專利名稱：Ap1000核電非能動(dòng)換熱器管子與管板脹接工藝參數(shù)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核電設(shè)備制造技術(shù)，具體涉及AP1000第三代核電非能動(dòng)換熱器管子與管板脹接工藝參數(shù)的確定方法，即為AP1000核電非能動(dòng)換熱器管子與管板的脹接工藝提供計(jì)算和分析方法。
背景技術(shù)：
AP1000第三代核電非能動(dòng)換熱器管子/管板的連接一般采用全厚度液壓脹接工藝。脹接接頭的強(qiáng)度失效將導(dǎo)致核電事故時(shí)非能動(dòng)換熱器無(wú)法有效帶出反應(yīng)堆余熱，可致使堆芯溫度升高甚至熔毀，造成嚴(yán)重的核事故。因此管子/管板脹接的質(zhì)量是確保AP1000 非能動(dòng)安全系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。而脹接的質(zhì)量主要取決于脹接工藝參數(shù)。非能動(dòng)換熱器管子/管板全厚度液壓脹接后，對(duì)脹接接頭的性能要求是要具有足夠的拉脫強(qiáng)度和良好的密封性。保證性能的關(guān)鍵要素是通過(guò)脹接在管子/管板界面形成足夠的殘余接觸壓力，而影響殘余接觸壓力大小的主要因素包括脹接壓力、管子/管板界面的初始間隙、管子/管板材料力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)尺寸及管孔排列方式等。對(duì)于AP1000非能動(dòng)換熱器，其管子/管板材料、結(jié)構(gòu)尺寸及管孔排列方式一定，則影響殘余接觸壓力和接頭性能的重要因素是脹接工藝參數(shù)，主要體現(xiàn)為脹接壓力和管子/管板界面的初始間隙。在傳統(tǒng)的液壓脹管技術(shù)中，其工藝參數(shù)主要通過(guò)試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)及簡(jiǎn)單的力學(xué)計(jì)算確定。即制作與實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸相同的管子/管板脹接模擬試件，通過(guò)在不同脹接壓力下進(jìn)行液壓脹管，而后對(duì)脹接接頭在大型拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉脫試驗(yàn)測(cè)量接頭的拉脫強(qiáng)度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)接頭的拉脫強(qiáng)度和密封性進(jìn)行考核，方可確定能滿足接頭性能要求的工藝參數(shù)。這一方法的不足是需要反復(fù)試驗(yàn)，成本太高，消耗大量的人力、物力及財(cái)力，工作周期長(zhǎng)，也不一定能得到保證接頭服役可靠性的最佳工藝參數(shù)。目前一般換熱器管子/管板的脹接工藝參數(shù)的確定也主要是采用上述傳統(tǒng)的方法，即試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)及簡(jiǎn)單的計(jì)算方法，還缺乏科學(xué)、準(zhǔn)確和低成本的方法。目前在建的先進(jìn)的第三代AP1000非能動(dòng)換熱器管子/管板的結(jié)構(gòu)、材料和管孔排列方式還沒(méi)有相同設(shè)備的制造經(jīng)驗(yàn)，以往一般的換熱器管子/管板制造經(jīng)驗(yàn)不能用于第三代AP1000非能動(dòng)換熱器。經(jīng)文獻(xiàn)和專利檢索，目前國(guó)內(nèi)外也還沒(méi)有AP1000非能動(dòng)換熱器管子/管板脹接工藝參數(shù)確定的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種低成本、準(zhǔn)確可靠的用于AP1000第三代核電非能動(dòng)換熱器管子/管板脹接工藝參數(shù)的確定方法。本發(fā)明的AP1000核電非能動(dòng)換熱器管子與管板脹接工藝參數(shù)的確定方法，包括(1)確定管子與管板脹接接頭的最低拉脫強(qiáng)度指標(biāo)值F。及脹接后管子減薄率的限
定值RpcO
管子減薄率按下式定義
[0010
權(quán)利要求
1.一種AP1000核電非能動(dòng)換熱器管子與管板脹接工藝參數(shù)的確定方法，包括(1)確定管子與管板脹接接頭的最低拉脫強(qiáng)度指標(biāo)值F。及脹接后管子減薄率的限定值Rpco管子減薄率&按下式定義 p 2t式中D為管孔直徑，d為脹管后管子內(nèi)徑，t為脹管前管子壁厚，單位均為mm，其中脹管后管子內(nèi)徑d隨脹接壓力P變化。根據(jù)所述公式通過(guò)三維有限元計(jì)算得到管子與管板間不同初始間隙&時(shí)的脹接壓力P 與管子減薄率的關(guān)系；通過(guò)三維有限元計(jì)算得到管子與管板間不同初始間隙&時(shí)的脹接壓力P與接頭拉脫力F的關(guān)系；通過(guò)三維有限元計(jì)算得到管子與管板間不同初始間隙&時(shí)的脹接壓力P與管子和管板界面殘余接觸壓力CP的關(guān)系；其中初始間隙&為脹管前管板的管孔直徑與管子外徑差值的一半；(2)測(cè)定常溫下管板材料和管子材料的屈服強(qiáng)度；(3)測(cè)定脹管前管子與管板間的初始間隙&；(4)根據(jù)所述不同初始間隙&時(shí)的脹接壓力P與接頭拉脫力F的關(guān)系，確定出相應(yīng)于步驟( 得到的初始間隙值&時(shí)的拉脫力F等于所述最低拉脫強(qiáng)度指標(biāo)值F。