專利名稱：一種承壓容器的管嘴的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及承壓容器技術領域，特別是涉及一種承壓容器上的管嘴。
背景技術：
承壓容器廣泛應用于能源、化工等工業(yè)技術領域。在核能動力領域，反應堆壓力容器是一回路系統(tǒng)的重要設備，是一回路冷卻劑壓力邊界的主要部分之一，用于容納反應堆冷卻劑、堆芯熱量和裂變產(chǎn)物。反應堆壓力容器在工作時需承受很高的壓力和溫度，為了保證全壽期的安全，必須對其進行仔細的設計和分析。傳統(tǒng)的壓力容器設計一般根據(jù)相關的規(guī)范進行，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定確定結構的具體形式，并按照規(guī)范的內(nèi)容進行力學計算。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，按規(guī)范進行設計暴露出了許多問題，這其中主要表現(xiàn)在管嘴結構的設計上?，F(xiàn)有技術中管嘴的內(nèi)孔為直圓孔，即，管嘴內(nèi)孔的各個沿容器縱向截面為等直徑的圓形。當容器的管嘴直徑過大、或管嘴需要密集排布時，就可能超過了規(guī)范的限值，無法按照規(guī)范進行設計。對于這種特殊情況，就必須對管嘴結構進行詳細的有限元應力分析，并采用特殊的結構形式，以減小管嘴局部結構的應力集中，從而保證壓力容器的安全特性。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是如何有效地緩解管嘴局部的應力集中，進而使承壓容器的變形更加均勻。( 二 )技術方案為了解決上述技術問題，提供一種承壓容器的管嘴，其內(nèi)孔從容器內(nèi)部向外依次包括不等徑孔、過渡孔和圓孔；所述不等徑孔是指沿容器的軸向和周向兩個方向上的直徑不同的孔，不等徑孔的長徑沿容器的周向，不等徑孔的短徑沿容器的軸向；過渡孔銜接所述不等徑孔和圓孔。進一步的技術方案是，所述不等徑孔為長圓孔。再進一步的技術方案是，所述過渡孔的內(nèi)表面為平滑曲面。再進一步的技術方案是，所述管嘴伸入容器內(nèi)側部分的內(nèi)孔均為不等徑孔。再進一步的技術方案是，所述長圓孔的長徑大于所述圓孔的直徑，短徑小于所述圓孔的直徑。再進一步的技術方案是，所述管嘴的外表面為圓柱面。(三)有益效果本發(fā)明對承壓容器的管嘴內(nèi)孔形狀做了改進，管嘴內(nèi)伸段的內(nèi)壁為長圓孔形式， 其中，長圓孔的長徑沿容器的周向、短徑沿容器的軸向，這就使得在容器的縱截面上管嘴補強得到了加強，從而減小了該部位的應力集中。管嘴外伸段的端頭的內(nèi)壁仍為圓孔形式，這就使得管嘴與外接管道之間的連接不受影響。由于管嘴內(nèi)壁存在長圓孔和圓孔兩種形狀，因此這兩種形狀之間需要一段過渡段(過渡孔)以實現(xiàn)形狀的漸變。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有如下優(yōu)點1)有效地 節(jié)約容器的材料成本；2)不增加容器的制造成本；3)有效地緩解管嘴局部的應力集中；4)承壓容器的變形更加均勻。


圖1是本發(fā)明承壓容器的管嘴沿承壓容器縱向的剖視圖；圖2是本發(fā)明承壓容器的管嘴沿承壓容器橫向(即圖1的B-B向)的剖視圖；圖3是本發(fā)明承壓容器的管嘴沿承壓容器徑向(即圖1的A向)的側視示意圖；圖4是承壓容器和管嘴的結構關系示意圖。下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明承壓容器的管嘴進行詳細介紹。
具體實施例方式參見圖1-圖3，承壓容器100的管嘴200具有一個內(nèi)孔，該內(nèi)孔從承壓容器100內(nèi)部向外依次包括長圓孔1、過渡孔2和圓孔3。長圓孔1的沿容器100縱向的截面為公知的長圓形(即由兩個半圓和連接兩個半圓的上下兩條直線構成，參見圖3)，長圓孔1的長徑 Ll沿承壓容器100的周向，長圓孔1的短徑L2沿承壓容器100的軸向。參見圖4，圖4中所示X軸方向即為承壓容器100的軸向，Y軸方向即為承壓容器100的徑向，Z軸方向即為承壓容器100的周向。過渡孔2銜接長圓孔1和圓孔3。過渡孔2用以實現(xiàn)從長圓孔1到圓孔3之間的漸變，過渡孔2的內(nèi)表面為平滑曲面。管嘴100內(nèi)伸段(伸入承壓容器內(nèi)部分)和外伸段(突出于承壓容器的部分)的外壁仍為圓形，即管嘴外表面仍為圓柱狀。本實施例中，長圓孔1 一直延伸到承壓容器200外部，即，管嘴伸入承壓容器200內(nèi)側部分的內(nèi)孔均為長圓孔。如圖3中所示，長圓孔1的長徑Ll大于圓孔3的直徑L，短徑L2小于圓孔3的直徑L。由承壓容器的受力特點可知，管嘴結構所承受的沿承壓容器周向的拉力是沿承壓容器軸向拉力的兩倍。