)

Величины К_р, a_v а₂. а₃. а₄. b определяют по формулам А.5.

А.7 Опреснение коэффициента местных напряжений изгиба для тройникового узла

* ’ - " “ £В (см. рисунок А.5) коэффициент местных напряжений K_M1S, вычисляют по формуле

2»

^ 4(о-^ 4

(А.60)

Размер s' определяют по рисунку А.5.

А.7.2 При -»—-».> 0 коэффициент местных напряжений K_H|J| вычисляют по формуле

*И»

(e-oftD.+lte-M А

(А.61)

А.7.3 Если значение К^, подсчитанное по формулам (А.60) или (А.61), меньше 2. то следует принимать ^«=2-

27

ГОСТ Р 59115.15—2021

Рисунок А. 5 — Тройниковый узел

А.8 Расчет напряжений в криволинейной трубе по уточненной методике

А.8.1 Труба кругового сечения

А.8.1.1 Нормальные напряжения от изгиба трубы без учета деформирования поперечного сечения вычисляют по формулам:

(А.62)

МЧ р ' W р '

(А.63)

где р = DJD.

Здесь и далее индекс а обозначает наружную поверхность. Направление моментов см. на рисунке А.З.

А.8.1.2 Напряжения, вызываемые крутящим моментом, внутренним давлением и осевой, силой вычисляют по формулам:

(А.64)

О - >-Р,-²'<-°,Г^__

* ^(О.-а+ап+^Ня-аи-М'

(А65)

йА..У^*!У„‘:.«11-»8, * £ <«+2D_eslnv «-q-Cj

(А.66)

^ Г 4Я+(О,-Ь»Ьу _д ,-{,,-(, ** | [4Я+2 (О,-2»)Лу ^J л-^-о/

(А.67)

^ ж^-в+сц+^.^-вп-^)

(А.68)

где v — коэффициент снижения прочности (см. А.3.1.1):

V — угол. см. рисунок А.З;

c_v ^с2- ^си — прибавки к толщине стенки, определяемые в соответствии с ГОСТ Р 59115.8—2021 (подраздел 4.3).

28

где

ГОСТ Р 59115.15—2021

причем (дня краткости г и / заменяют одной буквой v):

Ф^ =Лv-ooevf-^cwf-stovy±0,15% (1-v²)-ажvf,

®_h «ihf-ihv^+HXJtv-ootvvt^lEl'O-v^l'iiivV!

**=ein>co*¥_¥--leo«_v.itwT±^-a-Y^})-c^

Ф₄^-в1п¥-в1п¥Т+-тяж?.аяуу±—n-v4*hW.

(А-81)

(А.82)

(А.83)

(А.84)

где верхний знак соответствует внутренней поверхности, а нижний — наружной. Значения К_р и Д,₂ определяют согласно А.5.2 и А.6.1.

29

ГОСТ Р 59115.15—2021

А.8.1.4 Тангенциальные мембранные напряжения от изгиба трубы вычисляют по формуле

’f-^Tj+oJJ,^, (А85)

где

-*₽«•▼+! Е Aj-^ - <^А86>

^.^„Ц,-^^. (КВ7)

^Ф*-^ (^ ^-$¥-^-^^+у)*]- <^А8В>

А.8.1.5 Суммарные нормальные напряжения на взаимно перпендикулярных площадках вычисляют по формулам:

°ж“°Л ^{+ о}Л⁺®Д»'^сг1 "^oW⁺⁹¥ ^{+ o}W* <^А89>

°* ■ ®л ⁺’л⁺^ S " °^⁺⁹ж⁺%••

(А.90)

А.8.1.6 Определяют приведенные напряжения на внутренней и наружной поверхностях трубы для следующей последовательности значений угла v: ¥_л = л^. п = О. 1. 2.....35. где шаг изменения угла Л_ц = 2я/36.

Радиальное нормальное напряжение для внутренней поверхности о_г = -р. а для наружной поверхности а° = 0.

