GB/T 16702.6-2025 压水堆核电厂核岛机械设备设计规范 第6部分：堆内构件

ICS27.120.20
CCSF69
中华人民共和国国家标准
GB/T16702.6—2025
部分代替GB/T16702—2019
压水堆核电厂核岛机械设备设计规范
第6部分:堆内构件
Designspecificationformechanicalcomponentsinnuclearislandofpressurized
waterreactornuclearpowerplants—Part6:Reactorvesselinternals
2025-02-28发布2025-02-28实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会发布

目 次
前言………………………………………………………………………………………………………… Ⅲ
引言………………………………………………………………………………………………………… Ⅳ
1 范围……………………………………………………………………………………………………… 1
2 规范性引用文件………………………………………………………………………………………… 1
3 术语和定义……………………………………………………………………………………………… 2
4 通则……………………………………………………………………………………………………… 2
4.1 文件………………………………………………………………………………………………… 2
4.2 堆内构件的范围和分类…………………………………………………………………………… 2
4.3 标识………………………………………………………………………………………………… 3
5 材料……………………………………………………………………………………………………… 4
5.1 概述………………………………………………………………………………………………… 4
5.2 材料选用要求……………………………………………………………………………………… 4
5.3 晶间腐蚀敏感性…………………………………………………………………………………… 5
5.4 堆内构件用材中的钴含量………………………………………………………………………… 5
6 设计……………………………………………………………………………………………………… 6
6.1 设计总则…………………………………………………………………………………………… 6
6.2 堆内构件结构性能分析规则……………………………………………………………………… 8
6.3 堆芯支承结构件焊接设计………………………………………………………………………… 30
7 制造及检验……………………………………………………………………………………………… 33
7.1 概述………………………………………………………………………………………………… 33
7.2 制造与检验的文件和要求………………………………………………………………………… 33
7.3 制造工艺…………………………………………………………………………………………… 33
7.4 焊接………………………………………………………………………………………………… 34
7.5 无损检验的特殊要求……………………………………………………………………………… 35
Ⅰ
GB/T16702.6—2025

前 言
本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本 文件是GB/T16702《压水堆核电厂核岛机械设备设计规范》的第6部分。GB/T16702已经发
布了以下部分:
———第1部分:总则;
———第2部分:1级设备;
———第3部分:2级设备;
———第4部分:3级设备;
———第5部分:小型设备;
———第6部分:堆内构件;
———第7部分:设备支承;
———第8部分:低压或常压储罐。
本文件代替GB/T16702—2019《压水堆核电厂核岛机械设备设计规范》的第9章堆内构件,与
GB/T16702—2019中第9章相比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下:
———更改了边界划分(见4.2.3,2019年版的9.1.1.1.3);
———更改了文件的相关要求(见4.1,2019年版的4.1.2);
———增加了焊材的相关要求(见5.2);
———更改了堆内构件用材中的钴含量的要求(见5.4,2019年版的9.2.4);
———更改了堆内构件采用的材料标准(见表1,2019年版的表75);
———删除了“铸件”的表述和相关内容(见2019年版的表75,9.2.3.1,9.2.3.2):
———更改了制造过程中进行焊接、热加工或热处理导致晶间腐蚀敏感性的温度下限(见5.4,2019年版
的9.2.3);
———增加了“超声与渗透检验”“焊道间的渗透检测”两种检验组合对应的焊缝系数(见表8);
———增加了“液体渗透检测和射线检测均按1级焊缝的要求执行”(见7.4.6.2);
———增加了“当管子外径ϕ<90mm 射线检测时,像质计可平行于管焊缝放置”(见7.5.1.5)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国核能标准化技术委员会(SAC/TC58)提出并归口。
本文件起草单位:中国核动力研究设计院、上海核工程研究设计院股份有限公司、中广核工程有限
公司、中国核电工程有限公司、生态环境部核与辐射安全中心、中机生产力促进中心、核工业标准化研
究所。
本文件主要起草人:王庆田、胡朝威、傅孝龙、丁宗华、李燕、谢海、蒋兴钧、肖威、黄宗仁、文静、刘文进、
曾忠秀、李红鹰、孙英学、何培峰、郑连刚、邱阳、魏微、冯志鹏、王仲辉、张翟、杨义忠、姚俊俊、林绍萱、张明、
薛国宏、黄磊、冉小兵、刘言午、黄建学、郭利峰、路晓晖、唐雨建、李华、左树春、凌礼恭、李海龙、潘俊、
宿希慧、吴飞飞、李茳。
本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为:
———1996年首次发布为GB/T10702—1996,2019年第一次修订;
———本次为第二次修订,将其拆分为8个部分,本文件编号调整为GB/T16702.6—2025。
Ⅲ
GB/T16702.6—2025
引 言
GB/T16702《压水堆核电厂核岛机械设备设计规范》是压水堆核电厂核岛机械设备设计通用技术
标准,是贯彻我国核安全法规精神,积极推进压水堆核电厂核岛机械设备标准技术路线统一,促进压水
堆核岛机械设备自主设计及国产化进程而制定相关标准中的重要组成部分。GB/T16702是指导我国
压水堆核电厂核岛机械设备设计活动的基础性和通用性的标准,拟由八个部分构成。
———第1部分:总则。目的在于规定压水堆核电厂核岛机械设备设计需要遵守的总体要求及与其
他部分配套使用的附录。
———第2部分:1级设备。目的在于规定1级承压设备的材料、设计、制造、检验、压力试验及超压
保护等设计中所需遵守的要求。
———第3部分:2级设备。目的在于规定2级承压设备的材料、设计、制造、检验、压力试验及超压
保护等设计中所需遵守的要求。
———第4部分:3级设备。目的在于规定3级承压设备的材料、设计、制造、检验、压力试验及超压
保护等设计中所需遵守的要求。
———第5部分:小型设备。目的在于规定小型承压设备的材料、设计、制造、检验、水压试验及泵的
鉴定及验收试验等设计中所需遵守的要求。
———第6部分:堆内构件。目的在于规定堆内构件的材料、设计、制造、检验等设计中所需遵守的
要求。
———第7部分:设备支承。目的在于规定压水堆核电厂核岛机械设备支承的设计中所需遵守的
要求。
———第8部分:低压或常压储罐。目的在于规定低压或常压储罐的材料、设计、制造、检验及水压试
验等设计中所需遵守的要求。
GB/T16702(所有部分)与NB/T20001~NB/T20009系列标准一起构成适用于我国的压水堆核
电厂核岛机械设备设计、制造的技术标准体系。该标准体系立足自主核电工程经验,吸纳核岛机械设备
标准技术路线统一研究成果,符合我国核电监管体系要求和工业基础,是规范和指导我国压水堆核电厂
