核容器設(shè)計

核反應(yīng)堆工程設(shè)計 10 8開孔補強設(shè)計 在壓力容器上 由于各種工藝或結(jié)構(gòu)要求 需要開孔或按裝接管 開孔以后 一方面由于壁厚材料減少 引起容器強度的減弱 另一方面由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性破壞 從而使開孔和接管處產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力 例如對于焊有接管管嘴的圓筒殼體 在殼體與管嘴連接處的內(nèi)壁上 其最大應(yīng)力值為一般薄膜應(yīng)力的3 0 3 5倍 這種局部的應(yīng)力增長現(xiàn)象稱為 應(yīng)力集中 此外 有時在接管上還有外部載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力和熱應(yīng)力 材質(zhì)和制造的缺陷等各種因素 于是開孔和接管附近就成為壓力容器的薄弱部位 由于上述應(yīng)力集中現(xiàn)象具有明顯的局部性質(zhì) 隨著離孔邊距離的增加 迅速衰減到正常部位的應(yīng)力水平 實踐表明如果適當加厚接管或殼體的壁厚 或二者同時加厚 并在結(jié)構(gòu)上采取一些相應(yīng)措施 則可以達到減小應(yīng)力集中系數(shù) 提高容器強度的目的 這就是通常所說的 開孔補強設(shè)計 等面積補強的設(shè)計方法 需要補強的金屬面積 圓柱殼 球殼 橢球殼 其中 接管內(nèi)徑 mm c 腐蝕裕量 mm T 殼體承受內(nèi)壓時所需的計算壁厚 在ABCD所圍長方形內(nèi) 有效補強寬度和長度分別為 和其中 殼體的實際壁厚 mm 補強板厚度 mm 外側(cè)長度 mm 內(nèi)側(cè)長度 mm 接管實際壁厚 mm 和 它們是接管上的應(yīng)力峰值的衰減半徑的最小值 可以作為補強金屬的面積共分為三部分 1 在補強范圍內(nèi)整個殼體上除去承受內(nèi)壓的計算壁厚及腐蝕裕量外 可作為補強金屬的面積其值為 式中是接管外仲部分承受內(nèi)壓所需的計算壁厚 mm 2 在補強范圍內(nèi) 整個接管上除去內(nèi)壓所需的計算壁厚和腐蝕裕量外 作為補強金屬的面積其值為 3 在補強區(qū)域內(nèi)可以作為補強金屬的焊縫面積 其值按焊縫的實際情況計算 等面積補強的具體設(shè)計步驟如下 1 按強度設(shè)計公式計算殼體與接管承受內(nèi)壓所需的計算壁厚T t 并確定腐蝕裕量c和開孔直徑d 2 先假設(shè)殼體或接管補強后的實際壁厚和 并按前面的公式確定和 3 計算 并檢驗是否滿足 如不符合 或余量不大 則重新假設(shè)和反復(fù)計算 接管和補強板的材料通常應(yīng)與被補強的封頭和簡體材料相同 10 9法蘭設(shè)計 法蘭是容器及管道連接中的重要部件 它的作用是通過螺栓 墊片的連接和密封 使系統(tǒng)不發(fā)生泄漏 法蘭設(shè)計包括墊圈設(shè)計 螺栓設(shè)計 法蘭尺寸初步設(shè)計 應(yīng)力分析和強度校核等幾方面 1 墊圈 墊圈的作用是依靠螺栓的預(yù)緊力產(chǎn)生塑性變形以填補法蘭面凹凸不平所造成的間隙 從而阻止流體泄漏 達到密封的目的 而水冷反應(yīng)堆壓力容器的密封要求很高 一般都采用 o 形環(huán)密封 具體結(jié)構(gòu)形式有自緊式和克氣式 自緊式 o 形環(huán)是在環(huán)的內(nèi)側(cè)有若干徑向小孔 以便利用介質(zhì)的壓力給密封環(huán)加壓形成自緊 從而保持良好的密封性能 這種形式的 o 形環(huán)可用于壓力p 275MPa的高壓容器 充氣式 o 形環(huán)是在環(huán)腔內(nèi)充入一定壓力 