РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Теплообменник охлаждения бассейна выдержки энергоблока
с реактором ВВЭР-1000
расчет на прочность с оценкой остаточного ресурса.

В расчёте приводится оценка прочности теплообменника контура расхолаживания бассейна выдержки энергоблока. Теплообменный аппарат рассчитывается на прочность с учётом продления срока службы по 30 лет включительно. Анализ прочности теплообменного аппарата проводится в соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86.

Схема теплообменника

Описание конструкции

Теплообменник контура  расхолаживания басейна выдержки предназначен для охлаждения дистиллята контура бассейна выдержки технической водой.

Теплообменник представляет собой вертикальный, однокорпусный, жесткотрубный аппарат кожухотрубчатого типа, четырехходовой по трубному и межтрубному пространствам с противоточным движением сред.

«Горячий» дистиллят движется в межтрубном пространстве, техническая вода в трубах.

Поверхность теплообмена состоит из 4792 трубок ø18х1,4 мм, расположенных по равностороннему треугольнику с шагом 23 мм, закрепленных в трубных досках вальцовкой и обваркой. Положение труб в корпусе фиксируется дистанционирующими решетками, которые соединены между собой маяковыми трубами.

Корпус теплообменника выполнен из оболочек ø1832 и ø2032, сваренных между собой с помощью переходника.

Для организации четырех ходов по межтрубному пространству в корпусе установлены продольные перегородки.

Техническая вода подводится и отводится патрубками ø325х12 в цилиндрическую камеру с эллиптическим днищем. Камера разделена перегородками на три полости для организации четырех ходов по трубному пространству.

В теплообменнике по трубному и межтрубному пространству предусмотрены воздушники ø25х2,5 и дренажи ø57х5,5 и ø38х3,5

 

Внешний вид теплообменного аппарата (произвольный вид)

Внешний вид теплообменного аппарата (произвольный вид с разрезом)

Исходные данные

 

Основные расчётные параметры

 

Наименование частей сосуда

Значение давления, МПа

Значение температуры, °C

Рабочая среда

Расчётные параметры

Межтрубное

пространство

1

+150

активный дистиллят

Трубное

пространство

0,6

+150

техническая вода

Рабочее состояние

Межтрубное

пространство

0,7

+150

активный дистиллят

Трубное

пространство

0,3

+150

техническая вода

Гидравлические испытания

Межтрубное

пространство

1,3

+5

активный дистиллят

Трубное

пространство

0,9

+5

техническая вода

 

Расчётные нагрузки на штуцеры теплообменника

Размеры штуцеров
Категория нагрузок и величина
НУЭ
Mв, Н·м
НУЭ (размах моментов)
Mр, Н·м
НУЭ
Fв, Н
НУЭ (размах сил)
Fр, Н
НУЭ+ПЗ
Mпз, Н·м
НУЭ+ПЗ
Fпз, Н·м
НУЭ+
МРЗ
Mмрз, Н·м
НУЭ+
МРЗ
Fмрз, Н·м
Ø325x12
15800
33000
14600
30500
19500
17900
21900
20500
Ø628x14
22800
50000
19200
42100
28000
23400
31500
26800

 

Допускаемые напряжения, МПа

Материал

НУЭ

ГИ

0,5[s]

[s]

1,3[s]

0,5[s]

[s]

1,3[s]

Сталь 20К

68.6

137.3

178.5

72

144

187.2

Сталь 12Х18Н10Т

62

124

161.2

65.3

130.6

170

 

Согласно ПНАЭ Г-7-002-86расчёт на прочность оборудования проводится в два этапа:

- расчёт по выбору основных размеров;

- поверочный расчёт.

 

В рамках поверочного расчёта для данного теплообменника были выполнены следующие расчёты:

- расчёт на статическую прочность;

- расчёт на устойчивость;

- расчёт на циклическую прочность;

- расчёт на сопротивление хрупкому разрушению;

- расчёт на сейсмические воздействия;

- расчёт на вибропрочность.

 

Расчёт статической прочности

Расчётная модель теплообменного аппарата

Распределение внутреннего давления в теплообменнике в рабочем состоянии

Распределение внутреннего давления в теплообменнике при гидроиспытании

Распределение эквивалентных напряжений в рабочем состоянии

Распределение эквивалентных напряжений при гидроиспытании

Приведенные напряжения по группам категорий напряжений (s)1 и (s)2

НУЭ

Рассчитываемая зона

(s)1

Допускаемое напряжение[σ]

(s)2

Допускаемое напряжение

1,3[σ]

Зона приварки штуцера Ø628x14к корпусу

-

-

158

161.2

Зона приварки штуцера Ø325x12к корпусу

-

-

138

178,5

Обечайка камеры дистиллята Ø1832x16

37

124

-

-

Обечайка камеры технической воды Ø2032x16

31

137,3

-

-

Фланец Ду 1800

-

-

57

161.2

Фланец Ду 2000

-

-

55

178,5

Трубная доска Ду 1800

-

-

12

161.2

Трубная доска Ду 2000

-

-

26

161.2

Режим ГИ

Рассчитываемая зона

(s)1

Допускаемое напряжение1,35[σ]