А.8.2 Труба овального сечения

А.8.2.1 Предполагается, что поперечное сечение трубы имеет эллиптическую (овальную) форму, причем большая ось сечения расположена перпендикулярно плоскости оси трубы. Радиальные отклонения контура такого сечения от окружности радиуса г выражают уравнением (см рисунок А.З)

^⁼SoA^

(А.91)

где а — овальность сечения (aS 10 %).

А.8.2.2 Вычисляют нормальные напряжения, обусловленные начальной овальностью сечения для внутренней и наружной поверхностей:

ДА._-_п г * 100^’

(А92)

^='^{-7^⁺Ч <*⁹³⁾

где ₽1_Э = 01 ~ ^и^ Г_1а = Г1 “ 0.3sin-y: у^ = -у₃ - cos²^-

Определение p_v у, для внутренней и наружной поверхностей приведено в А.8.1.3. а определение у₃ — в А.8.1.4.

А.8.2.3 Для учета напряжений, определяемых согласно А.8.2.2. проводят суммирование их с напряжениями А.8.1.5. а затем определяют приведенные напряжения в точках, указанных в А.8.1.6.

А.8.3 Особенности расчета напряжений различных категорий

При определении напряжений категорий (в)_я и (о^) для низкотемпературных трубопроводов принимают Ф = 1. При вычислении приведенных напряжений категории (о^) напряжения изгиба, определяемые согласно А.8.1.3. умножают на коэффициент 0.7. При подсчете напряжений категории (о)^ для высокотемпературных трубопроводов значение коэффициента ф принимают по ГОСТ Р 59115.8—2021 (пункт 6.3.1). изгибные напряжения А.8.1.3 умножают на коэффициент 0.6. а изгибные напряжения А.8.2.2 — на коэффициент k. где значение х₃ принимают no А.4.2.3.

А.9 Расчет напряжений в тройниковом соединении по уточненной методике

А.9.1 Для тройниковых соединений низкотемпературных трубопроводов, образованных пересечением двух цилиндрических оболочек постоянной толщины (штуцера и трубы с диаметрами срединной поверхности d^ D_m 30

ГОСТ Р 59115.15—2021

и толщинами s_s. з). оси которых пересекаются под прямым углом, уточненный расчет напряженного состояния проводят на совместное действие внутреннего давления и значимых нагрузок в торцевых сечениях тройника: осевых сил. изгибающих и крутящих моментов (см. рисунки А.6. А.7). Методика применима и к соединениям, близким к упомянутым по геометрической форме, охватывает диапазон тройников от тонкостенных (sjd_m. slD_m = 0.01) до толстостенных is^d_m. s!D_m = 0.15). от равнопроходных (D^'d_m = 1) до существенно неравнопроходных (D„^d_m » 1). от равностенных (s. = s) до весьма неравностенных (s = Zs^D^d^, включая «равнопрочные» (sjd^ = sJO^. Реальная геометрия сварного шва при расчете сварного тройника не учитывается (в запас прочности).

А.9.2 Исходными данными для проведения расчета напряжений в тройнике являются значения следующих величин (в согласованных единицах измерения, рисунки А.6. А.7): s_s— толщина стенки отвода (штуцера): s — толщина стенки трубы (корпуса); d_m — диаметр срединной поверхности отвода (d_m = 2г_т = d_a- s_a): D_m — диаметр срединной поверхности трубы {D_m = 2R_m = D_a-s):p — внутреннее давление; W_z3. М&. М^. М^ — нагрузки в сечении отвода 3—3: осевая сила, изгибающий момент в плоскости тройника, изгибающий момент из плоскости тройника, крутящий момент; N_ia. М_ха. М_1/а. М_м — осевая сила, момент в плоскости тройника, момент из плоскости тройника и крутящий момент в сечениях трубы 1-1 (а = 1) и 2-2 (« = 2).

