关于稳压器接管过盈量设置的研究

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1、关于稳压器接管过盈量设置的研究李焕鸣　汤臣杭　黄　燕　赵薇娜（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川成都610213）【摘　要】稳压器是电站一回路重要设备，为保障其压力边界的完整性，需要保护设备的薄弱部位。为此稳压器筒体工艺接管焊接前，将接管以冷装工艺安装至筒体，以提供一定的拔脱力。安装过盈装配的过盈量直接关系到过盈装配的拔脱力，对于保护稳压器承压边界完整有重要意义，对冷装工艺下的接管过盈量计算进行了讨论，并对过盈量的设置给出了建议。.jyqkin；再由径向压力不致发生过盈连接件塑性变形来计算过盈连接的最大径向压力，同时也算出最大过盈量δmax，最终过盈连接的过盈量

2、根据工程经验再取两者值区间的某个值[3]。工程设计中使用的稳压器接管过盈量计算是基于弹性力学的厚壁圆筒的公式法来进行的，本例结合早期项目的计算方式引用GB/T5371-2004对设计所需给出的过盈量展开计算。稳压器接管拔脱力没有确切的值可以引用，没有最小过盈量的确切值，为了在设计中给出其过盈量，本文直接先取不致发生塑性形变的过盈量，作为最大过盈量，并对最终设计中过盈量的选取加以讨论，得到设计中需要的过盈量。2.1　最大过盈量计算对于连接件不致发生塑性形变的计算，即是对于结构强度的校核，过盈连接结构强度包括两个方面，即连接的强度及连接零件本身的强度。过盈连接零件本身的强度，可按材料力学

3、中的厚壁圆筒强度计算方法进行校核。当压力p一定时，连接零件中的应力大小及分布情况见图2。当零件材料为塑性材料时．则应按第三强度理论（σ1-σ3≤σS）检验其承受最大应力的表层是否处于弹性变形范围内，则由图2可知，不出现塑性变形的检验公式为：对被包容件内表层d——配合的公称直径，mm；d1、d2——分别为被包容件的内径和包容件的外径，mm；σs1、σs2——分别为被包容件及包容件材料的屈服极限，MPa。进而得到径向压力P的最大值应为Pmax=min（Pmax1，Pmax2），根据材料力学有关厚壁圆筒的计算理论，在径向压力为P时的过盈量为δ=pd(C1/E1+C2/E2)×103μm，其

4、过盈量与径向压力是成正比关系，则由上式可知，过盈连接不发生塑性变形的最大过盈量应为式中：δmax——最大过盈量，μm；p——配合面所需径向压力，MPa；d——配合的公称直径，mm；E1、E2——分别为被包容件与包容件材料的弹性模量，MPa；d1、d2——分别为被包容件的内径和包容件的外径，mm；μ1、μ2——分别为被包容件与包容件材料的泊松比。对于钢，μ=0.3；对于铸铁，μ=0.25。代入接管结构尺寸和材料参数，求得此结构不发生塑性变形的最大过盈量为0.035mm。2.2　最小过盈量计算对于过盈连接，拔脱力是由包容件与被包容件之间的摩擦力Ff实现的，其计算公式为：2.3　选择配合所

5、需过盈量当需实现的拔脱力一定时，配合长度l越短，所需的径向压力p就越大。当p增大时，所需的过盈量也随之增大。为了避免在拔脱力一定时需用较大的过盈量而增加装配时的困难，配合长度不宜过短，一般推荐采用l≈0.9d。但应注意，过盈量理论计算是基于弹性力学理论来进行设计的，将结合尺寸视为定量，当存在某些缺陷或变形，导致连接件在装配或使用中有时会产生较强的应力集中[4]。同时由于包容件与被包容件之间的变形协调作用，在装配区域应力分布也并不是均匀的，忽视应力集中会存在装配体部分区域应力超过屈服限，导致零件屈服，影响零件完整性的风险。稳压器接管与筒壁的冷装配合长度即为壁厚（l=108mm），而接管

6、公称外径d为?准34，前者远大于后者，在引入公式法计算过盈量时，必须考虑应力集中问题。一般情况下，可以取δ≈0.5（δmin＋δmax）；当有较多的连接强度储备时，可以取δmax＞δ＞0.5（δmin＋δmax）；当有较多的连接件材料强度储备时，可取δmin＜δ＜0.5（δmin＋δmax）[5]。对于稳压器接管结构，更多是希望有更大的拔脱力，再加上并无δmin最小过盈量的具体值，故可取最大过盈量δ=0.035mm作为过盈量。出于结构安全考虑，避免局部进入屈服，工程上取0.005mm～0.015mm作为冷装过盈的推荐值。使用公式法计算过盈量，不能精确计算过盈部件的应力分布，为避免零件

7、塑性变形，求解考虑应力集中条件下的过盈配合过盈量，对接管所受径向压力的计算有必要引入其他计算手段加以校核。3　有限元模拟本文采用ANSYS有限元软件，对稳压器接管过盈装配冷装过程进行了模拟，特别是接管与筒体间的应力分布情况进行了分析。为加强对冷装工艺过程及连接接头性能的理解，合理设置过盈量，丰富设计手段，本文对过盈连接使用有限元分析设计进行了尝试。过盈连接的拔脱力计算公式Ff=πdlpf，公式中f、d和l在连接结构不变的情况下都为常量，在考虑某一特定连接结