真空装置规划管理研究

  真空容器筒体壁厚设计计算真空容器筒体可以按短圆筒计算公式（1）进行计算。n=D03pL2.6ED00.4+C（1）式中n―名义壁厚（mm）；p―容器承受的外压强（MPa），一般p=0.1MPa；D0―容器外壁直径（mm）；L―容器计算长度（mm）；E―弹性模量（MPa）；C―厚度附加量（mm）.在进行计算时，卧螺离心机先设一个壁厚nd，代入式（1）计算，如果n≤nd，则nd值即为所求值。真空容器设计计算参数，经过计算，主容器筒体壁厚为22mm，辅容器筒体的壁厚为20mm。真空容器封头设计计算椭圆形封头计算壁厚e可按式（2）计算：e=3.55RipEni=e+C（2）式中Ri为当量球半径，Ri=K1Di；Di为封头内直径（mm），K1为系数，由Di与2倍的封头曲面深度比值查相应表得到。在进行计算时，先设一个名义壁厚nid，代入式（2）计算，如果ni≤nid，则nid值即为所求值。对于碟形封头壁厚计算也采用式（2），并且计算方法基本一样，只是Ri为碟形封头球面部分的内半径。真空容器封头设计计算参数，计算结果：直径12m、7.5m、6.5m椭圆形封头壁厚分别为32mm、22mm和22mm，直径5m碟形封头壁厚为18mm。真空容器是复杂的组合壳体结构，其辅容器由圆柱筒与光学锥形孔相贯，而辅容器与6.5m侧门的颈部同时与主容器相贯，相贯处均为大开孔结构形式，且开孔率大于0.5，超过了GB150-89有关开孔孔径的规定。开孔补强可以采用经典补强校核计算，即压力面积法进行校核计算。由于开孔超过了设计规范范围，真空容器除了进行经典的补强校核计算外，还利用ANSYS有限元分析软件对补强结构进行分析计算。
    有限元补强计算（1）有限元计算模型1）受力。真空容器按0.1MPa外压强进行计算，计算时考虑容器本身自重。2）单元划分。圆柱体采用8个节点曲边壳元，加强筋采用具有偏心的三维二节点12自由度梁元，考虑了偏心作用。（2）有限元计算过程1）主容器与辅容器筒体作为整体进行计算，采有全部辅筒体加一半主筒体。边界条件处理为：辅筒体鞍座包角处只约束径向位移，不考虑主筒体大门结构，而是将其内力和内力矩加在边界上。2）步骤1）粗网格计算出结果后将辅筒体取出，全部辅筒体又采用三层加密的子模型进行分析。分别计算三种粗细不同的网格，粗网格边界处的位移作为细网格的位移边界条件。依据钢制压力容器设计应力分类标准，本容器开孔引起三种应力：局部薄膜应力―开孔处承载面积减少，引起该截面的平均应力增大。它与整体薄膜应力同属于一次应力。弯曲应力―开孔后，壳体相贯处在压力载荷的作用下，为使两部件在连接点上变形相协调，所产生的一组平衡边界内力，它属于二次应力。峰值应力―因应力集中而加到一次或二次应力上的增量，其分布范围很小，数值可能很高。2）超过3值集中在小头很小的区域内，且衰减得很快。3）主应力值包括了薄膜应力、弯曲应力和峰值应力。在对容器进行强度设计评定时应先对应力进行线形化处理。大开孔结构补强的工程处理方法根据压力面积法计算及有限元分析结果，在工程上做了以下处理：1）开孔边缘筒体外表面焊上宽度为700mm，厚度为22mm的20号碳钢板进行补强。2）在光学锥形孔小头与辅筒体圆柱体上，加了加强连接衬板。3）在开孔相贯尖角处内表面打磨成圆角过渡，而在外表面焊角实施堆焊。4）要求所有板材100%超声波检测，焊接接头全焊透。A、B类焊接接头按JB4740进行100%射线检测，检测结果Ⅱ级为合格，C、D类焊接接头按JB4730进行着色渗透检测，检测结果Ⅰ级为合格。