舒正谊　周新蓉　吴晨晖　蔡孟雷

摘 要：换料大直径法兰的结构形式和密封形式是急需探讨的问题。为确保安全壳内发生严重事故时内压要求，应按照ASME相关要求对安全壳法兰和密封垫片进行设计，并进行有限元校核。

关键词：大直径法兰；密封；金属石墨复合垫片

中图分类号：TH49；TB42 文献标识码：A

Abstract： The structural and sealed type for the large-diameter flange is a problem which needs to be solved urgently， to insuring the containment vessel can bear the inner pressure when it encounters severity accident， the designing of flange and gasket according to ASME and checking through finite element method is needed.

Keywords：large-diameter flange；seal；metal graphite composite gasket

0.概述

钢制安全壳顶部封头处设置了一个反应堆换料的通道，为了确保内部核设备发生严重事故时能承受内压要求，围栏与大直径法兰对焊焊接，法兰与法兰盖之间加金属石墨复合密封垫片采用双头螺柱连接紧固。

1.安全壳法兰与垫片的设计输入

1.1安全壳法兰与垫片的结构形式

安全壳法兰和密封垫片按照《ASME BPVC-Ⅲ 第1册附录》强制性附录Ⅺ进行设计计算。安全壳法兰和密封垫片结构形式如图1所示。

1.2设计参数

2.法兰强度计算

2.1基本几何参数

2.2主要材料性能

2.3法兰尺寸及符号说明

按照《ASME BPVC-Ⅲ 第1册附录》强制性附录Ⅺ法兰部分要求进行法兰强度计算和刚度校核。符号说明来自于《ASME BPVC-Ⅲ 第1册附录》强制性附录Ⅺ。

2.4垫片设计

垫片选取金属石墨复合垫片。垫片系数m=3，最小设计密封应力y=69MPa，垫片宽度为50mm，b0=25mm，b=12.5mm，G=D外-2b=4200-2×12.5=4175mm。

2.5螺栓设计

螺栓数量及规格根据《ASME BPVC-Ⅲ 第1册附录》强制性附录Ⅺ要求，取螺栓规格M56，螺栓数量n=60，根据螺栓最大间距来确定。

2.6法兰应力校核

4.ANSYS应力校核

4.1建立有限元模型

利用ANSYS17.0，依据图1的法兰尺寸建立有限元模型。由于法兰接头是对称结构，为减少计算工作量，取其1/4建立有限元模型进行分析。

4.2单元类型选择