核岛机械设备设计、制造等相关活动的重要依据。
本文件重点考虑了堆内构件的设计原则,明确了堆内构件的边界划分,更新了材料标准号,从而完
善了堆内构件的材料、设计、制造、检验、压力试验及超压保护等设计中所需遵守的要求。本文件与
GB/T16702.1—2025配套使用。
Ⅳ
GB/T16702.6—2025
压水堆核电厂核岛机械设备设计规范
第6部分:堆内构件
1 范围
本文件规定了压水堆核电厂核岛机械设备中堆内构件的材料、设计、制造及检验等要求。
本文件适用于堆内构件及其零部件的设计。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T16702.1—2025 压水堆核电厂核岛机械设备设计规范 第1部分:总则
GB/T16702.2—2025 压水堆核电厂核岛机械设备设计规范 第2部分:1级设备
NB/T20001—2023 压水堆核电厂核岛机械设备制造规范
NB/T20002.1 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 第1部分:通用要求
NB/T20002.5—2013 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 第5部分:制造车间评定
NB/T20002.6—2021 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 第6部分:产品焊接
NB/T20002.7 压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 第7部分:耐磨堆焊
NB/T20003.1—2021 核电厂核岛机械设备无损检测 第1部分:通用要求
NB/T20003.2—2021 核电厂核岛机械设备无损检测 第2部分:超声检测
NB/T20003.3 核电厂核岛机械设备无损检测 第3部分:射线检测
NB/T20003.4 核电厂核岛机械设备无损检测 第4部分:渗透检测
NB/T20004—2014 核电厂核岛机械设备材料理化检验方法
NB/T20007.1 压水堆核电厂用不锈钢 第1部分:1、2、3级奥氏体不锈钢锻件
NB/T20007.3 压水堆核电厂用不锈钢 第3部分:堆芯支承板和上支承板用奥氏体不锈钢锻件
NB/T20007.5 压水堆核电厂用不锈钢 第5部分:1、2、3级设备用奥氏体不锈钢钢板
NB/T20007.6 压水堆核电厂用不锈钢 第6部分:堆内构件用奥氏体不锈钢板
NB/T20007.8 压水堆核电厂用不锈钢 第8部分:1、2、3级设备用奥氏体不锈钢无缝钢管
NB/T20007.15 压水堆核电厂用不锈钢 第15部分:堆内构件和堆芯测量密封组件紧固件用冷
作硬化奥氏体不锈钢钢棒
NB/T20007.17 压水堆核电厂用不锈钢 第17部分:堆内构件压紧弹性环用马氏体不锈钢锻件
NB/T20007.41 压水堆核电厂用不锈钢 第41部分:堆内构件用奥氏体不锈钢无缝钢管
NB/T20007.45 压水堆核电厂用不锈钢 第45部分:压紧弹性环用04Cr13Ni5Mo马氏体不锈
钢锻件
NB/T20007.49 压水堆核电厂用不锈钢 第49部分:安全级设备用冷作硬化不锈钢棒
NB/T20007.50 压水堆核电厂用不锈钢 第50部分:安全级设备用奥氏体不锈钢锻件
NB/T20007.51 压水堆核电厂用不锈钢 第51部分:安全级设备用奥氏体不锈钢板
NB/T20007.52 压水堆核电厂用不锈钢 第52部分:安全级设备用奥氏体不锈钢棒和型钢
1
GB/T16702.6—2025
NB/T20007.53 压水堆核电厂用不锈钢 第53部分:安全级设备用奥氏体不锈钢无缝钢管
NB/T20008.4 压水堆核电厂用其他材料 第4部分:1、2、3级镍-铬-铁合金锻、轧件
NB/T20008.10 压水堆核电厂用其他材料 第10部分:堆内构件和控制棒驱动机构用镍基合
金棒
NB/T20008.12 压水堆核电厂用其他材料 第12部分:1、2、3级设备螺栓、螺母用锻、轧棒
NB/T20008.13 压水堆核电厂用其他材料 第13部分:1、2、3级螺柱、螺栓、螺钉、螺杆和螺母
NB/T20008.14 压水堆核电厂用其他材料 第14部分:镍基合金丝
NB/T20008.24 压水堆核电厂用其他材料 第24部分:堆内构件用GH4145合金棒
NB/T20008.28 压水堆核电厂用其他材料 第28部分:安全级设备用NS3105合金锻件
NB/T20008.36 压水堆核电厂用其他材料 第36部分:安全级设备用镍基合金丝
NB/T20009(所有部分) 压水堆核电厂用焊接材料
3 术语和定义
GB/T16702.1—2025界定的术语和定义适用于本文件。
4 通则
4.1 文件
文件按照GB/T16702.1—2025中第6章的要求执行。
4.2 堆内构件的范围和分类
4.2.1 堆内构件的范围
在反应堆压力容器内除燃料组件及其相关组件、控制棒驱动机构、辐照监督管以及堆芯测量元件之
外所有的零部件均属堆内构件。设计者应根据堆内构件的功能规定它们的选材标准、制造等级及相应
的使用限值。
4.2.2 堆内构件的分类
堆内构件中的所有零部件应按GB/T16702.1—2025中5.2.2.1的要求分成堆芯支承结构件(CS)
和堆内结构件(IS)两类。
a) 堆芯支承结构件是反应堆内为构成堆芯的燃料组件提供支承和定位约束的结构件。
仅在堆芯支承结构发生假想的破坏事故后,对堆芯起支承和限位约束作用的结构属于堆内
构件。
b) 堆内构件中除堆芯支承结构件外均属堆内结构件。
c) 堆内结构件和堆芯支承结构件的连接焊缝属于堆芯支承结构件。
d) 与堆内构件接触或相连接的、之后又去除的临时性紧固件不属于堆内构件。临时性紧固件包
括役前仪表的垫板、拉杆、支杆和保护罩、对中用的吊装紧固件等。
4.2.3 边界划分
堆芯支承结构件和反应堆压力容器之间的边界应位于堆芯支承结构件的表面。堆芯支承结构件与
反应堆压力容器的第一道连接焊缝应认为是反应堆压力容器的一部分,除非焊缝距离反应堆压力容器
承压区域大于2t(t 是承压材料的名义厚度)。除非规格书另有规定,用于连接堆芯支承结构件和反应
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GB/T16702.6—2025
堆压力容器之间的机械连接结构属于本文件的范围。
4.3 标识
4.3.1 设备标识的目的
零部件标识制度是在设备零部件或焊接接头和与其相关的一套文件之间建立明确联系的识别(设
备可追溯)制度。
4.3.2 标识制度与生产管理方法相适应
零部件标识制度应与零件或焊缝采用的管理方法类型相匹配:单件物项控制时,每一物项用一个标
识编号;按批控制时,每批采用一个标识编号。
4.3.3 标识方法
用于标识部件的方法包括:
a) 蚀刻法(包括钢印、划线等);
b) 临时标记法(用油墨、油漆等);
c) 标签法;
d) 工序记录卡。
为满足4.3.1的规定,应规定标识方法并编制标识规程。
4.3.4 标识资料的类型
本文件不要求将任何零件或焊缝的原始资料(例如炉号、批号、热处理号及焊工号等)标记或写在物
项自身、标签或工序记录卡上。但是,采用的标记或代号应能够清楚地查找到生产管理所需文件。
当部件被分成一批或几批制造时(例如热处理),则不需要在每个部件上标出原始的批号,只要按新
的标识制度能够准确地查找到该部件原来的标识即可。
4.3.5 重新标记和标签的转移
如果标识代号在加工中被除掉或抹去,制造商应在该零件的另一适当部位,重新打上标记或贴上
标签。
属 于同一批的机加工件,每次加工后,不必要重新作标记,条件是:
———制造程序能将各批次完全分开;
———对废品立即标上清晰的去不掉的标记。
对于钢板,其轧制方向对以后的制造或试验(如试验块的切取)有重要意义时,则应在该工件上给出
轧制方向。
余料应按其用途作标识。
4.3.6 标记方法
具体标记方法应符合NB/T20001—2023及技术文件的规定。
4.3.7 焊缝标记
4.3.7.1 在大型加工件上的焊缝
对于大型加工部件,应绘制准确的焊缝分布位置图。
此图可以是一张总体布置图。图上应标明焊缝轴线相对于标记系统(这个标记系统可由零件本身
