吊篮法兰LOCA工况应力分析范文

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《核动力工程杂志》2014年第三期

1两相LOCA瞬态下压紧弹簧载荷分析

两相LOCA瞬态时，在上部堆内构件法兰上、下表面产生较大压差ΔP。该压差通过压紧弹簧传递给吊篮法兰。两相loca在上部堆内构件产生的载荷为：该载荷全部作用在压紧弹簧上，保守考虑为线载荷，线载荷为：两相LOCA时，吊篮法兰上的压紧弹簧载荷情况如图2所示。发生两相LOCA时，由于压差ΔP较大，压紧弹簧被完全压缩，压紧弹簧与吊篮法兰接触位置会出现“两点接触”，如图2中a和b两处。此时，在吊篮法兰顶部产生载荷Fa和Fb，保守考虑为线载荷。竖直方向力载荷平衡方程如下：

2两相LOCA瞬态下吊篮法兰应力分析

2.1计算模型基于SYSTUS软件，建立1/4三维有限元模型进行分析：（1）考虑端部效应，模型中含部分吊篮筒体。（2）考虑出口管嘴接触载荷对吊篮法兰的影响，模型中包含了出口管嘴。

2.2载荷及边界条件保守地考虑，两相LOCA时，假定吊篮法兰和压力容器支承凸台之间的约束为：对沿着法兰圆周位于实际接触区域中间位置c处（图2）竖直方向进行约束。分析两相LOCA载荷下的应力时，除考虑压紧弹簧载荷外，还需考虑静态机械载荷的影响。吊篮法兰主要承受以下载荷：①两相LOCA引起的压紧弹簧对吊篮法兰的载荷；②下支承板及相连部件重量；③吊篮及反射层重量；④作用在下支承板上的水力载荷；⑤作用在吊篮和反射层上的水力载荷；⑥燃料组件作用在下支承板上的载荷；⑦出口管嘴接触载荷。

2.3分析结果两相LOCA下，吊篮法兰应力分布见图3。两相LOCA下，应力最大处位于吊篮法兰与筒体焊缝位置。吊篮法兰应力路径4和路径1（图4），2个位置的一次薄膜应力Pm及一次薄膜应力加弯曲应力Pm+Pb如表1所示。两相LOCA下，吊篮法兰竖直方向最大变形为1.68mm。

3LOCA工况下吊篮法兰应力分析

EPRLOCA工况主要考虑安注管破口、波动管破口和余热排出管（RHR）破口。根据反应堆动力学吊篮法兰的动态响应分析结果，吊篮法兰竖直方向最大位移为0.77mm。采用LOCA动力学响应与两相LOCA下的吊篮法兰响应进行等效换算方法，即吊篮法兰LOCA下应力水平为两相LOCA时的0.458=0.77/1.68倍，根据表1可得LOCA下吊篮法兰的应力水平，见表2。根据RCC-MD级应力评价准则[1]，将LOCA工况下的应力水平与地震及静态机械载荷应力进行组合叠加，结果见表3。分析结果表明，安全裕量为1.49，满足RCC-M要求。同时，在相同的计算模型和边界条件下，分析了考虑压紧弹簧单点接触的情况：LOCA工况下，吊篮法兰最大应力值（路径4）为Pm=40.2MPa，Pm+Pb=96.5MPa。与表2对比，两点接触时应力水平比单点接触更低一些。

4结论

本文建立了吊篮法兰在与压紧弹簧两点接触状态下，压紧弹簧载荷计算方法和LOCA工况下应力分析方法。计算结果表明，两点接触时，吊篮法兰的应力水平比单点接触时更低一些，更加真实和准确地反映了吊篮法兰LOCA工况下实际应力水平。此方法也可供其他项目电站堆内构件应力分析参考。

作者：方健段远刚冉小兵戴长年单位：深圳中广核工程设计有限公司