核電MSR再熱器封頭應(yīng)力分析

哈爾濱汽輪機(jī)廠輔機(jī)工程有限公司 黑龍江 哈爾濱 150090

概述

汽水分離再熱器（以下簡稱MSR）是壓水堆核電機(jī)組常規(guī)島特有的重要設(shè)備,其再熱器封頭為球形封頭，按照工藝和結(jié)構(gòu)的要求，封頭直接與管板凸緣焊接，這類非標(biāo)應(yīng)力的理論計算又較為復(fù)雜，分析起來十分煩瑣。針對MSR再熱器封頭，采用有限元數(shù)值模擬方法可以快捷、準(zhǔn)確得到封頭和管板連接部位的應(yīng)力分布狀況，從而達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)，預(yù)防失效，滿足機(jī)組運(yùn)行要求的目的[1]。

1 計算模型

由于封頭都為軸對稱結(jié)構(gòu)，因此可以建立軸對稱模型進(jìn)行有限元分析。通過UG建成的二維平面結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖1 再熱器管板-封頭結(jié)構(gòu)的有限元模型

計算采用對稱模型，在中間對稱面上施加對稱約束，在筒體部分限制其軸向位移。由于需要進(jìn)行疲勞評定，在封頭內(nèi)表面和管板殼體側(cè)施加分別設(shè)計工作載荷。

2 計算結(jié)果及分析

通過有限元分析軟件ABAQUS計算得到再熱器管板-封頭的應(yīng)力分布情況，如圖2所示。

圖2 再熱器管板-封頭應(yīng)力分布情況

采用第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核。設(shè)計溫度下SA-516Gr.70的許用應(yīng)力為Sm=133.4MPa，選取圖3中所示位置做應(yīng)力線性化，強(qiáng)度計算結(jié)果見表1。

表1 再熱器管板-封頭強(qiáng)度校核（MPa）

結(jié)果分析：

最大應(yīng)力出現(xiàn)在封頭內(nèi)表面處，但通過對這些部位進(jìn)行應(yīng)力分類校核可知，這些區(qū)域的應(yīng)力均滿足強(qiáng)度要求[2]。

3 結(jié)束語

MSR再熱器的結(jié)構(gòu)可靠性關(guān)乎整個核電站常規(guī)島的安全運(yùn)行。通過采用數(shù)值模擬方法，計算得到某MSR高壓再熱器管板-封頭結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況。最終結(jié)果表明：MSR再熱器封頭的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，設(shè)備安全穩(wěn)定。