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GB/T16702.6—2025
或用作为参考平面的机加工平面组成)的尺寸。应能容易地用直观方法或普通光学仪器找出识别标记
的位置。
对于需要进行射线检测的焊缝,此图或附属文件应清楚地指明焊缝和识别标记的位置,以便准确地
确定射线透照的位置和评片。
4.3.7.2 在其他结构件上的焊缝
对其他结构件,特别是互换件,应绘制一张标明其在设备中的位置的参考图。此图应为每一结构件
提供足够的资料,以保证能确定这些结构件的分布位置。而结构件本身的方法标记则不要求。
5 材料
5.1 概述
本章规定了堆内构件涉及的设备零部件所适用的材料标准、选材要求和使用条件。
5.2 材料选用要求
堆内构件零部件的选材应按表1的规定并满足GB/T16702.1—2025中附录M 的要求,当涉及不
同的材料牌号时应在设备规格书中给出,设计使用的材料的物理性能及力学性能见GB/T16702.1—2025
中的附录A。
当材料标准中涉及几个级别时,堆芯支承结构件所用材料应满足1级设备用材料的要求,表1中规
定的除外。
当选用新的制造工艺或采用新的材料牌号时,应按GB/T16702.1—2025中附录M 的要求执行。
堆内构件设备制造中所用焊材应符合相应的NB/T20009(所有部分)的要求。
表1 堆内构件采用的材料标准
设备、零件名称采用的材料标准
堆芯支承结构件
锻件NB/T20007.1、NB/T20007.50
板材NB/T20007.6、NB/T20007.51
锻件(上支承板和堆芯支承板) NB/T20007.3
管材NB/T20007.8、NB/T20007.41、NB/T20007.53
棒材(螺栓和燃料组件定位销) NB/T20007.15、NB/T20007.49、NB/T20007.52
螺栓NB/T20008.13、NB/T20007.49
NS3102锻件
NS3105锻件NB/T20008.4、NB/T20008.28
GH4145棒材NB/T20008.10、NB/T20008.24
堆内结构件
锻件(出口管嘴) NB/T20007.1(2级)、NB/T20007.50
板材(热屏蔽) NB/T20007.5(2级)、NB/T20007.51
棒材(螺栓) NB/T20007.15、NB/T20008.12a、NB/T20007.49、NB/T20007.52
螺栓NB/T20008.13、NB/T20007.49
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GB/T16702.6—2025
表1 堆内构件采用的材料标准(续)
设备、零件名称采用的材料标准
堆内结构件
锻件(压紧弹簧) NB/T20007.17、NB/T20007.45
GH4145棒材(开口销) NB/T20008.10、NB/T20008.24
丝材(弹簧) NB/T20008.14、NB/T20008.36
a 只适用于导向筒装配用螺钉。
5.3 晶间腐蚀敏感性
5.3.1 按设备对晶间腐蚀敏感性的分类准则
对于晶间腐蚀的敏感性,本章涉及的奥氏体或奥氏体-铁素体不锈钢部件及其零件,应按照制品(钢
板、钢管、锻件等)的类型、厚度和制造操作划归下述的某一组中:
———1组:在使用中避免晶间腐蚀的危险,材料在固溶热处理后,在制造过程中进行焊接、热加工或
热处理(425℃以上),但随后不再进行固溶热处理;
———2组:在使用中避免晶间腐蚀的危险,材料在固溶热处理后既不进行焊接,也不进行热加工或
热处理(425℃以上)。
虽然晶间腐蚀是一种偶然事件,但宜避免晶间腐蚀的风险。
5.3.2 对晶间腐蚀敏感性的要求
5.3.2.1 钢种的选择
应按以下限定的范围选用钢材。第1组限制严于第2组。
对于第1组:含钼或不含钼的超低碳奥氏体不锈钢(包括控氮不锈钢),或者奥氏体-铁素体钢铸件。
当保证部件的最终使用状态满足设计对晶间腐蚀敏感性要求时,可采用低碳奥氏体不锈钢。
对于第2组:含钼或不含钼低碳奥氏体不锈钢(如:05Cr19Ni10)和螺栓材料(如:06Cr17Ni12Mo2)。
堆内构件设备规格书中应具体规定使用某组的钢材。
5.3.2.2 晶间腐蚀敏感性的检测
对于第1组材料,除非在技术规格书有明确的规定,在经熔炼分析测得的碳含量是下述情况时,应
进行晶间腐蚀敏感性的检测:
———含碳量大于0.030%的奥氏体不锈钢;
———含碳量大于0.035%的奥氏体控氮不锈钢。
对于第2组类奥氏体不锈钢:在经浇包分析测得的含碳量大于0.030%的情况下,按NB/T20004—
2014中第18章方法一的规定执行,固溶处理的试样不需要进行敏化处理。
上述要求应包括在相关技术规格书中。
5.4 堆内构件用材中的钴含量
在堆内构件中的零部件如果已有专门的采购技术规格书,则其钴含量应符合采购技术规格书中的
规定。
采 购技术规格书未规定的零部件分为两种。
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GB/T16702.6—2025
———对那些靠近堆芯,受到强中子辐照的零部件,其最高钴含量应不大于0.06%。在设备规格书中
应逐个列出这些零部件。具体地说,它们包括下段吊篮筒体、围板、成形板和热屏蔽。
———其他零部件的最高钴含量不大于0.20%,目标值不大于0.10%。
6 设计
6.1 设计总则
6.1.1 目的
本章规定了适用于堆芯支承结构件应力强度计算及其在设备规格书中规定的载荷作用下的性能分
析规则。如果堆内构件设备规格书要求对堆内构件进行完整性评定,则参考堆芯支承结构件的要求
执行。
这 些规则并未涉及堆内构件在密封、机动性及变形方面要求。这些功能方面的考虑应将在堆内构
件的设备规格书中给予具体规定。
6.1.2 工况
6.1.2.1 设计工况
设计工况是以6.1.3.2中所给的设计载荷来表征的工况。设计载荷是以设备在正常工况下所承受
的最大载荷确定的。
6.1.2.2 正常工况
正常工况是指设备在正常运行期间所处的工况,即稳态功率运行和相对于正常运行时的瞬态过程。
6.1.2.3 扰动工况
扰动工况是指由设备正常运行故障时所处的工况。
6.1.2.4 紧急工况
紧急工况是指设备在稀有的事故情况下所处的工况。
6.1.2.5 事故工况
事故工况是指极不可能出现的但其后果应予以研究的工况。
6.1.3 载荷规则
6.1.3.1 载荷
上述每一工况都有一组与之相应的环境作用,如压力、力、热流量、辐射、腐蚀等。其中有些环境作
用会产生使部件发生形变作用的机械功,这些产生机械功的环境作用称为载荷。
考虑不同载荷同时发生作用的组合称为载荷组合。
构成载荷组合的载荷包括但不局限于以下内容:
a) 冷却剂流动引起的压差;
b) 堆内构件的自重;
c) 由堆芯、流量分配组件、围板、热屏蔽和安全设备等施加的载荷;
d) 地震载荷和反应堆压力容器的运动所引起的其他载荷;
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GB/T16702.6—2025
e) 来自支承和约束的反力;
f) 热效应、温度梯度或膨胀差引起的载荷;
g) 流体冲击和流体流动的载荷;
h) 主管道破裂产生的瞬时压差载荷;
i) 振动载荷;
j) 控制棒驱动机构的运行和落棒产生的载荷;
k) 换料或在役检查的准备过程中或在进行中所产生的载荷。
6.1.3.2 设计工况载荷
6.1.3.2.1 设计压差
定义如下:
规定的设计压差不应低于正常运行工况下堆芯支承结构件内外之间最大压差。
在6.2.3.3、6.2.3.8.1、6.2.3.8.2、6.2.3.8.4、6.2.4.3a)、6.2.3.4.1和6.2.5.2的应力强度的验算中采用
设计压差。当可预先确定结构不同区域在运行中有不同压差时,每个区域的设计压差可按该区域的预
计值取。
设计压差包括压差波动允许偏差。
6.1.3.2.2 设计温度
不同区域的设计温度不应低于正常工况中沿该区壁厚平均温度的最高值。在确定设计温度时,要
堆芯支承结构受γ射线辐照加热的影响需纳入考虑范围。
设计温度应与6.1.3.2.1中确定的设计压差结合起来使用。必要时,金属温度可通过对设备在相同
使用条件下进行的分析或测量来确定。
