核电站蒸汽发生器螺旋传热管的应力分析

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:archer007
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在核电站中,蒸汽发生器的传热管是一回路压力边界中最薄弱的部分,一般蒸汽发生器传热管的壁厚只有1~1.2mm,因此运行核电站中的蒸汽发生器传热管破裂问题一直以来是一个很重要的安全问题。这是由于蒸汽发生器传热管破裂会导致放射性裂变产物释放以及冷却剂丧失事故。应力腐蚀以及微振磨损是传热管发生破损的最主要原因。本文主要利用ANSYS有限元软件对SMART蒸汽发生器传热管进行模态分析和热流固耦合分析,此外还对清华大学10MW高温气冷堆蒸汽发生器螺旋管道进行了热流固耦合分析,利用有限元软件分析螺旋传热管发生微振磨损和应力腐蚀的特性。SMART蒸汽发生器螺旋传热管壁厚为1.5mm,传热管二次侧流体激励会引起传热管振动,振动导致传热管与支撑板发生碰撞磨损,这是蒸汽发生器中传热管破损的重要原因之一。因此,为了保证核安全,对于管道的流致振动分析是十分必要的。而要做螺旋管的流致振动分析的基础是先要找出螺旋管结构的固有频率和振型。SMART反应堆的盒式蒸汽发生器中,支撑还有螺旋管的管型对螺旋管的稳定性起了很大的作用,利用ANSYS有限元软件经典界面Mechanical APDL对SMART反应堆盒式蒸汽发生器内部的螺旋传热管进行了模态分析。发现8支撑模型足以将固有频率提高以避免流体弹性不稳定性可能对管道造成的损害。还发现具有较小盘管直径的螺旋传热管本身具有较高的固有频率,这利于减小流致振动对螺旋管道造成的不稳定性;盘管直径与螺旋管高度相比,盘管直径对螺旋管第一阶模态固有频率的影响较明显;当盘管直径减小到某一值时,随升角的减小,不同高度螺旋管固有频率的变化由降低变为上升。然后运用ANSYS workbench的流体分析模块、稳态热分析模块、静力结构分析模块对SMART小型堆螺旋传热管和清华大学10MW高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管进行热流固耦合分析,观察其应力分布情况。这样可以明确螺旋传热管在工作时所受到的复杂应力,确定了蒸汽发生器螺旋传热管上等效应力最大的位置,可以为蒸汽发生器螺旋传热管的维护以及以后的蒸汽发生器螺旋传热管的设计与制造提供帮助和参考。
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