Главная > Разное > Концепция безопасности «течь перед разрушением» для сосудов и трубопроводов давления АЭС
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

2.8. Испытания натурных образцов труб до разрушения

Испытания натурных образцов труб до разрушения осуществлялось в бронекамере 24 301 АО НПО ЦКТИ. На указанном стенде проводили испытания до разрушения моделей и натурных сосудов, в том числе натурных коллекторов реактора РБМК-1000, барабанов котлов, отработавших проектный срок службы, и других сосудов, также натурных труб реактора ВВЭР-1000 нового поколения. В настоящем разделе описаны результаты испытаний элементов трубопроводов первого контура реактора ВВЭР-440.

Максимальное давление на стенде при статическом нагружении составляет 6000 кгс/см2, а при циклических нагрузках — 1000 кгс/см2. Испытания проводили при нагружении исследуемого образца изгибающим моментом и внутренним давлением. В процессе нагружения с помощью автоматизированной системы измеряли раскрытие трещины, деформации на наружной поверхности трубы и осуществляли контроль за развитием дефекта методом акустической эмиссии.

Было испытано 6 образцов (№№ 3, 4, 5, 7,9), каждый из которых представляет собой отрезок заглушённой по торцам трубы длиной около 1500 мм с предварительно нанесенными на внутреннюю поверхность дефектами. В заглушки ввариваются штуцера, через которые осуществляется подвод и отвод среды (вода, газ).

Рис. 96. Схема установки с гидросистемой для нагружения изгибом: 1 — плита нижняя; 2 — рама установочная; 3 — опора установочная; 4 — колонна трубчатая; 5 — плита верхняя; 6 — гидроцилиндр; 7 — траверса; 8 — опора нагружающая; 9, 11 — клапаны электромагнитные; 10 — манометр рабочий; 12 — клапан обратный; 13 — реле давления; 14 — регулятор давления; 15 — манометр контрольный; 16 — электродвигатель; 17 — насос шестеренчатый; 18 — бак масляный

Образцы №№ 3, 4, 5, 7 и 8 содержали однородное сварное соединение, выполненное по штатной технологии, образец 9 содержал композитный сварной шов, соответствующий на реакторе шву приварки ГЦТ к патрубку корпуса компенсатора объема (перлитная сталь 22К + аустенитная сталь 08X18H10T).

Схема нагружения образцов внутренним давлением показана на рис. 95, внутренним давлением и изгибом — на рис. 96, общий вид установки — на рис. 97.

Чтобы получить результат при максимальных значениях запасенной энергии как рабочую среду использовали газ (азот), подаваемый в исследуемый объект с помощью плунжерного горизонтального насоса.

На рис. 98—100 показаны общий вид надрезов труб 3, 4, 5 после испытаний.

Размеры нанесенных дефектов приведены в табл. 43 и 44. Там же приведены расчетные и фактические разрушающие нагрузки и указан характер разрушения.

Из анализа результатов следует, что разница между расчетными и экспериментальными значениями разрушающей нагрузки для труб 3, 4, 5 составляет 9, 13 и 11% соответственно. Характер разрушения совпал с ожидаемым по расчету для труб с продольными дефектами. Труба 5 с поперечным дефектом разрушилась вместо планируемой течи. Наибольшие различия по расчетным и экспериментальным данным показали трубы 7 и 8.

В связи с указанными расхождениями в дальнейшем при расчетах принимали более консервативное значение

Размер надреза для композитного сварного шва выбирали из условий приближения к критическим размерам при нормальных условиях эксплуатации. Размер надреза при этом составлял 60° по периметру трубы.

Довести трубу с композитным сварным швом до разрушения в месте надреза не удалось, так как труба разрушилась по месту приварки донышка. В связи с этим приведем более подробно описание трубы и условий эксперимента.

Подготовка патрубка из стали 22К под сварку состоит из: механической обработки кромок под наплавку; нанесения двух слоев так называемой силовой наплавки; нанесения первого слоя антикоррозионной наплавки; нанесения второго слоя антикоррозионной наплавки; окончательная механическая обработка под композитный стык.