在任何情况下,金属温度都不应超过GB/T16702.1—2025中附录A 规定的最高温度。
6.1.3.2.3 其他设计载荷
其他设计载荷的选取应使由这些载荷与压差载荷联合构成的载荷组包络正常运行工况的所有
载荷。
应 在设备规格书中规定机械载荷的数值。
考虑的其他载荷中应包括地震效应和由内部或外部条件引起的作用力。
堆芯支承结构件的布局和支撑应以尽量降低振动为原则。
6.1.4 准则的级别
对与每一种或每一类工况相应的每一载荷都应规定一个与之相应的准则级别。此级别至少应与
6.1.5中规定的级别一样严格。准则级别应在设备规格书中指明。
每一准则级别都有一组应力限值与之相对应。所规定的应力限值取决于结构完整性要求。
6.1.5 适用于各种载荷工况的最低准则级别
6.1.5.1 设计工况
设计工况应满足0级准则。
6.1.5.2 正常工况
正常工况下应满足A 级准则。
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GB/T16702.6—2025
6.1.5.3 扰动工况
在堆内构件设备规格书中对扰动工况的规定至少应满足B级准则。
6.1.5.4 紧急工况
在堆内构件设备规格书中对紧急工况的规定至少应满足C级准则。
6.1.5.5 事故工况
在堆内构件设备规格书中对事故工况的规定至少应满足D级准则。
6.1.6 应力分析报告
对遵循本章各项规则的所有零部件都必须有应力分析报告。应力分析报告论证堆内构件设备规格
书中规定的所有载荷都遵守本章的准则。
应力分析报告还应论证包含在堆内构件设备规格书中的任何附加设计要求也得到满足。
6.1.7 特殊考虑
6.1.7.1 腐蚀
如果在使用中,由于内部介质或周围环境的作用,使表面产生腐蚀、浸蚀或磨损,而有可能导致壁厚
减薄时,应预留足以补偿部件在设计寿期内的厚度减薄量,这个量称为腐蚀裕量。应将该腐蚀裕量加到
按本章确定的厚度上去。
可根据所预测的腐蚀速度,对于设备的不同部位取不同的腐蚀裕量。
6.1.7.2 堆焊层
堆芯支承结构件的堆焊层不影响其结构强度。
在设计部件尺寸时,若是承受内压差的结构,其内径应取自堆焊层的名义内表面,若是承受外压差
的结构,其外径应取自母材的外表面。
如果要加结构性堆焊层,应提供适当的规则。
6.1.7.3 异种金属的焊接
应特别注意不同膨胀系数的异种金属的焊接接头设计和焊接接头的性能。
6.2 堆内构件结构性能分析规则
6.2.1 一般要求
6.2.1.1 分析的目的
在设计的每一类工况(见6.1.2)下所遵循一组的相应的准则,应能确保材料在经受该工况相关的载
荷时不致遭到对应类型的破坏。
分析的目的在于验证根据分析方法和相应准则级别选定的那些准则是否得到满足。在验证过程
中,使用切实可行的分析方法确定一些重要的量值,并将它们与其最大允许值进行比较。
6.2.1.2 合格条件
用分析法设计堆内构件的合格条件符合下列要求。
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GB/T16702.6—2025
a) 分析所获得的应力强度应不超过6.2规定的极限,使用的Sm 均列于GB/T16702.1—2025的
表A.1、表A.2和表A.3中。
b) 设计细节应遵守6.1和6.3的各项要求。特别是焊接结构设计的规定(分析中应使用焊缝系
数n 和疲劳系数f)。
c) 对产生压应力的结构分析要结合临界屈曲应力,应按GB/T16702.1—2025中的附录D进行。
对有外压差存在的特殊情况和6.2.3.3.4所包括的部件[弹性分析(采用0级准则)]的结构分
析应按GB/T16702.1—2025中的附录D进行(除D.1.1外)。
GB/T16702.1—2025中的图D.10~D.14可用来确定压应力的大小。
C级准则见6.2.3.6。
椭圆度偏差要求按NB/T20001—2013执行。
在有动压差的地方,允许的压差应满足GB/T16702.1—2025中附录D 的要求或者限制在正常运
行工况下动态不稳定性压差的25%。
6.2.1.3 分析方法
分析的第一步是选择分析方法。
本章中的规则是建立在尽可能广泛地采用线弹性理论的基础上,而准则是用弹性计算所获得的应
力组合来表示的。但是,由于绝大多数损伤型式与塑性变形有关,因而各准则直接涉及构件的弹塑性
行为。
在 某些特殊情况下,可使用塑性计算方法确定在某种载荷的作用下局部及整体变形。这些方法通
常要求更大的计算量和确定加载过程。
也可使用试验的方法。在这种情况下,对某一构件的比例模型或它的某些零件加载以便确定变形
和应力,或者确定与所研究的破坏型式相关的安全裕量。
有4种方法可供选择:
———弹性分析,见6.2.3;
———弹塑性分析,见6.2.4.2和6.2.4.3;
———实验分析法,见6.2.4.5;
———应力比法,见6.2.4.4。
6.2.1.4 计算区域
在分析某种单一破坏模式时,由于计算技术方面的原因,常需将整个结构分成若干区域。在这种情
况下,应对结构进行整体的分析,以便确定所考虑的每种载荷情况下作用在区域边界上的载荷和位移以
及区域之间的联系。
6.2.1.5 方法的综合使用
各种分析方法均可使用,要求如下。
a) 对单一结构的不同区域进行分析,应根据整体分析的结果选择区域边界的连接、载荷和位移以
便获得被分析区域上所考虑的每种损伤型式的抗力的最保守估计。
b) 对某一单一计算区域,应分析该区域在同类或不同类载荷工况下的结构性能。
对于正常和扰动工况,应从整体上进行疲劳分析研究。在这种情况下,应专门论证同时采用几种分
析方法的合理性。
6.2.2 应力分析基本概念
6.2.2.1 不连续性
不连续性定义如下。
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GB/T16702.6—2025
a) 整体结构不连续性。
这是一种几何形状或材料上的不连续性。它影响壳型承压结构沿其整个壁厚的应力或应变分
布,因此对结构的整体性能有重要影响。
整体结构不连续性的例子有:封头与壳体、法兰与壳体、接管与壳体之间的连接,以及不同直
径、不同厚度、不同材料的壳体之间的连接。
整体结构不连续性应力,是应力实际分布的组成部分,它们沿壁厚积分以后,可得到在截面上
的合力和合力矩。
b) 局部结构不连续性。
这是另一种几何形状上或材料上的不连续性,它只影响沿部分壁厚的应力或应变分布。因
此,对结构的整体性能无重大影响。此种结构不连续性导致的应力分布只能引起很有限的局
部变形。
局部结构不连续性的例子有:小圆角半径、小附件和部分未焊透的焊缝。
6.2.2.2 应力
应力分类如下。
a) 正应力。
正应力是应力矢量在参考面法向上的分量。
正应力在器壁厚度内的分布通常是不均匀的。此时正应力可认为是以下两个分量之和:一个
是常量并等于应力沿厚度的平均值;另一个是沿厚度变化的分量。
b) 剪应力。
剪应力是参考面上的应力矢量在其上的投影。
c) 薄膜应力。
薄膜应力是正应力或剪应力沿壁厚的平均值。
d) 弯曲应力。
弯曲应力是在厚度的任何一点处,由a)定义的正应力与c)定义的薄膜应力之差值。弯曲应力
沿壁厚可呈线性或非线性分布。
e) 机械应力。
机械应力是由诸如内压、重量、地震等机械载荷的施加而引起的应力。它有别于热应力。
f) 热应力。
热应力是一种自平衡应力,它是由于器壁中温度的不均匀分布,或由于膨胀系数的不同而引起
的。当温度变化时,如果材料受到阻碍不能自由伸缩,在其内部也会产生热应力。
为能运用应力准则,按材料发生变形的体积大小,热应力可分为两种类型。
1) 总体热应力:它是由整个壁厚上的胀差引起的。如果在略去应力集中影响后,此种应力的
变化幅度超过材料屈服极限的两倍,则弹性分析可能无效,而连续的热循环可能产生渐进
变形。此种应力在进行应力分类时视为二次应力。总体热应力的例子如下。
———筒体中因轴向温度分布或两种不同材料相接而引起的应力。
———由壳体与其接管间温差而产生的应力。
———壳壁中因径向温度分布所产生的当量的线性分布应力。其与真实应力有相同的力矩
和平均值。
2) 局部热应力是由于沿壁厚胀差几乎完全被抑制而产生的应力。因此,不会引起构件的明
显变形。
此类应力仅从疲劳损伤的观点,才予以考虑。因此视为局部应力。在评估局部热应力时,
应采用6.2.3.8.6b)所述之程序。局部热应力的例子如下:
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GB/T16702.6—2025
———由部件壁上一热点引起的应力;
———壳壁中由径向温度分布产生的实际应力与当量线性应力之差;
———膨胀系数与母材不同的堆焊层中的热应力。
g) 总应力。
总应力是在所考虑的各种因素作用下,结构器壁的某一点上所得到的应力值,它是一次应力、
二次应力和峰值应力之和。
在进行分析时,为能正确使用不同分析类型的各种准则,总应力要分解成几个适当的基本应
力类型。
h) 自由端位移。
自由端位移是指若把两个互相连接的结构分割开的话,它们之间所能产生的相对位移。这类
位移的例子有:因管系、设备及其支承间相对热膨胀的存在而出现,或者因除管道之外的其他
原因使设备受到转动而可能出现的相对位移。
i) 膨胀应力。
膨胀应力是由于堆芯支承结构件的位移受到限制而产生的一种应力。
6.2.2.3 A 级和B级准则有关的一些定义
以下是与验证A 级和B级准则有关的一些定义。
a) 工况。
任何工况都按下面模式用各种效应的演化来表征:
———稳态;
———效应的变化;
———恢复稳态。
b) 应力或应变循环。
一种工况,可能引出一种或几种应变或应力循环。在循环过程中,应力或应变由一初始值出
发,经过代数最大和最小值,又回到初始值。
动态效应也要看作是一种应力或应变循环。
c) 塑性适应(弹性安定)。
在循环载荷作用下,如果经过几个循环以后,结构所有各点上的行为都变为弹性,该结构便处
于塑性适应(弹性安定)状态。
d) 塑性稳定(塑性安定)。
在循环载荷作用下,如果经过几个循环后,在每次循环中都保持同样的弹-塑性行为,则认为该
结构产生了塑性稳定。
在塑性稳定情况下不存在渐进变形的可能性。
e) 总体塑性适应(总体线性安定)。
总体塑性适应是结构的一种塑性稳定状态,在这种状态下,塑性变形仅仅出现在尺寸远小于所
考虑的截面厚度的变形集中区。此时,结构的响应基本上是弹性的,因为受到弹性部分的约
束,阻止了塑性变形的发展。变形集中效应主要取决于几何形状和载荷,受材料本身的应力-
应变关系的影响甚微。
f) 疲劳强度减弱系数。
疲劳强度减弱系数是一种应力集中系数,是由于结构上存在着影响疲劳强度的局部不连续而
引起的。
在无试验数据时,可采用理论应力集中系数。
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GB/T16702.6—2025
6.2.3 弹性分析
6.2.3.1 有关应力的基本概念
以下是有关应力的内容。
a) 准则。
这些准则包括:
———把应力的分量分成若干类,这一过程称作应力的分类;
———把进行准则检验所涉及的应力类别按分量进行组合;
———把从这些组合求得的各种标量和规定的应力限值进行比较。
b) 一次应力。
一次应力是指由外加载荷引起的任何正应力或剪应力,其直接参与平衡机械载荷。因此,即
使出现塑性变形,一次应力也将继续存在。一旦一次应力超过了材料的屈服强度,就存在发
生过度变形的风险。热应力不属于一次应力。
一次应力的例子有:
———圆柱壳因内压差或分布动载荷引起的总体薄膜应力;
———因压差在平顶盖中心部分引起的弯曲应力。
总体一次薄膜应力是分布于结构中一种应力,其分布方式不会因结构屈服而发生载荷的重新
分布。
c) 二次应力。
二次应力是指这样一种正应力或剪应力,一旦对一次应力加以限制,对它也应施加限制,以使
结构处于总体塑性适应状态。总体适应性确保不发生渐进性变形,限制塑性变形集中区的扩
大,使得这些局部区域的应变幅值受到周围处于弹性循环条件下的材料的限制。这种条件使
得设备疲劳强度分析所用弹性分析方法有效。
当部件受到机械载荷或热膨胀作用时,二次应力与部件或所分析区域的各相邻部分之间变形
协调性有关。当有塑性变形时,其结果就能保证这种协调性。
二次应力的基本特征是它具有自限性。局部屈服和较小的变形就足以满足产生这种应力的
条件。
二次应力的例子有:
———总体热应力;
———总体结构不连续处的弯曲应力。
d) 峰值应力。
某点的峰值应力是总体应力与具有相同力矩和相同平均值的一次加二次应力线性分布所对
应的应力之差。
峰值应力的基本特征是:它不可能引起任何总体变形。因此,仅在考虑疲劳或快速断裂风险
时才考虑。实际上,在疲劳强度分析中考虑的正是所有外部载荷在某一点上引起的总应力。
一个虽然不是高度局部化的应力,如果它属于不能引起明显的变形的那种类型,也属于峰值
应力。
峰值应力的例子有:
———壳体内流体热冲击在壳壁中产生的应力;
———结构局部不连续性而引起的应力。
e) 应力强度。
结构某一点上的应力强度,是由该点的应力状态,根据破坏理论推导出的一个值,并将该值与
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GB/T16702.6—2025
单轴拉伸试验得到的材料机械性能进行对比。
在弹性分析中,使用Tresca屈服准则。运用该准则时,要考虑的有效应力等于计算出的该点
的最大剪应力的2倍。
这个2倍的最大剪应力等于3个主应力中代数值最大者与代数值最小者之差,规定拉应力为
正,压应力为负。该应力常称为“组合应力当量强度”,本规则中称为“应力强度”。
f) 应力的分类。
通过分析确定的应力,要按照前面所定义的应力类型进行归类。而0级、A 级、B级、C 级和
D级准则对每类应力相应的应力强度都分别规定了一个限值。
各类应力表示符号如下:
Pm ———总体一次薄膜应力:6.2.3.1b);
Pb ———一次弯曲应力:6.2.3.1b);
Pe ———热膨胀应力:6.2.2.2i);
Q ———二次应力:6.2.3.1c);
F ———峰值应力:6.2.3.1d)。
在下一步分析中,在沿壁厚平均化和线性化应力之前,应求出每一组工况的各类应力的应力分
量代数和。
表2列出了几种典型情况的应力分类。
表2 典型情况的应力分类
堆芯支承
结构件
部位应力来源应力类型分类
圆柱壳
或球壳
远离不连续处的壳体
部分
与封头或法兰连接处
压差
轴向热梯度
压差
总体薄膜应力Pm
沿壳壁厚度的应力梯度Q
薄膜应力
弯曲应力
Q
Q
薄膜应力
弯曲应力
Q
Q
任何壳体
或封头
壳体的任何截面
管嘴或其他开孔附近
任何位置
外载荷或力矩或压差沿整个截面平均的总体薄膜应力Pm
外载荷或力矩整个截面的弯曲应力,应力分量垂直于横截面Pm
外载荷或力矩或压差
薄膜应力
弯曲应力
峰值应力(圆角、拐角)
Q
Q
F
壳体与封头之间的
温差
薄膜应力
弯曲应力
Q
Q
碟形或
锥形封头
碟或锥冠压差
总体薄膜应力
弯曲应力
Pm
Pb
转角或与壳体连接处压差
薄膜应力
弯曲应力
Qa
Q
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GB/T16702.6—2025
表2 典型情况的应力分类(续)
堆芯支承
结构件
部位应力来源应力类型分类
平封头
中心区域压差
总体薄膜应力
弯曲应力
Pm
Pb
与壳体连接处压差
薄膜应力
弯曲应力
Q
Q
开孔的
封头
或壳体
孔区均匀分布的典型
孔带
压差或外载荷
薄膜应力(沿横截面的平均值)
弯曲应力(沿板孔带宽度平均但沿板厚有梯度)
峰值应力
Pm
Pb
F
弧立的或非典型孔带压差
薄膜应力
弯曲应力
峰值应力
Q
F
F
管嘴
垂直于管嘴轴线的横
截面
管嘴壁
外载荷或力矩或压差
总体薄膜应力
弯曲应力
Pm
Pm
压差
总体薄膜应力
薄膜应力
弯曲应力
峰值应力
Pm
Q
Q
F
F
膨胀差
薄膜应力
弯曲应力
峰值应力
Q
Q
F
堆焊层任意膨胀差
薄膜应力
弯曲应力
F
F
任意任意径向热梯度b
由线性当量弯曲部分引起的应力c
由非线性部分引起的应力
Q
F
任意任意任意应力集中F
a 直径与厚度比大的壳体中,还应将皱折和过分变形纳入考虑。
b 热应力棘轮的可能性。
c 当量线性应力,是指与实际应力分布具有相同的净弯曲力矩的线性应力分布。
6.2.3.2 应力分析
6.2.3.2.1 截面中平均应力和线性应力的确定
在确定一个给定截面的薄膜应力强度(见6.2.3.2.2)和薄膜加弯曲应力强度(见6.2.3.2.3)时,应首
先按下述方法确定(如果必要的话)各应力分量沿该截面厚度的平均值和线性分布。
