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精益研发方法学

基于ANSYS的汽水管道应力计算

发表时间:2012/09/12 来源:安世亚太   作者:刘纯  欧阳克俭  陈红冬  
关键字:应力分析  汽水管道  ANSYS  
本文应用ANSYS对火电厂汽水管道进行了建模和应力计算,计算结果与设计参数相符,这说明ANSYS可以有效地应用于火力厂汽水管道的应力分析。

1 前言

 

    火力发电厂汽水管道处在一定的压力、温度条件下工作,作用于蒸汽管道的载荷有:管内介质产生的压力,管子重量(包括管内介质、保温材料等)产生的均布载荷,阀门、三通、法兰等管件重量产生的集中载荷,管道支吊架产生的反力,风力、地震产生的载荷;还有管道温度变化热胀冷缩约束产生的热载荷,管道安装施工时各部分尺寸误差产生的安装残余应力,与管道连接的设备变位或其他原因地管端位移引起管系变形而产生的载荷等等。它们都使管道产生内力和变形。

 

    了解在役汽水管道的应力分布对锅炉的安全运行和检修有着重要的意义。目前管道应力计算是基于SDGJ6-90《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》而进行,该方法计算繁琐、精度不高,而且不能反映整个管系的应力分布。应用ANSYS PIPING MODELS可以精确、高效地进行管系应力计算。

 

2 机组参数及材料计算参数

 

    某火电厂#2炉为英国拨伯葛动力有限公司(Bacock Energy Limite)制造的亚临界压力自然循环汽包型锅炉。汽轮机型式为亚临界、三缸双排汽、单轴、一次中间再热凝汽式,额定功率为362.5MW。

 

    该机组汽缸至除氧器抽汽管道形式如图1所示。该管道材质为A106,规格为610×9.53。A106钢材弹性模量为188kN/mm2,平均膨胀系数为12.64Х106/℃。介质计算压力为0.453Mpa,温度为270.7℃。管系导向支架板间的摩擦系数为0.15。

 

    管系有3个阀门,#1的重量为21500N,#2为20000N,#3为18000N。管系共有8个支吊架,其中5处安装弹簧吊架(P15、P20、P25、P30、P35,)3处为导向支架(P12、P28、P29)。保温材料为硅酸钙,密度220kg/m3,厚度150mm。

 

3 管系设计参数

 

    根据该管系的设计参数,各弹簧吊架所承受载荷、位移等技术参数见表1,P12限位支架所承受载荷、热位移设计值见表2。

 

 

4 管系应力计算

 

4.1 管系计算模型

 

    管系的应力分析采用ANSYS PIPING MODELS。根据抽汽管系的设计图纸,管系计算模型一端取为汽缸出口,另一端为除氧器进汽口,其中包括直管段、弯管段、阀门、大小头和支管段,支吊架有弹簧吊架和导向支架。支线管系简化处理。坐标系的设置为X轴正方向为#2机侧指向#1机侧,Y轴正方向为竖直向上,Z轴正方向为锅炉侧指向汽机房侧。建制单位为m和N。

 

4.2 管系的应力分析

 

    根据计算参数对管系在运行和停机状况下进行应力计算,其运行和停机状态管系等效应力分别如图2和3所示。