汽水分离再热器u型管热应力分析

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1、Vo1．54No．3第54卷第3期汽轮机技术2012年6月TURBINETECHNOLOGYJun．2012汽水分离再热器U型管热应力分析武君，杨镇海，洪增元，董爱华，刘克为(哈尔滨汽轮机厂辅机工程公司，哈尔滨150090)摘要：以核电汽水分离再热器(MSR)U型管束为研究对象，建立了弯管区的力学模型，根据变形协调条件解出内力，进而给出u型管的热应力计算公式，依此公式可以定量的计算热应力值，并分析影响热应力大小的各有关参数。关键词：MSR；U型管；热应力分类号：TK223．4文献标识码：A文章编号：1001'5884(2012

2、)03-0170-03ThermalStressAnalvsisofUTlubeofMoistureSeparatorandRebater●，WUJun，YANGZhen-hai，HONGZeng—yuan，DONGAi-hua，UUKe—wei(HarbinTurbineAuxiliaryEngineeringCompanyLimited，Harbin150090，China)Abstract：TheUshapebundleofMoistureSeparatorReheater(MSR)whichbelongstoNPPis

3、researchedinthispaper．Themechanicalmodelofbendingtubesectionisestablished，andtheinternalforceiscalculatedaccordingtotheconditionofdeformationcoordination，andthethermalstresscalculationformulaofbendingtubeisobtained．Thethermalstresscanbecalculatedquantitativelyaccord

4、ingtothisformula，andtherelativeparameterswhichhaveanimpactonthethermalstresscanbeanalyzed．Keywords：MSR；Ushapetube；thermalstress0前言1公式的推导汽水分离再热器(以下简称MSR)是压水堆核电机组特U型管束系统是由许多被弯曲成u型的管束以及支撑有的大型换热设备．其构造和系统都十分复杂。在MSR内板构成的。由于各排管子的曲率半径不同，所以管子的长度部，再热器U型管束下部与低温蒸汽相接触，而U型管束上和弯曲半

5、径也不相同。对每根管子而言，其几何结构可以简部与高温蒸汽相接触，由温差产生的热应力会引起应力腐蚀化成图1。由于蒸汽由下至上被管束逐排加热，底部最外排裂纹(scc)，对设备的安全稳定运行产生影响。因此，有必管子与低温蒸汽接触，可以认为是温度相对较低的“冷段”；要寻求U型管热应力的计算方法，从结构设计上降低热应力上部最外排管子与高温蒸汽接触，可以认为是温度相对较高值。的“热段”。本文给出了MSR再热器U型管冷、热段因膨胀差而产由于热段和冷段的直管段管子壁温不同，其平均线性热生的最大转角、弯矩和应力求解的公式。最大轴向附加弯曲膨胀值

6、也不同。假定两管段结合处的U型管顶点A自由，则应力的计算式是以轴向热应力乘以系数，的形式给出的，系在此处必然存在一个相隔为△L的间隙。以A点为圆心，令数，是U型管束几何结构参数S的函数。利用这些公式，直管段轴向为X坐标，与此垂直的方向为y坐标，显然，在X设计者可用来快速校核换热器U型管中的热应力，也可以用方向热段和冷段的热膨胀差为：来研究如何通过改变某些设计参数来降低U型管中的热应△￡=(一)L(1)力，以达到预防应力腐蚀失效，延长管束使用寿命的目的。式中，L为热段平均线性热膨胀值；JL为冷段平均线性图1MSR单根换热管的几何

7、结构示意图收稿日期：2011-02—15作者简介：武君(1967一)，男，硕士研究生，高级工程师。主要从事压力容器审核及新产品研发工作。第3期武君等：汽水分离再热器u型管热应力分析l71热段图2受载状态下的变形△和顶点处的内力热膨胀值。又因为顶点A并非自由，依据不连续应力的分析原则，一+(一)(5)在』4点必然存在如图2所示的F，和内弯矩，以保持u式中，K为U形弯管部分横截面变形的柔度系数，其值为：型管顶点连续不断开，光滑无折点。又由于U型管轴对称的_l

8、65／[-~r-+6(争)∽】(不，J、于1)(6)关系，顶点A的l，向

9、位移为0，弯矩M也为0。假定支承板上的管孔与管子刚刚接触，管孔处的管子没式中，△p为管子的净内压(内压与外压之差)。有挠度，忽略此处的热膨胀约束。为了推导尽量简单，再假U型管弯管由于轴向力F和弯矩廊引起的最大轴向附设支承板间距s，、s4⋯⋯等于S：，把这些挡板对管子的约束加弯