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        應(yīng)力分析軟件在汽輪機管線中的應(yīng)用

        2017-03-14 07:57:04陳星群珠海巨濤海洋石油服務(wù)有限公司深圳分公司廣東深圳518000
        化工管理 2017年1期
        關(guān)鍵詞:管口設(shè)計標準吊架

        陳星群(珠海巨濤海洋石油服務(wù)有限公司深圳分公司, 廣東 深圳 518000)

        應(yīng)力分析軟件在汽輪機管線中的應(yīng)用

        陳星群(珠海巨濤海洋石油服務(wù)有限公司深圳分公司, 廣東 深圳 518000)

        本文重點介紹了在汽輪機蒸汽管線設(shè)計中應(yīng)用CAESARⅡ應(yīng)力分析軟件進行應(yīng)力分析與計算的過程,對于不同的支吊架設(shè)置以及管道的走向設(shè)計方案進行優(yōu)化進而得到最優(yōu)設(shè)計方案,能夠符合NEMA SM23的標準要求。

        應(yīng)力分析軟件;CAESARⅡ;汽輪機;蒸汽管道

        在管線的設(shè)計過程中,應(yīng)力分析具有非常重要的作用。通過應(yīng)用應(yīng)力分析軟件可以在管線應(yīng)力分析中比較精確的進行計算,防止出現(xiàn)安全問題。CAESARⅡ是應(yīng)用比較廣泛的應(yīng)力分析軟件,本文對這一軟件的應(yīng)用作了具體探究。

        1 CAESARⅡ軟件的工作模式分析

        CAESARⅡ軟件在進行應(yīng)力分析時,主要可以分為四個過程:編制節(jié)點,上機建模,分析運算和調(diào)整優(yōu)化。在這四個過程中編制節(jié)點主要是將整個管道系統(tǒng)進行劃分,劃分為一些獨立單元后進行三維建模。這樣就將管道系統(tǒng)的受力分析轉(zhuǎn)化為了簡單的數(shù)學模型[1]。隨后,在管道系統(tǒng)的邊界條件問題分析上,軟件會對位移、支吊架以及管口等問題進行具體的模擬,并對模擬結(jié)果進行運算和判定。在應(yīng)用應(yīng)力分析軟件進行應(yīng)力分析時,最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是要保證分析結(jié)果符合相關(guān)的判定標準,以便于對管道設(shè)計進行調(diào)整和優(yōu)化。

        2 CAESARⅡ軟件在汽輪機管線中的應(yīng)用分析

        (1)機組與材料參數(shù)分析 以某汽輪機為例,該汽輪機的蒸汽管道設(shè)計要求參數(shù)為420℃,5.0MPa,該蒸汽管道的材料設(shè)計為15CrMo,根據(jù)所提供的參數(shù)設(shè)計以下三種方案:

        方案一:將配管所專業(yè)提供的原管道的走向全部更換為剛性的支架;方案二:在保持方案一的基礎(chǔ)上,將汽輪機入口處的剛性支架換為彈簧吊架;方案三:將原管道的走向進行改動,重新設(shè)置配管方案優(yōu)化支架和吊架。

        對以上三種配管設(shè)計方案進行應(yīng)力分析,并對汽輪機和管道所承受的應(yīng)力進行計算,選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。

        (2)方案一的受力分析

        圖1 原管道走向三維軸測圖

        如圖1所示,在汽輪機的原管道走向中,蒸汽會從邊界區(qū)10點處進入,由于此邊界的參數(shù)設(shè)置為固定的支架,所以蒸汽會經(jīng)過兩道的切斷閥之后進入到290點。為了滿足這一過程中的受力和跨距的要求,可以在中間設(shè)計剛性的承重點,比如30點、150點等。

        據(jù)此可以提供設(shè)計方案:將原配管汽輪機入口230點附近的承重支架設(shè)計成剛性支架。對該方案進行驗證,應(yīng)力最大值(90點)在ASMEB31.3的許用應(yīng)力中占65.1%,第二次應(yīng)力最大值(240點)在許用應(yīng)力中占比123.4%,不符合設(shè)計標準[2]。由此可以分析得出導致出現(xiàn)超標的主要原因是位于230點的剛性支架,由于該剛性支架導致設(shè)備管口處剛性過大,產(chǎn)生了完全相反的作用力,致使管口處的應(yīng)力超過標準。

        (3)方案二的受力分析 在方案二中,主要是將方案一中的汽輪機入口處剛性支架改為彈簧吊架,其他因素不變。對于該方案進行受力分析可以發(fā)現(xiàn),一次應(yīng)力最大值(90點)在SAME B31.3中所占的許用應(yīng)力為56.4%,而二次應(yīng)力最大值(10點)在許用應(yīng)力中所占的比例為36.9%,符合設(shè)計標準。但是對汽輪機管口(290點)的應(yīng)力進行分析占比233.8%,不符合設(shè)計標準。

        因此將230點更換為彈簧吊架后雖然改善了290點附近的應(yīng)力,但是管道配管存在問題,而依靠單純的自然補償又無法消除管口的熱位移,這就造成管口的力矩發(fā)生變形,最終導致290點承受的應(yīng)力超出設(shè)計標準,所以仍然需要進一步優(yōu)化。

        (4)方案三的受力分析 在方案三的設(shè)計方案中,對原管道走向進行重新設(shè)計并在管道與機器固定點交叉的位置設(shè)置限位支架,這樣可以有效的防止管口發(fā)生熱膨脹或者管道熱膨脹現(xiàn)象。同時在圖1中240點位置增設(shè)X向止推,在210點位置增設(shè)Z向止推,并將280點位置更換為彈簧[3]。這樣對受到的應(yīng)力進行驗證發(fā)現(xiàn),一次應(yīng)力最大值和二次應(yīng)力最大值分別占許用應(yīng)力的55.5%和35.4%,而調(diào)整后的汽輪機管口330點的應(yīng)力值占許用應(yīng)力的39.8%,全符合相關(guān)設(shè)計標準。

        3 對三種方案的比較與分析

        通過對以上三種設(shè)計方案進行應(yīng)力分析可以發(fā)現(xiàn),第一次應(yīng)力最大值沒有明顯差別,但是第二次應(yīng)力最大值差異明顯,這表明了將汽輪機入口處的支架更換為彈簧吊架是合理的。而根據(jù)方案一和方案二對管口處的應(yīng)力所占的許用應(yīng)力進行計算,分別高達1870.8%和233.8%,都不符合設(shè)計標準,而方案三管口處所占的許用應(yīng)力值為39.8%,符合相關(guān)設(shè)計標準。

        所以,綜合以上三種設(shè)計方案,方案三是最優(yōu)化的設(shè)計方案。

        [1]趙靜一,邢一東,毛煒,陳作強.汽輪機主蒸汽管道的多工況應(yīng)力分析[J].化工設(shè)備與管道,2014,06:62-67.

        [2]邢一東,毛煒,杜江,喬艦,廣翠.CAESARⅡ軟件在汽輪機蒸汽管道布置中的應(yīng)用[J].化工設(shè)備與管道,2014,03:78-81.

        [3]陳臘民,李錄平,黃志杰.電站汽輪機組循環(huán)水管應(yīng)力分析軟件的開發(fā)與應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程,2014,03:33-35.

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