汽包翻边下降管结构应力分析

1. 问题描述

某电站锅炉汽包用BHW35材料制造，其六条集中下降管均采用翻边结构，如图1所示。

主要结构参数为：筒体内径1800mm，筒体壁厚64.4mm，下降管内径335mm。下降管壁厚45mm，纵向截面内过渡圆角内半径115mm，外半径65mm，横向截面过渡圆内半径160mm，外半径105mm。

汽包主导循环温度为260℃，此温度下BHW35的材料参数为：弹性模量1.956e5MPa，泊松比0.3，剪切模量7.523e4MPa，屈服强度338.4MPa，抗拉强度570MPa。汽包设计压力为11.28MPa。

图1 翻边接管结构示意图

图2 模型网格

2. 分析过程

取四分之一模型分析，采用较粗糙的网格模拟，总共16203个节点、2919个单元，最大偏度为0.68，平均偏度为0.1。

对称面上施加无摩擦约束，为了消除刚体位移，在模型某一节点约束了Y向位移。筒体截面及接管截面上承受均布拉应力，分别为-76.1MPa和-18.5MPa。

图3 边界条件

3. 结果讨论

应力强度云图如图4所示，过渡圆角区存在较大的应力，并且结构已经屈服。

图4 应力强度云图

图5 路径示意图

图6 应力线性化结果

图7 应力线性化数据

可见局部薄膜应力超出规范限定值，局部薄膜应力与弯曲应力之和也超出了规范的限定值，这说明汽包翻边接管设计不够安全，应适当进行补强。