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近年來，隨著百萬千瓦等級汽輪機組的涌現，作為輔助系統中的重要設備—冷凝器也因為熱負荷的增加而隨之大型化。水室是冷凝器水側的重要組成部分，是引導冷卻水進入和離開冷卻管的部件。冷凝器的大型化發展，對冷凝器的水室設計也提出了新的要求，為了保證不同的運行參數、流程布置以及其他功能，大型電站冷凝器水室優化設計與分析工作變得越來越重要，設計良好的水室結構應該保證進入各冷卻管的水量均勻，同時具有足夠的強度，需要進行有限元分析。
目前，大型冷凝器的水室均由碳鋼鋼板焊接而成，水室的外形和結構主要決定于管板管束的外形，冷卻水流程數、設計壓力等因素。大型冷凝器水室主要有楔形水室、半圓柱形水室、弧形水室等，其形狀如圖所示。各種類型的水室均有優缺點，根據設計要求的不同可以進行適當的選擇。從加工難度和管束檢修的角度看，楔形水室加工簡單，檢修管束時只需拆卸水室蓋板，適當地選擇斜度，能夠使管束內的冷卻水分布比較均勻，但是承壓能力不如其他兩種水室。在設計壓力高于0.35 MPa時宜選用后兩種水室結構圓柱形水室強度較好，形狀簡單，加工容易，節省材料。單流程的圓柱形水室上部采用圓弧頂板，可以減小冷卻水在水室內的流動阻力，缺點是體積大，檢修管束時需要移動整個水室，需要的較大的檢修空間。圓弧形水室可以由三面圓弧組成，整個水室的體積可以在保證冷卻水流速的基礎上做得盡量小巧，強度好，節約材料，節省檢修空間，但圓弧板的加工焊接有一定的難度。因此，較大的設計壓力是水室形狀選擇需要考慮的首要因素，哈汽生產的機組目前水室設計壓力最高的達到0.7 MPa。
確定水室基本外形后，根據采用的管束形式，采用全三維模擬計算，進行流動性能分析。使用Unigraphics NX建立水室計算的三維模型，導入Ansys Ican CFD中繪制計算網格，然后使用CFX進行計算分析，完成水室局部結構和冷卻水進出口的位置的調整工作，使到達管板孔端上的水流壓力、速度分布盡量均勻，保證冷凝器管束具有良好的換熱效率，提高電站運行的經濟性。分析結果表明，在管板前方的平面上，水流壓力、速度分布均勻，在冷卻水入口處，產生的渦流區域較小，水室流動特性較好，如圖所示。
大型圓弧水室的殼體結構比較復雜，對于校核一些不規則結構的強度問題，原有的經驗公式計算結果不夠精確，采用有限元分析則比較準確直觀。由于本水室是典型的板殼式結構，為簡化計算，可以考慮二維殼單元網格代替三維實體網格進行有限元分析。以三面圓弧水室圖分析為例，將圓弧板、側板以及肋板用三角形殼單元對模型進行劃分，加強管采用一維梁單元進行劃分，并根據結構的實際情況控制網格尺寸，這種簡化目的是在滿足計算精度要求的基礎上大大提高計算效率。
為邊界條件和初始荷載賦值后，對該水室進行分析，對分析結果中Von Mises應力分布云圖，在整個圓弧板和側板上大部分的區域應力分布在許用值以下，但是在圓弧板與側板焊接處卻有很大一部分出現了較高的應力值，這些高應力的區域是危險的。其產生的原因是兩個側板的變形較大。為此，對水室結構進行了改進，在水室內部兩個側板之間增加了加強拉桿，通過約束側板的變形，來達到減小圓弧板與側板焊接處應力的目的。通過分析結果的比較看，圓弧板上應力以及位移的變化趨勢沒有發生很大變化，但優化后整體的應力以及位移值都有一定程度的減小。加強管很好的起到了約束側板變形的作用，使得側板的上的位移大小明顯降低。同時很好地改善了焊接處應力較大的問題。
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