根据结构的应力状态,求出给定截面上的应力分量分布,并用该截面上的正交局部坐标(x,y,z)表
示它们。对于旋转壳,径向、纵向和周向给出特定的坐标系。
然后做如下计算。
a) 沿器壁厚的应力分量平均值。这些分量应按该截面局部坐标加以规定。并按以下方式标注:
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GB/T16702.6—2025
———3个薄膜正应力:σmx、σmy、σmz;
———3个平均剪应力:τmxy、τmyz、τmzx。
b) 薄膜应力加弯曲应力就是应力分量沿厚度作线性分布的内外表面上的极值。这些应力分量
按以下方式标注:
———3个薄膜正应力加弯曲应力:σmx+σfx,σmy+σfy,σmz+σfz;
———3个线性分布剪应力:τ1xy、τ1yz、τ1zx。
6.2.3.2.2 总体一次薄膜应力强度Pm
总体一次薄膜应力强度是在总体不连续性区域之外来确定的。根据按6.2.3.2.1确定的应力分量
σmx、σmy、σmz、τmxy、τmyz、τmzx导出3个主应力σm1、σm2、σm3。
计算下列3个应力差:
Sm12=σm1-σm2
Sm23=σm2-σm3
Sm31=σm3-σm1
薄膜应力强度Pm 是Sm12、Sm23、Sm31中绝对值最大的一个。
由地震载荷引起的应力,应与由其他载荷引起的应力按分量相加,所用的符号应使总体一次薄膜应
力强度得到最大值。
6.2.3.2.3 一次薄膜应力加弯曲应力强度(Pm+Pb)
根据6.2.3.2.1沿所考虑的截面,按分量逐个线性化一次应力分量。
然后,根据线性化得到的应力张量σmx+σfz、σmy+σfy、σmz+σfz、τ1xy、τ1yz、τ1zx,在每一表面确定3个
主应力σ11、σ12、σ13和3个主应力之差S112、S123、S131。薄膜应力强度加弯曲应力强度是S112、S123、S131
三者中的绝对值最大者。
由地震载荷引起的应力,应与由其他载荷引起的应力按分量相加,所用符号应使一次薄膜应力加弯
曲应力强度(Pm+Pb)得到最大值。
6.2.3.2.4 任一点应力变化幅值的计算
单点的应力变化幅值应根据由指定的稳态工况和瞬态工况求得的应力循环来确定。按如下要求确
定应力。
a) 主应力方向不变的情况。
1) 令x1、x2、x3 为主方向。σi 为主方向xi 上的应力。一点的各主应力均看作是随时间而
变化的。
2) 对整个循环而言,下述应力差Sij是时间的函数:
S12=σ1-σ2
S23=σ2-σ3
S31=σ3-σ1。
3) 确定循环中Sij的最大值和最小值:
通过计算各循环Sij最大值与最小值之差得出各循环的Sij 的变化范围(Sr)ij,幅值Sr 等
于循环中(Sr)ij最大值。
b) 主应力方向改变的情况。
在应力循环过程中,若所考虑的点上的主应力方向是变化的,应采用下列步骤予以计算。
1) 令σz、σy、σz、τxy、τyz、τzx,为所分析的部件的某一点上随时间变化的应力张量的6个分量。
计算中考虑了6.2.3.2.5和6.2.3.2.6中各条款。
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GB/T16702.6—2025
2) 在设备的整个使用寿命期间选取一个时间点,这一时刻对应着应力极值状态,并将此时
间点的各应力分量加上角标K 。
3) 从随时间变化的应力分量σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx中分别减去前面确定的6个分量(σx)k、
(σy)k、(σz)k、(τxy)k、(τyz)k、(τzx)k,把计算结果写成以下形式:
(σ'x)k、(σ'y)k、(σ'z)k、(τ'xy)k、(τ'yz)k、(τ'zx)k。
4) 从这些应力分量推算出主应力(σ'1)k、(σ'2)k、(σ'3)k。这些主应力的方向可以随时间而
改变。在转变方向时,仍然保持其原有的识别符号。
5) 计算每一时间点的应力差(S'ij)k:
(S'12)k=(σ'1)k- (σ'2)k
(S'23)k=(σ'2)k-(σ'3)k
(S'31)k=(σ'3)k-(σ'1)k。
应力幅值(Sr)k 等于所有时刻应力差(S'ij)k 中绝对值最大者。
6) 在某些情况下,很难找到应力是极值的时刻。这时就需要按上述3)~5)的步骤,试着对
一些不同的瞬间计算其(Sr)k,以找出一个能使应力幅值为最大值的时间点。
应力幅值Sr 是(Sr)k 中绝对值最大的。
6.2.3.2.5 一次加二次应力的变化范围Δ(Pm+Pb+Q)
在验证6.2.2.3e)所述之总体塑性适应条件时,应根据6.2.3.2.4的规则,确定一次加二次应力的变
化幅值。其中,一次加二次应力按照6.2.3.4.2的规定进行考虑。
在此情况下6.2.3.2.4所述之Sr 应标作Sn。
在每一个时刻上都宜考虑由地震载荷引起的循环变化应力。所选用的符号应使本条所述之应力幅
值为最大。
在按照6.2.3.2.4计算主应力之前,首先要对地震载荷和其他载荷产生的各应力分量进行计算。
6.2.3.2.6 总应力变化范围Δ(Pm+Pb+Q+F)
在验证疲劳强度时,按6.2.3.2.4的规定计算总应力幅值[总应力见6.2.2.2g)]。其中,应力是由部
件承受的全部载荷所引起的,应根据6.2.3.4中的规定和要求去予以考虑。
在此情况下,6.2.3.2.4所述之Sr 应标作Sp。
由规定的地震载荷引起的循环变化应力可认为总是存在的。当6.2.3.4.5b)要求时,应在计算
6.2.3.2.4所述之主应力以前,在应力分量的基础上把地震载荷引起应力与其他载荷引起的应力进行合
成。这些应力的组合应使所考虑的应力幅值为最大。
6.2.3.2.7 基本许用应力强度
在本章所列准则的表述中使用的各种材料的基本许用应力强度(Sm),分别列于GB/T16702.1—
2025的表A.1、表A.2和表A.3中。
对应于中间温度的值,可用线性内插法确定。
材料的屈服强度值、导热系数、热扩散系数、膨胀系数和弹性模量,分别列于GB/T16702.1—2025
的表A.7、表A.8、表A.13、表A.14、表A.15、表A.16和表A.17中。
为验证6.2.3.4所列各项要求而采用的疲劳曲线,列于GB/T16702.1—2025的表A.12中。
6.2.3.3 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的0级准则
6.2.3.3.1 总体一次薄膜应力限值
根据6.1.3.2定义的各类设计载荷,按照6.2.3.2.2的规则确定总体一次薄膜应力强度。
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GB/T16702.6—2025
依照6.2.3.2.1的规定,对沿壁厚分布的应力取平均值。这个平均过程应在确定应力强度之前,按
应力分量进行。此应力强度的许用值为设计温度下的Sm(见6.2.3.2.7)。
6.2.3.3.2 总体一次薄膜应力加一次弯曲应力强度的限值
一次薄膜加一次应力强度Pm+Pb 是按6.2.3.2.3根据设计压差和规定的其他设计载荷在结构表
面上确定的。此应力强度的许用值为1.5Sm(见6.2.3.2.7)。
6.2.3.3.3 开孔补强
如果在堆内构件设备规格书中,要求对堆芯支承结构进行补强设计,可采用GB/T16702.1—2025
中的附录G对1级容器的开孔补强规则。
6.2.3.3.4 承受外压的结构
承受均匀外压的设备,应按6.2.1.2c)的规定进行设计。
6.2.3.4 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的A 级准则
6.2.3.4.1 总体一次薄膜加弯曲应力强度限值
总体一次薄膜应力强度Pm 和总体一次薄膜加一次弯曲应力强度Pm+Pb,可按6.2.3.2.3的规定,
由要求满足A 级准则的工况中规定的设计压差和其他设计机械载荷引起的应力在表层上求出。
这些应力强度的许用值分别由6.2.3.3.1和6.2.3.3.2规定。
A 级准则应力类型及相应的应力强度限值见表5。
6.2.3.4.2 适用于一次加二次应力幅值的限值
一次加二次应力的幅值Sn 按6.2.3.2.5在表层上确定,即由要求满足A 级准则的工况的压差及其