Силовые факторы N^ М*.. М>„. М^ (/=1.2. 3). положительные направления которых показаны на рисунке А.6, определяют для соответствующих сечений (см. рисунок А.7) из расчета трубопроводной системы и удовлетворяют условиям равновесия:

4l * ^мх2 ^{+ м}хЗ ⁼ °-

(А.94)

M_zi>^₊/<₃ = 0.

(А.95)

Чт * ^ + М_у3 = 0.

(А.96)

Рисунок А.6 — Положительные направления силовых факторов

31

ГОСТ Р 59115.15—2021

Рисунок А.7 — Расчетные сечения тройникового соединения

Самоуравновешенные нагрузки в торцевых сечениях грубы (1—1 и 2—2) при расчетах в соответствии с А.9.3 — А.9.7. вычисляют следующим образом:

^ = (^*1^2.

(А-97)

М_Я = {М_Я^М^2.

(А9В)

М_у = {М_у^ М^/2.

(А.99)

М, = (М_;1 + М^)12.

(А. 100)

А.9.3 Формулы и номограммы для вычисления компонентов напряженного состояния п^. а^. a_f и i (их ориентация показана на рисунке А.6) в трех сечениях тройника, определяющих его прочность, приведены в А.9.4 — А.9.7. Для равнопроходных и близких к ним тройников {D^d_m < 1.3) расчет проводят, кроме того, по дополнительным формулам, учитывающим особенности распределения напряжений у этого класса тройников. Для оценки прочности берут большее из полученных значений приведенных напряжений.

А.9.4 Компоненты напряженного состояния я^ и а₂ для группы напряжений (а^ определяют по следующим формулам:

2 4з Л, W 2 W/

(А.101)

32

¹ * I О J 2 4в 2 % ’

(А.102)

ГОСТ Р 59115.15—2021

W^fe*^”?^

(А. 103)

«_J-y^»•1?^i^Л^tf^^■

При соотношении D^d_m ^{< 1} •$ дополнительно вычисляют следующие напряжения:

’."-4Ьт^*

’.■«,»(^^*]‘

Ф^^^Й^}

Радиальные напряжения о_г принимают

(А.104)

o_f = -0.5р.

(А 105)

Касательные напряжения вычисляют по формуле

ги^ 2W

(А. 106)

где в_ур и e_zp вычисляют по формуле А.З. 1.1 (D_a = D + s);

^ ^и Лз — площади поперечного сечения трубы и штуцера соответственно:

Wn W₃ — соответствующие моменты сопротивления:

■^ и у^ (' = 1. 2.....8) — коэффициенты местных напряжений определяют согласно А.9.7;

N_r М,. М_у. M_z — силовые факторы в трубе от массовых и других механических нагрузок определяют по формулам А.9.2.

А.9.5 Составляющие группы напряжений (o)_R вычисляют по следующим формулам (от давления, механических и температурных воздействий):

> А " 2 %

2 V

(А. 107)

2 Ля V V⁷* tv 2 tv. ^TV W '

(А. 108)

2 Л» * ^'

33

ГОСТ Р 59115.15—2021

&₊₁ий

2Аз **4

(А. 109)

2 %

При D^d_m < 1.3 дополнительно определяют напряжения:

▼ 2 * 2 Лз V Л, ^ ^

(А. 110)

Радиальные напряжения с, = 0; напряжения кручения определяют по формуле

(А.111)

Коэффициенты местных напряжений у0 и /^ (г = 1, 2.....8) и находят согласно А.9.7. коэффициент а_с вы

числяют по следующей формуле согласно А.З.2.3:

{А. 112)

где значение «_ур вычисляют по формуле согласно А.3.2.1. Параметр 6 вычисляют по формуле

В»-.,,,. . Г" “1------------

^Чв^+о^Чв+г?^/^

(А. 113)

Смысл остальных величин пояснен в А.9.4.

