核電MSR再熱器封頭應力分析

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概述

汽水分離再熱器（以下簡稱MSR）是壓水堆核電機組常規島特有的重要設備,其再熱器封頭為球形封頭，按照工藝和結構的要求，封頭直接與管板凸緣焊接，這類非標應力的理論計算又較為復雜，分析起來十分煩瑣。針對MSR再熱器封頭，采用有限元數值模擬方法可以快捷、準確得到封頭和管板連接部位的應力分布狀況，從而達到優化結構，預防失效，滿足機組運行要求的目的[1]。

1 計算模型

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

圖1 再熱器管板-封頭結構的有限元模型

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。由于需要進行疲勞評定，在封頭內表面和管板殼體側施加分別設計工作載荷。

2 計算結果及分析

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

圖2 再熱器管板-封頭應力分布情況

采用第三強度理論進行校核。設計溫度下SA-516Gr.70的許用應力為Sm=133.4MPa，選取圖3中所示位置做應力線性化，強度計算結果見表1。

表1 再熱器管板-封頭強度校核（MPa）

結果分析：

最大應力出現在封頭內表面處，但通過對這些部位進行應力分類校核可知，這些區域的應力均滿足強度要求[2]。

3 結束語

MSR再熱器的結構可靠性關乎整個核電站常規島的安全運行。通過采用數值模擬方法，計算得到某MSR高壓再熱器管板-封頭結構的應力分布情況。最終結果表明：MSR再熱器封頭的結構強度滿足設計要求，設備安全穩定。