羅小明　趙宇煒

摘要： 本文對(duì)凝汽器進(jìn)出口水室進(jìn)行實(shí)體建模，使用ANSYS有限元軟件對(duì)水室在設(shè)計(jì)工況下的應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，通過分析水室在設(shè)計(jì)工況下的應(yīng)力分布情況，對(duì)凝汽器進(jìn)出口水室提出改進(jìn)措施，為水室的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：凝汽器； 進(jìn)出口水室； 強(qiáng)度分析

1 概況

凝汽器是使驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功后排出的蒸汽變成凝結(jié)水的熱交換設(shè)備。水室是凝汽器中引導(dǎo)冷卻水進(jìn)入和離開冷卻管的部件，直接關(guān)系到機(jī)組的熱效率。以往凝汽器水室設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行計(jì)算，由于幾何形狀和載荷的復(fù)雜性，使得難以準(zhǔn)確分析，其計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際情況相差很遠(yuǎn)，失去了分析計(jì)算的意義。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)值計(jì)算方法逐漸成為一種結(jié)構(gòu)分析的有效手段。有限元數(shù)值模擬的方法可以方便、準(zhǔn)確的進(jìn)行水室承壓部件的受力分析。本文利用ANSYS軟件對(duì)設(shè)計(jì)工況下的水室進(jìn)行強(qiáng)度分析，計(jì)算得到了設(shè)計(jì)工況下的應(yīng)力分布情況，對(duì)凝汽器進(jìn)出口水室結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，為水室的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

2 建模

2.1 結(jié)構(gòu)模型

針對(duì)某項(xiàng)目的凝汽器圖紙，通過UG軟件建立進(jìn)出口水室的三維模型。由于凝汽器進(jìn)出口水室為平面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，只需對(duì)進(jìn)出口水室一半結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。水室材料采用Q345R，彈性模量為2.01×105 MPa，許用應(yīng)力為185 MPa，泊松比為0.3。

2.2 有限元計(jì)算模型

按照凝汽器設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)溫度為35℃，設(shè)計(jì)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(gè)自由度，對(duì)稱表面施加對(duì)稱約束；采用帶中間節(jié)點(diǎn)的六面體單元，畫分網(wǎng)格；整體施加重力荷載，內(nèi)表面施加0.35MPa內(nèi)壓進(jìn)行計(jì)算。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 進(jìn)出口水室變形及應(yīng)力分布

將建立的有限元模型導(dǎo)入到ANSYS軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，得出在給定設(shè)計(jì)條件下的進(jìn)出口水室應(yīng)力分布見圖2。

由進(jìn)出口水室應(yīng)力分布圖1可知，進(jìn)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(yīng)力區(qū)域。

3.2 應(yīng)力集中部位線性化及應(yīng)力判定

根據(jù)JB4732《鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，采用第三強(qiáng)度理論對(duì)應(yīng)力集中部位進(jìn)行線性化及應(yīng)力判定，線性化路徑見圖3所示，結(jié)果如下表所示。

4 結(jié)論

通過對(duì)某項(xiàng)目凝汽器進(jìn)出口水室進(jìn)行有限元計(jì)算，得到了水室設(shè)計(jì)壓力工況下的應(yīng)力分布情況。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析可以判定：該設(shè)備進(jìn)出口根部強(qiáng)度不夠，不能夠承受所提供的外載荷；此外，因進(jìn)出口強(qiáng)度不夠?qū)е略O(shè)備進(jìn)出口根部產(chǎn)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(yīng)力超過限值，不滿足強(qiáng)度要求。可以考慮對(duì)進(jìn)出口接管本身進(jìn)行加強(qiáng)、加厚殼體厚度或其他進(jìn)出口根部加強(qiáng)方式。