А.9.6 Составляющие приведенных напряжений (амплитудные значения) определяют по формулам (от давления. механических и температурных воздействий)

{А.114)

(А. 115)

34

ГОСТ Р 59115.15—2021

•■■^•'МФ^Ж

^sd^^-^|^#

•.чН^М'-Ф^-^Ш^-^^-^1^Ш

При D^d^ < 1.3 дополнительно вычисляют следующие напряжения:

Ик*^^

Jlw^iL A J<)4 A _j«J11

•.ф^М’^К®*

4^WW$k<

Входящие в формулы величины имеют тот же смысл, что и в А.9.5. напряжения кручения t уменьшают в два раза, л = О.

А.9.7 Коэффициенты местных напряжений yV). yW, у^ р = р, 1, 4. 5. 7) вычисляют по формуле

*Л °ю_т °М = ^ОЛ^А- °Л>- <^А"8)

коэффициенты местных напряжений К^. у'. у'. т^₂. yW. уО), и /0* р = 2. 3. 6. 8) — по номограммам, приведенным на рисунках А.8—А.14. Для равнопрочных и близких к ним тройников (s^'d^ = sfD_m) следует принимать К”¹ = 1. Коэффициенты ^{&Jd_m. D„Jd_m) «промежуточных» значений &^d_m (s_s^/d_m} « s.Jd_m< s^ld^) определяют линейной интерполяцией по коэффициентам У^^_тГ D_mld_m) и 'i^s.^d^. D^d^:

(А. 119)

Для всех тройников должны быть выполнены условия:

««“•яЬ;

(А 120)

(А.121)

Для существенно неравнопроходных тройников (D„^d_m г 8) допускается принимать у*в> = у^) = 0 при любых соотношениях s.'D и sld-

ПУ 5 ГЛ

35

ГОСТ Р 59115.15—2021

^=^=■1

(А.125)

(А.126)

36

Рисунок А-8 — Номограммы для определения коэффициентов /°¹ и К?¹

ГОСТ Р 59115.15—2021

Рисунок А.9 — Номограммы для определения коэффициентов ■/Ч y(2i /((1i кН).К<⁵> и М⁷^

37

ГОСТ Р 59115.15—2021

38

ГОСТ Р 59115.15—2021

39

ГОСТ Р 59115.15—2021

Рисунок А. 12 — Номограммы для определения коэффициента /^6|

40

ГОСТ Р 59115.15—2021

2 §

Рисунок А. 13 — Номограммы для определения коэффициента уР)

41

ГОСТ Р 59115.15—2021

Рисунок А. 14 — Номограммы для определения коэффициента /⁸¹

А.10 Специальные расчеты трубопроводов

А.10.1 Для режима ННУЭ должны быть выполнены требования А.3.1 и А.3.4 при условии, что в расчет вводится максимальное давление для рассматриваемого режима, а допускаемое напряжение принимают в соответствии с ГОСТ Р 59115.9—2021 (раздел 8).

А. 10.2 При рассмотрении случаев нагружения, включающих действие сейсмических нагрузок, расчет напряжений проводят по формулам А.3.1 и А.3.4. Допускаемые напряжения принимают в соответствии с ГОСТ Р 59115.9—2021 (подраздел 15.1).

А.10.3 Требуется проверка прочности трубопровода по напряжениям (о)₂ для условий гидроиспытания. Расчет выполняют на совместное действие давления и массовой нагрузки. Условие прочности принимают по ГОСТ Р 59115.9—2021 (разделе).

42

ГОСТ Р 59115.15—2021

Приложение Б (рекомендуемое)

Альтернативная методика оценки прочности компонентов трубопровода по группе категорий напряжений (о),

Б.1 Допускается не проводить проверку прочности компонентов трубопровода по напряжениям (о)₁ при выполнении требований Б.2 и Б.З.

Б.2 При расчетном давлении и температуре основные размеры компонентов трубопровода должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 59115.8—2021.