p 3 4 7 4 10 3MPa 的惰性氣體 使 o 形環(huán)在高溫下保持良好的回彈性能 以達到高溫密封的要求 o 形環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容如下 1 管子的選擇要求具有高強度 高彈性 有充分塑性和抗彎壓扁能力 熱和化學(xué)穩(wěn)定性好 與法蘭有相近的線膨脹系數(shù) 常用的是不銹鋼和因樹鎳合金 2 管子外徑的選取根據(jù) o 形環(huán)的外徑的大小由表選取管子的外徑 3 管子壁厚的選取一般按介質(zhì)性質(zhì)和設(shè)計壓力經(jīng)驗地選取壁厚 對于氣體 輕液體采用厚壁管 取式中 管子壁厚 管子外徑 輕水堆 o 形環(huán)外徑與壁厚通常分別取12 7mm和1 27mm 而且對壓力 0 7 275MPa的情況通常采用自緊式 o 形環(huán) 并根據(jù)不同介質(zhì)和設(shè)計溫度在管子外表而加以鍍層 輕水反應(yīng)堆 o 環(huán)一般鍍上一層厚約0 1 0 15mm的銀層 o 形環(huán)壓緊前后的形狀 o 形環(huán)及密封溝槽的尺寸 mm 4 密封溝槽尺寸的確定 o 形環(huán)承受壓緊力前后的形狀分別如上圖所示 和一般墊片相似 o 形環(huán)也是依靠壓緊力產(chǎn)生變形 從而產(chǎn)生回彈力使密封面達到密封要求的 因此壓緊力的大小必須適宜 太小容易發(fā)生泄漏 太大則會把 o 形環(huán)壓壞或壓癟 使其失去回彈能力 也會造成泄漏 壓緊力的大小與 o 形環(huán)的壓扁度有關(guān) 一般取式中 壓緊前 o 形管子外徑 mm 壓緊后 o 形環(huán)高度 mm o 形環(huán)密封溝槽的幾何形狀如下圖所示 其幾何尺寸可由查表得 也可按下列半徑驗公式計算 a 槽深h無鍍層時有鍍層時 式中 管子平均直徑 mm 鍍層厚度mm b 溝槽外徑 式中 o 形環(huán)變形前外徑 mm c 溝槽內(nèi)壁直徑 mm o 形環(huán)密封溝槽 2 螺栓設(shè)計 1 保證密封所需的力為式中q 比壓 N m 由比壓表查得 p 工作壓力 pa D o 形環(huán)變形前平均直徑 m 2 螺栓直徑根據(jù)要求選取螺栓的材料 確定螺栓材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 螺栓數(shù)n取為4的倍數(shù) 一般為48 60個 則螺栓直徑 光桿部分直徑 為 各種管材的比壓和彈性回彈量 3 法蘭尺寸的初步設(shè)計 1 錐頸尺寸錐頸的小端與殼體相連 其厚度與殼體的壁厚一致 即錐頸大端的厚度可用以下經(jīng)驗公式計算 錐頸高度一般取 法蘭尺寸的初步設(shè)計 2 法蘭環(huán)尺寸a 內(nèi)徑法蘭環(huán)內(nèi)徑取為筒體內(nèi)徑 b 螺栓孔中心困直徑一般螺栓節(jié)距為螺栓直徑的 2 0 2 5 倍 因此c 法蘭外徑D式中d 法蘭厚度 可采用經(jīng)驗公式計算式中 螺栓孔直徑 10 10保溫層設(shè)計 保溫層又稱絕熱層 它的作用是減小壓力容器內(nèi)外壁的溫差 從而降低熱應(yīng)力 減少熱損失 以提高反應(yīng)堆的熱利用率 降低安全殼內(nèi)的空間溫度 以便于設(shè)備在役檢查和輻射防護的管理 核電廠反應(yīng)堆壓力容器的保溫層目前一般都采用反射型保溫層 與以往實心保溫材料不同 它是用多層拋光的金屬箔按一定的間隙重疊起來組合而成 這樣使輻射熱在空隙中多次反射而減少輻射傳熱 此外 由于多層空氣隙給對流 導(dǎo)熱造成了障礙 從而達到保溫目的 反射型保溫層的結(jié)構(gòu)大致可分三種 第一種是波紋式 它是由多層波紋金屬箔重疊而成 第二種是平板式 它是由多層平板形金屬箔按等距離平行排