他机械载荷和热载荷所引起总体一次薄膜应力加一次弯曲应力以及二次应力之和求出。其中,应包括
整体结构的不连续性的影响,但不包括局部结构的不连续性的影响(应力集中)。
在表5中标为Δ(Pm+Pb+Q)的量是变化幅值Sn。在要求满足A 级和B级准则的各种工况中,
它都应限制在3Sm 以内。
如果仅是由于低周循环热弯曲应力造成一限值被超过,则可采用6.2.3.4.3中介绍的简化弹塑性分
析法继续进行分析。
Sm 的值列于GB/T16702.1—2025的附录A 中(见6.2.3.2.7)。当全部或部分二次应力是由机械
载荷造成时,Sm 的取值不应高于所分析工况中的最高温度时的Sm 值。如果二次应力完全是由于所分
析点上温度瞬态所造成的,Sm 的值应等于所分析工况下与金属达到的最高温度相对应的各Sm 值的平
均值。
6.2.3.4.3 简化弹塑性分析法
如果满足以下要求,则一次加二次应力的变化幅值,可超过6.2.3.4.2规定的限值:
a) 按6.2.3.2.5从一次加二次应力的总应力(不包括热弯曲应力)导出的幅值Sn 在3Sm 以内:即
Sn≤3Sm;
b) 注意在任何情况下,采用本规则,都相应地在疲劳分析中引用一个大于1的弹塑性应变修正系
数Ke,该应变修正系数应根据6.2.3.4.6确定;
c) 不需使用6.2.3.8.6中的方法;
d) 6.2.3.4.8中关于热棘轮效应的要求要满足;
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GB/T16702.6—2025
e) 运行温度不应超过6.2.3.4.6中确定弹塑性应变修正所用的最大值;
f) 规范中指定的材料,在室温下材料规定的最小屈服极限与规定的最小抗拉强度之比要小于
0.8。
6.2.3.4.4 热膨胀应力强度(Pe)[见6.2.2.2i)]限值
热膨胀应力强度是由于自由端[见6.2.2.2h)]的位移受到约束和固定点的热移动效应在所研究的
截面中产生的应力的最大值,计算中忽略局部不连续性影响。
这些应力变化范围(在表3中标作Pe)的许用值对于满足A 级和B级准则的全部工况(见6.1.5.2
和6.1.5.3)根据6.2.3.2.5确定。一次、二次及热膨胀应力叠加时,其应力幅值应限制在3Sm 内。
表3 A 级准则的应力类型和应力强度限值
6.2.3.4.5 非几何不连续性区域的疲劳特性分析
规定如下。
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GB/T16702.6—2025
a) 经受随时间波动的机械或热载荷的部件,其疲劳强度应按以下b)和d)规则来验证或是按
GB/T16702.1—2025中附录B的规定,采用实验分析法来验证。
但是,对于满足A 级和B级准则的全部工况,当满足以下c)中所提出的全部条件,则不必进行
疲劳分析。
在进行疲劳分析时,对要求满足A 级和B 级准则的全部工况,在所有点上验证其是否符合
要求。
b) 由满足A 级和B级准则的所有工况所规定的所有压力、机械和热载荷来确定总应力。这个总
应力包括总体和局部热效应以及总体和局部结构不连续性的影响。
进行疲劳分析时,取总应力幅值Sp(见6.2.3.2.6)的一半作为交变应力强度Salt,并将其与
GB/T16702.1—2025中附录A 给出的相应疲劳曲线相对应的值进行比较。
这些曲线给出了交变应力强度Salt的许用值Sa 与循环次数间的函数关系。总应力的幅值是
假定材料为弹性而计算得出的,且具有应力的量纲。因此,当超过屈服强度时,它并不代表实
际应力。
GB/T16702.1—2025中表A.1的疲劳曲线,为了包括平均应变的最大影响,已对曲线作过
修正。
按照线性损伤关系来组合变幅值交变应力的影响。
c) 零部件免做疲劳分析的规定。
如满足以下全部条件,可免做疲劳分析。
1) 启动与停堆循环的温差要求。
结构上任何相邻两点之间正常运行时的温差,不应超过以下数值:
Sa
2Eα
式中:
Sa ———按启动和停堆的循环次数从GB/T16702.1—2025中表A.12适用的设计疲劳曲
线上查得;
E ———由GB/T16702.1—2025中表A.17根据两个研究点平均温度所得到的弹性模量;
α ———在由GB/T16702.1—2025中表A.16给出的,与所考虑的两点平均温度相对应的
瞬时热膨胀系数值。
注1:相邻两点是指距离小于2 Rt的两点。R 和t 分别为所研究的两点所在的那个区域中旋转壳体
的平均半径和厚度。在其他所有非旋转体壳体的结构中,相邻两点间的允许距离采用适合各自形
状的方法决定,或者对结构直接做疲劳分析。
2) 除启动和停堆循环外要求满足A 级或B级准则的工况的温差要求。
相邻两点之间温差代数值的变化在正常运行条件下,不应超过以下量值:
Sa
2Eα
式中:
Sa———按规定的总有效温差波动次数从GB/T16702.1—2025中表A.12适用的设计疲
劳曲线上查得的值。
如果一个温差波动代数变化幅值超过S
2Eα,则认为这一温差波动是有效的,S 是
GB/T16702.1—2025中表A.12适用的设计疲劳曲线上106 次循环所对应的Sa 值。
注2:相邻两点是指距离小于2 Rt的两点。R 和t 分别为所研究的两点所在的那个区域中旋转壳体
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GB/T16702.6—2025
的平均半径和厚度。在其他所有非旋转体壳体的形状中,相邻两点间的允许距离采用适合各自形
状的方法决定,或者对结构直接做疲劳分析。
3) 不同材料的温差要求。
对于用不同弹性模量或不同热膨胀系数的材料制成的设备,其温度波动总范围不应超过
下式的代数值:
Sa
2(E1α1-E2α2)
式中:
Sa ———从GB/T16702.1—2025中附录A 的适用设计疲劳曲线上按规定的总有效
温度波动次数查得的值;
E1 和E2 ———GB/T16702.1—2025中附录A 给出的并与其平均温度相对应的两种材料
的弹性模量;
α1 和α2 ———这两种材料的瞬时热膨胀系数。
若温度波动总范围超过S
2(E1a1-E2a2),则认为这一温度波动是有效的,式中S 是从
GB/T16702.1—2025中表A.12适用的设计疲劳曲线上由106次循环所获得的Sa 值。
如果所采用的两种材料的设计疲劳曲线不同,在运用本节的规则时,应采用两者中较低的
Sa 值。
4) 关于机械载荷的要求。
规定的机械载荷包括管道反力和压差,其最大变化范围不应产生范围超过Sa 的载荷应
力。该Sa 值是从GB/T16702.1—2025中附录A 适用的疲劳曲线上,由规定的机械载荷
总有效波动次数所查得的值。如果有效波动次数超过106,则可采用106 次循环的Sa 值。
如果引起的应力强度的变化幅值超过从适用的疲劳曲线上按106次循环查得的Sa 值,则
这一机械载荷的波动被认为有效。
d) 如果不符合6.2.3.4.5c)的条件,则要进行疲劳分析。
疲劳使用系数可采用GB/T 16702.2—2025 中6.2.3.4.5 建议的方法,也可采用
GB/T16702.1—2025中附录L所建议的方法来确定。计算时使用的总应力差Sij 或S'ij 是对
所有要求满足A 级和B级准则的工况,按6.2.3.2.4确定。
6.2.3.4.6 弹塑性应变修正系数
在6.2.3.4.3和6.2.3.4.5中述及弹塑性应变修正系数Ke 是实际应变幅值与采用弹性分析法确定
的理论应变幅值之比,该应变值按6.2.3.2.6由应变张量计算得出。
系数Ke 可接受值可按以下步骤确定,Sn 为一次加二次应力的幅值。
6.2.3.4.5b)中的Salt由公式(1)计算:
Salt=12
[(Kemech)(Spmech)+(Kether)(Spther)] ………………………(1)
式中:
Kemech———用于机械载荷部分的弹塑性应力修正因子,该项由线性化得到的最大应力幅值Sn 及按
6.2.3.4.2得到的等效许用应力强度Sm 确定:
当Sn<3Sm 时,Kemech=1;
当3Sm<sn<3msm 时,kemech="1.0+" 1-n<br=""> n(m -1)
Sn
3Sm -1 æ
è ç
ö
ø ÷
;