Б.З Для всех расчетных режимов, отличных от НУЭ. должно выполняться условие

м и

где р* — внутреннее давление на рассматриваемом режиме;

[в]* — номинальные допускаемые напряжения при температуре рассматриваемого режима, определяемые по ГОСТ Р 59115.8—2021;

[р] — допускаемое давление по ГОСТ Р 59115.8—2021 при расчетной температуре;

[о] — номинальные допускаемые напряжения при расчетной температуре, определяемые по ГОСТ Р 59115.8—2021;

Я = 1.2 для режима ННУЭ при температуре Т s T_t;

Я = 1.0 для режима ННУЭ при температуре Т > Г,;

Я = 1.35 для режима испытаний давлением.

8 случае, когда трубопровод эксплуатируется при температурах выше Т₍ в нескольких режимах, отличающихся по давлению и.'или температуре, должно выполняться условие прочности по накопленному длительному статическому повреждению;

где /, — продолжительность работы на Ам режиме;

[fy — допускаемое время нагружения, соответствующее минимальному значению предела длительной прочности. определяемого по формуле

"&■«§]№ (Б.З)

Примечание — В формулах (Б.1) и (Б.З) в качестве допускаемого давления [р] разрешается использовать расчетное давление.

43

ГОСТ Р 59115.15—2021

Приложение В (обязательное)

Расчет на длительную циклическую прочность

В.1 В расчете компонента трубопровода на длительную циклическую прочность суммируются накопленные за планируемый период эксплуатации повреждения от усталости и ползучести.

В.2 Напряжения (e_af) вычисляют в соответствии с 6.4 или разделом 7.

В.З Накопленное усталостное повреждение компонента равно

(В.1)

где N, — число циклов /-го режима нагружения;

(А/), — допускаемое число циклов с амплитудой (в^Д. определяемое по ГОСТ Р 59115.9—2021 (пункт 10.12) с учетом максимального влияния асимметрии цикла.

В.4 Накопленное повреждение компонентов трубопровода от ползучести О_с вычисляют по формуле

°«-^ ^>

В.5 Значения суммарных повреждений компонентов и сварных соединений трубопровода от усталости и ползучести вычисляют по формуле

О = о,+ о_с.

(В.З)

Суммарное повреждение О должно быть меньше допускаемого значения [О], заданного в виде зависимости от D_c (см. рисунок В.1).

Рисунок В.1 — Зависимость допускаемого повреждения [DJ от повреждения при ползучести D_c

44

ГОСТ Р 59115.15—2021

Приложение Г (рекомендуемое)

Оценка пружинения трубопровода при кинематическом нагружении в условиях упругопластического деформирования

Г.1 Коэффициент пружинения в точке компонента трубопровода при одноосном напряженном состоянии в условиях кинематического нагружения следует вычислять по формуле

(Г.1)

где принятые обозначения показаны на рисунке Г.1.

о

Рисунок Г.1 — Эффект пружинения при одноосном напряженном состоянии в условиях кинематического нагружения компонента

На рисунке Г.1 линия ОВ соответствует упругому деформированию материала в расчетном сечении грубы при первоначальном нагружении. Реальное деформирование в этом сечении описывается линией ODE. Напряжение «_в1. следует определять из упругого расчета.

Фактическое значение напряжений в расчетном сечении соответствует точке С {см. рисунок Г.1). За счет пружинения происходит увеличение полной деформации на величину е_п - е^. Переход от точки Л к точке С осуществляется по линии AF. наклон которой характеризуется коэффициентом пружинения i^.

Если л^, = 0. то е_п = е^ и происходит релаксация напряжений компенсации в отсутствие пружинения. Если же ^-♦“. то кинематические нагрузки следует рассматривать как механические.

Г.2 При расчете эффекта пружинения в трубопроводе рассматривается его деформирование между двумя неподвижно закрепленными сечениями под действием моментов изгиба и кручения.

