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摘要： 本文对凝汽器进出口水室进行实体建模，使用ANSYS有限元软件对水室在设计工况下的应力进行强度计算，通过分析水室在设计工况下的应力分布情况，对凝汽器进出口水室提出改进措施，为水室的优化设计提供参考。
关键词：凝汽器； 进出口水室； 强度分析
1 概况
凝汽器是使驱动汽轮机做功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。水室是凝汽器中引导冷却水进入和离开冷却管的部件，直接关系到机组的热效率。以往凝汽器水室设计采用传统的方法进行计算，由于几何形状和载荷的复杂性，使得难以准确分析，其计算结果往往与实际情况相差很远，失去了分析计算的意义。
随着计算机技术的迅猛发展，数值计算方法逐渐成为一种结构分析的有效手段。有限元数值模拟的方法可以方便、准确的进行水室承压部件的受力分析。本文利用ANSYS软件对设计工况下的水室进行强度分析，计算得到了設计工况下的应力分布情况，对凝汽器进出口水室结构进行评价分析，为水室的优化设计提供参考。
2 建模
2.1 结构模型
针对某项目的凝汽器图纸，通过UG软件建立进出口水室的三维模型。由于凝汽器进出口水室为平面对称结构，只需对进出口水室一半结构进行建模。水室材料采用Q345R，弹性模量为2.01×105 MPa，许用应力为185 MPa，泊松比为0.3。
2.2 有限元计算模型
按照凝汽器设计规范，设计温度为35℃，设计压力为0.35Mpa。由于水室与凝汽器壳体通过法兰连接，在底部法兰端面施加固定约束，限制其6个自由度，对称表面施加对称约束；采用带中间节点的六面体单元，画分网格；整体施加重力荷载，内表面施加0.35MPa内压进行计算。
3 计算结果分析
3.1 进出口水室变形及应力分布
将建立的有限元模型导入到ANSYS软件进行结构分析计算，得出在给定设计条件下的进出口水室应力分布见图2。
由进出口水室应力分布图1可知，进出口接管与壳体连接部位、壳体与端板连接部位及端板肋板与人孔连接部位均存在高应力区域。
3.2 应力集中部位线性化及应力判定
根据JB4732《钢制压力容器分析设计标准》要求，采用第三强度理论对应力集中部位进行线性化及应力判定，线性化路径见图3所示，结果如下表所示。
4 结论
通过对某项目凝汽器进出口水室进行有限元计算，得到了水室设计压力工况下的应力分布情况。通过对计算结果的分析可以判定：该设备进出口根部强度不够，不能够承受所提供的外载荷；此外，因进出口强度不够导致设备进出口根部产生较大变形，引起端板与壳体连接部位，端板肋板与人孔连接部位应力超过限值，不满足强度要求。可以考虑对进出口接管本身进行加强、加厚壳体厚度或其他进出口根部加强方式。
关键词：凝汽器； 进出口水室； 强度分析
1 概况
凝汽器是使驱动汽轮机做功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。水室是凝汽器中引导冷却水进入和离开冷却管的部件，直接关系到机组的热效率。以往凝汽器水室设计采用传统的方法进行计算，由于几何形状和载荷的复杂性，使得难以准确分析，其计算结果往往与实际情况相差很远，失去了分析计算的意义。
随着计算机技术的迅猛发展，数值计算方法逐渐成为一种结构分析的有效手段。有限元数值模拟的方法可以方便、准确的进行水室承压部件的受力分析。本文利用ANSYS软件对设计工况下的水室进行强度分析，计算得到了設计工况下的应力分布情况，对凝汽器进出口水室结构进行评价分析，为水室的优化设计提供参考。
2 建模
2.1 结构模型
针对某项目的凝汽器图纸，通过UG软件建立进出口水室的三维模型。由于凝汽器进出口水室为平面对称结构，只需对进出口水室一半结构进行建模。水室材料采用Q345R，弹性模量为2.01×105 MPa，许用应力为185 MPa，泊松比为0.3。
2.2 有限元计算模型
按照凝汽器设计规范，设计温度为35℃，设计压力为0.35Mpa。由于水室与凝汽器壳体通过法兰连接，在底部法兰端面施加固定约束，限制其6个自由度，对称表面施加对称约束；采用带中间节点的六面体单元，画分网格；整体施加重力荷载，内表面施加0.35MPa内压进行计算。
3 计算结果分析
3.1 进出口水室变形及应力分布
将建立的有限元模型导入到ANSYS软件进行结构分析计算，得出在给定设计条件下的进出口水室应力分布见图2。
由进出口水室应力分布图1可知，进出口接管与壳体连接部位、壳体与端板连接部位及端板肋板与人孔连接部位均存在高应力区域。
3.2 应力集中部位线性化及应力判定
根据JB4732《钢制压力容器分析设计标准》要求，采用第三强度理论对应力集中部位进行线性化及应力判定，线性化路径见图3所示，结果如下表所示。
4 结论
通过对某项目凝汽器进出口水室进行有限元计算，得到了水室设计压力工况下的应力分布情况。通过对计算结果的分析可以判定：该设备进出口根部强度不够，不能够承受所提供的外载荷；此外，因进出口强度不够导致设备进出口根部产生较大变形，引起端板与壳体连接部位，端板肋板与人孔连接部位应力超过限值，不满足强度要求。可以考虑对进出口接管本身进行加强、加厚壳体厚度或其他进出口根部加强方式。