Модель трубы изготавливали на заводе-изготовителе КО АО «Ижорские заводы».

Рис. 97. Образец на испытательном стенде

Рис. 98. Труба № 3 после испытаний. Тип разрушения — течь

Рис. 99. Труба № 4 после испытаний. Поверхность излома

При изготовлении модели была полностью воспроизведена штатная технология, за исключением последовательности нанесения силовой и антикоррозионной наплавки. Изменение последовательности было вызвано необходимостью закладки в исследуемый стык дефекта.

Поэтому первоначально наносили антикоррозионную наплавку, затем подготавливали кромку под нанесение силовой наплавки. Осуществляли прихватку по кромке кольцевого сегмента, из стали 08Х18Н10Т толщиной 2 мм с углом 60° и длиной (по наружному диаметру) около 165 мм.

Рис. 100. Труба № 5 после испытаний. Поверхность разрушения

Щель под сегментом имитировала трещину. Затем осуществляли наплавку двух слоев силовой наплавки и окончательную механическую обработку кромки.

На рис. 101 показана конструкция исследуемого сварного стыка, а на рис. 102 — размеры «заложенного сегмента», которые и определяют размеры дефекта.

Дальнейшая последовательность и технология изготовления, термообработки и контроля стыка полностью соответствовала заводской технологии изготовления штатного изделия.

Таблица 43. Исходные данные и результаты расчета труб № 3, 4, 5

Таблица 44. Исходные данные и результаты расчета труб № 7, 8

Рис. 101. Конструкция исследуемого сварного стыка с дефектом

Рис. 102. Размеры <заложенного> сегмента

Подготовку к испытаниям проводили в АО НПО ЦКТИ. Эта подготовка включала изготовление и сварку удлинительных труб и донышек, установку датчика раскрытия трещины в центре дефекта, разметку схемы установки тензорезисторов и окончательную сборку модели. На наружной поверхности модели были наклеены тензорезисторы. Дополнительно в ходе экспериментов осуществляли контроль за развитием дефектов методом акустической эмиссии.

Рис. 103. Модель с композитным сварным швом: а — внешний вид с установленными тензорезисторами; б — образец на стенде

Рис. 104. Труба (образец) после испытаний

Рис. 105. Распределение деформаций по длине трубы (а) и длине дефекта (б)

Рис. 106. Результаты контроля акустических сигналов: а — зона левого фланца; б — зона дефекта; в — зона правого фланца

На рис. 103 показан внешний вид модели с композитным стыком с тензорезисторами, установленной в испытательной машине для нагружения до разрушения чистым изгибом и внутренним давлением.

В результате расчетов по методике максимальной предельной нагрузки для трубы мм при глубине дефекта а = 27 мм и длине дефекта 60° были получены следующие значения разрушающей нагрузки:

При проведении эксперимента труба разрушилась по сварному шву в месте приварки донышка к обечайке при значении внутреннего давления р = 66 МПа и изгибающем моменте мм.

Общий вид модели трубы после испытания показан на рис. 104. Распределение деформации и амплитуды эхо-сигналов показаны на рис. 105—106.

При разрушающей нагрузке составляющие осевого напряжения имели следующие значения: в сечении трубы без дефекта осевое растягивающее напряжение от внутреннего давления равно 120,9 МПа, изгибное напряжение от внешнего изгибающего момента составляет 112 МПа; в сечении с дефектом осевое растягивающее напряжение от внутреннего давления равно 153 МПа, осевое напряжение, вызванное действием изгибающего момента, возникшего из-за эксцентриситета центра тяжести сечения с дефектом под воздействием внутреннего давления, составляет 112 МПа, осевое напряжение от внешнего изгибающего момента равно 186 МПа.

Таким образом, выполненные экспериментальные исследования подтвердили, что практически при том же значении изгибающих напряжений от внешнего изгибающего момента,которые были приняты при планировании эксперимента, запас по давлению составил не менее 3,6, и при этом разрушения по дефекту не произошло.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление