凝汽器進出口水室強度分析

羅小明　趙宇煒

摘要： 本文對凝汽器進出口水室進行實體建模，使用ANSYS有限元軟件對水室在設計工況下的應力進行強度計算，通過分析水室在設計工況下的應力分布情況，對凝汽器進出口水室提出改進措施，為水室的優化設計提供參考。

關鍵詞：凝汽器； 進出口水室； 強度分析

1 概況

凝汽器是使驅動汽輪機做功后排出的蒸汽變成凝結水的熱交換設備。水室是凝汽器中引導冷卻水進入和離開冷卻管的部件，直接關系到機組的熱效率。以往凝汽器水室設計采用傳統的方法進行計算，由于幾何形狀和載荷的復雜性，使得難以準確分析，其計算結果往往與實際情況相差很遠，失去了分析計算的意義。

隨著計算機技術的迅猛發展，數值計算方法逐漸成為一種結構分析的有效手段。有限元數值模擬的方法可以方便、準確的進行水室承壓部件的受力分析。本文利用ANSYS軟件對設計工況下的水室進行強度分析，計算得到了設計工況下的應力分布情況，對凝汽器進出口水室結構進行評價分析，為水室的優化設計提供參考。

2 建模

2.1 結構模型

針對某項目的凝汽器圖紙，通過UG軟件建立進出口水室的三維模型。由于凝汽器進出口水室為平面對稱結構，只需對進出口水室一半結構進行建模。水室材料采用Q345R，彈性模量為2.01×105 MPa，許用應力為185 MPa，泊松比為0.3。

2.2 有限元計算模型

按照凝汽器設計規范，設計溫度為35℃，設計壓力為0.35Mpa。由于水室與凝汽器殼體通過法蘭連接，在底部法蘭端面施加固定約束，限制其6個自由度，對稱表面施加對稱約束；采用帶中間節點的六面體單元，畫分網格；整體施加重力荷載，內表面施加0.35MPa內壓進行計算。

3 計算結果分析

3.1 進出口水室變形及應力分布

將建立的有限元模型導入到ANSYS軟件進行結構分析計算，得出在給定設計條件下的進出口水室應力分布見圖2。

由進出口水室應力分布圖1可知，進出口接管與殼體連接部位、殼體與端板連接部位及端板肋板與人孔連接部位均存在高應力區域。

3.2 應力集中部位線性化及應力判定

根據JB4732《鋼制壓力容器分析設計標準》要求，采用第三強度理論對應力集中部位進行線性化及應力判定，線性化路徑見圖3所示，結果如下表所示。

4 結論

通過對某項目凝汽器進出口水室進行有限元計算，得到了水室設計壓力工況下的應力分布情況。通過對計算結果的分析可以判定：該設備進出口根部強度不夠，不能夠承受所提供的外載荷；此外，因進出口強度不夠導致設備進出口根部產生較大變形，引起端板與殼體連接部位，端板肋板與人孔連接部位應力超過限值，不滿足強度要求。可以考慮對進出口接管本身進行加強、加厚殼體厚度或其他進出口根部加強方式。