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汽水分离再热器(以下简称MSR)是压水堆核电机组常规岛特有的重要设备,其再热器封头为球形封头,按照工艺和结构的要求,封头直接与管板凸缘焊接,这类非标应力的理论计算又较为复杂,分析起来十分烦琐。针对MSR再热器封头,采用有限元数值模拟方法可以快捷、准确得到封头和管板连接部位的应力分布状况,从而达到优化结构,预防失效,满足机组运行要求的目的[1]。
由于封头都为轴对称结构,因此可以建立轴对称模型进行有限元分析。通过UG建成的二维平面结构如图2所示:
图1 再热器管板-封头结构的有限元模型
计算采用对称模型,在中间对称面上施加对称约束,在筒体部分限制其轴向位移。由于需要进行疲劳评定,在封头内表面和管板壳体侧施加分别设计工作载荷。
通过有限元分析软件ABAQUS计算得到再热器管板-封头的应力分布情况,如图2所示。
图2 再热器管板-封头应力分布情况
采用第三强度理论进行校核。设计温度下SA-516Gr.70的许用应力为Sm=133.4MPa,选取图3中所示位置做应力线性化,强度计算结果见表1。
表1 再热器管板-封头强度校核(MPa)
结果分析:
最大应力出现在封头内表面处,但通过对这些部位进行应力分类校核可知,这些区域的应力均满足强度要求[2]。
MSR再热器的结构可靠性关乎整个核电站常规岛的安全运行。通过采用数值模拟方法,计算得到某MSR高压再热器管板-封头结构的应力分布情况。最终结果表明:MSR再热器封头的结构强度满足设计要求,设备安全稳定。