凝汽器是凝气式汽轮机的重要辅助设备之一,广泛应用于火力发电站、核电站,是汽轮机组的重要组成部分,其安全可靠性对整机的安全运行至关重要。大型凝汽器水侧零部件(如管板、水室、冷却管)良好的水密性对保障凝汽器的安全可靠运行具有重要作用,其中管板的刚强度是否能满足要求很大程度上决定了水侧的水密性,关系到冷却水的泄漏问题以及机组安全。目前国内对大型电站凝汽器管板的设计主要参考已投入运行电站的凝汽器管板参数,根据经验来确定管板厚度等重要参数。大型凝汽器端管板为一带孔薄板,面上有上万个孔并与相对应的上万根冷凝管胀焊连接,管板边缘兼做法兰与水室通过螺栓连接,壳体与管板通过膨胀节连接或者直接固定连接。管板的强度计算涉及管板、冷却管、水室和壳体的复杂的相互关系,管板的受力显得十分复杂。传统设计方法很难确保管板的刚强度符合运行要求以及水侧的水密性。机组的大型化使凝汽器结构变得更加复杂,而核电站对凝汽器的安全性有更严格的要求。因此,迫切需要对大型电站凝汽器管板的刚强度计算进行研究,探索可靠的计算方法。本文结合东方电气集团东方汽轮机有限公司委托的凝汽器端管板刚强度计算研究项目,对大型电站凝汽器管板的刚强度计算进行系统研究并开发管板刚强度计算专用软件。大型电站凝汽器结构复杂,与管板有直接作用力的零部件较多,且连接方式各异。在充分考虑凝汽器结构特征的基础上对管板的受力模型提出了合理的假设,根据管板与钢梁、壳体等部件的连接方式确定了管板梁带力学模型的建立方法,并推导了梁带力学模型端部力矩等关键载荷的计算公式,从而确定了管板端部力矩的主要影响因素。端部力矩的大小不仅与端部转角有关,还受到管板厚度、材料、冷却管排管方式、冷却管长度、冷却管弹性常数等其它参数的影响。采用基于矩阵位移法的有限元算法对所建立的梁带力学模型进行求解,并通过对美国热交换学会表面式凝汽器标准(Heat Exchange institute,HEI)所附算例,以及ANSYS-APDL有限元程序的验证,证明了梁带力学模型求解算法的正确性和可靠性。在此基础上,采用面向对象的软件开发平台VB.net进行针对大型电站凝汽器管板刚强度计算的专用软件开发。将该软件应用于1000MW核电机组凝汽器管板的刚强度计算,计算结果表明自开发软件能满足大型电站凝汽器管板刚强度计算的需要,计算快速、高效,生成的计算结果形象直观,具有良好的人机交互性能。通过ANSYS-Workbench与自开发软件对同一凝汽器管板的计算对比分析,更进一步证明了凝汽器管板建模方法的正确性以及软件采用简支(0%边缘刚性)和50%边缘刚性两种边界条件进行计算的合理性。本文通过对大型电站凝汽器管板刚强度计算的研究,解决了凝汽器管板刚强度力学模型的建立及其求解问题。开发的管板专用计算软件适用性广,使用方便灵活,可大幅度提高管板刚强度计算速度,对管板的设计,特别是管板厚度等关键尺寸的确定具有重要的指导意义,为管板的刚强度计算提供了可靠的专用计算软件。