(s)2

Допускаемое напряжение

1,7[σ]

Зона приварки штуцера Ø628x14к корпусу

-

-

214

222

Зона приварки штуцера Ø325x12к корпусу

-

-

170

245

Обечайка камеры дистиллята Ø1832x16

70

176

-

-

Обечайка камеры технической воды Ø2032x16

62

194

-

-

Фланец Ду 1800

-

-

69

222

Фланец Ду 2000

-

-

77

245

Трубная доска Ду 1800

-

-

28

222

Трубная доска Ду 2000

-

-

55

222

 

Расчёт на циклическую прочность

 

При эксплуатации теплообменный аппаратможет находиться в следующих состояниях:

- начальное (ненагруженное) состояние - №1;

- затяг - №2;

- рабочее состояние - №3.

- нагружение давлением гидравлических испытаний - №4;

 

Для обоснования циклической прочности теплообменника на 30 лет принимаем:

- количество гидравлических испытаний N=5;

- количество выходов в рабочее состояние N= 200.

 

Блоки нагружения для расчёта циклической прочности теплообменного аппарата выглядят следующим образом:

- блок 1:    1-2-3-2-1          N= 200;

- блок 2:    1-2-4-2-1          N=5.

Распределение эквивалентных напряжений в начальном состоянии

Распределение эквивалентных напряжений в состоянии затяга

Распределение эквивалентных напряжений в рабочем состоянии

Распределение эквивалентных напряжений при действии давления гидравлических испытаний

Расчётные точки для определения накопленного усталостного повреждения

Определение накопленного усталостного повреждения в точке 1

Номер

блока

σmax,

МПа

Np

σmin,

МПа

Np

σa, МПа

N

[N]

a

1

215

3

1,8

1

107

200

6∙104

33∙10-4

2

336

4

1,8

1

167

5

3∙104

1,7∙10-4

 

 

 

 

 

 

 

Σa

34,7∙10-4

 

Определение накопленного усталостного повреждения в точке 2

Номер

блока

σmax , МПа

Np

σmin , МПа

Np

σa, МПа

N

[N]

A

1

184

3

0,48

1

92

200

7∙104

28,5∙10-4

2

240

4

0,48

1

120

5

5∙104

10-4

 

 

 

 

 

 

 

Σa

29,5∙10-4

 

Определение накопленного усталостного повреждения в точке 3

Номер

блока

σmax , МПа

Np

σmin , МПа

Np

σa, МПа

N

[N]

A

1

131

3

5,28

1

63

200

106

2∙10-4

2

278

4

5,28

1

136

5

4,5∙104

1∙10-4

 

 

 

 

 

 

 

Σa

3∙10-4

 

Максимальное накопленное усталостное повреждение в теплообменном аппарате в точке 1 и с учётом увеличенного срока службы на 30 лет равно:

а= 34,7∙10-4 < [a] = 1.

Изменение местных приведенных напряжений и местных условных упругих напряжений в точке 1 (блок 1)

Изменение местных приведенных напряжений и местных условных упругих напряжений в точке 1 (блок 2)

Расчёт на сейсмические воздействия

Рассматриваемый теплообменный аппарат относится к Iкатегории сейсмостойкости по НП-031-01, поэтому в соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86 он должен рассчитываться на сочетание нагрузок НУЭ+ПЗ и НУЭ+МРЗ. Сейсмические нагрузки определялись с использованием обобщенных спектров ответа уровня МРЗ для отметки +0,0 м (приложение В) при низшей частоте собственных колебаний теплообменника 16,92 Гц.

Частоты собственных колебаний теплообменника

Первая собственная форма колебаний теплообменника

Вторая собственная форма колебаний теплообменника

Третья собственная форма колебаний теплообменника

Четвертая собственная форма колебаний теплообменника

Распределение эквивалентных напряжений в рабочем состоянии с учётом сейсмических нагрузок в горизонтальном направлении

Приведенные напряжения по группам категорий напряжений (s)1 и (s)2 для состояния НУЭ+МРЗ

Рассчитываемая зона

(s)1

Допускаемое напряжение1,4[σ]

(s)2

Допускаемое напряжение1,8[σ]

Зона приварки штуцера Ø628x14к корпусу

-

-

210

223

Зона приварки штуцера Ø325x12к корпусу

-

-

230

247

Обечайка камеры дистиллята Ø1832x16

35,5

174

-

-

Обечайка камеры технической воды Ø2032x16

35,9

192

-

-

Фланец Ду 1800

-

-

57,95

223

Фланец Ду 2000

-

-

54,7

247

Переходник

-

-

55,3

223

 

© ООО НТЦ "АПМ" 2018. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»