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长母线管道变工况下的强度分析

发布于:2016-07-18 22:10
强度分析

      2008年兰州东部地区一套800kVCIS高压电器开关设备于夏季投产使用,运行状况良好,入冬以后气温降低至-20℃以下,长母线管道局部位置出现大量SF气体泄露,同期沈阳地区同型号设备也出现此现象。SF气体具有优良的绝缘性能与灭弧性能,被广泛应用于CIS高压电器设备当中。但是SF是一种温室气体,一旦泄露会污染环境;更重要的是泄漏使设备内SF气体密度下降,导致设备内部绝缘性能及灭弧性能降低,而设备内部SF气体的水分含量增加,产生凝露,在电弧作用下,微量H20与SF金属发生水解反应,产生剧毒和腐蚀气体,损坏绝缘,腐蚀设备壳体危及安全运行,毒性气体大量泄露会危害人体健康。下面对管线进行详细的强度分析
      确定载荷及工况
      管道受力分析
      CIS长母线管道的外部结构由金属筒体、连接法兰、密封垫片、固定支架、可动支架、波纹管膨胀节等基本结构组成。漏气的直接原因在于部分结构受力较大,有变形发生导致密封失效。长母线管道的受力情况主要有:①在封闭的金属管道内充入SF气体,形成密闭的工作空间。通常气体气压为0.3-0.6MPa,这时金属筒体壁而受到内压力的作用;②金属筒体自身的重力,固定支架给予的约束力,以及可动支架的支撑力;③随着温度的变化,各部分受到温度应力的作用;④风载荷及地震载荷的作用。
确定工况
      兰州位于我国西北部地区,冬夏季温度变化波动很大,根据其气候变化特点,确定CIS母线管道的工作环境温度及对应受力情况。①夏季30 0C安装设备,管道所受载荷为SF气体内压力、重力、支架约束力;②夏季30 ℃安装设备升温到极限温度70℃,此时温差为40 K,管道所受载荷为内压力、重力、支架约束力及温度应力;③夏季30℃安装设备降温到极限温度-30℃,此时温差为-60K,管道所受载荷为内压力、重力、支架约束力及温度应力;④冬季-5℃安装设备,管道所受载荷为内压力、重力;⑤冬季-5℃安装设备升温到极限温度55℃,此时温差为60 K,管道所受载荷为内压力、重力;⑥冬季-5℃安装设备降温到极限温度-30℃,此时温差为-25 K,管道所受载荷为内压力、重力、温度应力。
CAESAR IIApp先容及模型建立
      CAESAR II管道应力分析App是由美国COADE企业研发的压力管道应力分析专业App。向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范,具有强大的分析功能、丰富的数据库等优异的性能所以深受国内外管道应力分析工程师的青睐,目前在石油、化工、电力等行业有较多的用户。
      CAESAR II应力分析程序的理论基础是结构力学,而结构力学在建立杆状元件的力学方程时做出了一些假设,即结构中所有杆状元件的变形都很小,各节点的位移不改变元件的形状,此时力和位移成线形关系,并符合虎克定律,各载荷在元件中引起的应力、应变、位移可以叠加。基于这样的假设,根据确定的6种不同的工况及载荷应用CAESAR IIApp对CIS长母线管道的受力情况进行分析计算,建立结构模型,局部典型结构及其节点编号如图所示。


                                                                                  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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