Расчет теплообменника в APM WinMachine
Теплообменник охлаждения бассейна выдержки
Расчет теплообменника проводился по заказу ОП «ЮУ АЭС».
Теплообменник контура расхолаживания басейна ввыдержки АЭС 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 трубок, расположенных по равностороннему треугольнику, 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, сваренных между собой с помощью переходника.
Для организации четырех ходов по межтрубному пространству в корпусе установлены продольные перегородки.
Техническая вода подводится и отводится патрубками в цилиндрическую камеру с эллиптическим днищем. Камера разделена перегородками на три полости для организации четырех ходов по трубному пространству.
Расчет проводился в программном продукте APM WinMachine.
Исходные данные
Теплообменный аппарат АЭС рассчитывается на прочность с учётом продления срока службы по 30 лет включительно.
Анализ прочности теплообменного аппарата проводится в соответствии с требованиями:
- ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчёта на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
- НП-068-05. Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования.
- РД ЭО 0330-01. Руководство по расчёту на прочность оборудования и трубопроводов реакторных установок РБМК и ВВЭР на стадии эксплуатации.
В соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86 при анализе теплообменника необходимо было выполнить следующие виды расчётов:
- расчёт на статическую прочность;
- расчёт на циклическую прочность;
- расчёт на сопротивление хрупкому разрушению;
- расчёт на сейсмические воздействия;
- расчёт на вибропрочность.
Расчетная модель
Расчёт теплообменного аппарата проводился с помощью модуля расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций с использованием метода конечных элементов – APM Structure3D, входящего в состав системы автоматизированного проектирования механических конструкций и оборудования в машиностроении и строительстве APM WinMachine. Данный модуль позволяет создавать расчётные модели, достаточно близко описывающие геометрию рассчитываемых узлов.
Расчётная модель включает в себя все основные элементы теплообменника.
При построении расчётной модели в модуле для обечаек корпуса, штуцеров, эллиптических днищ использовался конечный элемент «оболочка».
Теплообменные трубки и болты фланцев моделировались с помощью стержневых конечных элементов.
Фланцы, трубные доски и опоры моделировались с помощью объемных конечных элементов.
Кинематические граничные условия задавались в виде запрещения всех перемещений и поворотов в местах опирания конструкции. Такое закрепление позволяет ограничить перемещение модели как твёрдого тела во всех направлениях.
Силовые граничные условия задавались в виде:
- собственного веса теплообменника;
- распределенной нагрузки на внутренней поверхности теплообменного аппарата, равной величине действующего на каждый элемент давления;
- нагрузки со стороны присоединённых трубопроводов (сила и момент);
- усилия затяга фланцевого соединения.
Результаты расчета
Выполненные расчеты:
- расчет статической прочности в рабочем состоянии и в режиме гидроиспытаний с выводом напряжений по группам категорий напряжений;
- анализ циклической прочности элементов теплообменного аппарата на увеличенный срок службы по 30 лет включительно;
- оценка боковой устойчивости теплообменных труб при действии расчетного давления в межтрубном пространстве;
- расчет на сопротивление хрупкому разрушению тарелки фланца;
- расчет на вибропрочность элементов конструкции;
- расчет на сейсмические воздействия, выполненный линейно-спектральным методом с учетом 20 собственных форм колебаний.
Итоги выполненного проекта
Выполнено обоснование прочности теплообменника контура расхолаживания бассейна выдержки АЭС, на увеличенный срок службы по 30 лет включительно.
Расчёт показал, что все элементы теплообменника, с учётом увеличенного срока службы отвечают всем необходимым требованиям.
