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.

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