发电站加热和冷却运转过渡事件的疲劳评价的校正系数的算出方法

摘要

一种使用了应力校正系数的疲劳使用系数的计算方法，包括：计算应力强度的阶段；导出上述计算出的应力强度中表示最大范围的过渡状态条件的阶段；计算交变应力强度(S

说明书

技术领域

本发明涉及在发电站加热和冷却运转过渡事件的疲劳评价中 对按设计运转条件求出的应力强度值乘以应力强度校正系数，将其 校正为实际运转条件下的应力强度值的疲劳使用系数的计算方法。

背景技术

利用ASMESee.ⅢNB-3200以及NB-3600进行原子能发电站的 主要设备和配管的疲劳设计。图1(a)的黑色曲线是加热设计条件， 实际的发电站如图1(a)的红色所示在设计条件之下进行运转。因 而，在根据设计条件进行运转中的发电站的疲劳评价的情况下，与 实际的运转条件相比保守地进行评价，这带来缩短疲劳寿命的结 果。

在与本发明有关的韩国登记专利公报第10－1083121号中，为 了改善这种情况而提出了“采用特性疲劳使用系数曲线的过渡状态 基础的疲劳使用系数的算出装置及其方法”。在上述文献中提出的 方法假定在图1(a)的实际运转条件下如图1(b)所示仅发生1次 应力强度循环，但实际上如图1(c)所示会发生2次或者根据运转 条件发生2次以上的应力强度循环。因而，上述文献所涉及的方法 过小地评价了疲劳的影响。

发明内容

发明要解决的问题

本发明要解决的问题是，使基于应力强度校正系数(α、β)的 实际运转条件下的应力强度循环发生次数的计数方法实现通用化， 能准确地计算基于各运转条件的疲劳使用系数。

本发明要解决的另一个问题是，能使用应力强度校正系数使可 能发生的运转条件下的应力强度实现数据库化而快速地计算疲劳 使用系数。

用于解决问题的方案

本发明的解决方案提供使用了应力强度校正系数(Correction Factor，α、β)的疲劳使用系数的计算方法，其中包括：阶段1，按 照式(4)，对于按设计条件求出的应力强度，考虑鉴于实际运转条 件的特性的应力强度校正系数来计算实际运转条件下的应力强度：

S_Actual＝α×β×S_Design(4)；

阶段2，导出在上述计算出的应力强度中表示最大范围的过渡 状态条件；阶段3，计算交变应力强度(S_alt)；阶段4，将交变应力 强度代入由ASMESec.Ⅲ给出的特定材料所对应的交变应力强度 －容许循环线图，计算容许循环次数；以及阶段5，用实际运转循 环数除以容许循环数，计算疲劳使用系数。

发明效果

本发明有如下有利的效果：能应用应力强度校正系数(α、β) 使与实际运转条件对应的应力强度循环发生次数计数方法实现理 想化而准确地计算基于各运转条件的疲劳使用系数。

本发明的另一个效果是，能使用应力强度校正系数使可能发生 的运转条件下的应力强度实现数据库化，能快速计算疲劳使用系 数。

附图说明

图1以比较的方式图示了设计加热条件和实际运转加热条件以 及与其对应的应力强度时间履历。

图2表示设计和实际运转时可能发生的多种加热模式。

附图标记说明

UF(usagefactor)：疲劳使用系数

N：可容许的循环的数量

Neq：等同的可容许的循环的数量

n：应力循环的数量

S：应力强度

S_Actual：实际运转过渡状态所对应的应力强度

S_Design：设计过渡状态所对应的应力强度

S_alt：交变应力强度

S_eq：等价应力强度

α：过渡模式所对应的应力校正系数

β：加热/冷却比所对应的应力校正系数

S₁、S_A、S₃：给出的过渡状态所对应的应力强度

具体实施方式

说明用于实施本发明的具体内容。

图2表示在设计和实际运转条件下可能发生的多种加热方式。 事例1是基于设计条件的加热，事例2是加热－在中间维持特定温度 －再加热，事例3是按加热－完全冷却－再加热进行的实际运转条 件。

