Допускаемое число переходных режимов (циклов)
Допускаемое число циклов - это количество допускаемых изменений нормального режима эксплуатации (число остановок и пусков РУ отдельно из холодного и из горячего состояний, количество срабатываний аварийной защиты, включений «на ходу» петель или другого оборудования, различных нарушений нормальной эксплуатации и т.п.).
Число циклов ограничивается по следующим причинам.
Известно, что при длительном воздействии на металл знакопеременной нагрузки в нем постепенно накапливаются структурные изменения (дислокации), из которых развиваются локальные дефекты в виде пор, переходящих в трещины. В результате этих процессов прочность конструктивного элемента падает, и после определенного числа изменений нагрузки металл разрушается при напряжениях меньших предела прочности. Это явление называют циклической усталостью. Циклическая усталость металла возникает также при частой смене нагрузки и без изменения ее знака.
Если циклическая усталость возникает при изменении температуры металла из-за температурных напряжений знакопеременных или без изменения знака (как это часто бывает при переходных режимах оборудования энергоблоков), она называется тепловой усталостью металла. Она также приводит к понижению прочности и долговечности элементов конструкции, а многократное повторение теплосмен завершается его разрушением. Критерием оценки циклической прочности металла при частых теплосменах принято считать максимальное напряжение цикла, при действии которого еще не происходит усталостного разрушения металла в течение заданного числа циклов нагружения. Это напряжение называют пределом усталости. Другим критерием оценки циклической прочности принято считать разрушающее число циклов изменения нагрузки с заданной амплитудой деформаций или напряжений.
При больших амплитудах температурных напряжений, сопровождающихся их многократными релаксациями, что характерно для повторяющихся эксплуатационных циклов блоков «пуск - останов - расхолаживание - разогрев - пуск», разрушающее число циклов невелико (как правило, сотни) и предел прочности в этом случае называется малоцикловой усталостью. При малых амплитудах напряжений, когда вызываемые ими деформации остаются упругими, также происходит накопление структурных изменений в материале деталей, но разрушающее число циклов при этом значительно больше, достигая сотен тысяч и даже миллионов.
Особенно подвержены тепловой усталости аустенитные стали ввиду особенностей их структуры. Усталость проявляется в возникновении на внутренней (что чаще) или наружной поверхности труб или элементов оборудования усталостных трещин, которые затем распространяются вглубь металла.
Важно понимать, что повреждения в структуре металла возникают при любых переходных режимах, в том числе и при режимах нормальной эксплуатации. Но при их нарушениях, что связано, как правило, со значительно большими скоростями изменения температуры и других параметров, возникают более серьезные воздействия на металл. В настоящее время на станциях ведут учет числа и характера всех переходных режимов, чтобы на основе его оценивать возможное накопление повреждений в металле и остаточный ресурс оборудования [44].
Допустимое число циклов нагружения является одним из проектных пределов и, как правило, указывается в регламентах эксплуатации прямо для конкретных эксплуатационных операций: число пусков РУ из холодного состояния, из горячего, число включений ГЦН при работе блока на мощности и т.д. Иногда допустимое число привязывается не к блоку, а конкретному, более уязвимому узлу (чаще - к твэлам) и в этом случае указывается допустимое число циклов того или иного вида за кампанию ТВС (см., например, раздел 7.2.2).
