張渲楠
摘 要:高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器內(nèi)部構(gòu)件為懸掛的懸臂結(jié)構(gòu),且設(shè)備較長(zhǎng),約23m,只能采用臥式運(yùn)輸,考慮到其結(jié)構(gòu)特殊性,防止臥式運(yùn)輸對(duì)設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件造成損壞,我司對(duì)高溫堆蒸發(fā)器臥式運(yùn)輸情況進(jìn)行了有限元計(jì)算,并對(duì)各應(yīng)力進(jìn)行校核,防止了臥式運(yùn)輸損壞蒸汽發(fā)生器。
關(guān)鍵詞:高溫氣冷堆 蒸汽發(fā)生器 有限元 workbench 運(yùn)輸 變形 損壞
0 引言
與壓水堆蒸發(fā)器不同,高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器內(nèi)部構(gòu)件為懸掛的懸臂結(jié)構(gòu),因設(shè)備較長(zhǎng),約23m,且要求運(yùn)輸過程全程充氮?dú)獗Wo(hù),從設(shè)備制造廠運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)只能采用臥式運(yùn)輸。因水平懸臂結(jié)構(gòu),如運(yùn)輸過程中加速度過大[1],可能對(duì)內(nèi)件造成損壞。
考慮到其結(jié)構(gòu)特殊性,防止臥式運(yùn)輸對(duì)設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件造成損壞,在包裝設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了臥式運(yùn)輸工況有限元計(jì)算,并對(duì)各應(yīng)力進(jìn)行校核,避免運(yùn)輸過程損壞產(chǎn)品。
1 有限元分析
首先進(jìn)行模型簡(jiǎn)化,保留與變形相關(guān)的筒體及內(nèi)部構(gòu)件承重結(jié)構(gòu)及內(nèi)部構(gòu)件主要質(zhì)量結(jié)構(gòu)(換熱單元),省略上部氦風(fēng)機(jī)筒體無關(guān)結(jié)構(gòu),省略蒸汽出口連接管、出口連接管、保溫層、保溫層固定裝置等結(jié)構(gòu),其中換熱單元以換熱單元外筒體代替,并對(duì)其密度進(jìn)行修改;蒸發(fā)器殼體只保留了與內(nèi)件接觸的內(nèi)部構(gòu)件外法蘭及與設(shè)備運(yùn)輸支座相關(guān)的筒體結(jié)構(gòu),模擬真實(shí)的運(yùn)輸工況[2]。詳見圖1。
其次模型修改,用inventor建模后,需要對(duì)模型進(jìn)行整理,對(duì)部分細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改刪除或修補(bǔ)等,并對(duì)需要結(jié)構(gòu)連續(xù)的體進(jìn)行創(chuàng)建part(減小接觸數(shù)量,并使節(jié)點(diǎn)連續(xù)),以保證后續(xù)網(wǎng)格劃分時(shí)節(jié)點(diǎn)連續(xù)和減少接觸對(duì)數(shù)量。
再次進(jìn)行接觸分析,workbench默認(rèn)接觸一般為bend類型,與實(shí)際模型及運(yùn)輸接觸類型不相符,這就要求我們手動(dòng)修改接觸類型,比如:實(shí)際換熱單元外筒與徑向定位板之間是存在軸向滑動(dòng)的,而bend接觸限制了軸向的邊界條件,故修應(yīng)該為無滑動(dòng)摩擦。
網(wǎng)格劃分,由于默認(rèn)的風(fēng)格劃分不能滿足設(shè)計(jì)要求,如關(guān)注位置風(fēng)格不夠密,不關(guān)注位置網(wǎng)格過于密等,這就要求我們加入限定條件[3]。劃分網(wǎng)格后,共計(jì)3644826個(gè)結(jié)點(diǎn)。
邊界條件,模擬實(shí)際工況,在殼體上施加約束,
1)包裝支座位置一端施加固定約束代替支座。
2)一端施加無滑動(dòng)摩擦約束代替支座;
3)保證殼體以實(shí)際運(yùn)輸時(shí)重力加速度a(豎直方向)施加[4]。
2 結(jié)果分析
計(jì)算結(jié)果見圖2。
危險(xiǎn)截面評(píng)價(jià),經(jīng)過計(jì)算,得出應(yīng)力最大點(diǎn)在第一個(gè)錐筒體位置,并對(duì)該危險(xiǎn)截面線性化,具體見表1。
經(jīng)過分析得知,在給定的重力加速度下,內(nèi)部構(gòu)件變形較大,在設(shè)備最下部,變形量已為11.58mm(見圖2),因該位置與給水連接管相連接,故對(duì)于該應(yīng)變對(duì)連接管帶來的二次應(yīng)力,進(jìn)行了評(píng)估,取其中沿Z方向剛度最大的一組給水連接管,以最大變形量11.58為邊界條件,進(jìn)行計(jì)算,得到連接管在運(yùn)輸工況下的應(yīng)力值(見圖3),并進(jìn)行評(píng)價(jià)[5],詳見表2。
經(jīng)評(píng)估,在僅位移和重力加速讀的情況下,給水連接管的PL已超過207MPa,產(chǎn)生塑性變形,PL和Pb組合已達(dá)到320Mpa(見圖4),故建議增加徑向限制裝置,降低給水連接管應(yīng)力水平,防止運(yùn)輸過程中產(chǎn)生塑性變形[6]。
3 結(jié)論
1)在包裝時(shí),對(duì)內(nèi)部構(gòu)件與殼體之間增加墊板,使得運(yùn)輸過程中,內(nèi)件與殼體之間墊板接觸,減小變形量。
2)在設(shè)備運(yùn)行過程中,地震加速度影響與運(yùn)輸問題類似,建議產(chǎn)品中增加墊板,以避免設(shè)備運(yùn)行過程中地震加速度對(duì)設(shè)備的損壞。
3)經(jīng)計(jì)算,間隙小于至5mm可滿足各應(yīng)力不超標(biāo)(過程略)。
參考文獻(xiàn):
[1]錢紅華,路華,施喜昌,朱國(guó)忠.大型臥式容器的運(yùn)輸固定及起吊技術(shù)[J].遼寧化工,2015,44(01):97-99.
[2]劉桐. 高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器管板的熱應(yīng)力與疲勞分析[D].清華大學(xué),2009.
[3]黃勛. 壓力容器應(yīng)力分類分析設(shè)計(jì)方法改進(jìn)研究[D].浙江理工大學(xué),2017.
[4]王秀祥,李洋.基于加速度控制的核電設(shè)備運(yùn)輸管理[J].物流科技,2015,38(06):85-86+116.
[5]何錚,常華健,楊培勇,剛直,張鍇,謝永誠(chéng),梁星筠.核電主設(shè)備分析法設(shè)計(jì)中應(yīng)力線性化路徑可靠性及優(yōu)化分析[J].原子能科學(xué)技術(shù),2017,51(07):1273-1278.
[6]美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì). ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅲ卷第1冊(cè)NB分卷. 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院,上海核工程研究設(shè)計(jì)院,譯.2004版. 上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2007.