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直接空冷机组排汽管道结构强度分析

发布于:2016-03-04 20:11
强度分析

      空冷机组的排汽管道连接汽轮机排汽装置和空冷平台,结构尺寸大,支吊架复杂。重力、负压、温度、差异沉降、位移、蒸汽动反力、风载、地震等载荷共同作用,管道系统强度校核非常重要。文献对135MW、300MW、600MW直接空冷管道系统进行了强度分析,文献分别对空冷凝汽器支架结构体系的抗震性能进行了研究。根据压力容器和ASIVIE标准设计了1000MW直接空冷机组排汽管道系统,相对于600MW机组,其结构尺寸更庞大,其载荷条件和支撑方式更加复杂,管道直径7640mm采用商业有限元分析AppANSYS进行建模,用22个具有代表性工况进行了静态分析,用地震响应谱进行了动态分析,同时分析了管道系统的屈曲临界外压力,对排汽管道系统进行了强度校核,并进行了结构优化设计。
      直接空冷排汽管道系统管径设计由汽轮机排汽热力参数和流量确定,管道壁厚、加强圈、补偿器按照文献设计。在ANSYS中完全根据设计图纸建立全尺寸模型,管道和支吊架用shell63单元划分网格,使用canbine14和mass21单元建立零长度膨胀节,模拟单向和双向膨胀节,输入壁厚、材料特性、弹簧刚度、阀门质量等单元属性,共划分306499个单元。为验证采用shell63单元的合理性,在整个管道系统中采用子模型技术,对管道局部进行了强度分析对比,壳单元与实体单元计算结果一致,证明采用shell63单元是合理的。图是直接空冷排汽管道力学模型的正视图和侧视图,C1约束及弹簧支吊力。排汽管道系统采用水平管固定,底座恒力支撑的支吊方式,在支吊架上设置限位销。
      首先采用冷态吊零的方式进行计算,得到恒力支撑力和弹簧支架的支吊力,再设置弹簧单元的初始安装变形,内压。排汽管道内是汽轮机乏汽,考虑极端负压施加100kPa外压力温度。正常运行工况50℃,最高温度120℃,最低温度-40℃,设置管道系统壁温。由于温度变化,汽轮机排汽装置和空冷平台也会发生热位移,因此,在管道接口处施加相应热位移。蒸汽流动动反力。蒸汽在管道中随着管道走向流动,会发生动量变化,施加给管道动反力。为了减小蒸汽扰动,在管道弯头处设置导流板,动反力施加在导流板上,沉降差。空冷平台与汽轮机位于2个基础结构上,因此,可能产生沉降差。沉降差需要根据工程的实际地基土物理特性,地基处理方式确定,其值分别取正负号,与其他载荷叠加。风载,按照建筑结构荷载规范,同时参考ASCE7-2005规范,垂直于露天管道表面的风荷载标准研究地震对排汽管道强度影响,采用加载瞬间地震加速度的静态分析,以及地震激励响应谱的动态分析2种方法。根据中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范,按抗震设防烈度为7度的要求进行抗震设计。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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