而傳統(tǒng)的管嘴結構由于受到馬鞍形相貫線的限制，造成了管嘴周圍補強的不均勻，其中，補強最多的部分位于承壓容器的橫截面上，而此處是管嘴局部應力最小的部位；補強最少的部分位于承壓容器的縱截面上，而此處卻是管嘴局部應力最大的部位。這將造成在管嘴與承壓容器的相貫部分上，在承壓容器的縱截面上將會產(chǎn)生較大的應力集中，承壓容器在管嘴部位也會產(chǎn)生較大的局部變形。由于這種管嘴形式對管嘴的最薄弱部分進行了局部加強，因此在不增加承壓容器整體壁厚和管嘴整體壁厚的基礎上，這種結構形式可以有效地緩解管嘴局部的應力集中、 減小容器因管嘴存在而產(chǎn)生的變形，因此本發(fā)明可以有效地節(jié)約容器的材料成本。本發(fā)明所述的管嘴結構從內(nèi)到外依次為長圓孔、過渡段、圓孔。其中，長圓孔和圓孔在傳統(tǒng)的機加工設備上即可加工，過渡孔則需在數(shù)控鏜銑床上加工，考慮到目前數(shù)控鏜銑床已經(jīng)比較普及，因此本發(fā)明不會增加承壓容器的制造成本和制造上的難度，對于沒有制造經(jīng)驗的制造廠，需要做一個模擬件，以驗證過渡段的制造工藝。
長圓孔的長徑Ll和短徑L2的具體尺寸需根據(jù)有限元力學分析的結果來確定。有限元模型必須為三維模型，并必須有足夠的尺度和精度，以準確反應管嘴及其周邊結構的應力和變形狀況。下面通過一個具體實例介紹一下本發(fā)明管嘴的設計方式。在 一個設計實例中，承壓容器的內(nèi)徑為5700mm、壁厚為240mm，承壓容器的設計壓力為8MPa、設計溫度為250°C。管嘴開孔內(nèi)徑為1787mm、外徑為2287mm。如果采用傳統(tǒng)的管嘴結構，即內(nèi)孔為均勻的直圓孔，通過有限元分析可知管嘴與容器相貫處的最大應力為460MPa (位于承壓容器的縱截面處)，高于材料的屈服強度，這將導致承壓容器在使用過程中產(chǎn)生塑性變形。而采用本發(fā)明所述的管嘴結構，在容器壁厚不變、管嘴外徑不變的前提下，管嘴內(nèi)伸段的內(nèi)壁采用長圓孔的形式，其中，長圓孔的長徑為1787mm、短徑為1276mm，管嘴外伸段的端頭內(nèi)壁為直徑1565mm的圓孔，長圓孔與圓孔之間的過渡段的形狀并不唯一，只要能實現(xiàn)整個內(nèi)孔形狀的漸變即可。通過有限元分析可知管嘴局部的最大應力降為326MPa，低于材料的屈服強度，這將保證承壓容器始終工作在彈性范圍內(nèi)。本發(fā)明所述的管嘴結構適用于各種使用環(huán)境下的承壓容器，特別適用于管嘴直徑過大、或管嘴需要密集排布的情況，在這種情況下，按規(guī)范設計的方法已經(jīng)無法實施，傳統(tǒng)的管嘴結構形式會產(chǎn)生過大的局部應力和變形。本發(fā)明可以有效地解決這些問題，并不會增加承壓容器的成本和制造難度。因此，本發(fā)明具有產(chǎn)業(yè)上的可利用性。作為上述實施例所揭露技術方案的擴展方案，比如，長圓孔也可為其他形式的不等徑孔，所述不等徑孔是指沿容器的軸向和周向兩個方向上的直徑不同的孔。常見不等徑孔的形式如，橢圓形、矩形、或者其他相近似的形狀。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種承壓容器的管嘴，其特征在于，具有內(nèi)孔，所述內(nèi)孔從承壓容器內(nèi)部向外依次包括不等徑孔、過渡孔和圓孔；所述不等徑孔是指沿承壓容器的軸向和周向兩個方向上的直徑不同的孔，不等徑孔的長徑沿承壓容器的周向，不等徑孔的短徑沿承壓容器的軸向；過渡孔銜接所述不等徑孔和圓孔。
2.如權利要求1所述的承壓容器的管嘴，其特征在于，所述不等徑孔為長圓孔。
3.如權利要求1所述的承壓容器的管嘴，其特征在于，所述過渡孔的內(nèi)表面為平滑曲面。
4.如權利要求1所述的承壓容器的管嘴，其特征在于，所述管嘴伸入容器內(nèi)側部分的內(nèi)孔均為不等徑孔。
5.如權利要求1所述的承壓容器的管嘴，其特征在于，所述長圓孔的長徑大于所述圓孔的直徑，短徑小于所述圓孔的直徑。
6.如權利要求1-5中任意一項所述的承壓容器的管嘴，其特征在于，所述管嘴的外表面為圓柱面。
全文摘要
本發(fā)明涉及承壓容器技術領域，特別是涉及一種承壓容器上的管嘴。一種承壓容器的管嘴，其具有內(nèi)孔，所述內(nèi)孔從容器內(nèi)部向外依次包括不等徑孔、過渡孔和圓孔；所述不等徑孔是指沿容器的軸向和周向兩個方向上不等徑孔的直徑不同的孔，不等徑孔的長徑沿容器的周向，不等徑孔的短徑沿容器的軸向；過渡孔銜接所述不等徑孔和圓孔。本發(fā)明的技術方案具有如下優(yōu)點1)有效地節(jié)約容器的材料成本；2)不增加容器的制造成本；3)有效地緩解管嘴局部的應力集中；4)承壓容器的變形更加均勻。
文檔編號F16J12/00GK102345737SQ20101023995
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權日2010年7月28日
發(fā)明者萬力, 何樹延, 史力, 吳宗鑫, 張作義, 張征明 申請人:清華大學