随着世界经济和科技的发展,能源和资源的短缺趋势在不断延伸,核电作为一种清洁、可靠、安全的能源,无论从优化能源布局,调整能源结构还是保护生态环境、促进能源安全等角度看,核电相对有其他能源均具有较大的优势。另外一方面,核电的发展不仅仅带动核工业的发展还可以推动装备制造业等其他相关产业的发展。核电发展的水平也代表我国和平利用核能的水平和科技创新的水平。虽然我国核电所占总发电量的比重不高,但在建和规划的核电规模是世界上最大的。我国在发展核电产业的过程中以引进美国和法国的技术为主,核电设备和技术的国产化水平还不高,关键设备和重点环节的技术能力还需要进一步提升,否则将影响我国核电产业整体实力的形成,制约其标准化、产业化、规模化的发展。反应堆压力容器核电产业的关键设备之一,也是设计、制造难度最高的核承压设备之一,它作为RCC-M核安全一级设备,位于反应堆厂房的中心,为核电站一回路的核心设备,承受着一回路冷却剂的高温和高压,而且还受到反应堆本体极强的放射性,其可靠性和安全性是设计的重要指标。本课题围绕反应堆压力容器对其开盖和扣盖的过程,及其设备螺栓拉伸机以及压力容器在设计压力、温度下的应力应变状态展开了研究。论文对核反应堆压力容器材料、结构及设计准则、开启关闭流程等方面展开了研究。在反应堆压力容器的水压试验、反应堆安装、反应堆开盖检修、反应堆换料中,须使用螺栓拉伸机对反应堆压力容器进行开盖和扣盖操作。在开盖检修和反应堆换料中,反应堆压力容器的开扣盖操作都处在关键路径上,因此螺栓拉伸机的工作效率关系核电站的经济效益。螺栓拉伸可以采用整体式螺栓拉伸机(MSTM)和分体式螺栓拉伸机(SSTM),与SSTM相比,MSTM具有明显的优势:(1)效率更高,可以节省停堆换料时间;(2)不用频繁占用环吊,不会影响其它并行工作;(3)螺栓拉伸量均匀,螺栓受力均匀;(4)螺栓没有残余扭矩并且残余应力均匀;(5)减少了对顶盖法兰和主螺栓的弯曲;(6)操作人员受到的辐射剂量小,劳动强度低。根据中国核电规划,2020年,中国核电装机容量要达到6000万kW,至少将新建50座百万千瓦级核电机组,预计整体式螺栓拉伸机的需求在25台套以上,目前市场定价应该在2000万元以上,25台套拉伸机产值将达到5亿多元人民币,如果加上维修保养、技术支持等,还将创造更多的利润。整体式螺栓拉伸机不仅可以用于两代加核电站,还可以用于三代核电站及其它堆型的反应堆开扣盖操作中。整体式螺栓拉伸机国内市场目前被国外少数厂商垄断,通过螺栓拉伸机的研制,掌握螺栓拉伸机的相关技术,可以打破技术和产品垄断,对于核电自主化具有重要意义,有利于我国核电事业的持续发展。课题组通过对整体式螺栓拉伸机的主要分系统,拉伸环、小车、液压系统和检测系统的研究和分析,明确了整体式螺栓拉伸机国产化的基本方案,指出了其国产化过程中所面临的关键技术和主要问题,并找出了对应的策略和方法。论文通过强度理论和弹性体应力应变的研究,认为反应堆压力容器应力分析方法主要有:解析法、数值法和实验法,指出了数值法中的有限元法是进行反应堆压力容器应力分析和强度设计的一种可控误差的、有效的方法。论文在分析研究目前最为先进的第三代核电AP1000的特点及其压力容器的结构、材料、设计要求以及工作状况的基础上,建立AP1000压力容器的三维数字化模型,并进行简化处理,施加压力和温度载荷,形成有效的有限元模型,应用二阶四面体单元通过H自适应法对模型进行网格划分,应用三维有限元技术对其进行应力应变的分析,找出其应力最大点和应变最大值。通过对有限元分析结果进行研究,指出AP1000压力容器在设计工况下符合RCC-M的强度要求。