[發明專利]高壓加熱器輕量化設計方法

有效

• 申請號: 201611269674.7
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106650160B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 任一峰;楊志剛;王佳歡;楊潔;湯曉英;杜彥楠
• 申請（專利權）人: 上海電氣電站設備有限公司;上海市特種設備監督檢驗技術研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王文穎

本發明公開了一種高壓加熱器輕量化設計方法，其特征在于，采用彈塑性材料本構模型，以實際高壓加熱器建立整體分析模型，采用數值分析技術，采用彈塑性應力分析確定高壓加熱器整體塑性垮塌載荷，采用設計系數確定其許用載荷，用于高壓加熱器輕量化設計，有效減薄常規設計部件的壁厚。本發明將彈塑性分析方法引入高壓加熱器的設計，將總體塑性變形作為失效判定條件的直接法，其在力學分析上更接近結構的實際承載情況，可以更真實地反映受壓元件在載荷作用下的失效過程，有效減薄常規設計部件的壁厚，使得高壓加熱器的設計更安全、更經濟。

技術領域

本發明涉及一種高壓加熱器輕量化設計方法，尤其涉及一種采用以彈塑性分析為基礎的直接法的電廠用高壓加熱器輕量化設計方法，電廠用高壓加熱器技術領域。

背景技術

鑒于國內電廠裝機容量大，運行參數高的狀況，電廠配套的高壓加熱器其管程設計壓力高于35MPa，超出了常規設計標準GB150的規定。

現階段電廠用高壓加熱器管程結構設計主要參照壓力容器分析設計標準JB4732采用應力分類法分析設計。但隨著國內高超臨界機組的壓力溫度參數的進一步提高，導致設備規格不斷增大，部件如管板、封頭等直徑壁厚的增加，給現階段的材料生產、設備設計及制造均帶來一定程度的困難。

相比于各國壓力容器設計領域所廣泛采用的應力分類法，以彈塑性分析為基礎，將總體塑性變形和漸進塑性變形作為失效判定條件的直接法，其在力學分析上更接近結構的實際承載情況，因此，可以更真實地反映受壓元件在載荷作用下的失效過程，使得壓力容器的設計更安全、更經濟。

目前，直接法已為各國壓力容器設計行業的專家所接受。美國壓力容器標準ASMEVIII-2自2007年起引入了直接法；在歐盟壓力容器標準EN13445中，以彈塑性分析為基礎的直接法作為分析設計的基本方法之一與應力分類法并列。因此研究以彈塑性分析為基礎的直接法在高壓加熱器輕量化設計中的運用是非常有必要的，其為高壓加熱器輕量化設計提供了強大的分析手段和先進可靠的安全評定準則，是將安全性和經濟性相結合的有效途徑。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種以彈塑性分析為基礎的直接法用于電廠用高壓加熱器輕量化設計。

為了解決上述問題，本發明提供了一種高壓加熱器輕量化設計方法，其特征在于，采用彈塑性材料本構模型，以實際高壓加熱器建立整體分析模型，采用數值分析技術，采用彈塑性應力分析確定高壓加熱器整體塑性垮塌載荷，采用設計系數確定其許用載荷，用于高壓加熱器輕量化設計，有效減薄常規設計部件的壁厚。

優選地，具體步驟如下：

步驟1)：制定高壓加熱器所有相關幾何特性在內數值模型，精確表示的幾何特性、邊界條件和所作用的載荷，此外，對環繞應力和應力集中的區域應作局部細化處理；

步驟2)：規定所有的相關載荷以及適用的載荷情況；

步驟3)：采用彈塑性材料模型、von Mises屈服函數和以之相關的流動規則，可以采用包括硬化或軟化的材料模型，或理想彈塑性的材料模型。當采用彈塑性模型時，直至真實極限應力和全塑性行為超過此極限時，應一直包括硬化行為。在分析中應計及幾何非線性的影響；

步驟4)：對所有載荷情況組合完成彈塑性分析，求得塑性垮塌載荷。這可以由小的載荷增量再也不能獲得平衡解的這一點來表示(即，該解不再收斂)；

步驟5)：對計算得到的高壓加熱器整體塑性垮塌載荷，采用設計系數確定其許用載荷；

步驟6)：將許用載荷，與設計載荷比較，確定該設計載荷條件下的高加加熱器管程結構是否滿足安全要求。

優選地，所述數值分析技術采用有限元方法。