В расчете используют диаграмму растяжения в виде степенной функции

Л+скюг

(Г.2)

где значение показателя q определяют по экспериментальным данным для рассматриваемой марки стали. При отсутствии таких данных допускается принимать q = 8.

Характеристику податливости в сечении компонента с следует определять по формуле

(Г.З)

45

ГОСТ Р 59115.15—2021

Референсное напряжение а^ в выражении (Г.З) должно вычисляться для расчетного сечения по формуле ^•^l^^- <^г«>

где в = 1 — дня прямолинейных труб и тройников;

Д = -У! но не менее 1.0 — для отводов.

м

Характеристика общей податливости трубопровода С между двумя неподвижно закрепленными сечениями равна

(Г.5)

^«Л«

Интегрирование осуществляется по длине ? вдоль продольной оси трубопровода (суммарно по всем его ветвям).

Расчетное значение коэффициента пружинения в расчетном сечении трубопровода равно

(Г.6)

Если г_т S 0. то эффект пружинения в данном сечении в дальнейших расчетах не учитывается.

На основе полученного значения г,_п и определенной упругим расчетом величины о^ для кинематической нагрузки по формулам (Г.1) и (Г.2) определяют значения е_р и я_л (рисунок Г.1). соответствующие референсным деформациям и напряжениям.

Соответствующую напряжению «„ = «^деформацию е., (см. рисунок Г.1) следует определять по формуле одноосного растяжения (Г.2)

Коэффициент интенсификации деформаций от пружинения при начальном нагружении трубопровода следует вычислять по формуле

Деформация компонента от пружинения равна

(Г.7)

(Г.8)

ГЗ При анализе циклического деформирования, например, в режиме пуска-останова трубопровода, коэффициент пружинения в брусе следует определять по формуле

^<ГЭ)

При этом размахи деформаций Ле для одноосного циклического деформирования следует вычислять по формуле

^=^+о.«и|

Ав .^2

(Г-10)

Характеристику податливости в сечении компонента при циклическом нагружении следует вычислять по формуле

(Г.11)

46

ГОСТ Р 59115.15—2021

где размахи референсных напряжений подсчитываются по формуле (Г4) для размахов моментов.

Характеристика общей податливости трубопровода при пружинении С_е равна

(Г. 12)

Интегрирование осуществляется по длине / вдоль продольной оси трубопровода (суммарно по всем его ветвям).

Коэффициент пружинения в расчетном сечении трубопровода г_с (г_с > 0) при циклическом деформировании следует вычислять по формуле

г,Л-1. (Г.13)

Если r_c S 0. то эффект пружинения отсутствует и его не следует учитывать в дальнейших расчетах.

Для найденных значений т_с и До_е/ по формулам (Г.9) и (Г. 10) находят референсные значения Ле„ и До„. Дополнительная деформация компонента за счет пружинения равна Ле_о- Ле_сЛ

Коэффициент интенсификации циклических деформаций при пружинении [формула (6.16)] следует определять выражением

47

ГОСТ Р 59115.15—2021

Библиография

[1] Федеральные нормы и правила в области ио- Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудова-пользования атомной энергии НП-089-15 ния и трубопроводов атомных энергетических установок

48

ГОСТ Р 59115.15—2021

УДК 621.039:531.006.352

Ключевые слова: расчет, прочность, трубопровод, труба, отвод, тройник

ОКС 27.120.10

49

Редактор З.Н. Киселева

Технический редактор В.Н.Прусакова

Корректор М.И.Першина

Компьютерная верстка Г.Р. Арифулин

Сдано в набор 21.ТО 2021. Подписано в печать 11 11.2021. Формат 60 » 84’.'_в. Гарнитура Ариап

Усл. печ. п. 6.05. Уч.-над. п. 5.84.

Подготовлена на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано а единичном исполнении в ФГБУ кРСТь

117416 Москва. Нахимовский лр-т, д. 31, к. 2.

www.goslinfo.ru inio@gostnfo.ru