時(shí)的最小脹接壓力值Pmin;(5)根據(jù)所述不同初始間隙&時(shí)的脹接壓力P與管子減薄率的關(guān)系，確定出相應(yīng)于步驟C3)得到的初始間隙值&時(shí)的對(duì)應(yīng)于所述脹接后管子減薄率限定值&。時(shí)的最大脹接壓力值P·;(6)滿足接頭可靠性指標(biāo)要求的脹接壓力范圍在所述最小脹接壓力值Pmin與所述最大脹接壓力值Pmax之間；在所述最小脹接壓力值Pmin與所述最大脹接壓力值Pmax之間的中值附近選取脹接壓力進(jìn)行脹接和拉脫試驗(yàn)，確定出相應(yīng)于步驟C3)得到的初始間隙&的最佳脹接壓力Ptl，并通過(guò)所述不同初始間隙&時(shí)的脹接壓力P與接頭拉脫力F的關(guān)系確定出對(duì)應(yīng)于所述最佳脹接壓力P。的拉脫力Ftl ；(7)根據(jù)所述不同初始間隙&時(shí)的脹接壓力P與管子和管板界面殘余接觸壓力CP的關(guān)系，確定出對(duì)應(yīng)于步驟C3)得到的初始間隙值&和所述最佳脹接壓力Ptl的界面殘余接觸壓力CP0。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)美國(guó)ASME規(guī)范或法國(guó)RCC-M規(guī)范確定步驟(1)中的所述最低拉脫強(qiáng)度指標(biāo)值F。。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述最低拉脫強(qiáng)度指標(biāo)值F。為所述管子與管板脹接接頭的軸向載荷L，通過(guò)以下公式確定L = AtXSyXfr,式中A為管子橫截面積，單位為mm2，Sy為管子材料在操作溫度下的最低屈服強(qiáng)度，單位為MPa，fr為接頭可靠性因子。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述接頭可靠性因子f；的取值不低于0.7。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述管板材料包括A508類低合金鋼鍛件。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述管板材料的屈服強(qiáng)度范圍在 450MPa-540MPa 之間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述管子材料包括鎳基690合金。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述管子材料的屈服強(qiáng)度范圍在 290MPa-330MPa 之間。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述界面殘余接觸壓力CPtl不超過(guò)管板材料或管子材料在操作溫度下的最低屈服強(qiáng)度中的較低值的58%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)于0.25mm以下的常見(jiàn)初始間隙&，脹后管子減薄率的限定值取為&。= 2% ；對(duì)于0. 25mm以上到0. 4mm的不常見(jiàn)的大初始間隙 Stl, Rp。的最大值限在3. 5%以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及AP1000核電非能動(dòng)換熱器管子與管板脹接工藝參數(shù)確定方法，包括確定管子與管板脹接接頭最低拉脫強(qiáng)度指標(biāo)值及脹接后管子減薄率限定值；三維有限元計(jì)算得到管子與管板間不同初始間隙時(shí)脹接壓力分別與管子減薄率、接頭拉脫力、管子和管板界面殘余接觸壓力的關(guān)系；測(cè)定常溫管板和管子材料屈服強(qiáng)度；測(cè)定管子與管板間的初始間隙值；確定相應(yīng)于初始間隙值時(shí)拉脫力等于最低拉脫強(qiáng)度指標(biāo)值時(shí)的最小脹接壓力、對(duì)應(yīng)于脹接后管子減薄率限定值時(shí)的最大脹接壓力；在最小與最大脹接壓力間的中值附近選取脹接壓力進(jìn)行脹接和拉脫試驗(yàn)，確定相應(yīng)于初始間隙的最佳脹接壓力及其對(duì)應(yīng)的拉脫力；確定對(duì)應(yīng)于初始間隙和最佳脹接壓力的界面殘余接觸壓力。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102201024SQ20111018081
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者尹淼晶, 涂善東, 王國(guó)珍, 軒福貞 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)