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GB/T16702.6—2025
当Sn≥3mSm 时,Kemech=1n
。
Spmech ———Sp 中由机械载荷产生的分应力变化幅值,该项由压差、重量、地震载荷(由惯性和固定
点移动产生)以及热膨胀载荷共同产生。
式中m 和n 见表4。
表4 m 值和n 值
材料m n 最高温度/℃
马氏体不锈钢2.0 0.2 370
奥氏体不锈钢1.7 0.3 430
镍铬铁合金1.7 0.3 430
Spther ———Sp 中由热载荷产生的分应力变化幅值,该项由沿壁厚的温度梯度及器壁表面的温度变
化以及材料的不连续产生,可以取总应力变化幅值Sp 与上面计算得到的Spmech之差来
代替Spther;
Kether ———针对热载荷部分的弹塑性应力修正因子,对于奥氏体不锈钢:
Kether=max1.861- 1
1.66+ Sn
Sm
æ
è ç
ö
ø ÷
é
ë
êêê
ù
û
úúú
{ ,1} …………………………(2)
式中:
Sn———线性化得到的最大应力幅值;
不分解总应力幅值为机械载荷与热载荷对应部分,而把机械载荷弹塑性修正因子Kemech用作总应
力幅值Sp 的修正因子,这种处理方法是可行的,也可按照6.2.3.8.6进行处理。
如果弹塑性分析是可行的,则可得到塑性修正总体影响上限。该方法针对相似结构,通过增加瞬态
和机械载荷以产生包络载荷和包络瞬态,对结构进行特性分析。
6.2.3.4.7 局部结构不连续性区域的疲劳特性分析
局部结构不连续性是一种应力集中因素,可以用理论应力集中系数或实验应力集中系数来评定(试
验应力集中系数按GB/T16702.1—2025中附录B确定)。分析评定时须考虑所用疲劳曲线对应的弹
性模量和计算时实际弹性模量之间的差异,进行相应的修正。
除了像裂纹这样的结构不连续以及在GB/T16702.2—2025中6.6.8中已给出了规定值的特定的
管系几何形状以外,不必采用大于5的疲劳强度减弱系数。
6.2.3.4.8 热棘轮效应
一个受恒压作用的容器当其壁经受周期变化的温度场作用时,由于热棘轮效应,有可能产生大变
形。这是一种特殊的渐进性变形机理,对每个循环,变形增量近似相等。以下条款的规定主要是为了限
值整个容器的变形,该变形值通过测量结构几何尺寸的变化来体现。评定的部位主要是那些在内压的
作用下按照6.2.3.2.2将薄膜应力归类为总体一次薄膜应力的区域。根据如下要求确定热棘轮效应。
a) 对一个受稳定内压差作用的旋转壳体,为能避免壳体直径周期性增大,在部分壳体中最大的循
环热应力的极限值,可由下列关系式得出:
令:Y'=和X =σm
Sy
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GB/T16702.6—2025
式中:
σm ———由压力引起的总体薄膜应力最大值;
Sy ———根据循环中达到的最高温度从GB/T16702.1—2025的表A.7和表A.8中查得屈服
强度。
注:当1.5σm >Sy,则能用1.5Sm 代替Sy。
1) 如果温度沿壳壁呈线性分布:
当O 当0.5 2) 如果温度沿壳壁呈抛物线分布:
当0.615≤X ≤1时,Y'=5.2(1-X );
当X <0.615时,对应Y'见表5。
表5 Y'值
X 0.3 0.4 0.5
Y' 4.65 3.55 2.7
b) 在上面的关系式中采用屈服强度Sy 而不用弹性极限,允许在每次循环期间直径增大一个小
的量,直到应变硬化引起比例极限上升到Sy 为止。如果材料的屈服强度高于材料的持久极
限,在循环次数不是很大时,由于可能发生应变软化则应采用持久极限;持久极限为
GB/T16702.1—2025中附录A 的疲劳曲线图中106 次循环时的应力值Sa 的2倍。
6.2.3.4.9 变形限值
应满足堆内构件设备规格书中所规定的全部变形限值。
6.2.3.5 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的B级准则
对于本设计规范规定的温度限值内运行的所有设备,采用以下要求。
a) A 级准则的所有值均适用于B级准则。除此之外如果在要求采用B级准则的工况中有超过
了设计压差的压力,则6.2.3.4.1中的应力强度限值均应乘以1.1。
b) 应满足设备规格书提出的任何附加要求。
6.2.3.6 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的C级准则
6.2.3.6.1 一次应力强度的限值
规定如下:
a) 总体一次薄膜应力强度(Pm)不应超过1.5Sm(Sm 值已在6.2.3.2.7中规定);
b) 总体一次薄膜加一次弯曲应力强度(Pm +Pb)不应超过2.25Sm (Sm 值已在6.2.3.2.7中
规定)。
C级准则应力类型及相应的应力强度限值见表6。
6.2.3.6.2 承受外压的壳体
许用等效静外压,等于0级准则中许用静压的150%。在压力为动态的情况,允许的外压要限制在
不稳定动压一半的范围内。
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GB/T16702.6—2025
6.2.3.6.3 特殊应力限值
特殊应力限值应取6.2.3.8规定的限值的150%。
6.2.3.6.4 变形限值
应满足堆内构件设备规格书中规定的所有变形限值(见表6中的脚注h)。
表6 C级准则的应力类型和应力强度限值
6.2.3.7 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的D 级准则
对规定满足D级准则的任何使用载荷组合,可采用GB/T16702.1—2025中附录J的规则。
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GB/T16702.6—2025
地震载荷引起的应力,应与由其他载荷引起的应力组合。应采用0级准则限值确定程序,尤其应力
值的符号要求。
相应计算应力不应超过6.2.3.8中规定的应力限值的200%。
6.2.3.8 适用于非螺纹结构紧固件的堆芯支承结构件的特殊应力限值
6.2.3.8.1 支承应力限值
规定如下。
a) 在堆内构件设备规格书要求使用A 级或B级准则的运行工况中最大载荷引起的平均支承应
力,应限制在相对应的温度下材料的屈服强度以内。当到自由边界的距离大于载荷分布长度
时,支承面应力限值为1.5Sy。
对堆焊层,可采用母材的屈服强度。其条件是在计算支承应力时,所采用的支承面积应等于下
述两值中的较小者:
1) 与堆焊层的实际接触面积;
2) 支承这个表面的母材面积。
b) 当承载面靠近自由边时,尤其是在凸缘处,要考虑剪切破坏的可能性。在只有机械载荷应力
[见6.2.2.2e)]情况,平均剪应力限制在0.6Sm 之内。在载荷应力和二次应力的情况,其平均
剪应力不应超过下面的1)或2)给出的限值:
1) 对于GB/T16702.1—2025中表A.4的脚注a规定的材料,这一限值等于以下两个值中
的较小值;
———0.5Sy(40℃时);
———0.675Sy(在所考虑的温度下)。
2) 对于其他所有材料,这一限值等于所考虑温度下的Sy 的0.5倍。
对堆焊层表面,如果剪切破坏完全在堆焊层材料内发生,则以上要求只限于堆焊层;若剪切破
坏部分发生在母材上,部分发生在堆焊层材料上,则两种材料均应满足上述要求。
c) 销钉或类似构件上的支承面应力,都应限制在所考虑的温度下的Sy。如果不考虑距板边缘距
离在一个销钉直径之内的支承面,这一限值可取1.5Sy。
6.2.3.8.2 剪应力限值
规定如下。
a) 在要求满足A 级或B级准则的运行工况下,承受纯剪切的截面上(如销、键、剪切环、螺纹等)
平均一次剪应力应限制在0.6Sm 之内。
b) 在上述工况下,所产生的最大一次剪应力(不包括受扭转的实心圆截面周界上的应力集中)应
限制在0.8Sm 之内。
应把一次加二次和峰值剪应力都转换成应力强度(等于纯剪应力的2倍),该值不应超过6.2.3.4.2
和6.2.3.4.5的限值。
6.2.3.8.3 非整体连接的渐进变形
诸如螺帽、螺塞、开口堵塞件等机械连接部分,都会出现渐进变形,特别是如果</sn<3msm>