设计条件的加热/冷却率是10°F/hr，实际运转条件的加热/冷 却率为约50°F/hr。

在图2中，在加热－维持温度－再加热条件的事例2的情况下， 与设计条件(事例1)相比发生1次追加应力循环，在加热－完全冷 却－再加热条件(事例3)的情况下，与设计条件的上述事例1相比 发生2次追加应力循环。

因而，此时追加发生的应力循环的影响是能使用将设计条件 (事例1)的疲劳评价结果与运转条件(事例2、3)所对应的疲劳 评价结果进行比较而导出的校正系数来使应力强度循环发生次数 实现通用化。

即，包括使用通过设计条件的疲劳评价结果和运转条件下的疲 劳评价结果的比较而导出的校正系数来使应力强度循环发生次数 实现通用化的阶段。

说明基于过渡状态类型算出应力强度校正系数(α)。

为了算出过渡状态对应的应力强度校正系数(α)，假定与任意 的过渡状态A进行负荷组合。图2的设计条件和加热－完全冷却－再 加热条件(事例3)的过渡状态负荷的组合如表1所示。表1表示加 热条件下的过渡状态的组合。

[表1]

在发生过渡状态类型2(事例3)的情况下，应力强度与过渡状 态类型1(事例1)不同。因而，使用式(1)计算过渡状态类型2 所对应的等价容许循环数。

在此，将表1的各交变应力强度所对应的循环代入由ASMESec. Ⅲ给出的该材料所对应的交变应力强度－容许循环线图中求出N1 和N3。

$N_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{\frac{1}{N_1}+\frac{1}{N_3}}=\frac{1}{\frac{1}{{\mathrm{SN}|}_{S_{\mathrm{alt}}=\frac{S_1+S_A}{2}}}+\frac{1}{{\mathrm{SN}|}_{S_{\mathrm{alt}}=\frac{S_3+S_3}{2}}}}---\left(1\right)$

此时，将使用式(1)求出的等价容许循环数(N_eq)代入由ASME Sec.Ⅲ给出的该材料所对应的交变应力强度－容许循环线图中求 出等价应力强度(S_eq)。

最后，使用式(2)求出基于过渡状态类型的应力强度校正系 数(α)。

$\left(\begin{array}{cc}\alpha \frac{S_1}{2}+\frac{S_A}{2}=S_{{\mathrm{eq}}^{+}}& \alpha =\frac{(S_{\mathrm{eq}}+\frac{S_A}{2})\times 2}{S_1}\end{array}\right)---\left(2\right)$

(α：基于过渡状态类型的校正系数)

下面，说明基于加热/冷却率算出应力强度校正系数(β)。

当加热/冷却率变化时，应力强度也变化，因此必须求出基于 各加热/冷却率的应力强度校正系数(β)来进行校正。应力强度校 正系数(β)如式(3)所示利用基于特定加热/冷却率的应力强度 与设计应力强度的比来求出。在此，可以假定特定的加热/冷却率 与设计条件下的值的比按10％～120％变化而求出。

$\beta =\frac{S_{(0.1~1.2)\times \mathrm{design}}}{S_{\mathrm{design}}}---\left(3\right)$

S_Actual是实际运转过渡状态所对应的应力强度，S_Design表示设计 过渡状态所对应的应力强度。

下面，说明使用了应力强度校正系数的疲劳使用系数的计算方 法。

本发明提出的应力强度校正系数如下所述用于计算疲劳使用 系数。

步骤1：是考虑设计运转条件并使用式(4)计算应力强度的阶 段。

SINT_Actual＝α×β×SINT_Design(4)

步骤2：是导出上述计算出的应力强度中表示最大范围的过渡 状态条件的阶段。

步骤3：是计算交变应力强度(S_alt)的阶段。

步骤4：是将交变应力强度代入由ASMESec.Ⅲ给出的该材料所 对应的交变应力强度－容许循环线图来计算容许循环数的阶段。

步骤5：是将实际运转次数除以容许循环数来计算疲劳使用系 数的阶段。

工业上的可利用性

本发明提供了一种在发电站加热和冷却运转过渡事件疲劳评 价中，对按设计运转条件求出的应力强度值乘以应力强度校正系 数，将其校正为在实际运转条件下求出的应力强度值的方法，将其 用于疲劳使用系数的计算，能进行更准确的发电站加热和冷却运转 过渡事件的疲劳评价，因此工业上的可利用性非常高。