АННОТАЦИЯ 2
Введение 4
1. Методологии, положенные в основу расчетов на прочность 6
1.1 Этапы расчетов 6
1.2 Допускаемые напряжения. Категоризация напряжений 10
2. Оценка статической прочности 19
2.1 Объект исследования 19
2.2 Метод расчета элементов оборудования, находящихся под
давлением, в стандартах ПНАЭ-Г-7-002-86 21
2.3 Изучение методов расчета элементов оборудования, находящихся
под давлением, в стандартах ASME BPVC-2015 25
2.3.1 Метод анализа упругих напряжений 28
2.3.2 Метод анализа напряжения, соответствующего
упругопластической деформации 33
Заключение 40
Список литературы 41
Для анализа прочности сосудов давления применяется ряд нормативных документов. Обычно в каждой отрасли принят свой набор документов. Так, в атомной энергетике расчеты сосудов на прочность регламентируются «Нормами расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-002-86», в общем машиностроении - ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность, в нефтехимической отрасли - РД 26-02-62-98 Расчет на прочность элементов сосудов и аппаратов, работающих в коррозионно-активных сероводородо-содержащих средах (Руководящий документ ВНИИНЕФТЕМАШ) и др. До недавнего времени эти документы являлись документами обязательного применения (и являются таковыми до сих пор в атомной энергетике).
В США ситуация несколько отличается. Документы по расчетам на прочность формально не являются обязательными, применение их регулируется только экономически. Конструкции (сосуды), удовлетворяющие требованиям соответствующих документов, продаются дороже и страхуются (на случай аварии) по гораздо меньшей ставке; при этом подтверждение соответствия требованиям норм строго регламентировано. Документом, регулирующим расчеты на прочность сосудов, является. ASME BPVC Секция VIII Нормы на котлы и сосуды высокого давления.
Кроме того, во многих странах существуют свои реализованные нормы по расчетам прочности и жесткости трубопроводов, таких как:
Британские: BS 806, BS 7159,
Немецкие: FBDR,
Французские: CODETI,
Норвежские: ТВК 5-6,
Европейские: EN-13480 и т.д.
Проблема заключается в том, что все перечисленные нормы весьма разнородны по своему статусу и не образуют единой системы.
В данной выпускной работе требования кода ASME BPVC былисопоставлены со стандартами ПНАЭ Г 7-002-86. Такой выбор определялся следующими причинами:
- указанные стандарты открыты (в отличие, например, от авиационных документов);
- применяются не только в атомной энергетике, но и во множестве других отраслей).
Структура документов серии PNAE G-7 и Кодекса ASME существенно различаются. Этот аспект делает очень трудным, если не практически невозможным, оценку и определение полного соответствия между серией PNEG-7 и Кодексом ASME.
При решении поставленных задач в работе использованы теоретические и экспериментальные методы научного познания.
Общенаучные теоретические методы исследования основаны на базовых положениях таких нормативных документов, как «ГОСТ Р 52857.1-2007» -«ГОСТ Р 52857.12-2007», «ГОСТ 17032-2010», «ТР ТС 032/2013», «ГОСТ 14249-89», «ОСТ Р 52857.10-2007», «ПБ 03-605-03», «РД 24.200.17-90», «РД 26-01-169-89» и т.д.
Помимо теоретического литературного обзора был проведен компьютерный анализ напряженного состояния и деформаций компонента трубопровода на примере задвижки ЗМС-50х35.01РР с использованием программного продукта SolidWorks Simulation, Ansys и системы Mathcad.
Выполненное сравнение расчетов на статическую прочность одной и той же конструкции при одних и тех же нагрузках с использованием отечественных и американских Норм прочности показало:
1) Рассмотренный элемент конструкции - корпус проектируемой задвижки ЗМС-50х35.01РР для фонтанной арматуры скважин - удовлетворяет условиям статической прочности как по российским, так и по американским Нормам.
2) Нагрузка на корпус может быть увеличена при сохранении требования выполнений условий прочности. Это увеличение различно по разным Нормам и даже разным методам расчета, допускаемым одними (американскими) нормами.
Наименьшее увеличение допускают российские Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, использующие условные упругие решения и категоризацию напряжений. Увеличение, которое допускает ASME Boiler and Pressure Vessel Code при использовании того же метода расчета, несколько выше - за счет меньшего нормативного запаса по пределу прочности (запас по пределу текучести одинаков). Соответствующее различие составляет около 25%.
ASME BPVC разрешают и применение более современного метода расчета - численного анализа за пределами упругости (со своими коэффициентами запаса). Допускаемая нагрузка, рассчитанная этим методом, оказывается на 20% выше нагрузки, рассчитанной с использованием упругого расчета и категорий напряжений, и на 50% выше нагрузки, рассчитанной по ПНАЭ Г-7-002-86.
3) Механические характеристики материалов, аналогичных по химическому составу, в ASME BPVC и российских нормах отличаются. Это отличие различно для разных марок и составляет от 4% до 50%. Причину этого различия невозможно выяснить без детального анализа технологии производства и стабильности свойств
